Assessment of Greenhouse Gas Emissions and Carbon Reserves with Zero Processing of Chernozem in the Conditions of the Forest-Steppe Zone of the Middle Volga Region

L. V. Orlova; Орлова Л. В.; N. M. Trots; Троц Н. М.; V. I. Platonov; Платонов В. И.; E. V. Balashov; Балашов Е. В.; S. V. Sushko; Сушко С. В.; I. N. Kolesnichenko; Колесниченко И. Н.; S. V. Orlov; Орлов С. В.; E. V. Kruglov; Круглов Е. В.

doi:10.31857/S0002188123070086

Оценка эмиссии парниковых газов и запасов углерода при нулевой обработке чернозема в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья

Авторы: Орлова Л.В.¹, Троц Н.М.², Платонов В.И.³, Балашов Е.В.⁴, Сушко С.В.⁴, Колесниченко И.Н.³, Орлов С.В.⁵, Круглов Е.В.⁶
Учреждения:
1. Национальное движение сберегающего земледелия
2. Самарский государственный аграрный университет
3. Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева
4. Агрофизический институт
5. ООО “Орловка-Агро-Инновационный Центр”
6. Самарский государственный медицинский университет Минздрава РФ
Выпуск: № 7 (2023)
Страницы: 44-54
Раздел: Агроэкология
URL: https://journals.rcsi.science/0002-1881/article/view/139627
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188123070086
EDN: https://elibrary.ru/OFWSES
ID: 139627

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Переход от общепринятой технологии обработки почв к технологии нулевой обработки способствует увеличению секвестрации углерода (С_орг) в форме углекислого газа (СО₂) из атмосферы в почву и, как следствие, снижению неблагоприятных воздействий парникового эффекта на экологическое состояние окружающей среды. Эффективность применения нулевой обработки почв в большей или меньшей степени обусловлена конкретными агроклиматическими условиями, системами севооборотов, удобрения и защиты растений, качеством и устойчивостью почв. Исследовали влияние нулевой обработки почвы на динамику запасов С_орг и эмиссию парниковых газов (СО₂, N₂O, CH₄) в агроклиматических условиях растениеводческого хозяйства (ООО “Орловка АИЦ”, Самарская обл.). Исследование провели на агрочерноземе тяжелосуглинистом в сентябре–ноябре 2021 г. в условиях аномально засушливого вегетационного периода и высоких летних температур. На участках с нулевой обработкой почвы поступило с растительными остатками: 268–1721 кг С/га, 3–66 кг N, 0.2–7.7 кг Р и 12–44 кг K/га. На основе полученных результатов предложены рекомендации по дальнейшему совершенствованию эффективности технологии нулевой обработки почвы благодаря, во-первых, уменьшению ее неблагоприятного влияния на плотность сложения почвы, и, во-вторых, учету влияния подстилающих материнских пород и рельефа на водную эрозию почвы и перераспределение гранулометрических фракций почвы в агроландшафте, что позволит применять эту технологию согласно принципам адаптивно-ландшафтного земледелия.

Ключевые слова

природоохранное ресурсосберегающее земледелие, нулевая и общепринятая обработка почвы, свойства почвы, секвестрация углерода, эмиссия парниковых газов.

Список литературы

Национальный доклад “Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство)” / Под ред. Р.С.-Х. Эдельгериева. Т. 2. М.: Изд-во МБА, 2019. 476 с.
Haque M.M., Biswas J.C., Salahin N., Alam M.K., Akhter S., Akhtar S., Maniruzzaman M., Hossain M.S. Tillage systems influence on greenhouse gas emission factor and global warming potential under rice-mustard-rice cropping system // Arch. Agron. Soil Sci. 2022. P. 1–16.
Huang Y., Ren W., Wang L., Hui D., Grove J.H., Yang X., Tao B., Goff B. Greenhouse gas emissions and crop yield in no-tillage systems: A meta-analysis // Agricult. Ecosyst. Environ. 2018. V. 268. P. 144–153.
Virk A.L., Liu W.S., Chen Z., Yves N., Bohoussou D., Cheema M.A., Khan T.S., Zhao X., Zhang H.L. Effects of different tillage systems and cropping sequences on soil physicochemical properties and greenhouse gas emissions // Agricult. Ecosyst. Environ. 2022. V. 335. N. 108010.
Jarecki M.K., Lal R. Crop management for soil carbon sequestration // Critic. Rev. Plant Sci. 2003. V. 22(6). P. 471–502.
Lal R., Follett R.F., Stewart B.A., Kimble J.M. Soil carbon sequestration to mitigate climate change and advance food security // Soil Sci. 2007. V. 172(12). P. 943–956.
Lessmann M., Ros G.H., Young M.D., de Vries W. Global variation in soil carbon sequestration potential through improved cropland management // Global Change Biol. 2022. V. 28(3). P. 1162–1177.
Padarian J., Minasny B., McBratney A., Smith P. Soil carbon sequestration potential in global croplands // Peer. J. 2022. V.10. e13740.
Paustian K., Six J., Elliott E.T., Hunt H.W. Management options for reducing CO2 emissions from agricultural soils // Biogeochemistry. 2000. V. 48(1). P. 147–163.
Zhao J., Liu Z., Lai H., Yang D., Li X. Optimizing residue and tillage management practices to improve soil carbon sequestration in a wheat–peanut rotation system // J. Environ. Manag. 2022. V. 306. N. 114468.
Lal R. Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security // Science. 2004. V. 304(5677). P. 1623–1627.
Balashov E., Buchkina N. Impact of short-and long-term agricultural use of chernozem on its quality indicators // Inter. Agrophys. 2011. V. 25(1). P. 1–5.
López-Garrido R., Madejón E., Murillo J.M., Moreno F. Soil quality alteration by mouldboard ploughing in a commercial farm devoted to no-tillage under Mediterranean conditions // Agricult. Ecosyst. Environ. 2011. V. 140(1–2), P. 182–190.
de Oliveira L.E.Z., de Souza Nunes R., de Sousa D.M.G., de Figueiredo C.C. Dynamics of residual phosphorus forms under different tillage systems in a Brazilian Oxisol // Geoderma. 2020. V. 367. 114254.
Xu J., Han H., Ning T., Li Z., Lal R. Long-term effects of tillage and straw management on soil organic carbon, crop yield, and yield stability in a wheat-maize system // Field Crop. Res. 2019. V. 233. P. 33–40.
Castellini M., Fornaro F., Garofalo P., Giglio L., Rinaldi M., Ventrella D., Vitti C., Vonella A.V. Effects of no-tillage and conventional tillage on physical and hydraulic properties of fine textured soils under winter wheat // Water. 2019. V. 11(3). P. 484.
Ogle S.M., Alsaker C., Baldock J., Bernoux M., Breidt F.J., McConkey B., Regina K., Vazquez-Amabile G.G. Climate and soil characteristics determine where no-till management can store carbon in soils and mitigate greenhouse gas emissions // Sci. Rep. 2019. V. 9(1). P. 1–8.
Paustian K., Six J., Elliott E.T., Hunt H.W. Management options for reducing CO2 emissions from agricultural soils // Biogeochemistry. 2000. V. 48(1). P. 147–163.
Phogat M., Dahiya R., Goyal V., Kumar V. Impact of long term zero tillage on soil physical properties: A review // J. Pharmacogn. Phytochem. 2020. V. 9(5). P. 2959–2967.
Six J., Bossuyt H., Degryze S., Denef K. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics // Soil Till. Res. 2004. V. 79(1). P. –31.
Vizioli B., Cavalieri-Polizeli K.M.V., Tormena C.A., Barth G. Effects of long-term tillage systems on soil physical quality and crop yield in a Brazilian Ferralsol // Soil Till. Res. 2021. V. 209. 104935.
Zhang Y., Xie D., Ni J., Zeng X. Conservation tillage practices reduce nitrogen losses in the sloping upland of the Three Gorges Reservoir area: No-till is better than mulch-till // Agricult. Ecosyst. Environ. 2020. V. 300. 107003.
Bhattacharyya S.S., Ros G.H., Furtak K., Iqbal H.M., Parra-Saldívar R. Soil carbon sequestration – An interplay between soil microbial community and soil organic matter dynamics // Sci. Total Environ. 2022. N. 152928.
Dewi R.K., Fukuda M., Takashima N., Yagioka A., Komatsuzaki M. Soil carbon sequestration and soil quality change between no-tillage and conventional tillage soil management after 3 and 11 years of organic farming // Soil Sci. Plant Nutr. 2022. V. 68(1). P. 133–148.
Kan Z.R., Liu W.X., Liu W.S., Lal R., Dang Y.P., Zhao X., Zhang H.L. Mechanisms of soil organic carbon stability and its response to no-till: A global synthesis and perspective // Global Change Biol. 2022. V. 28(3). P. 693–710.
Ussiri D.A., Lal R. Long-term tillage effects on soil carbon storage and carbon dioxide emissions in continuous corn cropping system from an alfisol in Ohio // Soil Till. Res. 2009. V. 104(1). P. 39–47.
Christopher S.F., Lal R., Mishra U. Regional study of no-till effects on carbon sequestration in the Midwestern United States // Soil Sci. Soc. Amer. J. 2009. V. 73 (1). P. 207–216.
Гилев С.Д., Цымбаленко И.Н., Курлов А.П., Русакова И.В. Микробоценоз чернозема выщелоченного и динамика органического вещества при минимизации обработки почвы в условиях Зауралья // АПК России. 2015. Т. 73. С. 104–110.
Кураченко Н.Л., Колесник А.А. Структура и запасы гумусовых веществ чернозема в условиях основной обработки почвы // Вестн. КрасГАУ. 2017. № 9. С. 149–157.
Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Яшин М.А., Фарходов Ю.Р., Ильин Б.С., Лазарев В.И. Содержание органического углерода и азота в размерных фракциях агрегатов типичных черноземов // Почвоведение. 2021. № 3. С. 320–326.
Завалин А.А., Дридигер В.К., Белобров В.П., Юдин С.А. Азот в черноземах при традиционной технологии обработки и прямом посеве // Почвоведение. 2018. № 12. С. 1506–1516.
Мокриков Г.В., Казеев К.Ш., Мясникова М.А., Акименко Ю.В., Колесников С.И. Влияние технологии прямого посева на почвенную мезофауну, дыхание и ферментативную активность черноземов южных // Агрохим. вестн. 2019. № 5. С. 31–36.
Холодов В.А., Белобров В.П., Ярославцева Н.В., Яшин М.А. Влияние технологии прямого посева на распределение органического углерода и азота во фракциях агрегатов черноземов типичных, обыкновенных и южных // Почвоведение. 2021. № 2. С. 240–246.
Horák J., Balashov E., Šimanský V., Igaz D., Buchkina N., Aydin E., Bárek V., Drgoňová K. Effects of conventional moldboard and reduced tillage on seasonal variations of direct CO2 and N2O emissions from a loam Haplic Luvisol // Biologia. 2019. V. 74. P. 767–782.
Liu X.J., Mosier A.R., Halvorson A.D., Reule C.A., Zhang F.S. Dinitrogen and N2O emissions in arable soils: Effect of tillage, N source and soil moisture // Soil Biol. Biochem. 2007. V. 39(9). P. 2362–2370.
Petersen S.O., Schjønning P., Thomsen I.K., Christensen B.T. Nitrous oxide evolution from structurally intact soil as influenced by tillage and soil water content // Soil Biol. Biochem. 2008. V. 40(4). P. 967–977.
Smith W.N., Grant B.B., Desjardins R.L., Rochette P., Drury C.F., Li C. Evaluation of two process-based models to estimate soil N2O emissions in Eastern Canada // Canad. J. Soil Sci. 2008. V. 88(2). P. 251–260.
Wang H., Wang S., Yu Q., Zhang Y., Wang R., Li J., Wang X. No-tillage increases soil organic carbon storage and decreases carbon dioxide emission in the crop residue-returned farming system // J. Environ. Manag. 2020. V. 261. 110261.
Badagliacca G., Benítez E., Amato G., Badalucco L., Giambalvo D., Laudicina V.A., Ruisi P. Long-term no-tillage application increases soil organic carbon, nitrous oxide emissions and faba bean (Vicia faba L.) yields under rain-fed Mediterranean conditions // Sci. Total Environ. 2018. V. 639. P. 350–359.
Wrage N., Velthof G.L., van Beusichem M.L., Oenema O. Role of nitrifier denitrification in the production of nitrous oxide // Soil Biol. Biochem. 2001. V. 33(12–13). P. 1723–1732.
De Kimpe C.D., Warkentin B.P. Soil functions and the future of natural resources // Adv. Geoecol. 31. Catena Verlag, Reiskirchen, Germany, 1998. V. 1. P. 3–10.
Karlen D.L., Ditzler C.A., Andrews S.S. Soil quality: why and how? // Geoderma. 2003. V. 114(3–4). P. 145–156.
Almaraz J.J., Mabood F., Zhou X., Madramootoo C., Rochette P., Ma B. L., Smith D.L. Carbon dioxide and nitrous oxide fluxes in corn grown under two tillage systems in southwestern Quebec // Soil Sci. Soc. Amer. J. 2009. V. 73(1), P. 113–119.
Ma Y., Sun L., Zhang X., Yang B., Wang J., Yin B., Yan X., Xiong Z. Mitigation of nitrous oxide emissions from paddy soil under conventional and no-till practices using nitrification inhibitors during the winter wheat-growing season // Biol. Fertil. Soil. 2013. V. 49(6). P. 627–635.
Abdalla M., Osborne B., Lanigan G., Forristal D., Williams M., Smith P., Jones M.B. Conservation tillage systems: a review of its consequences for greenhouse gas emissions // Soil Use Manag. 2013. V. 29(2). P. 199–209.
Zhang Y., Zhao J., Huang X., Cheng Y., Cai Z., Zhang J., Müller C. Microbial pathways account for the pH effect on soil N2O production // Europ. J. Soil Biol. 2021. V. 106. N. 103337.
Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н. Методологические подходы формирования единой Национальной системы мониторинга и учета баланса углерода и выбросов парниковых газов на землях сельскохозяйственного фонда Российской Федерации // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2021. Вып. 108. С. 175–218.
Стандартная рабочая методика. Органический углерод почвы Спектрофотометрический метод Тюрина. Рим: ФАО, 2021. https://www.fao.org/3/cb4757ru/cb4757ru.pdf
Руководство ФАО по оценке содержания органического углерода почвы. 2021 г., стандарт VCS сертификационного агентства Verra, 2022 г.
Buchkina N., Rizhiya E., Balashov E. N2O emission from a loamy sand Spodosol as related to soil fertility and N-fertilizer application for barley and cabbage // Arch. Agron. Soil Sci. 2012. V. 58. P. 141–146.
Dobbie K.E., Smith K.A. Nitrous oxide emission factors for agricultural soils in Great Britain: The impact of soil water-filled pore space and other controlling variables // Global Change Biol. 2003. V. 9(2). P. 204–218.