Влияние способа обработки на поступление органического углерода в почву зернового агроценоза Западной Сибири
Влияние способа обработки на поступление органического углерода в почву зернового агроценоза Западной Сибири
Аннотация
Проблема изменения климата связана с выбросами парниковых газов, к которым относится диоксид углерода. Доля сельского хозяйства в общей эмиссии диоксида углерода и закиси азота составляет около 50%. Углерод, находящийся в составе углекислого, газа, участвует в круговороте системы почва-растения-атмосфера. Благодаря этому была разработана концепция «4 промилле», основная задача которой – увеличение запасов углерода в пахотных почвах на 0,4% в год, что позволило бы снизить влияние парниковых газов на климат. Основной источник поступления углерода в пахотные почвы – это растительные остатки, в виде побочной продукции растениеводства. Цель исследования – установить влияние способов обработки почвы на поступление органического углерода с растительными остатками в посевах яровой пшеницы. Выявлено, что обработка почвы не влияет на содержание Сорг в соломе, где значения варьировали от 46,0 до 46,1% сухого вещества. В то время как при использовании безотвального рыхления и технологии no-till в КПО содержание Сорг было выше, чем на отвальном фоне на 1,5%. Установлено, что на отвальном фоне в почву поступает 2939 кг/га Сорг. Применение безотвального рыхления и нулевой обработки почвы уменьшает поступления Сорг на 11 и 19% относительно отвального фона.
1. Введение
Органический углерод является важнейшим звеном в круговороте углерода в системе почва-растения-атмосфера. Его содержание в почве определяет потенциальное плодородие, а также возможность продуктивности агроценозов . Проблема продовольственной безопасности населения мира, а также глобальное изменение климата напрямую связано с изменениями запасов органического углерода в пахотных почвах. По расчетам ученых доля аграрного сектора в общемировых выбросах парниковых газов составляет порядка одной четверти. При этом около половины всех выбросов углекислого газа и закиси азота приходится на отрасль АПК , . Для снижения проблемы негативного воздействия выбросов климатически активных газов антропогенного характера была разработана концепция «4 промилле», которая направлена на разработку системы земледелия и предполагает ежегодное закрепление органического углерода в почве. По мнению разработчиков концепции, ежегодное повышение запасов органического углерода в почвах, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот на 0,4%, позволит решить проблему глобального изменения климата , . Однако, по мнению многих исследователей, в настоящий момент не существует единой технологии, позволяющей решить данную проблему. Это связано с тем, что у различных типов пахотных почв предел насыщения варьирует в широком диапазоне, и не для всех пахотных угодий существует реальная возможность ежегодного повышения запасов углерода на заявленную величину. Различные климатические условия также оказывают влияние на возможность поступления и закрепления углерода пашней, из-за технологических особенностей возделывания, а также видов возделываемых культур .
Во многих исследованиях отмечается положительная динамика по снижению эмиссии СО2 при отказе от обработки почвы, однако существуют и противоположные выводы. Рассматривать лишь снижение эмиссии парниковых газов не совсем верно, так как для закрепления углерода в почве также важно и его поступление с растительными остатками. В связи с этим для получения достоверной картины влияния различных элементов технологии земледелия необходимо рассчитывать баланс между газообразными потерями углерода в виде СО2, поступлением углерода с побочной продукцией растениеводства.
Цель исследования: установить влияние различных способов обработки на поступление органического углерода в почву при возделывании яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья.
2. Методы и принципы исследования
Исследование было проведено в 2023 году на стационаре кафедры земледелия ГАУ Северного Зауралья в посевах яровой пшеницы. Севооборот включал в себя однолетние травы, озимую пшеницу, яровую пшеницу. Опыт включал в себя три варианта основной обработки почвы: отвальный – вспашка на 20-22 см; безотвальный – рыхление на 20-22 см; нулевой (no-till) без основной обработки почвы. На вариантах с отвальным и безотвальным фоном проводили после уборки предшественника (озимой пшеницы) основную обработку почвы. На всех вариантах весной боронили в два следа средними зубовыми боронами. На отвальном и безотвальном фоне перед посевом проводили культивацию (КПС-4) на глубину 6-8 см, в дальнейшем сеяли (СЗМ-5,4). На нулевом фоне проводили прямой посев (СКП-2,1). Одновременно с посевом на всех изучаемых вариантах вносили азотные удобрения (аммиачную селитру 34%) в дозе 100 кг/га в действующем веществе. Норма высева семян была рекомендованная для данной зоны и составляла 6,0 млн. всхожих семян на гектар. Размер опытных делянок 500 м2, учетных 100 м2. Опыт был заложен в четырехкратном повторении, делянки, фиксированные на протяжении действия стационара, который ведется с 2000 года. Погодные условия вегетационного периода существенно отличались от средних многолетних значений .
Для учета выхода растительных остатков (соломы и корневых и пожнивных остатков (КПО)) перед уборкой проводили отбор снопов с высотой среза 10 см с 1 м2 в 4-х кратном повторении. После этого снопы обмолачивали на сноповой молотилке, дальше полученная солома высушивалась до абсолютно сухого вещества и взвешивалась. После уборки яровой пшеницы проводили определение КПО по методу Н.З. Станкова. Для этого отбирали слой почвы глубиной 30 см с 0,25 м2 в 4-х кратном повторении, который в дальнейшем промывали водой через сито с ячейками 0,25 мм. Далее образцы КПО высушивали до абсолютно сухого вещества и взвешивали. После методом перерасчета устанавливали выход соломы и КПО на единицу площади. Затем в образцах соломы и КПО определяли содержание органического углерода согласно аттестованной методике – ГОСТ 27980. В дальнейшем пересчетом устанавливали возврат в почву органического углерода с растительными остатками. Статистическую обработку данных проводили по Доспехову с использованием программного обеспечения Microsoft Excel.
3. Основные результаты
Агротехнические мероприятия, а также способ основной обработки почвы оказывает существенное влияние на агрофизические, агрохимические свойства пашни, количество сорных компонентов агроценоза, все это в совокупности оказывает влияние на выход основной и побочной продукции , .
В нашем исследовании при отвальном способе обработки в почву поступало 6,74 т/га растительных остатков, при этом на солому приходилась большая часть – 3,45 т/га, что составляло 53% от общей массы. На корневые и пожнивные остатки приходилось не более 47%, что соответствовало 3,29 т/га (рис.1).
Рисунок 1 - Влияние способов обработки почвы на поступление растительных остатков в почву
Содержание органического углерода в растительных остатках зависит от биохимических процессов, проходящих в растениях, а также от количества минеральной части в тканях.
Содержание углерода в соломе яровой пшеницы в зависимости от способа обработки почвы варьировало незначительно от 46,1% сухого вещества на отвальном фоне, до 46,0% на безотвальном и нулевом фоне (НСР05=0,9%). Однако количество углерода в корневых и пожнивных остатках в зависимости от способа обработки почвы существенно меняется (рис. 2).
При отвальной обработке почвы содержание углерода (Сорг) в КПО составляло 41,0%. На варианте с безотвальным и нулевым фоном этот показатель повышается на 1,5% (НСР05=1,4%). Незначительное снижение содержания углерода в КПО на варианте с отвальной обработкой почвы, в первую очередь, связано с интенсивностью процесса минерализации органического вещества из-за улучшения аэрации в результате оборота пласта, во-вторую при переходе на безотвальную и нулевую технологию обработки почвы снижается биологическая активность целюлозоразлагающей микрофлоры . Это приводит к дополнительному накоплению минеральных соединений в корневой системе, что и снижает общее содержание углерода в корневых и пожнивных остатках.
Рисунок 2 - Влияние способов обработки почвы на содержание органического углерода в растительных остатках
Рисунок 3 - Влияние способов обработки на поступление органического углерода в почву с растительными остатками
4. Заключение
При отвальном способе обработки в почву поступает 6,74 т/га растительных остатков, использование безотвального рыхления и технологии no-till снижало количество поступающих растительных остатков до 6,09 и 5,38 т/га соответственно. Способы основной обработки почвы не оказали влияния на содержание Сорг в соломе, где значения варьировали от 46,0 до 46,1% сухого вещества. Поступление Сорг в почву с растительными остатками на отвальном фоне составляет 2939 кг/га. Использование безотвального рыхления и технологии no-till снижает поступление Сорг с растительными остатками на 11 и 19% соответственно, относительно отвального фона.