CC BY
16
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No. 2
Научная статья
УДК 631.417.2:631.445.4(571.150) doi: 10.18522/1026-2237-2022-2-68-73
ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГУМУСА В ЧЕРНОЗЁМАХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ УМЕРЕННО ЗАСУШЛИВОЙ И КОЛОЧНОЙ СТЕПИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Геннадий Геннадьевич Морковкин1, Алёна Сергеевна Стребкова2, Нина Борисовна Максимова3, Светлана Сергеевна Слажнева43
1 Государственный университет по землеустройству, Москва, Россия
2,3,4Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия
1ggmork@mail.ru
2alena040994@mail. ru
3ninmaxim@mail.ru
4swetik315@mail.ru3
Аннотация. Представлены результаты исследования влияния различных способов использования почвы на содержание гумуса в чернозёме выщелоченном в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края. Отбор почвенных образцов проводили на базе опытных полей в учхозе «Пригородное» и ФГУП «Комсомольский» Павловского района. Рассмотрены следующие варианты использования почв: традиционная технология, минимальная технология, многолетняя залежь (18 лет), целина (естественный сенокос). Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина, повторность трехкратная. Показано, что применение технологий сберегающего земледелия способствует увеличению аккумуляции почвенного углерода и, как следствие, гумусированности почвы. Установлено, что при использовании традиционной технологии возделывания почв содержание гумуса в почве ниже на фоне многолетней залежи и целины (естественный сенокос). В опыте при использовании традиционной технологии выявлено минимальное значение содержания гумуса в подпахотном горизонте. При применении минимальной технологии содержание гумуса в почве преобладает в 1,5раза по сравнению с традиционной. Адаптация ресурсосберегающих технологий к условиям умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края позволит снизить интенсивность механического воздействия на почвы, улучшить экологическое состояние агроландшафтов и оптимизировать системы земледелия.
Ключевые слова: почва, плодородие, дыхание почвы, традиционная технология, минимальная технология, залежь, почвенная эмиссия СО2
Для цитирования: Морковкин Г.Г., Стребкова А.С., Максимова Н.Б., Слажнева С.С. Влияние способов использования почвы на изменение содержания гумуса в чернозёмах выщелоченных умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2022. № 2. С. 68-73.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Морковкин Г.Г., Стребкова А.С., Максимова Н.Б., Слажнева С.С., 2022
Original article
THE INFLUENCE OF SOIL USE METHODS ON THE CHANGES IN THE HUMUS CONTENT IN LEACHED CHERNOZEMS OF THE MODERATELY ARID AND FOREST-OUTLIER STEPPE OF THE ALTAI TERRITORY
Gennady G. Morkovkin1, Alyona S. Strebkova2, Nina B. Maximova3, Svetlana S. Slazhneva4
1State University of Land Use Planning, Moscow, Russia
2 3- 4Altai State University, Barnaul, Russia
1ggmork@mail.ru
2alena040994@mail. ru
3ninmaxim@mail.ru
4swetik315@mail.ru'SJ
Abstract. The results of a study of the influence of various soil use methods on the humus content in leached chernozem under the conditions of the moderately arid and forest-outlier steppe of the Altai Territory are presented in this article. Soil sampling was carried out on the basis of experimental fields in the Educational farm "Prigorodnoe" and the FSUE "Komsomolsky", Pavlovsky District. The following variants of soil use as traditional technology, minimum technology, perennial fallow land (18 years), virgin land (natural haymaking) are considered. We determined the humus content using I. V. Tyurin's method, repeated three times. The article shows that the use of conservation agriculture technologies contributes to an increase in the accumulation of soil carbon, and as a result, an increase in soil humus content. It has been established that when using traditional soil cultivation technology, the humus content in the soil is lower against the background ofperennial fallow land (18 years), virgin land (natural haymaking). During the experiment with traditional technology, we revealed the minimum value of the humus content in the subsurface horizon. When using the minimum technology, the humus content in the soil prevails 1.5 times compared to the traditional one. Adaptation of resource-saving technologies to the conditions of the moderately arid and forest-outlier steppe of the Altai Territory will reduce the intensity of mechanical impact on soils, improve the ecological state of agricultural landscapes and optimize farming systems.
Keywords: soil, fertility, soil respiration, traditional technology, minimal technology, fallow land, soil СО2 emission
For citation: Morkovkin G.G., Strebkova A.S., Maximova N.B., Slazhneva S.S. The Influence of Soil Use Methods on the Changes in the Humus Content in Leached Chernozems of the Moderately Arid and Forest-Outlier Steppe of the Altai Territory. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2022;(2):68-73. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY4.0).
Введение
В условиях глобального изменения климата, постоянного увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере актуальными становятся исследования, направленные на изучение принципов сокращения потерь парниковых газов за счет снижения антропогенных выбросов и интенсификации поглощения углерода из атмосферы. В 2015 г. на 21-й конференции сторон Рамочной конвенции ООН по вопросам изменения климата в Париже была предложена инициатива «4 промилле», которая фокусируется на представлении о том, что увеличение запасов углерода в верхнем слое почв на 0,4 % в год в большей степени компенсирует антропогенную эмиссию СО2 в атмосферу. С развитием данной идеи в 2019 г. во Франции состоялась Международная конференция «Продовольственная безопасность и изменение климата: инициатива "4 на 1000" - новые ощутимые глобальные вызовы для почвы» [1]. Рассмотренная инициатива обеспечивает не только секвестрирование атмосферного углерода, но и повышение плодородия почв за счет возрастания объемов почвенного углерода.
Мировое сообщество активно разрабатывает принципы низкоуглеродной зелёной экономики, которые заключаются в том, чтобы поглотить из атмосферы некоторое количество парниковых газов и зафиксировать их в биомассе, в органическом веществе почвы. В Российской Федерации при рассмотрении перспектив низкоуглеродного природопользования был составлен план Правительства РФ по адаптации к изменениям климата, а также в разработке находятся «Стратегия низкоуглеродного развития России», «Закон об углеродном регулировании». Согласно [2], запас
почвенного органического углерода составляет 1500 Гт, при этом в почвенном покрове России сосредоточено 296 Гт почвенного органического углерода. Это говорит о том, что при рациональном возделывании сельскохозяйственные земли могут служить крупнейшим резервуаром для углерода в биосфере. Анализ научных данных показывает, что нерациональное использование сельскохозяйственных угодий и пашни может увеличивать выбросы почвенного углерода в атмосферу в виде диоксида углерода (СО2), что приведёт к увеличению концентрации парниковых газов и ускорению изменения климата [3]. В связи с этим для защиты почв сельскохозяйственных угодий от снижения содержания органического углерода необходимо применять технологии сберегающего земледелия, которые позволят не только сохранить, но и увеличить аккумуляцию углерода. В свою очередь, органический углерод в почве является ценным ресурсом, способствующим увеличению гумусированности почвы.
Интенсивное сельскохозяйственное использование почв привело к значительному снижению содержания гумуса в чернозёмах Алтайского края. Так, со времени первого тура почвенных обследований территории Алтайского края (1960-е гг.) его содержание сократилось на 26 %, что явилось следствием активного вовлечения в пахотный оборот целинных и залежных земель и смены естественной растительности сельскохозяйственными культурами с уменьшением поступления органического вещества в почву, возрастания процессов минерализации органического вещества, уплотнения пахотного слоя, снижения влагоемкости, водопроницаемости почв, усиления процессов эрозии почв [4]. По данным Г.Г. Морковкина [5], при использовании пашни в её составе наибольшее уменьшение содержания гумуса наблюдается в обыкновенных чернозёмах. За 100 лет их сельскохозяйственного использования потеряно половина процентного содержания гумуса в верхнем горизонте.
Поэтому важным направлением совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в Алтайском крае должна стать разработка эффективных технологий сберегающего земледелия, применение которых способствует увеличению содержания гумуса, сбережению или увеличению запасов углерода в почве и обеспечивает экономию материально-технических затрат.
Исследованиями установлено, что по сравнению с традиционной обработкой длительное применение минимальной обработки увеличивает содержание гумуса в пахотном слое [6], сокращение глубины и частоты механической обработки почвы приводит к сокращению потерь гумуса за счет снижения интенсивности процессов минерализации органического вещества. Так, при использовании минимальной обработки почвы темпы сокращения запасов гумуса в пахотном слое были в 1,5-2,0 раза слабее по сравнению с традиционной обработкой [7]. При использовании залежи как инструмента ресурсосберегающего земледелия восстановление содержания гумуса в пахотном слое чернозёма выщелоченного, находившегося 25 лет под традиционной обработкой, наблюдается после 15 лет произрастания многолетней травянистой растительности. Увеличение накопления гумуса в пахотном слое чернозёма выщелоченного, находящегося в залежном состоянии в течение 15 лет, составляет 1,7-1,9 т/га в год [8]. Таким образом, необходима детальная информация о влиянии способов использования почвы в конкретных почвенно-климатических условиях на содержание гумуса как одного из основных показателей почвенного плодородия, что в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края изучено недостаточно.
Цель наших исследований заключается в изучении влияния различных способов использования почвы на содержание гумуса в чернозёме выщелоченном в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края.
Материалы и методы исследования
Исследования, связанные с определением содержания гумуса в чернозёме выщелоченном, проводили в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края на базе опытных полей в учхозе «Пригородное» и ФГУП «Комсомольский» Павловского района. По агроклиматическому районированию подзона умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края относится к тёплому недостаточно увлажненному району, для которого характерен период с устойчивым снежным покровом - 155-170 дней, высота снежного покрова в среднем не превышает 25-30 см, наибольшая глубина промерзания почвы - 200-250 см. Средняя температура июля составляет 18-19 °C, годовое количество осадков не превышает 150-200 мм, влагообеспеченность пахотных почв весной зависит от осенне-зимних запасов влаги, ГТК 1,0-0,8 [9].
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No.2
Схема опыта предусматривала изучение следующих вариантов: традиционная технология, минимальная технология, многолетняя залежь (18 лет), целина (естественный сенокос). Для анализа были отобраны образцы почв послойно 0-20 и 20-40 см в трехкратной повторности по каждому варианту способов использования почвы, каждая из которых формировалась путем смешанного образца из восьми точек отбора методом конверта. Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина, повторность трехкратная. Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась по Б.А. Доспехову [10, 11]. При обобщении результатов исследований использовали методологию сравнительного и системного анализа.
Результаты и обсуждение
Почвы Алтайского края испытывают колоссальную антропогенную нагрузку, связанную со значительной распаханностью территории и длительным использованием почв в составе пахотных угодий по традиционным технологиям землепользования. Так, в составе сельскохозяйственных угодий Алтайского края пахотные земли составляют в среднем 64 %, причем в степных районах доля пашни достигает 70-80 % и более [12].
В пахотных почвах по природно-почвенным зонам Алтайского края наблюдается сокращение доли площадей видов почв с относительно высоким содержанием гумуса и, соответственно, увеличение площадей видов почв с более низким его содержанием [12]. Наиболее ярко эти процессы проявляются в условиях засушливой и умеренно засушливой степи. В наблюдаемых пахотных почвах активизируются процессы минерализации органического вещества за счет высокой аэрации пахотного слоя с последующей дегумификацией.
Известно, что традиционная технология возделывания сельскохозяйственных культур, включающая использование вспашки с оборотом пласта почвы, приводит к активизации вышеуказанных процессов, в свою очередь, использование технологий с минимальной обработкой способствует снижению негативного воздействия на агроландшафты, экономии ресурсов и снижению выбросов парниковых газов, депонированию в почве органического углерода [13]. Адаптация ресурсосберегающих технологий к условиям умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края позволит оптимизировать энергозатраты на производство сельскохозяйственной продукции и в целом улучшить экологическое состояние агроландшафтов.
Исследования показали, что в опыте на территории учхоза «Пригородное» (табл. 1) при использовании традиционной технологии содержание гумуса в почве ниже, чем на фоне многолетней залежи и целины, на глубине 0-20 см в среднем на 23,7 %, 20-40 см - на 32,8 %, что говорит об усилении процессов минерализации органического вещества при интенсивном механическом воздействии.
В почве под многолетней залежью происходит увеличение содержания гумуса за счет большего поступлении растительных остатков в виде обильной корневой биомассы. Значительное накопление гумуса под залежью по сравнению с традиционной технологией использования почвы наблюдается и в нижележащих горизонтах (20-40 см), что также связано с большей биомассой корневого опада в залежных условиях.
При изучении залежи как средства
Таблица 1 / Table 1
восстановления содержания гумуса было установлено, что многолетняя залежь способствует его образованию и улучшению физических, химических и биологических свойств почвы. Однако залежные почвы по содержанию гумуса не достигли показателей целины (естественного сенокоса) даже за счет значительного накопления гумуса, так как условия, складывающиеся в целинных почвах, способствуют прочной фиксации гумусовых соединений. Таким образом, для данного варианта опыта под целиной отмечено максимальное значение содержания гумуса.
Содержание гумуса в чернозёме выщелоченном умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края (учхоз «Пригородное»), % / The humus content in leached chernozem of a moderately arid and forest-outlier steppe of the Altai Territory (Educational farm "Prigorodnoye"), %
Глубина отбора образца, см Способ использования почв НСР05
Традиционная технология Многолетняя залежь (18 лет) Целина (естественный сенокос)
0-20 4,26 5,04 6,14 0,08
20-40 2,95 3,67 5,12 0,1
Результаты определения содержания гумуса в зависимости от способа использования почв на террит°рии ФГУП «Комсомоль- Содержание гумуса в чернозёме выщелоченном ский» (табл. 2) показали тенденции положи- умеренно засушливой и колочной степи Алтайского тельного действия использования мини- края (ФГУП «Комсомольский»), % / The humus content мальной технологии возделывания сельско- in leached chernozem of a moderately arid and forest-outlier
хозяйственных культур. steppe of the Altai Territory (FSUE "Komsomolsky"), %
При применении минимальной технологии содержание гумуса в почве возрастает в слое 0-20 см на 0,29 % и в слое 2040 на 0,55 % по сравнению с традиционной технологией. Таким образом, минимизация обработки позволяет сохранить органическое вещество почвы, проведение обработок без интенсивного механического воздействия сдерживает процесс минерализации органического вещества.
Выводы
В результате исследований показано, что традиционная технология использования почв, включающая отвальную вспашку, способствует активной минерализации органического вещества и снижению содержания гумуса в почве. Так, по сравнению с целинной почвой это снижение составило по слоям почвы: в слое 0-20 см - на 1,88 %, в слое 20-40 см - на 2,17 %.
При сравнительных исследованиях различных способов использования почв на чернозёмах выщелоченных умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края установлена ресурсосберегающая роль минимальной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающая сохранение органического вещества почв. В варианте опыта на территории учхоза «Пригородное» введение многолетней залежи обеспечивает не только сохранение, но и повышение содержания гумуса на 0,78 % в слое 0-20 см, на 0,72 % - в слое 20-40 см. Таким образом, применение минимальной обработки почвы и выведение почвы в залежное состояние способствуют депонированию углерода почвой.
Список источников
1. Контобойцева А.А., Красильников П.В., Романенков В.А., Сорокин А.С. Управление углеродом // Агробизнес. 2020. № 4. С. 58-63.
2. Field C.B., Raupach M.R. The global cargon cycle: integrating humans, climate and the natural word. Scope 62. Washington, USA: Island Press, 2004. 38 p.
3. Петросян Р.Д., Окорков В.В. Роль почв в смягчении климатических изменений // Изв. ОГАУ. 2019. № 2 (76). С. 8-11.
4. Морковкин Г.Г., Овцинов В.И., Максимова Н.Б., Байкалова Т.В., Литвиненко Е.А. Анализ состояния и динамики свойств пахотных почв степной зоны Алтайского края // Вестн. АГАУ. 2016. № 10 (144). С. 30-36.
5. Морковкин Г.Г. Антропогенная трансформация почвообразования и плодородия чернозёмов в системе агроценозов (на примере степной зоны Алтайского края). Барнаул: РИО АГАУ, 2012. 271 с.
6. Шарков И.Н. Минимизация обработки и ее влияние на плодородие почвы // Земледелие. 2009. № 3. С. 24-27.
7. Власенко А.Н., Кудашкин П.И., Власенко Н.Г. Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в чернозёме выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2020. № З. С. 3-5.
8. Ерёмин Д.И. Залежь как средство восстановления содержания и запасов гумуса старопахотных чернозёмов лесостепной зоны Зауралья // Плодородие. 2014. № 1 (7б). С. 24-26.
9. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 1ЗЗ с.
10. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению. М.: Колос, 1980. 272 с.
11. ДоспеховБ.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 198З. 3З1 с.
12. Морковкин Г.Г., Байкалова Т.В., Максимова Н.Б., Овцинов В.И., Литвиненко Е.А., Дёмина И.В., Дёмин В.А. Оценка временной динамики структуры агроландшафтов и показателей плодородия почв степной зоны Алтайского края // Вестн. АГАУ. 2013. № 9 (107). С. 33-42.
Глубина отбора образца, см Способ использования почв НСР05
Традиционная технология Минимальная технология
0-20 4,35 4,64 0,i5
20-40 2,91 3,46 0,1
13. Казеев К.Ш., Мокриков Г.В., Акименко Ю.В., МясниковаМ.А., Колесников С.И. Влияние технологии No-till на экологическое состояние чернозёмов южных Ростовской области // Достижения науки и техники АПК. 2020. № 1. С. 7-11.
References
1. Kontoboytseva A.A., Krasilnikov P.V., Romanenkov V.A., Sorokin A.S. Carbon management. Agrobiznes = Agrobusiness. 2020;(4):58-63 (In Russ.).
2. Field C.B., Raupach M.R. SCOPE 62. The global cargon cycle: integrating humans, climate and the natural word. Washington, USA: Island Press; 2004. 38 p.
3. Petrosyan R.D., Okorkov V.V. The role of soils in the easing of climatic changes. Izv. OGA U = Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. 2019;(2):8-11. (In Russ.).
4. Morkovkin G.G., Ovtsinov V.I., Maksimova N.B., Baykalova T.V., Litvinenko E.A. Analysis of the state and dynamics of some properties of arabal soils in the steppe zone of the Altai territory. Vestn. AGAU = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2016;(10):30-36. (In Russ.).
5. Morkovkin G.G. Anthropogenic transformation of soil formation and fertility of chernozems in the system of agrocenoses (on the example of the steppe zone of the Altai Territory). Barnaul: Altai State Agricultural University Press; 2012. 271 p. (In Russ.).
6. Sharkov I.N. Minimization of cultivation and its impact on soil fertility. Zemledelie =Agriculture. 2009;(3):24-27. (In Russ.).
7. Vlasenko A.N., Kudashkin P.I., Vlasenko N.G. The influence of resource-saving technologies on the content of humus in the leached chernozem soils of the northern forest-steppe of Western Siberia. Zemledelie = Agriculture. 2020;(5):3-5. (In Russ.).
8. Eremin D.I. Fallowing as a means for restoring the content and reserves of humus in old arable chernozems of the transural forest-steppe zone. Plodorodie = Fertility. 2014;(1):24-26. (In Russ.).
9. Agro-climatic resources of the Altai territory. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ.; 1971. 155 p. (In Russ.).
10. Kaurichev I.S. Soil sciences workshop. Moscow: Kolos Publ.; 1980. 272 p. (In Russ.).
11. Dospekhov B.A. Field experience methodology. Moscow: Agropromizdat Publ.; 1985. 351 p. (In Russ.).
12. Morkovkin G.G., Baykalova T.V., Maksimova N.B., Ovtsinov V.I., Litvinenko E.A., Demina I.V., Demin V.A. Estimation of the temporal dynamics of the structure of agricultural landscapes and indicators of soil fertility in the steppe zone of the Altai Territory. Vestn. AGAU = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2013;(9):33-42. (In Russ.).
13. Kazeev K.Sh., Mokrikov G.V., Akimenko Yu.V., Myasnikova M.A., Kolesnikov S.I. The influence of no-till technology on the ecological state of the southern chernozems in the Rostov region. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2020;(1):7-11. (In Russ.).
Информация об авторах
Г.Г. Морковкин - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, профессор кафедры почвоведения, экологии и природопользования.
А.С. Стребкова - преподаватель, кафедра природопользования и геоэкологии.
Н.Б. Максимова - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент кафедры природопользования и геоэкологии.
С.С. Слажнева - кандидат географических наук, доцент кафедры природопользования и геоэкологии. Information about the authors
G.G. Morkovkin - Doctor of Science (Agriculture), Professor, Professor of Department of Soil Science, Ecology and Nature Management.
A.S. Strebkova - Lecturer, Department of Nature Management and Geoecology.
N.B. Maksimova - Candidate of Science (Agriculture), Associate Professor, Associate Professor of Department of Nature Management and Geoecology.
S.S. Slazhneva - Candidate of Science (Geography), Associate Professor of Department of Nature Management and Geoecology.
Статья поступила в редакцию 14.02.2022; одобрена после рецензирования 22.02.2022; принята к публикации 16.05.2022. The article was submitted 14.02.2022; approved after reviewing 22.02.2022; accepted for publication 16.05.2022.
