Влияние минеральных удобрений на поступление органического углерода в почву с растительными остатками в посевах яровой пшеницы

Органическое вещество почвы представляет собой значительный резервуар органического углерода (Сорг), время оборота которого составляет от года до десятков лет (для растительных остатков) и от сотен до тысяч лет (для гумуса почвы)

Основным источником поступления органического углерода в почву является растительный материал, который в процессе фотосинтеза накапливает в своем составе значительною часть органического вещества и углерода. В агроценозах поступление органического углерода связано с количеством соломы поступившей в почву и оставшимися корневыми и пожнивными остатками на полях после уборки

В рамках проблемы глобального изменения климата была принята концепция «4 промилле», на Конвенции сторон UNFCCC в Париже в 2015 году. Она направлена на стимулирование поглощения углерода пахотными почвами: повышение запасов углерода в пахотном слое на 0,4% в год. По мнению исследователей, это позволит компенсировать все антропогенные выбросы парниковых газов

Цель исследований: установить влияние различных доз минеральных удобрений на поступление органического углерода в почву с растительными остатками.

Исследования проводились на опытном поле государственного аграрного университета Северного Зауралья на территории лесостепной зоны Тюменской области в зерновом севообороте (однолетние травы – яровая пшеница – овес). Система земледелия включала в себя основную отвальную обработку почвы (ПН-8-35) на глубину 20-22 см после уборки предшественника. Весной, по физически спелой почве, боронили средними боронами в два следа. Перед посевом вносили дозы минеральных удобрений (СЗП-3,6) на планируемую урожайность яровой пшеницы (расчет проводился ежегодно методом элементарного баланса с учетом фактического содержания питательных веществ в почве). В качестве удобрений использовались аммиачная селитра (34% азота) и аммофос (N12:P52). Из-за достаточной обеспеченности почвы подвижным калием эти удобрения не вносились. После внесения минеральных удобрений проводили предпосевную культивацию (КПС-4) на глубину 6-8 см. В дальнейшем сеяли (СЗМ-5,4) и проводили прикатывание кольчато-шпоровыми катками. Норма высева яровой пшеницы 6,0 млн. всхожих семян на гектар. Опыт включал в себя варианты с внесением минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 (N95P46); 4,0 (N153P94); 5,0 (N211P142) и 6,0 (N270P190) т/га зерна яровой пшеницы, в качестве контроля использовался вариант с естественным плодородием чернозема выщелоченного. Размер опытных делянок 100 м2, учетных 50 м2. Перед уборкой яровой пшеницы с вариантов отбирались снопы с высотой среза 10 см с 1 м2 в 4-х кратном повторении, в дальнейшем снопы обмолачивали. После уборки яровой пшеницы определяться количество корневых и пожнивных остатков методом Н.З. Станкова в 4-х кратной повторности на каждом варианте. «Отбирается слой почвы толщиной 30 см через рамку 0,25 м2, после он промывается через сито размером ячеек 0,25 мм. Полученные образцы соломы, корневые и пожнивные остатки (КПО) высушивали, измельчали и взвешивали. Далее в образцах определяли содержание органического углерода по ГОСТ 27980-88. Статистическую обработку данных проводили по Доспехову с использованием программного обеспечения Microsoft Excel.

На контроле масса соломы, оставшаяся после уборки, составляла 2,38 т/га, вариация при этом не превышала 9%, количество корневых и пожнивных остатков (КПО) было выше на 11% и достигало 2,65 т/га (рис.1).

Рисунок 1 - Влияние минеральных удобрений на выход соломы и корневых и пожнивных остатков

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.1

Внесение минеральных удобрений закономерно повышало количество поступившей в почву соломы и корневых и пожнивных остатков из-за более интенсивного роста и развития растений. Подобная тенденция отмечается в проводимых ранее исследованиях на кафедре почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья

[7]

,

[8]

,

[9]

.

На варианте с NPK на 3,0 т/га зерна яровой пшеницы минеральные удобрения способствовали повышению количества поступившей соломы, которая увеличилось на 33% относительно контроля и достигала 3,16 т/га при НСР05=0,27 т/га. Количество КПО также возрастало до 3,27 т/га, что выше контроля на 23% НСР05=0,20 т/га.

На варианте с NPK на 4,0 т/га зерна количество образовавшейся соломы составляло 3,71 т/га, а корневых и пожнивных остатков – 3,49 т/га, что на 56 и 32% выше контроля. Количество образовавшейся соломы на вариантах с более высоким уровнем минерального питания составляли 4,16 и 4,28 т/га, что выше контроля 75-80%. Отмечается также и существенное повышение КПО до 4,20 и 4,44 т/га, что выше контроля на 58-68%.

В исследованиях была отмечена высокая зависимость между дозами удобрений и образованием соломы в посевах яровой пшеницы (0,96). В результате удалось разработать уравнение, достоверное в диапазоне внесения минеральных удобрений до 460 кг/га, которое показывает, что каждые внесенные 100 кг/га минеральных удобрений в действующем веществе (д.в.) повышают образование соломы на 0,43 т/га (рис. 2).

Рисунок 2 - Взаимосвязь минеральных удобрений и поступления соломы

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.2

Установлена высокая корреляция (0,96) между дозами минеральных удобрений и образованием корневых и пожнивных остатков, которая показывает, что внесение 100 кг/га в действующем веществе повышает образование КПО на 0,4 т/га (рис.3).

Рисунок 3 - Взаимосвязь минеральных удобрений и поступления КПО

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.3

Содержание органического углерода в соломе яровой пшеницы было значительно выше, чем в корневых и пожнивных остатках. На контроле составляло 46,6% сухого вещества. В корневых и пожнивных остатках из-за высокой концентрации минеральных соединений содержание углерода было ниже – 41,2% (рис.4).

Рисунок 4 - Влияние минеральных удобрений на содержание органического углерода в соломе и КПО

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.4

На вариантах с внесением минеральных удобрений содержание углерода в соломе незначительного снижалось до 46,1-45,8% сухого вещества, однако находилось в пределах ошибки исследования НСР05=0,7%. Не смотря, на это отмечается обратная зависимость средней силы (-0,52) между дозами минеральных удобрений и содержание углерода в соломе яровой пшеницы. Однако не удалось получить модель уравнения показывающую высокий коэффициент детерминации. Содержание углерода в корневых и пожнивных остатках на удобренных вариантах варьировало незначительно от 41,3-42,0% при НСР05=1,2%.

Проведя расчет с учетом массы соломы, корневых и пожнивных остатков и содержания в них углерода, установили, что при отказе от использования минеральных удобрений в почву поступает 2200 кг/га углерода. С соломой в почву возвращается до 1109 кг/га органического углерода с корневыми и пожнивными остатками 1091 кг/га (рис.5).

Рисунок 5 - Влияние минеральных удобрений на поступление органического углерода с соломой и корневыми и пожнивными остатками

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.5

Использование минеральных удобрений в посевах яровой пшеницы обеспечивает увеличение поступления органического углерода, как с соломой, так и корневыми и пожнивными остатками. На варианте с NPK на 3,0 т/га зерна в почву с растительными остатками поступало 2805 кг/га углерода, что на 28% выше контроля. Около 52% углерода возвращалось с соломой, на корневые и пожнивные остатки приходилось 1350 кг/га. На варианте с NPK на 4,0 т/га зерна в почву возвращалось 3177 кг/га углерода. Основная часть, из которых приходилась на солому 1711 кг/га, и лишь 46% приходилось на КПО. На варианте с NPK на 5,0 т/га зерна в почву поступало на 67% больше углерода, чем на контроле, что составляло 3668 кг/га. На солому приходилось 1917 кг/га, что составляло 52% от общего количества. Соответственно на КПО приходилось 48% или 1751 кг/га. На максимально изучаемом уровне питания в почву поступало 3793 кг/га, что 72% выше контроля, на солому приходилось 1958 кг/га на КПО 1835 кг/га. Была отмечена высокая корреляция между дозами минеральных удобрений и поступлением органического углерода в почву с соломой и корневыми и пожнивными остатками (0,95). Уравнение регрессии показывают, что каждые внесенные 100 кг/га минеральных удобрений в д.в. повышают поступление органического углерода в почву с соломой до 192,5 кг/га (рис.6) и с корневыми и пожнивными остатками до 167,0 кг/га (рис.7)

Рисунок 6 - Взаимосвязь минеральных удобрений и поступления углерода в почву с соломой

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.6

Рисунок 7 - Взаимосвязь минеральных удобрений и поступления органического углерода в почву с корневыми и пожнивными остатками

DOI:10.23649/JAE.2023.39.18.7

Минеральные удобрения оказывают существенное влияние на образование растительных остатков в зерновых агроценозах и поступления углерода в почву. Подобная тенденция подтверждается в большом количестве исследований

[10]

,

[11]

,

[12]

.

Поступление растительных остатков в почву при естественном плодородии чернозема выщелоченного составляет 5,03 т/га. Внесение минеральных удобрений обеспечило повышение поступления растительных остатков на 33-73% относительно контроля. Установлено, что внесение 100 кг/га минеральных удобрений в д.в. повышает поступление соломы на 0,43 т/га и КПО на 0,40 т/га. Содержание углерода в растительных остатках не зависит от уровня минерального питания и находится на уровне 45,8-46,6% в соломе и 41,2-42,0% в КПО. На естественном питательном фоне поступление органического углерода с растительными остатками составляет 2200 кг/га, внесение минеральных удобрений повышает поступление Сорг на 28-72% выше контроля. Установлено, что внесение 100 кг/га минеральных удобрений в д.в. повышает поступление органического углерода с соломой на 192,5 кг/га и с КПО на 167,0 кг/га.