Динамика выделения СО2 в посевах полевых культур на дерново-подзолистых и торфяных почвах

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Статья по теме:

Динамика выделения CO2 в посевах полевых культур на дерново-подзолистых и торфяных почвах

Н.А. Шилова ГНУ ВНИИОУ Россельхозакадемии, Россия



ВВЕДЕНИЕ

Необходимость оценки эмиссии парниковых газов из сельскохозяйственных почв связана с важнейшей ролью, которую играют почвы в их образовании, особенно - N2О и СО2. В наземных экосистемах примерно 25-40% СО2 имеет почвенное происхождение [1].

Оценка эмиссии СО2 из почв имеет важное значение для характеристики циклов углерода в биосфере. По интенсивности выделения СО2 можно судить о направленности изменения содержания органического вещества в почвах, соотношении процессов минерализации и гумификации органического вещества, биологической активности почвы.

Цель исследований - провести оценку динамики выделения CO2 из дерновоподзолистой супесчаной почвы в зависимости от выращиваемой культуры, системы применения удобрений, характера использования почвы, а также из разных типов почв.



ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились на опытном поле ВНИИОУ Владимирской области в длительном стационарном полевом опыте в следующих вариантах:

Контроль (без удобрений);

Навоз 20 т/га;

Навоз 10 т/га + N50Р25К60;

N100Р50К120.

Дополнительно изучали эмиссию CO2 в динамике на бессменном чистом пару, на 10-летней залежи, в посевах однолетнего люпина на дерново-подзолистой супесчаной почве, а также на разных типах почв: дерново-подзолистой, торфянистоподзолистой, торфяно-глеевой с естественным растительным покровом в смешанном лесу. Определение СО2 проводилось по методу И.Н. Шаркова [2].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Интенсивность продуцирования углекислого газа варьировала в зависимости от удобренности и изменений гидротермического режима почвы, интенсивности биологических и биохимических процессов в почве (рис. 1). В данном процессе решающая роль принадлежит биологическим факторам. Жизнедеятельность микроорганизмов в почве связана с окислением органического углерода до СО2. Количество продуцированного СО2 зависит от количества микроорганизмов и интенсивности их обмена веществ. Поэтому изменения в интенсивности выделения СО2 дают представление о деятельности микрофлоры, характеризуют активность биологических процессов в почве. Эмиссия СО2 - один из показателей биологической активности почвы, чем плодороднее почва, тем выше на ней урожай, тем интенсивнее ее дыхание [3, 4, 5].



Рис. 1 - Выделение С-СО2 в период наблюдений в посевах ячменя, кг/га

С весны идет увеличение биологической активности почвы и эмиссии углекислого газа в посевах ячменя, достигая максимального пика 18 июня в период интенсивного нарастания надземной массы и корневой системы при влажности почвы 11,7-12,8% и температуре в пределах 21,0-22,9 оС. К началу июля, когда влажность почвы снизилась до 7,5%, а температура возросла до 27,3 оС произошел спад эмиссии СО2, так как сложились неблагоприятные условия по влажности почвы для почвенной фауны. Далее 8 августа произошел пик активности в эмиссии СО2, когда влажность почвы возросла до 11,3-13,4%, а температура почвы сохранялась на уровне 18,8-19,6 оС, но значительно ниже - в 1,3-1,8 раза по сравнению с июньским продуцированием СО2. В 2013 году относительно теплая погода держалась до конца ноября, процессы продуцирования СО2 продолжались, но значительно в меньших количествах. На эмиссию СО2 оказывали влияние внесенные удобрения - навоз в дозе 20 т/га и минеральные удобрения, которые увеличивали продуцирование СО2 в 1,5-1,6 раза, органоминеральное удобрение - в 1,8 раза по сравнению с неудобренной почвой. На площадках без растений отмечалась аналогичная картина, но в меньших количествах (рис. 2) [6, 7].

Рис. 2 - Выделение С-СО2 в период наблюдений в посевах ячменя (без растений), кг/га

В целом за период наблюдений продуцирование СО2 нарастало с весны, достигая максимальных значений летом, и снижалось к осени (табл. 1). За счет дыхания корневых систем ячменя продуцирование СО2 составило 424 кг/га на почве без удобрений и в 1,9-2,3 раза больше на почвах, удобренных органическими, органоминеральными и минеральными удобрениями.

Динамика выделения углекислого газа в агроценозах картофеля показала, что колебания влажности и температуры почвы повлекли за собой изменения в продуцировании СО2. Основной вклад в процесс выделения СО2 вносили органические удобрения (рис. 3). Интенсивное продуцирование углекислого газа зафиксировано 18 июня, примерно на одном уровне на всех удобренных почвах при влажности 11,6-13,4% и температурном режиме 20,6-21,7 оС, так как при создавшихся условиях в почве активизировались микробиологические процессы по разложению внесенного под картофель подстилочного навоза. В продуцировании углекислого газа преобладала почва, удобренная органическими удобрения- ми (табл. 2) - в 1,7 раза больше по сравнению с неудобренной почвой.



Таблица 1 - Эмиссия C-CO2 в посевах ячменя, кг/га

Вариант

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Итого май- ноябрь
			С растениями
Контроль	186	365	431	345	99	97	31	1554
Навоз 20 т/га	427	699	503	371	157	144	40	2341
Навоз 10 т/га + N50P25K60	585	1026	491	447	91	118	34	2792
N100P50K120	376	827	500	388	113	222	33	2461
			Без растений
Контроль	150	222	347	261	56	64	30	1130
Навоз 20 т/га	267	465	372	271	47	88	30	1540
Навоз 10 т/га + N50P25K60	410	578	353	329	58	75	25	1828
N100P50K120	298	445	323	219	38	183	31	1537

Рис. 3 - Выделение С-СО2 в посадках картофеля, кг/га



Таблица 2 - Потоки выделения C-CO2 в посадках картофеля, кг/га

Вариант

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Итого май- ноябрь
			С растениями
Контроль	530	594	319	181	129	121	28	1902
Навоз 20 т/га	860	1055	644	362	98	151	20	3190
Навоз 10 т/га + N50P25K60	750	907	482	296	102	87	34	2658
N100P50K120	780	870	462	242	26	70	21	2471
			Без растений
Контроль	186	157	171	131	30	54	12	741
Навоз 20 т/га	546	720	587	325	82	138	14	2412
Навоз 10 т/га + N50P25K60	460	570	359	143	93	68	14	1707
N100P50K120	102	186	248	147	11	47	14	755

За счет дыхания корневых систем картофеля в среднем выделялось 1151 кг/га углекислого газа.

В залежи под многолетней естественной травяной растительностью продуцирование углекислого газа было примерно одинаковым в мае, июне, июле и августе. Далее при увеличении влажности почвы более 20% и снижении температурного режима до 7-5 оС резко сократилась и эмиссия СО2. Без растительности эмиссия С-СО2 была на 45% ниже в целом за сезон (табл. 3). За счет дыхания корневых систем многолетнего разнотравья выделялось 955 кг/га С-СО2.

Характерной особенностью бессменного чистого пара в этом году являлось продуцирование углекислого газа на одном уровне в период с мая по октябрь и резкий спад эмиссии С-СО2 в ноябре при изменившихся параметрах возрастающей влажности и низкой температуре почвы.

Наши исследования позволили установить эмиссию С-СО2 различными типами почв в зависимости от интенсивности биологических процессов, роста надземной и корневой массы растений, гидротермических условий (табл. 4).

Таблица 3 - Эмиссия С-СО2 в залежи, пару, люпине, кг/га

Использование пашни

Наличие растительного покрова

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Итого майноябрь
Залежь	с растениями	368	481	476	440	165	159	30	2119
	без растений	253	244	297	250	41	74	5	1164
Чистый пар		184	166	242	170	167	166	25	1120
Однолетний люпин	с растениями	731	615	648	550	179	190	49	2962
	без растений	269	277	322	400	131	151	41	1591

Таблица 4 - Эмиссия С-СО2 на разных типах почв, кг/га

Тип почвы

Наличие растительного покрова

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Итого июнь- ноябрь
Дерновоподзолистая	с растениями	321	393	504	312	283	116	1929
	без растений	250	247	451	209	197	99	1453
Торфянистоподзолистая	с растениями	421	373	463	282	220	94	1853
	без растений	327	286	402	198	145	86	1444
Торфяноглеевая	с растениями	504	372	308	188	200	87	1659
	без растений	186	172	280	122	116	53	929

По интенсивности продуцирования С-СО2 дерново-подзолистая и торфянисто-подзолистая почвы близки по показателям, причем как с растительным покровом, так и без него. На торфяно-глеевой почве продуцирование С-СО2 ниже на 270 кг/га в целом за период наблюдений по сравнению с дерновоподзолистой почвой. В течение сезона эмиссия С-СО2 варьировала в зависимости от изменения гидротермических условий.

Сравнение различных культур и способов использования пашни в условиях одного года показало, что наибольшая эмиссия С-СО2 отмечалась в посевах однолетнего люпина (рис. 4). В целом за период наблюдений продуцирование С-СО2 в чистом пару в 2,6, ячмене - в 1,9, картофеле - в 1,6, залежи - в 1,4 раза ниже по сравнению с посевом однолетнего люпина. Основное различие между культурами связано с их особенностями, развитием надземной массы и дыханием корневых систем.

Рис. 4 - Эмиссия С-СО2 под разными культурами в 2013 г., кг/га

Многолетние исследования показали, что продуцирование углекислого газа одной и той же культурой в разные годы варьирует в зависимости от гидротермических условий, колебания между минимальным и максимальным выделением С-СО2 составляет по ячменю 111-467 кг/га С-СО2, люпину - 429-1356 кг/га, пару - 141-1033 кг/га, озимой пшенице - 792-1259 кг/га, картофелю - 521-883 кг/га, залежи - 521-2321 кг/га (табл. 5).

В среднем по многолетним данным, наибольшее количество продуцированного С-СО2 отмечалось в залежи, где почва богата свежими растительными остатками и где интенсивно идет их минерализация. Высокие значения эмиссии С-СО2 также отмечены в посевах однолетнего люпина. Далее по интенсивности выделения С-СО2 идут злаковые культуры - озимая пшеница и ячмень, затем - картофель и меньше всего эмиссия С-СО2 наблюдалась в бессменном чистом пару.

Внесение подстилочного навоза усиливает эмиссию С-СО2 в посевах ячменя в 1,4, люпина - в 1,2, озимой пшеницы - в 1,6, картофеля - в 1,7 раза по сравнению с контролем в среднем за три года. Органоминеральное удобрение действует аналогично навозу, увеличивая эмиссию С-СО2 в посевах ячменя, люпина, озимой пшеницы - в 1,3, картофеля - в 1,5 раза; минеральное удобрение по всем культурам увеличивало эмиссию С-СО2 на 20%.

Продуцирование С-СО2 за два года исследований (2012-2013 гг.) на дерновоподзолистой, торфянисто-подзолистой почвах в естественных условиях примерно на одном уровне, а на торфяно-глеевой почве наблюдалось существенное снижение эмиссии в связи с другими условиями увлажнения и температурного режима (табл. 6).

Таблица 5 - Эмиссия С-СО2 под разными культурами в разные годы (без удобрений), кг/га

Культура

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

Размещено на http://www.allbest.ru/

106

Почвоведение и агрохимия № 1(52) 2014

104

Ячмень	1665	-	-	-	2021	-	2000	1554	1810
Люпин	1946	2375	-	-	-	3302	2618	2962	2641
Пар	823	1769	1856	1109	1689	964	1036	1120	1296
Озимая пшеница	-	2067	2534	-	-	-	1275	-	1959
Картофель	-	-	-	1540	-	-	1019	1902	1487
Залежь	-	-	3919	2534	3531	2867	1598	2119	2761

Таблица 6 - Продуцирование С-СО2 на разных типах почв с естественным травостоем и без него, кг/га

Тип почвы	Наличие растительного покрова	2012 г.	2013 г.	Среднее
Дерново-подзолистая	с растениями	1897	1929	1913
	без растений	1557	1453	1505
Торфянисто-подзолистая	с растениями	1860	1853	1857
	без растений	1277	1444	1361
Торфяно-глеевая	с растениями	1491	1659	1575
	без растений	802	929	866

травостой почва удобрение дерновоподзолистый

Дыхание корневых систем естественного травостоя на дерново-подзолистой и торфянисто-подзолистой почвах близки по количеству выделившегося С-СО2 - 408 и 496 кг/га, а на торфяно-глеевой количество выделившегося С-СО2 больше в 1,7 раза по сравнению с дерново-подзолистой и в 1,4 раза по сравнению с торфянисто-подзолистой почвой, то есть на этой почве, повышенно увлажненной, процессы разложения органического вещества без растений замедлены.



ВЫВОДЫ

Продуцирование углекислого газа (в посевах разных культур и одной и той же культуры в разные годы различно) зависит от особенностей сельскохозяйственной культуры, гидротермических условий и удобренности почвы.

Внесение удобрений усиливает эмиссию С-СО2 под разными культурами в 1,2-1,7 раза (так как возрастает количество микроорганизмов и интенсивность их обмена, происходят процессы минерализации и гумификации органического вещества в почве, идет нарастание наземной массы и корневой системы).

Эмиссия С-СО2 в посевах культур нарастала с весны, достигая максимального значения летом, и постепенно снижалась к осени и варьировала при изменении гидротермических условий.

Продуцирование С-СО2 на дерново-подзолистой, торфянистоподзолистой почвах с естественным сообществом в смешанном лесу примерно одинаковое и значительно ниже в торфяно-глеевой почве, отличающейся пониженной температурой (1-2 оС) и избыточной влажностью.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кудеяров, В.Н. Потоки и пулы углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров [и др.]. - М.: Наука, 2007. - 315 с.

2. Шарков, И.Н. Определение интенсивности продуцирования СО2 почвой абсорбционным методом / И.Н. Шарков // Почвоведение. - 1984. - № 7. - 136 с.

3. Макаров, Б.Н. Газовый режим почвы / Б.Н. Макаров. - М.: Агропромиздат, 1988. - 103 с.

4. Курганова, И.Н. Эмиссия и баланс диоксида углерода в наземных экосистемах России: автореф. дис. ...д-ра биолог. наук: 03.00.16 / И.Н. Курганова. - М., 2010. - 50 с.

5. Павлик, С.В. Оценка эмиссии парниковых газов из сельскохозяйственных почв при использовании различных агротехнологий: автореф.дис.: 06.01.03 Агрофизика / С.В. Павлик. - СПб., 2012. - 26 с.

6. Шилова, Н.А. Оценка динамики продуцирования СО2 при длительном применении органической, органоминеральной и минеральной систем удобрений в разных агроценозах и на разных типах почв с естественным травостоем / Н.А. Шилова // Системы использования органических удобрений и возобновляемых ресурсов в ландшафтном земледелии: сб. тр. Всеросс. научн.-практ. конференции. - Владимир: ГНУ ВНИИОУ Россельхозакадемии, 2013. - Т. 1. - С. 238-248.

7. Эмиссия закиси азота и углекислого газа из сельскохозяйственных дерново-подзолистых супесчаных почв Владимирской области при внесении органических и минеральных удобрений / Е.Я. Рижия [и др.] // Сб. тр. - Владимир: ГНУ ВНИПТИОУ. - 2009. - С. 80-83.



Dynamics of allocation C-СО2 on sod-podzolic soil in pure fallow, in a deposit and in crops of field cul-tures at entering organic, mineral and organic-mineral fertilizers is studied. Also studying of issue C-СО2 is spent on different types of soils with a natural vegetative cover: on sod-podzolic, peat-podzolic, peat-gley soils in the mixed wood with a cover of plants and without it.

It is established, that carbonic gas production in crops of different cultures depends on features of the culture, hydrothermal conditions of growth and soils fertility. Fertilizers application strengthens issue С-СО2 under different cultures from 1,2 to 1,7 times. The sizes of issue depended on change of hydrothermal conditions - increased in the spring, reached a maximum in the summer, decreased to since autumn.

In supervision from May till November at the expense of breath of root systems in crops of a potato and annual lupine, in a deposit 45-46% С-СО2, in sod-podzolic soil - 25%, peat- podzolic - 22%, peat-gley to soil - 44% are on the average produced.

Размещено на Allbest.ru