Моделирование длительной секвестрации углерода пахотным черноземом: совместное влияние удобрения и обработки почвы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Оценено влияние обработки почвы, систем удобрения и внесения пожнивных остатков на связывание углерода в пахотном слое 0–20 см в длительном полевом опыте, заложенном в 1976 г. на черноземе выщелоченном. Прогноз динамики содержания органического углерода почвы с использованием модели RothC получен до 2100 г. для трех вариантов внесения органо-минеральных удобрений по сравнению с абсолютным контролем при отвальной (MT) и поверхностной обработке почвы (CT). Показано, что при достижении равновесного уровня с ежегодным поступлением 2.9 Мг/га запасы органического углерода в почве составят 79–83 и 81–85 Мг/га для MT и CT соответственно. Биологизированная система удобрения с максимальными дозами внесения навоза и заделкой растительных остатков достигает равновесного уровня на 8–16 лет раньше, чем другие системы, для MT и на 16–24 года раньше – для CT. Это связано с бόльшими запасами C в этой системе на момент начала моделирования и с различием в качественном составе органического углерода. При ежегодном внесении 4.6 Мг/га обеспечение ежегодного прироста органического углерода на 4‰ возможно только в первые 20 лет после увеличения внесения C. Система удобрения может оказывать влияние на динамику запасов углерода в агрочерноземах по крайней мере в течение 40 лет при значительном уровне поступления углерода с растительными остатками и более 75 лет при среднем уровне поступления.

Об авторах

И. Т. Хусниев

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: husniev.ilshat@gmail.com
Москва, 119991 Россия

В. Н. Ситников

Ставропольский государственный аграрный университет

Ставрополь, 355017 Россия

А. Н. Есаулко

Ставропольский государственный аграрный университет

Ставрополь, 355017 Россия

О. С. Якименко

МГУ им. М.В. Ломоносова

Москва, 119991 Россия

В. А. Романенков

МГУ им. М.В. Ломоносова; Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии

Москва, 119991 Россия; Москва, 127434 Россия

Список литературы

  1. Агеев В.В., Демкин В.А. Программирование урожайности. Ставрополь, 1991. 120 с.
  2. Гречишкина Ю.И. Сохранение и воспроизводство плодородия черноземных почв для повышения продуктивности агроценозов Центрального Предкавказья. Дис. … докт. с./х. наук. М., 2020. 469 с.
  3. Есаулко А.Н., Петрова Л.Н., Агеев В.В. Повышение эффективности применения удобрений на основе оптимизации систем удобрения в севооборотах Центрального Предкавказья (к 40–летию стационара СтГАУ) // Плодородие. 2017. № 94. С. 8–11.
  4. Левин Ф.И. Количество растительных остатков в посевах полевых культур и его определение по урожаю основной продукции // Агрохимия. 1977. № 8. С. 36–42.
  5. Хусниев И.Т., Романенков В.А., Пасько С.В., Ильичев И.А. Агротехнологический потенциал управления органическим углеродом черноземов обыкновенных в зернопаропропашном севообороте // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 3. С. 38–44. https://doi.org/10.31857/S2500262722030085.
  6. Angers D.A., Eriksen-Hamel N.S. Full-inversion tillage and organic carbon distribution in soil profiles: a meta-analysis // Soil Sci. Soc. Am. J. 2008. V. 72. P. 1370–1374. https://doi.org/10.2136/ sssaj2007.0342
  7. Bolinder M.A., Crotty F., Elsen A., Frac M., Kismányoky T., Lipiec J. et al. The effect of crop residues, cover crops, manures and nitrogen fertilization on soil organic carbon changes in agroecosystems: a synthesis of reviews // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2020. V. 25. P. 929–952.
  8. Chenu C., Angers D.A., Barré P., Derrien D., Arrouays D., Balesdent J. Increasing organic stocks in agricultural soils: Knowledge gaps and potential innovations // Soil Till. Res. 2019. V. 188. P. 41–52. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.04.011
  9. Du Z., Angers D.A., Ren T., Zhang Q., Li G. The effect of no-till on organic C storage in Chinese soils should not be overemphasized: a meta-analysis // Agriculture, Ecosystems Environ. 2017. V. 236. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.11.007
  10. FAO. Technical Specifications and Country Guidelines for Global Soil Organic Carbon Sequestration Potential Map (GSOCseq). FAO, Rome, 2020.
  11. Franko U. Modeling approaches of soil organic carbon turnover within the CANDY system // Evaluation of Soil Organic Matter Models: Using Existing Long-Term Datasets. 1996. V. 38. P. 247–254.
  12. Franko U., Schramm G., Rodionova V., Körschens M., Smith P., Coleman K., Romanenkov V., Shevtsova L. EuroSOMNET – a database for long-term experiments on soil organic matter in Europe // Computers and Electronics in Agriculture. 2002. V. 33. P. 233–239. https://doi.org/10.1016/S0168-1699(02)00009-1
  13. Haddaway N.R., Hedlund K., Jackson L.E., Kätterer T., Lugato E., Thomsen I.K., Jørgensen H.B., Isberg P.-E. How does tillage intensity affect soil organic carbon? A systematic review protocol // Environ Evid. 2016. V. 5. P. 1. https://doi.org/10.1186/s13750–016-0052-0
  14. Haddaway N.R., Hedlund K., Jackson L.E., Kätterer T., Lugato E., Thomsen I.K., Jørgensen H. B., Isberg P.-E. How does tillage intensity affect soil organic carbon? A systematic review // Environ. Evid. 2017. V. 6. P. 30. https://doi.org/10.1186/s13750– 017-0108-9
  15. Heimann M., Reichstein M. Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks // Nature. 2008. V. 451(7176). P. 289–292. https://doi.org/10.1038/nature06591
  16. Hidy D., Barcza Z., Marjanović H., et al. Terrestrial ecosystem process model Biome-BGCMuSo v4.0: summary of improvements and new modeling possibilities // Geosci. Model Dev. 2016. V. 9. P. 4405–4437. https://doi.org/10.5194/gmd-9-4405-2016
  17. Huang S., Zeng Y., Wu J., Shi Q., Pan X. Effect of crop residue retention on rice yield in China: a meta-analysis // Field Crops Research. 2013. V. 154. P. 188–194.
  18. Husniev I., Romanenkov V., Minakova O., Krasilnikov P. Modelling and prediction of organic carbon dynamics in arable soils based on a 62-year field experiment in the Voronezh Region, European Russia // Agronomy. 2020. V. 10. P. 1607. https://doi.org/10.3390/agronomy10101607
  19. Husniev I., Romanenkov V., Siptits S., Pavlova V., Pasko S., Yakimenko O., Krasilnikov P. Perspectives on effective long-term management of carbon stocks in chernozem under future climate conditions // Agriculture. 2023. V. 13. P. 1901. https://doi.org/10.3390/agriculture13101901
  20. Jenkinson D.S., Hart P.B.S., Rayner J.H., Parry LC. Modeling the turnover of organic matter in long-term experiments // Intecol. 1987. V. 15. P. 1–8.
  21. Khusniev I.T., Romanenkov V.A., Pasko S.V., Ilyichev I.A. Agrotechnological potential of organic carbon management in grain-fallow crop rotation on ordinary chernozems // Russ. Agricult. Sci. 2022. V. 48. P. 276–282. https://doi.org/10.3103/S1068367422040073
  22. Lembaid I., Moussadek R., Mrabet R., Douaik A., Bouhaouss A. Modeling the effects of farming management practices on soil organic carbon stock under two tillage practices in a semi-arid region, Morocco // Heliyon. 2021. V. 7. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05889
  23. Li C., Aber J., Stange F., Butterbach-Bahl K., Papen H. A model of nitrous oxide evolution driven from soil driven by rainfall events: 1. Model structure and sensitivity // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 1992. V. 97. P. 9759–9776.
  24. Lu X. A meta-analysis of the effects of crop residue return on crop yields and water use efficiency // PLoS One. 2020. V. 15. P. e0231740. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231740
  25. Luo Z., Wang E., Sun O. J. Can no-tillage stimulate carbon sequestration in agricultural soils? A meta-analysis of paired experiments // Agriculture, Ecosystems Environ. 2010. V. 139. P. 224–231. https://doi.org/10.1016/j.agee.2010.08.006
  26. Meurer K.H.E., Haddaway N.R., Bolinder M.A., Kätterer T. Tillage intensity affects total SOC stocks in boreo-temperate regions only in the topsoil – A systematic review using an ESM approach // Earth-Sci. Rev. 2018. V. 177. P. 613–622. https://doi.org/10.1016/j.earsc irev.2017.12.015
  27. Parton W.J., Mosier A.R., Ojima D.S. Generalized model for N2 and N2O production from nitrification and denification // Global Biogeochem. 1996. V. 10. P. 401–412.
  28. Pavlova V., Shkolnik I., Pikaleva A., Efimov S., Karachenkova A., Kattsov V. // Future changes in spring wheat yield in the European Russia as inferred from a large ensemble of high-resolution climate projections // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14. P. 034010. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aaf8be
  29. Poirier V., Angers D.A., Rochette P., Chantigny M.H., Ziadi N., Tremblay G., Fortin J. Interactive effects of tillage and mineral fertilization on soil carbon profiles // Soil Sci. Soc. Am. J. 2009. V. 73. P. 255. https://doi.org/10.2136/sssaj2008.0006
  30. Smith P., Smith J.U., Powlson D.S., McGill W.B., Arah J.R.M. et al. A comparison of the performance of nine soil organic matter models using datasets from seven long-term experiments // Geoderma. 1997. V. 81. P. 153-225. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(97)00087-6
  31. Stocker T.F., Qin D., Plattner G.-K., Tignor M.M.B., Allen S.K., Boschung J., Nauels A., Xia Y., Bex V. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of IPCC the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Pres, 2014. P. 1535. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324
  32. Virto I., Barré P., Burlot A., Chenu C. Carbon input differences as the main factor explaining the variability in soil organic C storage in no-tilled compared to inversion tilled agrosystems // Biogeochemistry. 2012. V. 108. P. 17–26. https://doi.org/10.1007/s10533-011-9600–4
  33. Young M.D., Ros G.H., de Vries W. Impacts of agronomic measures on crop, soil, and environmental indicators: A review and synthesis of meta-analysis // Agriculture, Ecosystems Environ. V. 319. P. 107551.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025