Influence of tillage method on organic carbon input into the soil of grain agrocenosis of Western Siberia
Influence of tillage method on organic carbon input into the soil of grain agrocenosis of Western Siberia
Abstract
The problem of climate change is related to emissions of greenhouse gases, which include carbon dioxide. The share of agriculture in the total emission of carbon dioxide and nitrous oxide is about 50%. The carbon in carbon dioxide is part of the soil-plant-atmosphere cycle. This has led to the development of the "4 ppm" concept, the main objective of which is to increase the carbon stock in arable soils by 0.4% per year, which would reduce the impact of greenhouse gases on the climate. The main source of carbon input to arable soils is crop residues, in the form of crop by-products. The aim of the study was to determine the influence of tillage methods on the input of organic carbon with crop residues in spring wheat crops. It was found that tillage does not affect the Corgc in straw, where the values ranged from 46.0 to 46.1% of dry matter. Whereas, when no-tillage and no-till technology were used, Corgc in KPO was higher than on the mouldboard background by 1.5%. It was found that on the discarded background, 2939 kg/ha of Corgc entered the soil. Application of no-till loosening and no-till tillage reduces Corgc inputs by 11 and 19% relative to the discarded background.
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.