Influence of Mineral Fertilizers on Organic Carbon Input into Soil with Plant Residues in Spring Wheat Crops

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.