Эмиссия диоксида углерода при возделывании гречихи: влияние минеральных удобрений

Применение минеральных удобрений является широко распространенным приемом в сельском хозяйстве, направленным на повышение урожайности. При этом как производство минеральных удобрений, так и их применение являются источниками парниковых газов, что приводит к изменению климатических условий. Последние, в свою очередь, могут негативно влиять на различные отрасли экономики, в частности растениеводство. Для разработки приемов, способствующих митигации негативных последствий от изменения климата, на первом этапе необходимо определить «базовый сценарий» развитие системы без каких-либо изменений. Исследование направлено на определение базового сценария выращивания гречихи в части оценки эмиссии СО₂ из почв с внесенными минеральными удобрениями в условиях лесостепи Среднего Поволжья. В рамках полевого эксперимента в почву вносили минеральные удобрения в двух дозах N₂₃P₁₅K₂₃S₂ и N₄₇P₃₀K₄₆S₅, в контрольном варианте удобрения не вносили. Почву обрабатывали по традиционной технологии. В динамике вегетационного эксперимента (май–август 2024 г.) определены температура и влажность почв, содержание органического вещества, органического углерода, углерод микробной биомассы, эмиссия СО₂ из почв и урожайность гречихи. Выявлено, что внесение удобрений приводит к увеличению урожайности гречихи на 16 и 19 % для N₂₃P₁₅K₂₃S₂ и N₄₇P₃₀K₄₆S₅ по сравнению с контрольным вариантом. Показано, что без внесения удобрений в начале вегетационного сезона средняя эмиссия СО₂ составила 0.038 г С/(м²×ч), в июне–июле увеличилась, а к концу сезона снизилась до уровня, двукратно превышающего начальный. В вариантах с удобрениями наблюдается аналогичная динамика, но выявлено недостоверное снижение эмиссии СО₂ и достоверное увеличение микробной биомассы по сравнению с контрольным экспериментом. Эмиссия СО₂ не зависит от дозы вносимых удобрений. Таким образом, внесение исследованных удобрений не только увеличивает урожайность гречихи, но и способствует оптимальному функционированию микробного сообщества, не приводящему к увеличению эмиссии СО₂.

1. Lynch J., Cain M., Frame D., Pierrehumbert R. Agriculture’s contribution to climate change and role in mitigation is distinct from predominantly fossil CO2-emitting sectors // Front. Sustainable Food Syst. 2021. V. 4. Art. 518039. https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.518039.

2. Mulusew A., Hong M. A dynamic linkage between greenhouse gas (GHG) emissions and agricultural productivity: Evidence from Ethiopia // Humanit. Soc. Sci. Commun. 2024. V. 11, No 1. Art. 52. https://doi.org/10.1057/s41599-023-02437-9.

3. Penuelas J., Coello F., Sardans J. A better use of fertilizers is needed for global food security and environmental sustainability // Agric. Food Secur. 2023. V. 12, No 1. Art. 5. https://doi.org/10.1186/s40066-023-00409-5.

4. Zeeshan A., Waqas M., Ramzan M.T., Ghafoor F., Usama, Ibrahim M.U., Fatima N., Rauf A., Hussain A., Abbas M., Zahid N., Hanif S. From fields to families: Understanding the health impacts of excessive soil fertilization // J. Health Rehabil. Res. 2024. V. 4, No 2. P. 990–995. https://doi.org/10.61919/jhrr.v4i2.955.

5. Reducing emissions from fertilizer use. Report. Paris: IFA/Systemiq, 2022. 86 p.

6. Gao Y., Cabrera Serrenho A. Greenhouse gas emissions from nitrogen fertilizers could be reduced by up to one-fifth of current levels by 2050 with combined interventions // Nat. Food. 2023. V. 4, No 2. P. 170–178. https://doi.org/10.1038/s43016-023-00698-w.

7. Zaragüeta A., Enrique A., Portell X., Antón R., Virto I., Orcaray L. A fertilisation strategy combining mineral fertiliser and biosolid improves long-term yield and carbon storage in a calcareous soil // Agriculture. 2023. V. 13, No 4. Art. 860. https://doi.org/10.3390/agriculture13040860.

8. Galic M., Bilandzija D., Percin A., Sestak I., Mesic M., Blazinkov M., Zgorelec Z. Effects of agricultural practices on carbon emission and soil health // J. Sustainable Dev. Energy Water Environ. Syst. 2019. V. 7, No 3. P. 539–552. https://doi.org/10.13044/j.sdewes.d7.0271.

9. Sithole N.J., Magwaza L.S., Mafongoya P.L. Conservation agriculture and its impact on soil quality and maize yield: A South African perspective // Soil Tillage Res. 2016. V. 162. P. 55–67. https://doi.org/10.1016/j.still.2016.04.014.

10. Дёмин Е.А., Миллер С.С., Ахтямова А.А. Влияние минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья // Земледелие. 2024. № 1. С. 17–22. https://doi.org/10.24412/0044-3913-2024-1-17-22.

11. Шиндорикова О.В., Ульянова О.А., Чупрова В.В. Влияние удобрений на эмиссию CO2 из агрочернозема в условиях Красноярской лесостепи // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 10. С. 174–179.

12. Wang J., Xie J., Li L., Effah Z., Xie L., Luo Z., Zhou Y., Jiang Y . Fertilization treatments affect soil CO2 emission through regulating soil bacterial community composition in the semiarid Loess Plateau // Sci. Rep. 2022. V. 12, No 1. Art. 20123. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21108-4.

13. Ding W., Cai Y., Cai Z., Yagi K., Zheng X. Soil respiration under maize crops: Effects of water, temperature, and nitrogen fertilization // Soil Sci. Soc. Am. J. 2007. V. 71, No 3. P. 944–951. https://doi.org/10.2136/sssaj2006.0160.

14. Егоров В.В., Иванова Е.Н., Фридланд В.М. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 225 c.

15. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. M.: Стандартинформ, 2019. 23 с.

16. Карелин Д.В., Замолодчиков Д.Г., Краев Г.Н. Методическое руководство по анализу эмиссий углерода из почв поселений в тундре. М.: Изд-во ЦЭПЛ РАН, 2015. 64 с.

17. Microbiological Methods for Assessing Soil Quality. Bloem J., Hopkins D.W., Benedetti A. (Eds.). Wallingford, UK: CABI Publ., 2006. 307 p.

18. ГОСТ 26213-2021. Почвы. Методы определения органического вещества. M.: Российский институт стандартизации, 2021. 13 с.

19. ISO 14235-1998. Soil quality Determination of organic carbon by sulfochromic oxidation. ISO/TC 190, 1998. 9 p.

20. Ananyeva N.D., Susyan E.A., Chernova O.V., Wirth S. Microbial respiration activities of soils from different climatic regions of European Russia // Eur. J. Soil Biol. 2008. V. 44, No 2. P. 147–157. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2007.05.002.

21. Когут Б.М. Органическое вещество чернозема // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2017. № 90. C. 39–55. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2017-90-39-55.

22. Рукавицина И.В., Чуркина Г.Н., Кунанбаев К.К. Оценка биологической активности черноземных почв в зависимости от технологий возделывания пшеницы и рапса в условиях Северного Казахстана // Вестник Карагандинского университета. Сер. Биология. Медицина. География. 2018. Т. 91, № 3. С. 24–32. https://doi.org/10.31489/2018bmg3/24-32.

23. Дущанова К.С., Хомутова Т.Э., Украинский П.А., Каширская Н.Н., Лисецкий Ф.Н., Борисов А.В. Биомасса и функциональное разнообразие почвенных микробных сообществ лесных и пахотных почв (на примере заповедника «Белогорье») // Почвоведение. 2022. № 4. С. 488–499. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040086.

24. Федоров Ю.А., Сухоруков В.В., Трубник Р.Г. Аналитический обзор: эмиссия и поглощение парниковых газов почвами. Экологические проблемы // Антропогенная трансформация природной среды. 2021. Т. 7, № 1. С. 6–34. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2021-1-6-34.

25. Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А., Благодатский С.А., Борисов А.В., Воронин П.Ю., Демкин В.А., Демкина Т.С., Евдокимов И.В., Замолодчиков Д.Г., Карелин Д.В., Комаров А.С., Курганова И.Н., Ларионова А.А., Лопес де Гереню В.О., Уткин А.И., Чертов О.Г. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.

26. Задорожний А.Н., Семенов М.В., Ходжаева А.К., Семенов В.М. Почвенные процессы продукции, потребления и эмиссии парниковых газов // Агрохимия. 2010. №. 10. С. 75–92.

27. Соколова Л.Г., Зорина С.Ю., Белоусова Е.Н., Поморцев А.В., Дорофеев Н.В. Эмиссия СО2 из почвы при введении краткосрочной сидерации в паровое поле в условиях лесостепной зоны Прибайкалья // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1262–1273. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100117.