Quantitative Characteristics of the Microstructure of Typical Chernozems Using Different Agricultural Technologies

S. A. Yudin; Юдин С. А.; O. O. Plotnikova; Плотникова О. О.; V. P. Belobrov; Белобров В. П.; M. P. Lebedeva; Лебедева М. П.; K. N. Abrosimov; Абросимов К. Н.; N. R. Ermolaev; Ермолаев Н. Р.

doi:10.31857/S0032180X22601438

Quantitative Characteristics of the Microstructure of Typical Chernozems Using Different Agricultural Technologies

Authors: Yudin S.A.¹, Plotnikova O.O.¹, Belobrov V.P.¹, Lebedeva M.P.¹, Abrosimov .N.¹, Ermolaev N.R.¹
Affiliations:
1. Dokuchaev Soil Science Institute
Issue: No 6 (2023)
Pages: 774-786
Section: МИНЕРАЛОГИЯ И МИКРОМОРФОЛОГИЯ ПОЧВ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/138128
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22601438
EDN: https://elibrary.ru/FQBAOC
ID: 138128

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The methodological possibilities of micromorphological soil research making it possible to analyze digital images of soil thin sections at a quantitative level are presented in this study. A new software Thixomet Pro has been tested for quantitative micromorphological study of sail on the example of soil thin sections from the surface horizons of Haplic Chernozem. Soil samples for preparing thin sections were collected on the territory of scientific and industrial field test plot for assessing the impact of agro technologies in grain crop rotation on soil properties (Kursk region, Russia). In the field test plot, conventional agro technology (real tillage) and no-till are compared. Soil sampling was carried out in two replications from depth of 10–15 cm. The analysis revealed the variability of microstructure of Haplic Chernozem in the size, shape and orientation of aggregates associated with the use of agricultural technologies with and without plowing in grain crop rotation. In the Сhernozem with no–till, aggregates are generally larger compared to the aggregates of Сhernozem with conventional agro technology. This is noted at all levels of comparison of direct seeding and conventional agricultural technology: in the minimum diameter, the fraction 1–2 mm prevails against 0.25–0.5 mm, respectively, in the average diameter, fractions 1–2, 2–3 and 3–5 mm prevail against 0.5–1 and 0.25–0.5 mm, respectively, in the maximum diameter, fractions 1–2, 2–3 and 3–5 mm prevail against 0.5–1, 0.25–0.5 and 1–2 mm, respectively. It is also shown that less rounded and isometric aggregates are formed during direct seeding. With direct seeding, the proportion of aggregates with a form factor of 0.2–0.4 is higher and the proportion of aggregates with a form factor of 0.4–0.6 is lower than with traditional technology. The proportion of subhorizontal aggregates in direct seeding is higher compared to traditional processing (54.3 and 34.1% respectively).

Keywords

micromorphology, soil morphometry, typical chernozem, direct seeding, no tillage

References

Белобров В.П., Юдин С.А., Айдиев А.Я., Ермолаев Н.Р., Лебедева М.П., Абросимов К.Н., Борисочкина Т.И., Воронин А.Я., Плотникова О.О. Чернозем типичный. Прямой посев, Курская область. Опыт, ротация 1.1. М.: ГЕОС, 2021. 128 с. https://doi.org/10.34756/GEOS.2021.16.37873
Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, технологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство) / Под ред. Эдельгериева Р.С.-Х. Т. 2. М.: Изд-во МБА, 2019. 476 с.
Горбов С.Н., Безуглова О.С., Абросимов К.Н., Скворцова Е.Б., Тагивердиев С.С., Морозов И.В. Физические свойства почв Ростовской агломерации // Почвоведение. 2016. № 8. С. 964–974. https://doi.org/10.7868/S0032180X16060034
Дридигер В.К., Стукалов Р.С., Матвеев А.Г. Влияние типа почвы и ее плотности на урожайность озимой пшеницы, возделываемой по технологии No-till в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края // Земледелие. 2017. № 2. С. 19–22.
Дридигер В.К., Невечеря А.Ф., Токарев И.Д., Вайцеховская С.С. Экономическая эффективность технологии No-till в засушливой зоне Ставропольского края // Земледелие. 2017. № 3. С. 16–19.
Дридигер В.К. Особенности проведения научных исследований по минимизации обработки почвы и прямому посеву (методические рекомендации). Ставрополь: Северо-Кавказский ФНАЦ, 2020. 68 с.
Дридигер В.К., Белобров В.П., Антонов С.А., Юдин С.А., Гаджиумаров Р.Г., Лиходиевская С.А., Ермолаев Н.Р. Защита почв от водной эрозии и дефляции в технологии No-Till // Земледелие. 2020. № 6. С. 11–17.
Дридигер В.К., Иванов А.Л., Белобров В.П., Кутовая О.В. Восстановление свойств почв в технологии прямого посева // Почвоведение. 2020. № 9 С. 1111–1120. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090038
Дубовик Д.В., Лазарев В.И., Айдиев А.Я., Ильин Б.С. Эффективность различных способов основной обработки почвы и прямого посева при возделывании озимой пшеницы на черноземных почвах // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 26–29. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2019-11206
Дубовик Е.В., Дубовик Д.В., Шумаков А.В. Влияние приемов основной обработки почвы на макроструктуру чернозема типичного // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1195–1206. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100051
Ермолаев Н.Р., Белобров В.П., Юдин С.А., Айдиев А.И., Ильин Б.С. Вариабельность плотности типичных черноземов при использовании прямого посева // Сельскохозяйственный журн. 2021. № 1(14). С. 14–20. https://doi.org/10.25930/2687-1254/002.1.14.2021
Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н., Баматов И.М. Глобальный климат и почвенный покров – последствия для землепользования России // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2021. № 107. С. 5–32. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-107-5-32
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. № 108. С. 175–218. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2021-108-175-218
Кирюшин В.И. Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследования // Земледелие. 2013. № 7. С. 3–6.
Кирюшин В.И., Дридигер В.К., Власенко А.Н., Власенко Н.Г., Козлов Д.Н., Кирюшин С.В., Конищев А.А. Методические рекомендации по разработке минимальных систем обработки почвы и прямого посева. М.: Изд-во МБА, 2019. 136 с.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
Реестр индикаторов качества почв сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. Версия 1.0. Иваново: ПресСТО, 2021. 260 с. https://doi.org/10/51961/9785604637401
Романенко К.А., Абросимов К.Н., Курчатов А.Н., Рогов В.В. Опыт применения рентгеновской компьютерной томографии в исследовании микростроения мерзлых пород и почв // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 4. С. 75–81. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-4(75-81)
Скворцова Е.Б. Строение порового пространства естественных и антропогенно измененных почв. Автореф. дис. … докт. с.-х. наук. М., 1999. 50 с.
Скворцова Е.Б., Морозов Д.Р. Микроморфометрическая классификация и диагностика строения порового пространства почвы // Почвоведение. 1993. № 6. С. 49–56.
Хайдапова Д.Д., Клюева В.В., Скворцова Е.Б., Абросимов К.Н. Характеристики реологических свойств и томографически определенного порового пространства ненарушенных образцов черноземов типичных и дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 2018. № 10. С. 1234–1243. https://doi.org/10.1134/S0032180X18100064
Холодов В.А. Механизмы восстановления структуры и органического вещества гумусовых горизонтов почв на разных уровнях иерархической организации. Автореф. дис. … докт. с.-х. наук. М., 2020. 45 с.
Холодов В.А., Ярославцева Н.В. Агрегаты и органическое вещество почв восстанавливающихся ценозов. М.: ГЕОС. 2021. 119 с.
Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Лазарев В.И., Фрид А.С. Интерпретация данных агрегатного состава типичных черноземов разного вида использования методами кластерного анализа и главных компонент // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1093–1100.
Черкасов Г.Н., Пыхтин И.Г., Гостев А.В., Нитченко Л.Б., Плотников В.А., Ильина Г.П., Гапонова Л.П. Теоретические основы формирования агротехнологической политики применения нулевых и поверхностных обработок почвы под зерновые культуры для модернизации земледелия. Курск, 2012. 74 с.
Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та. 2005. 432 с.
Behrends Kraemer F., Morrás H.J.M. Macroporosity of a Typic Argiudoll with different cropping intensity under no-tillage // Spanish J. Soil Sci. 2018. V. 8 P. 214–235. https://doi.org/10.3232/SJSS.2018.V8.N2.06
Castellanos-Navarrete A., Rodriguez-Aragones C., De Goede R.G.M., Kooistra M.J., Sayre K.D., Brussaard L., Pulleman M.M. Earthworm activity and soil structural changes under conservation agriculture in central Mexico // Soil Till. Res. 2012. V. 123. P. 61–70. https://doi.org/10.1016/j.still.2012.03.011
Derpsch R., Friedrich T., Kassam A., Li H. Current status of adoption of no-till farming in the world and some of its main benefits. // Int. J. Agricultural Biological Engineer. 2010. V. 3. № 1. P. 1–26. https://doi.org/10.3965/j.issn.1934-6344.2010.01.001-025
Filipovic D., Husnjak S., Kosutic S., Gospodaric Z. Effects of tillage systems on compaction and crop yield of Albic Luvisol in Croatia // J. Terramechanics. 2006. V. 43. P. 177–189. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2005.04.002
Kubiena W.L. Die mikromorphometrische Bodenanalyse. Stuttgart: Enke, 1967. 188 p.
Mangalassery S., Sjögersten S., Sparkes D.L., Mooney S.J. Examining the potential for climate change mitigation from zero tillage // J. Agr. Sci. 2015. V. 153. № 7. P. 1151–1173. https://doi.org/10.1017/S0021859614001002
Stoops G. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections // Soil Sci. Soc. Am. Wisconsin, 2021. 240 p.
Su Z., Zhang J., Wu W., Cai D., Lv J., Jiang G., Huang J., Gao J., Hartmann R., Gabriels D. Effects of conservation tillage practices on winter wheat water-use efficiency and crop yield on the Loess Plateau, China // Agr. Water Manage. 2007. V. 87. P. 307–314.
Thixome. (19.07.2021). Программное обеспечение для анализа изображений Тиксомет. https://thixomet.ru/products/#pro
Vanden Bygaart A.J., Protz R., Tomlin A.D. Changes in pore structure in a no-till chronosequence of silt loam soils, southern Ontario // Can. J. Soil Sci. 1999. V. 79. P. 149–160.
Van Vliet-Lanoë B., Fox C.A. Chapter 20 – Frost Action // Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. 2018. P. 575–603. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63522-8.00020-6
Verhulst N., Nelissen V., Jespers N., Haven H., Sayre K.D., Raes D., Deckers J., Govaerts B. Soil water content, maize yield and its stability as affected by tillage and crop residue management in rainfed semiarid highlands // Plant and Soil. 2011. V. 344. № 1. P. 73–85.
World Reference Base for Soil Resources 2014. update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. Rome: FAO, 2015. No. 106.
Zhang S., Li Q., Zhang X., Wei K., Chen L, Liang W. Effects of conservation tillage on soil aggregation and aggregate binding agents in black soil of Northeast China // Soil Till. Res. 2012. V. 124. P. 196–202.