Agrogeochemical Technologies for Managing CO2 Flows in Agroecosystems. Message 2. Restoration of the Microbial Link of the Agrogeochemical Cycle

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The application of agrogeochemical technologies aimed at restoring agrogeochemical cycles in agricultural ecosystems, primarily in the microbial link regulating CO2 flows, is considered. Examples of recultivation of disturbed and polluted soils, waterlogged and/or over-dried soils are given and their impact on the amount of CO2 flux is estimated. A complex of agrogeochemical technologies aimed at assessing and stabilizing the microbial link of the biogeochemical cycle in agroecosystems is presented. Examples of the use of these technologies for the regulation of CO2 emissions in agroecosystems are given. Using one of these technologies, an almost 5-fold decrease in the rate of CO2 flows during the reclamation of disturbed pasture ecosystems of the tundra is shown. It is necessary to further develop and use agrogeochemical technologies aimed at restoring biogeochemical cycles in agroecosystems, primarily in the microbial link regulating CO2 flows.

About the authors

V. N. Bashkin

Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science of the RAS

Author for correspondence.
Email: vladimirbashkin@yandex.ru
Russia, 142290, Moscow district, Pushchino, Institutskaya ul. 2

R. A. Galiulina

Institute of Fundamental Problems of Biology of the RAS

Email: vladimirbashkin@yandex.ru
Russia, 142290, Moscow, Pushchino, Institutskaya ul. 2

References

  1. Bashkin V., Alekseev A., Levin B., Mescherova E. Biogeochemical technologies for managing CO2 flows in agroecosystems // Adv. Environ. Eng. Res. 2023. V. 4(1). P. 012. https://doi.org/10.21926/aeer.2301012
  2. Biogeochemical technologies for managing pollution in polar ecosystems / Ed. Bashkin V. // Environ. Pollut. V. 26. Switzerland: Springer, 2016. 219 pp.
  3. Ecological and biogeochemical cycling in impacted polar ecosystems / Ed. Bashkin V. N.Y.: NOVA Publishers, 2017. 308 p.
  4. Bashkin V.N., Galiulin R.V. Geoecological risk management in polar areas // Environ. Pollut. V. 28. Switzerland: Springer, 2019. 155 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-04441-1
  5. Матышак Г.В., Тархов М.О., Рыжова И.М., Гончарова О.Ю., Сефилян А.Р., Чуванов С.В., Петров Д.Г. Температурная чувствительность истечения СО2 с поверхности бугристых торфяников Северо-Западной Сибири при оценке трансплантационным методом // Почвоведение. 2021. № 7. С. 815–826. https://doi.org/10.31857/S0032180X21070108
  6. Помазкина Л.В., Котова Л.Г., Лубнина Е.В. Биогеохимический мониторинг и оценка режимов функционирования агроэкосистем в случае с техногенно загрязненными почвами. Новосибирск: Наука, 1999. 207 с.
  7. Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. М.: Товарищ-во научн. изд. КМК, 2016. 243 с.
  8. Галиулин Р.В., Башкин В.Н., Галиулина Р.А., Лебедев А.Р. Оценка загрязнения почв бенз(а)пиреном и их биологической активности // Агрохимия. 1993. № 12. С. 62–65.
  9. Doelman P., Haanstra L. Effect of lead on soil respiration dehydrogenase activity // Soil Biol. Biochem. 1979. V. 11. P. 475–479.
  10. Chang F.H., Broadbent F.E. Influence of trace metals on carbon dioxide evolution from a yolo soil // Soil Sci. 1981. V. 132. P. 416–421.
  11. Помазкина Л.В., Лубнина Е.В., Зорина С.Ю., Котова Л.Г. Динамика выделения СО2 серой лесной почвой в лесостепи Прибайкалья // Почвоведение. 1996. Т. 23. С. 327–331.
  12. Aoyama M., Itaya S., Otowa M. Effect of copper on the decomposition of plant residues, microbial biomass and B-glucosidase activity in soils // Soil Sci. Plant Nutr. 1993. V. 39. P. 557–566.
  13. Звягинцев Д.Г., Кураков А.В., Умаров М.М., Филипп З. Микробиологические и биохимические показатели загрязнения свинцом дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1997. № 9. С. 1124–1131.
  14. Mei Huang, Yi Zhu, Zhongwu Li, Bin Huang, Ninglin Luo, Chun Liu, Guangming Zeng. Compost as a soil amendment to remediate heavy metal-contaminated agricultural soil:mechanisms, efficacy, problems, and strategies // Water Air Soil Pollut. 2016. V. 227. P. 359. https://doi.org/10.1007/s11270-016-3068-8
  15. Соколова Л.Г., Зорина С.Ю., Белоусова Е.Н. Эмиссия СО2 из почвы при введении кратковременной сидерации в паровое поле в условиях лесостепной зоны Прибайкалья // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1262–1273. https://doi.org/10.31857/S0032180X2110011
  16. Ильясов Д.В., Молчанов А.Г., Глаголев М.В., Суворов Г.Г., Сирин А.А. Моделирование нетто-экосистемного обмена углекислым газом сенокоса на осушенной торфяной почве: анализ сценариев землепользования // Компьют. исслед-я и моделир. 2020. № 12. С. 1427–1449. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2020-12-6-1427-1449
  17. Семенов В.М., Когут Б.М., Лукин С.М. Влияние повторяющихся циклов высыхания–увлажнения–замораживания–оттаивания на активный пул органического вещества почвы // Почвоведение. 2014. № 4. С. 443–454. https://doi.org/10.7868/S0032180X14040078
  18. Houghton R.A., House J.I., Pongratz J., van der Werf G.R., DeFries R.S., Hansen M.C., Le Quere C., Ramankutty N. Carbon emissions from land use and land-cover change // Biogeosciences. 2012. V. 9. P. 5125–5142. https://doi.org/10.5194/bg-9-5125-2012
  19. Потоки и пулы углерода в наземных экосистемах России / Под ред. Заварзина Г.А. М.: Наука, 2007. 315 с.
  20. Smith J., Smith P., Wattenbach M., Gottschalk P., Romanenkov V.A., Shevtsova L.K., Sirotenko O.D., Ru-khovich D.I., Koroleva P.V., Romanenko I.A., Lisovoi N.V. Projected changes in the organic carbon stocks of croplands mineral soils of European Russia and the Ukraine, 1990–2000 // Global Change Biol 2007. V. 13. P. 342–356. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01297.x
  21. Солодянкина С.В., Черкашин А.К. Экономическая ГИС-оценка способности растительности к нейтрализации антропогенных выбросов углекислого газа на юге Восточной Сибири // Вестн. НГУ. Сер. Информ. технол. 2014. № 2. С. 99–108.
  22. Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Щерба Т.И., Шнырев Н.А. Абиотические факторы почвенного дыхания // Экол. вестн. Север. Кавказа. 2010. № 1. С. 5–13.
  23. Chen S., Zou J., Hu Z., Chen H., Lu Y. Global annual soil respiration in relation to climate, soil properties and vegetation characteristics: Summary of available data // Agric. For. Meteorol. 2014. V. 198–199. P. 335–346. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2014.08.020
  24. Суховеева О.Е. Проблемы моделирования биогеохимического цикла углерода в агроландшафтах // Уч. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2020. Т. 162. С. 473–501. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2020.3.473-501
  25. Чжао Дань-дань, Чжан Пэн-бо, Бочарникова Е.А., Матиченков В.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П. Оценка секвестрации углерода корнями риса при удобрении кремнием // Вестн. МГУ. Сер. почвовед. 2019. № 3. С. 17–22.
  26. Башкин В.Н., Кудеяров В.Н., Кузнецова Т.В. Метод подготовки проб для изотопного анализа азота. А.с. СССР № 1043565 // Б.И. 1982.
  27. Башкин В.Н., Кудеяров В.Н. Метод определения азотминерализующей способности почв. А. с. СССР № 1206703 // Б. И. 1983.
  28. Васильева Г.С., Башкин В.Н., Хомутов С.М., Орлинский Д.Б. Метод оценки биоразложения пестицидов. А. с. СССР № 5005241 // Б. И. 1991.
  29. Васильева Г.С., Башкин В.Н., Хомутов С.М., Орлинский Д.Б. Метод оценки степени очищенности почвы от остатков пестицидов. А. с. СССР № 1836636 // Б. И. 1994.
  30. Башкин В.Н., Головнина Н.О. Метод прогнозирования поведения азота в агроэкосистемах. А. с. СССР № 1753415 // Б. И. 1995.
  31. Башкин В.Н., Бухгалтер Е.Б., Галиулин Р.В., Коняев С.В., Калинина И.Е., Галиулин Р.А. Метод контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и обезвреживания углеводородного шлама посредством анализа активности каталазы. Пат. № 2387995, РФ. 27.04.2010.
  32. Башкин В.Н., Бухгалтер Е.Б., Галиулин Р.В., Коняев С.В., Калинина И.Е., Галиулин Р.А. Метод контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и обезвреживания углеводородного шлама посредством анализа активности дегидрогеназы. Пат. № 2387996, РФ. 27.04.2010.
  33. Арно О.Б., Араб А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Маклюк О.В., Припутина И.В. Метод контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа активности дегидрогеназы. Пат. № 2491137, РФ. Зарег. в Гос. реестре изобр. РФ 27.08.2013.
  34. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Алексеев А.О., Салбиев Т.Х.-М, Серебряков Е.П. Метод оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв с разной общей влагоемкостью торфом. Пат. № 2611159, РФ. // Б.И. № 6. 21.02.2017.
  35. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Алексеев А.О., Галиулина Р.А., Мальцева А.Н., Ямников С.А., Николаев Д.С., Мурзагулов В.Р. Метод получения гумата калия из местного торфа Ямало-Ненецкого автономного округа. Пат. № 2610956, РФ // Б.И. № 5. 17.02.2017.
  36. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Алексеев А.О., Ямников С.А., Николаев Д.С., Мурзагулов В.Р. Метод оценки эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв внесением местного торфа и гумата калия. Пат. № 2611165, РФ // Б.И. № 6. 21.02.2017.
  37. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулин Р.А. Метод диагностики хронического и случайного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы. Пат. № 2617533, РФ // Б.И. № 12. 25.04.2017.
  38. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Соловищук Л.А., Маклюк О.В. Метод биохимического контроля эффективности рекультивации нарушенных и загрязненных тундровых почв. Пат. № 267249, РФ // Б.И. № 32. 15.11.2018.
  39. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулин Р.А. Метод определения источника и времени загрязнения окружающей среды и биологических субстратов человека пестицидом ДДТ в районах Крайнего Севера. Пат. № 2701554, РФ // Б.И. № 28. 30.09.2019.
  40. Арно О.Б., Арабский А.К., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А., Соловищук Л.А., Маклюк О.В., Мурзагулов В.Р., Линник А.И. Метод определения микробного загрязнения водной среды посредством анализа активности фермента дегидрогеназы. Пат. РФ на изобр. № 2735756, РФ // Б. И. № 31. 06.11.2020.
  41. Poblete-Grant P., Cartes P., Pontigo S., Biron P., Mora M.D., Rumpel C. Phosphorus fertiliser source determines the allocation of root-derived organic carbon to soil organic matter fractions // Soil Biol Biochem. 2022. V. 167. P. 108614.
  42. Bashkin V.N. Biogeochemical engineering: Technologies for managing environmental risks // Adv. Environ. Eng. Res. 2022. V. 3(4). P. 040. https://doi.org/10.21926/aeer.2204040
  43. Xu X., Xu Z., Chen L., Li C. How does industrial waste gas emission affect health care expenditure in different regions of China: An application of bayesian quantile regression // Inter. J. Environ. Res. Public. Health. 2019. V. 16. P. 2748. https://doi.org/10.3390/ijerph16152748

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».