Оценка возможности прогноза эмиссии CO₂ в полевом эксперименте по показателям гумусного состояния при распашке залежных почв

В модельном полевом эксперименте за два вегетационных периода (2022, 2023 гг.) на распаханных участках с низким, средним и высоким содержанием почвенного органического вещества (ПОВ) (варианты опыта) и соседних залежах (контроль) оценена возможность прогноза эмиссии СО₂ по показателям гумусного состояния старопахотного горизонта залежной светло-серой лесной почвы. Эмиссия СО₂ на распаханных участках в 3.2–3.4 выше в первый год, во второй год – в 2.6–3.3 раза, чем на залежи. Средняя разница эмиссии СО₂ между опытом и контролем составила для участка с низким содержанием ПОВ – 0.175, для участка со средним содержанием ПОВ – 0.214, для участка с высоким содержанием ПОВ – 0.225 г С-СО /(м²×ч). Содержание углерода, растворимого в смеси Na₄P₂O₇–NaOH (Сщел), на участках со средним и высоким содержанием ПОВ значимо снижается, уменьшение содержания общего углерода (Собщ) не значимо, а содержание углерода, растворимого в кипящей воде (Скв), возрастает. Содержание Сщел является перспективным показателем гумусного состояния залежи для построения прогнозных моделей оценки эмиссии СО₂ при смене землепользования.

1. Li S., Li X. Global understanding of farmland abandonment: A review and prospects // J. Geogr. Sci. 2017. V. 27, No 1. Р. 1123–1150. https://doi.org/10.1007/s11442-017-1426-0.

2. Ustaoglu E., Collier M.J. Farmland abandonment in Europe: An overview of drivers, consequences, and assessment of the sustainability implications // Environ. Rev. 2018. V. 26, No 4. P. 396–416. https://doi.org/10.1139/er-2018-0001.

3. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель России в ХХ в. и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: Геос, 2010. 416 с.

4. Иванов А.Л., Завалин А.А., Кузнецов М.С., Захаренко В.А., Свинцов И.П., Карпухин А.И., Исаев В.А., Гулюк Г.Г., Чекмарев П.А., Ефанов П.А., Кирюшин В.И., Хитров Н.Б., Каштанов А.Н., Апарин Б.Ф., Карманов И.И., Булгаков Д.С., Молчанов Э.Н., Рожков В.А., Симакова М.С., Рухович Д.И., Любимова И.Н., Назарова Л.Ф., Алексахин Р.М., Санжарова Н.И., Шубина О.А., Прудников П.В., Новиков А.А., Титов И.Е., Кизяев Б.М., Кирейчева Л.В., Ковалев Н.Г., Сычев В.Г., Лунев М.И., Павлихина А.В., Еськов А.И., Тарасов С.И., Черкасов Г.Н., Масютенко Н.П., Кулик К.Н., Сизов О.А., Косолапов В.М., Кутузова А.Н., Добровольский Г.В., Шоба С.А., Урусевская И.С., Алябина И.О., Карпова Д.В., Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Волков С.Н., Вершинин В.В., Варламов А.А., Лойко П.Ф., Миндрин А.С., Сапожников П.Н., Оглезнев А.К., Сорокина О.А., Федоренко В.Ф. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель, выбывших из активного сельскохозяйственного производства / под ред. Романенко Г.А. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. 64 с.

5. Курганова И.Н., Лопес Де Гереню В.О., Швиденко А.З., Сапожников П.М. Изменение общего пула органического углерода в залежных почвах России в 1990–2004 гг. // Почвоведение. 2010. № 3. С. 361–368.

6. Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Largescale carbon sequestration in postagrogenic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. V. 133. P. 461–466. https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.06.002.

7. Kudeyarov V.N. Soil-biogeochemical aspects of arable farming in the Russian Federation // Eurasian Soil Sci. 2019. V. 52, No 1. P. 94–104. https://doi.org/10.1134/S1064229319010095.

8. Некрич А.С., Люри Д.И. Изменения динамики аграрных угодий России в 1990–2014 гг. // Известия РАН. Сер. географическая. 2019. № 3. С. 64–77. https://doi.org/10.31857/S2587-55662019364-77.

9. Постановление Правительства Российской Федерации от 14 мая 2021 г. № 731 «О Государственной программе эффективного вовлечения в оборот земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса Российской Федерации». URL: http://base.garant.ru/400773886/

10. Alcantara C., Kuemmerle T., Baumann M., Bragina E.V., Griffiths P., Hostert P., Knorn J., Müller D., Prishchepov A.V., Schierhorn F. Mapping the extent of abandoned farmland in Central and Eastern Europe using MODIS time series satellite data // Environ. Res. Lett. 2013. V. 8, No 3. Art. 035035. https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/3/035035.

11. Guo L.B., Gifford R.M. Soil carbon stock and land use change: A meta analysis // Global Change Biol. 2002. V. 8, No 4. P. 345–360. https://doi.org/10.1046/j.1354-1013.2002.00486.x.

12. Mueller C.W., Koegel-Knabner I. Soil organic carbon stocks, distribution, and composition affected by historic land use changes on adjacent sites // Biol. Fertil. Soils. 2009. V. 45, No 4. P. 347–359. https://doi.org/10.1007/s00374-008-0336-9.

13. Kalinina O., Chertov O., Dolgikh A.V., Goryachkin S.V., Lyuri D.I., Vormstein S., Giani L. Selfrestoration of post-agrogenic Albeluvisols: Soil development, carbon stocks and dynamics of carbon pools // Geoderma. 2013. V. 207–208. Р. 221–233. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.05.019.

14. Гиниятуллин К.Г., Рязанов, Смирнова Е.В., Латыпова Л.И., Рыжих Л.Ю. Использование геостатистических методов для оценки запасов органического вещества в залежных почвах // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2019. Т. 161, кн. 2. С. 275–292. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2019.2.275-292.

15. Курганова И.Н., Телеснина В.М., Лопес де Гереню В.О., Личко В.И., Караванова Е.И. Динамика пулов углерода и биологической активности агродерново-подзолов южной тайги в ходе постагрогенной эволюции // Почвоведение. 2021. № 3. С. 287–303. https://doi.org/10.31857/S0032180X21030102.

16. Семенов B.М., Кравченко И.К., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Гисперт Н., Пардини Д. Экспериментальное определение активного органического вещества в некоторых почвах природных и сельскохозяйственных экосистем // Почвоведение. 2006. № 3. С. 282–292.

17. Ерохова А.А., Макаров М.И., Моргун Е.Г., Рыжова И.М. Изменение состава органического вещества дерново-подзолистых почв в результате естественного восстановления леса на пашне // Почвоведение. 2014. № 11. С. 1308–1314. https://doi.org/10.7868/S0032180X14110045.

18. Giniyatullin K.G., Smirnova E.V., Ryzhikh L.Yu., Latipova L.I. Spectral characteristics of water-soluble and alkaline-soluble organic substance of fallow light-gray forest soils // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. V. 315, No 5. Art. 052021. https://doi.org/10.1088/1755-1315/315/5/052021.

19. Кудеяров В.Н. Современное состояние углеродного баланса и предельная способность почв к поглощению углерода на территории России // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1049–1060. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090087.

20. Гиниятуллин К.Г., Сахабиев И.А., Окунев Р.В., Кадырова Р.Г., Рыжих Л.Ю. Изучение в длительном лабораторном инкубационном эксперименте потенциальной подверженности минерализации органического вещества постагрогенных светло-серых почв // Аграрная наука. 2024. Вып. 1. С. 97–101. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-378-1-97-101.

21. Ioffe G., Nefedova T., Kirsten D.B. Land abandonment in Russia // Eurasian Geogr. Econ. 2012. V. 53, No 4. P. 527–549. https://doi.org/10.2747/1539-7216.53.4.527.

22. Potapov P.V., Turubanova S.A., Tyukavina A., Krylov A.M., McCarty J.L., Radeloff V.C., Hansen M.C. Eastern Europe’s forest cover dynamics from 1985 to 2012 quantified from the full Landsat archive // Remote Sens. Environ. 2015. V. 159. P. 28–43. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.11.027.

23. Goga T., Feranec J,. Bucha T., Rusnák M., Sačkov I,. Barka I., Kopecká M., Papčo J., Ot’ahel’ J., Szatmári D., Pazúr R., Sedliak M., Pajtík J., Vladovič J. A review of the application of remote sensing data for abandoned agricultural land identification with focus on Central and Eastern Europe // Remote Sens. 2019. V. 11, No 23. Art. 2759. https://doi.org/10.3390/rs11232759.

24. Ershov D.V., Gavrilyuk E.A., Koroleva N.V., Belova E.I., Tikhonova E.V., Shopina O.V., Titovets A.V., Tikhonov G.N. Natural afforestation on abandoned agricultural lands during post-Soviet period: A comparative Landsat data analysis of bordering regions in Russia and Belarus // Remote Sens. 2022. V. 14, No 2. Art. 322. https://doi.org/10.3390/rs14020322.

25. Giniyatullin K.G., Sahabiev I.A., Ryazanov S.S., Smirnova E.V., Tishin D.V., Latypova K.I. Possibility of using zoning of fallow vegetation by vegetation indices to assess organic matter accumulation in postagrogenic soils // Eurasian Soil Sci. 2023. V. 56, No 8. P. 1130–1138. https://doi.org/10.1134/S1064229323600951.

26. Lesiv M., Schepaschenko D., Moltchanova E., Bun R., Dürauer M., Prishchepov A.V., Schierhorn F., Estel S., Kuemmerle T., Alcántara C., Kussul N., Shchepashchenko M., Kutovaya O., Martynenko O., Karminov V., Shvidenko A., Havlik P., Kraxner F., See L., Fritz S. Spatial distribution of arable and abandoned land across former Soviet Union countries // Sci. Data. 2018. V. 5. Art. 180056. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.56.

27. Курганова И.Н., Ермолаев А.М., Лonec де Гереню В.О., Ларионова А.А., Кузяков Я., Келлер Т., Ланге Ш. Баланс углерода в почвах залежей Подмосковья // Почвоведение. 2007. № 1. С. 60–68.

28. Когут Б.М., Семенов В.М., Артемьева З.С., Данченко Н.Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода // Агрохимия. 2021. № 5. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S0002188121050070.

29. Кудеяров В.Н. Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор) // Почвоведение. 2023. № 9. C. 1011–1022. https://doi.org/10.31857/S0032180X23990017.

30. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М.: Издательство стандартов, 1992. 7 с.

31. Шульц Е., Деннер Б., Хоффман Г. Метод определения углерода и азота, экстрагируемых горячей водой // Методы исследования органического вещества почв. М.: Россельхозакадемия – ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. С. 230–240.

32. Кононова М.М., Бельчикова Н.П. Ускоренные методы определения состава гумуса минеральных почв // Почвоведение. 1961. № 10. С. 75–87.

33. Lomander A., Kätterer T., Andrén O. Carbon dioxide evolution from topand subsoil as affected by moisture and constant and fluctuation temperature // Soil Biol. Biochem. 1998. V. 30, No 14. P. 2017–2022. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(98)00076-5.

34. Kurganova I., Lopes De Gerenyu V., Khoroshaev D., Myakshina T., Sapronov D., Zhmurin V. Temperature sensitivity of soil respiration in two temperate forest ecosystems: The synthesis of a 24-year continuous observation // Forests. 2022. V. 13, No 9. Art. 1374. https://doi.org/10.3390/f13091374.

35. Курганова И.Н., Лопес Де Гереню В.О., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Хорошаев Д.А., Аблеева В.А. Температурная чувствительность дыхания почв луговых ценозов в зоне умеренно-континентального климата: анализ данных 25-летнего мониторинга // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1059–1076. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600476.

36. Курганова И.Н. Эмиссия и баланс диоксида углерода в наземных экосистемах России: автореф. дис. … докт. биол. наук. Москва, 2010. 48 с.

37. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М., Бочарникова Е.О., Стольникова Е.В. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов и коренных ельников южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1108–1116.

38. Полянская Л.М., Суханова Н.И., Чакмазян К.В., Звягинцев Д.Г. Особенности изменения структуры микробной биомассы почв в условиях залежи // Почвоведение. 2012. № 7. С. 792–798.

39. Карелин Д.В., Горячкин С.В., Кудиков А.В., Лопес де Гереню В.О., Лунин В.Н., Долгих А.В., Люри Д.И. Изменения запасов углерода и эмиссии СО2 в ходе постагрогенной сукцессии растительности на серых почвах в Европейской части России // Почвоведение. 2017. № 5. С. 580–594. https://doi.org/10.7868/80032180X17050070.

40. Росновский И.Н. Системный анализ и математическое моделирование процессов в почвах. Томск: Томский государственный университет, 2007. 312 с.

41. Шеин Е.В., Рыжова И.М. Математическое моделирование в почвоведении. М.: ИП Маракушев А.Б., 2016. 377 с.