Влияние многолетнего применения минеральных удобрений и навоза на агрохимические свойства серой лесной почвы, продуктивность культур и секвестрацию углерода

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В микро полевом опыте изучено влияние длительного применения возрастающих доз минеральных (от N90P75K100 до N360P300K400) и органических (навоз крупного рогатого скота от 25 до 100 т/га) удобрений на плодородие серой лесной почвы. За 9 лет было внесено: азота – 0.81– 3.24, P2O5–0.68–2.70 и K2O – 0.90–3.60 т/га. С навозом в почву поступило: сухой массы – 43–173, Сорг – 16–65, азота – 0.85–3.41, P2O5–0.65–2.59 и K2O – 0.86–3.46 т/га. По величине урожайности минеральная система удобрения превосходила органическую в среднем на 29%. При экстремальных дозах (N360P300K400 и навоз КРС 100 т/га) минеральные удобрения в отличие от органических удобрений сильнее угнетали продуктивность культур. Установлена прямая линейная зависимость между дозой минеральных и органических удобрений и увеличением содержания подвижных P2O5 и K2O в почве. Внесение экстремальных доз удобрений не вело к насыщению почвы подвижными формами фосфора и калия. Многолетнее внесение органических удобрений повышало pHKCl почвы на 0.4–1.3 ед., минеральных удобрений – снижало на 0.8–1.4 ед. рН. Ежегодное применение минеральных удобрений способствовало увеличению содержания Сорг в почве на 0.02–0.04% в год, органических удобрений – на 0.08–0.17% в год. Внесение навоза по 100 т/га на протяжении 9-ти лет вело к насыщению почвы органическим углеродом. В почве с минеральной системой удобрения наблюдали уменьшение соотношения C : N, а при органической системе это соотношение расширялось. Предложен способ расчета эффективности секвестрации углерода при оценке разных агроприемов. Показано, что эффективность секвестрации углерода при применении органической системы удобрения была на 15% больше, чем минеральной системы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Б. Зинякова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН

Email: v.m.semenov@mail.ru
Россия, 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2

Д. А. Соколов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН

Email: v.m.semenov@mail.ru
Россия, 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2

Т. Н. Лебедева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН

Email: v.m.semenov@mail.ru
Россия, 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2

С. Н. Удальцов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН

Email: v.m.semenov@mail.ru
Россия, 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2

В. М. Семенов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН; Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.m.semenov@mail.ru
Россия, 142290 Пущино Московской обл., Институтская ул., 2; 143050 Московской обл., Одинцовский р-н, р. п. Большие Вяземы ул. Институт, влад. 5

Список литературы

  1. Шафран С.А. Динамика плодородия почв Нечерноземной зоны и ее резервы // Агрохимия. 2016. № 8. С. 3–10.
  2. Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Пущино: ОНТИ НЦБИ РАН, 1995. 318 с.
  3. Ахтырцев Б.П., Шевченко Г.А. Изменение агрохимических свой ств серых лесных почв Центральной черноземной полосы при их окультуривании // Агрохимия. 1965. № 4. С. 38–50.
  4. Никитишен В.И. Плодородие почвы и устойчивость функционирования агроэкосистемы. М.: Наука, 2002. 258 с.
  5. Никитишен В.И., Курганова Е.В. Плодородие и удобрение серых лесных почв ополий Центральной России. М.: Наука, 2007. 367 с.
  6. Сычев В.Г. Современное состояние плодородия почв и основные аспекты его регулирования. М.: РАН, 2019. 328 с.
  7. Никитишен В.И., Личко В.И. Формирование продуктивности агроэкосистем при применении минеральных удобрений и действии климатических факторов в условиях ополий Центральной России // Агрохимия. 2008. № 12. С. 20–28.
  8. Лебедева Т.Н., Семенов В.М. Эффективность применения минеральных удобрений под картофель при обычных и экстремальных гидротермических условиях вегетационного периода // Агрохимия. 2016. № 2. С. 51–59.
  9. Кудеяров В.Н. Оценка питательной деградации пахотных почв России // Вестн. РАН. 2015. Т. 85. № 9. С. 771–775. https://doi.org/10.7868/S0869587315090078
  10. Кудеяров В.Н., Семенов В.М. Проблемы агрохимии и современное состояние химизации сельскохозяйственного производства в Российской Федерации // Агрохимия. 2014. № 10. С. 3–17.
  11. Сычев В.Г., Шафран С.А., Виноградова С.Б. Плодородие почв России и пути его регулирования // Агрохимия. 2020. № 6. С. 3–13. http://dx.doi.org/10.31857/S0002188120060125
  12. Сельское хозяйство в России 2021. Стат. сб. М.: Росстат, 2021. С. 38–41.
  13. Кудеяров В.Н., Соколов М.С., Глинушкин А.П. Современное состояние почв агроценозов России, меры по их оздоровлению и рациональному использованию // Агрохимия. № 6. 2017. С. 3–11. http://dx.doi.org/10.7868/S0002188117060011
  14. Кудеяров В.Н. Почвеннобиогеохимические аспекты состояния земледелия в РФ // Почвоведение. 2019. № 1. С. 109–121. http://dx.doi.org/10.1134/S0032180X1901009X
  15. Семенов В.М. Современные проблемы и перспективы агрохимии азота // Пробл. агрохим. и экол. 2008. № 1. С. 55–63.
  16. Соколов М.С., Семенов А.М., Спиридонов Ю.Я., Торопова Е.Ю., Глинушкин А.П. Здоровая почва – условие устойчивости и развития агрои социосфер (проблемноаналитический обзор) // Изв. РАН. Сер. биол. 2020. № 1. С. 12–21. http://dx.doi.org/10.31857/S0002332920010142
  17. Mäder P., Fließbach A., Dubois D., Gunst L., Fried P., Niggli U. Soil fertility and biodiversity in organic farming // Science. 2002. V. 296 № 5573. P. 1694–1697. http://dx.doi.org/10.1126/science.1071148
  18. Сычев В.Г., Налиухин А.Н., Шевцова Л.К., Рухович О.В., Беличенко М.В. Влияние систем удобрения на содержание почвенного органического углерода и урожайность сельскохозяйственных культур: результаты длительных полевых опытов Географической сети России // Почвоведение. 2020. № 12. С. 1521–1536. https://doi.org/10.31857/S0032180X20120138
  19. Aulakh C.S., Sharma S., Thakur M., Kaur P. A review of the influences of organic farming on soil quality, crop productivity and produce quality // J. Plant Nutr. 2022. V. 45 № 12. P. 1884–1905. https://doi.org/10.1080/01904167.2022.2027976
  20. Geng Y., Cao G., Wang L., Wang S. Effects of equal chemical fertilizer substitutions with organic manure on yield, dry matter, and nitrogen uptake of spring maize and soil nitrogen distribution // PLoS One. 2019. V. 14(7). Art. № e0219512. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219512
  21. Francioli D., Schulz E., Lentendu G., Wubet T., Buscot F., Reitz T. Mineral vs. organic amendments: microbial community structure, activity and abundance of agriculturally relevant microbes are driven by long-term fertilization strategies // J. Front. Microbiol. 2016. V. 7. Art. № 1446. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01446
  22. Bebber D.P., Richards V.R. A meta-analysis of the effect of organic and mineral fertilizers on soil microbial diversity // Appl. Soil Ecol. 2022. V. 175. Art. № 104450. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2022.104450
  23. Dang P., Li C., Lu Ch., Zhang M., Huang T., Wan Ch., Wang H., Chen Y., Qin X., Liao Y., Siddique K.H.M. Effect of fertilizer management on the soil bacterial community in agroecosystems across the globe // J. Agricult. Ecosyst. Environ. 2022. V. 326. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107795
  24. Семенов В.М., Лебедева Т.Н. Проблема углерода в устойчивом земледелии: агрохимические аспекты // Агрохимия. 2015. № 11. С. 3–12.
  25. Семенов В.М. Функции углерода в минерали-зационноиммобилизационном обороте азота в почве // Агрохимия. 2020. № 6. С. 78–96. https://doi.org/10.31857/S0002188120060101
  26. Liu S., Wang J., Pu S., Blagodatskaya E., Kuzyakov Y., Razavi B.S. Impact of manure on soil biochemical properties: A global synthesis // J. Sci. Total Environ. 2020. V. 745. Art. No. 141003. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141003
  27. Semenov M.V., Krasnov G.S., Semenov V.M., van Bruggen A. Mineral and organic fertilizers distinctly affect fungal communities in the crop rhizosphere // J. Fungi. 2022. V. 8(3). Art. № 251. https://doi.org/10.3390/jof8030251
  28. Никитин Д.А., Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Тхакахова А.К., Русакова И.В., Лукин C.М. Влияние внесения соломы на состояние микробиома дерновоподзолистой почвы // Почвоведение. 2023. № 5. С. 640–653. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601189
  29. Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Никитин Д.А., Тхакахова А.К., Лукин C.М. Микробиологические показатели дерновоподзолистой почвы и ризосферы в полувековом полевом опыте с применением разных систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 6. С. 715–729. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601220
  30. Соколов О.А., Семенов В.М., Пачепский Я.А. Закономерности действия азотных удобрений на продуктивность растений // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1986. № 6. С. 824–833.
  31. Кудеяров В.Н., Биелек П., Соколов О.А., Кноп К., Пругар Я., Семенов В.М., Башкин В.Н., Моцик А., Скоржепова И., Шабаев В.П., Никитишен В.И. Баланс азота и трансформация азотных удобрений в почвах. Пущино: ОНТИ, 1986. 160 с.
  32. Романенков В.А., Беличенко М.В., Рухович О.В., Никитина Л.В., Иванова О.И. Эффективность использования азота в длительных и краткосрочных опытах агрохимслужбы и Геосети Российской Федерации // Агрохимия. 2020. № 12. С. 28–37. https://doi.org/10.31857/S0002188120120091
  33. Семенов В.М. Слагаемые эффективности азотных удобрений в системе почва–растение и критерии их количественной оценки // Агрохимия. 1999. № 5. С. 25–32.
  34. Шафран С.А. Научные основы и современные методы определения доз применения минеральных удобрений. М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2022. 236 с.
  35. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Экологические последствия длительного применения повышенных и высоких доз минеральных удобрений //Агрохимия. 1991. № 3. С. 35–49.
  36. Hijbeek R., van Loon M.P., van Ittersum M.K. Fertiliser use and soil carbon sequestration: opportunities and trade-offs. Wageningen: CCAFS Working Paper, 2019. № 264. 23 p.
  37. Паутова Н.Б., Семенова Н.А., Хромычкина Д.П., Лебедева Т.Н., Семенов В.М. Определение активного органического вещества в свежем подстилочном навозе биокинетическим методом // Агрохимия. 2018. № 9. С. 29–39. https://doi.org/10.1134/S0002188118090107
  38. Семенов М.В., Железова А.Д., Ксенофонтова Н.А., Иванова Е.А., Никитин Д.А. Куриный помет как органическое удобрение: технологии компостирования и влияние на почвенные свой ства (обзор) // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2023. Вып. 115. С. 160–198. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-115-160-198
  39. Roß C.-L., Baumecker M., Ellmer F., Kautz T. Organic manure increases carbon sequestration far beyond the “4 per 1000 Initiative” goal on a sandy soil in the Thyrow long-term field experiment DIV.2 // Agriculture. 2022. V. 12. Art. № 170. https://doi.org/10.3390/agriculture12020170
  40. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Хорошаев Д.А., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Жмурин В.А., Кудеяров В.Н. Анализ многолетней динамики дыхания почв в лесном и луговом ценозах Приокскотеррасного биосферного заповедника в свете современных климатических трендов // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1220–1236. https://doi.org/10.31857/S0032180X20100111
  41. Алифанов В.М. Изменение серых лесных почв при сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 1979. № 1. С. 37–47.
  42. Зинякова Н.Б., Семенов В.М. Влияние возрастающих доз органических и минеральных удобрений на пулы растворенного, подвижного и активного органического вещества в серой лесной почве // Агрохимия. 2014. № 6. С. 8–19.
  43. Сычев В.Г., Соколов О.А., Завалин А.А., Шмырева Н.Я. Экология применения органических удобрений. М.: ВНИИА, 2017. 336 с.
  44. Мерзлая Г.Е., Еськов А.И., Тарасов С.И. Действие и последействие навоза // Плодородие. 2011. № 3. С. 16–19.
  45. Мерзлая Г.Е., Зябкина Г.А., Фомкина Т.П., Козлова А.В., Макшакова О.В., Волошин С.П., Хромова О.М., Панкратенкова И.В. Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений на дерновоподзолистой легкосуглинистой почве // Агрохимия. 2012. № 2. С. 37–46.
  46. Васбиева М.Т. Изменение агрохимических показателей дерновоподзолистой почвы Предуралья при длительном применении удобрений // Почвоведение. 2021. № 1. С. 90–99. https://doi.org/10.31857/S0032180X21010135
  47. Зинченко М.К., Селицкая О.В. Биологическая токсичность серой лесной почвы в зависимости от систем удобрений // Агрохим. вестн. 2011. № 5. С. 38–40.
  48. Свистова И.Д., Стахурлова Л.Д., Еременко М.В., Бендяк А.Ю. Биотестирование длительно окультуренного чернозема выщелоченного разного уровня удобренности // Агрохимия. 2011. № 5. С. 54–59.
  49. Kong Y., Wang G., Chen W., Yang Y., Ma R., Li D., Shen Y., Li G., Yuan J. Phytotoxicity of farm livestock manures in facultative heap composting using the seed germination index as indicator // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2022. V. 247. Art. № 114251.https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114251
  50. Шильников И.А., Аканова Н.И. Известкование почв в современных условиях // Плодородие. 2011. № 3. С. 22–24.
  51. Liang Q., Chen H., Gong Y., Fan M., Yang H., Lal R., Kuzyakov Y. Effects of 15 years of manure and inorganic fertilizers on soil organic carbon fractions in a wheatmaize system in the North China Plain // J. Nutr. Cycl. Agroecos. 2012. V. 92. P. 21–33. https://doi.org/10.1007/s10705-011-9469-6
  52. Шафран С.А., Кирпичников Н.А., Ермаков А.А., Семенова А.И. Динамика содержания подвижного фосфора в почвах Нечерноземной зоны и его регулирование // Агрохимия. 2021. № 5. С. 14–20. https://doi.org/10.31857/S0002188121050100
  53. Лазарев В.И., Лазарева Р.И., Ильин Б.С., Боева Н.Н. Калийный режим чернозема типичного его длительного сельскохозяйственного использования в различных агроэкосостемах // Агрохимия. 2020. № 2. С. 14–19. https://doi.org/10.31857/S000218812002009X
  54. Митрофанова Е.М., Васбиева М.Т. Фосфатный режим дерновоподзолистой почвы при длительном применении органических и минеральных удобрений // Агрохимия. 2014. № 9. С. 13–19.
  55. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Зинякова Н.Б., Соколов Д.А., Семенов М.В. Эвтрофикация пахотной почвы: сравнительное влияние минеральной и органической систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 1. С. 58–73. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600676
  56. Шарков И.Н. Удобрения и проблема гумуса в почве // Почвоведение. 1987. № 11. С. 70–81.
  57. Oldfield E.E., Bradford M.A., Wood S.A. Global meta-analysis of the relationship between soil organic matter and crop yields // Soil Interact. Open-access J. 2019. V. 5. № 1. P. 15–32. https://doi.org/10.5194/soil-5-15-2019
  58. Шарков И.Н., Данилова А.А, Прозоров А.С., Самохвалова Л.М., Бушмелева Т.И., Шепелев А.Г. Воспроизводство гумуса как составная часть системы управления плодородием почвы: метод. пособ. Новосибирск: РАСХН, 2010. 36 с.
  59. Шарков И.Н., Данилова А.А. Влияние агротехнических приемов на изменение содержания гумуса в пахотных почвах // Агрохимия. 2010. № 12. С. 72–81.
  60. Körschens M. Long-term field experiments (LTEs) – importance, overview, soil organic matter // Exploring and Optimizing Agricultural Landscapes, Innovations in Landscape Research / Еd. A.G. Mueller. Switzerland: Springer Nature, 2021. Chapter 8. P. 215–231.https://doi.org/10.1007/978-3-030-67448-9_8
  61. Tian K., Zhao Y., Xu X., Hai N., Huang B., Deng W. Effects of long-term fertilization and residue management on soil organic carbon changes in paddy soils of China: A meta-analysis // Agricult. Ecosyst. Environ. 2015. V. 204. P. 40–50. http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2015.02.008
  62. Gross A., Glaser B. Meta-analysis on how manure application changes soil organic carbon storage // Sci. Rep. 2021. V. 11. Art. No. 5516. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82739-7
  63. Кудеяров В.Н. Азотноуглеродный баланс в почве // Почвоведение. 1999. № 1. С. 73–82.
  64. Семенов В.М. Образование экстраазота в удобренных почвах и его роль в питании растений // Агрохимия. 1999. № 8. С. 5–12.
  65. Mulvaney R.L., Khan S.A., Ellsworth T.R. Synthetic Nitrogen Fertilizers Deplete Soil Nitrogen: A Global dilemma for sustainable cereal production // J. Environ. Qual. 2009. V. 38. P. 2295–2314.https://doi.org/10.2134/jeq2008.0527
  66. Bohoussou N.D.Y., Han S.-W., Li H.-R., Kouadio Y.D., Ejaz I., Virk A.L., Dang Y.P., Zhao X., Zhang H.-L. Effects of fertilizer application strategies on soil organic carbon and total nitrogen storage under different agronomic practices: A meta-analysis // Land Degradation and Development. 2023. Online Version.https://doi.org/10.1002/ldr.4885
  67. Jin S. Recommended nitrogen fertilization enhances soil carbon sequestration in China’s monsoonal temperate zone // Peer J. 2018. V. 6. Art. № e5983. https://doi.org/10.7717/peerj.5983
  68. Lal R. Carbon sequestration // Philosoph. Trans. Royal Soc. B. 2008. V. 363. P. 815–830.http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2007.2185
  69. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Тулина А.С. Минерализуемость органического вещества и углеродсеквестрирующая емкость почв зонального ряда // Почвоведение. 2008. № 7. С. 819–832.
  70. 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
  71. Olson K.R. Soil organic carbon sequestration, storage, retention and loss in U.S. croplands: Issues paper for protocol development // Geoderma. 2013. V. 195–196. P. 201–206.http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2012.12.004
  72. 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
  73. Brock C., Franko U., Wiesmeier M. Soil management for carbon sequestration // Encyclopedia of Soils in the Environment (Second Edit.). 2023. V. 3. P. 424–432. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822974-3.00124-5
  74. van Groenigen J.W., van Kessel C., Hungate B.A., Oenema O., Powlson D.S., van Groenigen K.J. Sequestering soil organic carbon: A Nitrogen dilemma // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51(9). P. 4738–4739. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01427
  75. Кудеяров В.Н. Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор) // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1011–1022. https://doi.org/10.31857/S0032180X23990017
  76. Olson K.R., AlKaisi M.M., Lal R., Lowery B. Experimental consideration, treatments, and methods in determining soil organic carbon sequestration rates // Soil Sci. Soc. Am. J. 2014, V. 78(2). P. 348–360. https://doi.org/10.2136/sssaj2013.09.041
  77. Семенов В.М., Паутова Н.Б., Лебедева Т.Н., Хромычкина Д.П., Семенова Н.А., Лопес де Гереню В.О. Разложение растительных остатков и формирование активного органического вещества в почве инкубационных экспериментов // Почвоведение. 2019. № 10. С. 1172–1184.
  78. § Работа выполнена в рамках Госзадания “Комплексное исследование влияния природных и антропогенных факторов на состояние почвенных предшественников, источников и стоков парниковых газов, включая моделирование структурнофункциональной организации биогенных циклов и факторов разномасштабной динамики наземных экосистем в условиях изменяющейся среды”, регистрационный номер 122040500037-6.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение урожая культур во 2-й ротации севооборота в зависимости от применения минеральных и органических удобрений (в среднем для сахарной свеклы, кукурузы, лука и картофеля). Варианты: 1 – без удобрений (контроль), 2 – N90P75K100, 3 – N180P150K200, 4 – N270P225K300, 5 – N360P300K400, 6 – навоз 25 т/га, 7 – навоз 50 т/га, 8 – навоз 75 т/га, 9 – навоз 100 т/га. Нумерация вариантов та же в табл. 2–5 и на рис. 1–5.

Скачать (14KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Прибавка урожая культур в зависимости от доз минеральных и органических удобрений (среднее за 2 ротации севооборота).

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение обменной (а) и гидролитической (б) кислотности почвы при ежегодном применении минеральных и органических удобрений в возрастающих дозах.

Скачать (66KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение содержания подвижных форм P₂O₅ (а) и K₂O (б) в почве в течение 9-летнего применения минеральных и органических удобрений в возрастающих дозах.

Скачать (77KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение содержания органического углерода (а) и общего азота (б) в почве в течение 9-летнего применения минеральных и органических удобрений в возрастающих дозах.

Скачать (63KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024