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 [1]. 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 [2], [3]. 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 [4], [5]. 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 [6].
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 [7].
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 [8], [9].
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).
Влияние способов обработки почвы на поступление растительных остатков в почву
При безотвальной обработке почвы количество поступивших растительных остатков было на 11% ниже отвального фона и не превышало 6,09 т/га. Соотношение поступившей соломы и КПО при этом было практически одинаковым. Наибольшее снижение растительных остатков относительно отвального фона отмечено по поступлению соломы, где значения были ниже на 0,59 т/га (НСР05=0,10 т/га).При отказе от обработки почвы количество растительных остатков, остающихся на поле, существенно снижалось до 5,38 т/га, что ниже отвального и безотвального варианта на 20 и 12% соответственно. Отмечено, что на солому на данном варианте приходится не более 46% растительных остатков, что ниже отвального фона на 28%. Количество корневых и пожнивных остатков, поступивших в почву, на этом варианте составляло 2,90 т/га, что ниже на 12 и 7%, чем на отвальном и безотвальном фоне (НСР05=0,09 т/га). Закономерность по снижению массы корневой системы при переходе с отвальной обработки почвы на безотвальную, минимальную и нулевую технологию отмечается в работах других исследователей. Это происходит из-за того, что при отказе от оборота пласта происходит закономерное увеличение плотности почвы, что затрудняет развитие корневой системы [10], [11]. В свою очередь, слабо развития корневая система снижает зону питания растений и, как правило, продуктивность и выход основной и побочной продукции.
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 [12]. Это приводит к дополнительному накоплению минеральных соединений в корневой системе, что и снижает общее содержание углерода в корневых и пожнивных остатках.
Влияние способов обработки почвы на содержание органического углерода в растительных остатках
Расчеты показали, что при отвальном способе основной обработки почвы в посевах яровой пшеницы в почву поступает до 2939 кг/га органического углерода из которых на солому приходится до 55%, что составляет 1591 кг/га, на корневые и пожнивные остатки приходится не более 1348 кг/га (рис.3).
Влияние способов обработки на поступление органического углерода в почву с растительными остатками
Использование безотвальной обработки почвы снижает общее поступление углерода с растительными остатками до 2672 кг/га, что ниже отвального фона на 9%. Примерно поровну углерода при этом поступает с соломой (1360 кг/га) при НСР05=64 кг/га и корневыми и пожнивными остатками (1313 кг/га) при НСР05=72 кг/га. Использование технологии no-till, несмотря на одинаковое содержание углерода в соломе и КПО с безотвальным фоном, существенно снижает количество поступившего углерода до 2366 кг/га, что на 19% ниже, чем при отвальной обработке почвы и на 11% ниже безотвального варианта.
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.