Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

Агропочвоведение и агроэкология

УДК 631.4:631.8:631.17

DOI: 10.31857/S2500262722030085, EDN: GCRTOF

Агротехнологический потенциал управления органическим углеродом

чернозёмов обыкновенных в зернопаропропашном севообороте

И.Т. Хусниев¹, В.А. Романенков^1,2, доктор биологических наук,

С.В. Пасько³, кандидат сельскохозяйственных наук, И.А.Ильичёв¹

¹Факультет почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова,

119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр.12

E-mail: husniev.ilshat@gmail.com

²ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова,

127550, Москва, ул. Приянишникова, 31 а

E-mail: romanenkov@soil.msu.ru

³Федеральный Ростовский аграрный научный центр,

346735, Ростовская обл., Аксайский район, пос. Рассвет, ул. Институтская, 1

Исследование проводили с целью оценки агротехнологического потенциала управления органическим углеродом пахотной почвы

- чернозёма обыкновенного среднемощного мицеллярно-карбонатного тяжелосуглинистого. Работу выполняли в длительном

эксперименте Географической сети полевых опытов с удобрениями, заложенном в 1974 г. Федеральным Ростовским аграрным

научным центром. Изучали динамику органического углерода в трёх контрастных вариантах опыта в течение пяти ротаций -

за 40-летний период. По экспериментальным данным за 1975-2011 гг. с помощью динамического моделирования воспроизведена

месячная динамика запасов органического углерода в каждом варианте опыта до 2020 г. Во всех вариантах опыта модель описы-

вает наблюдаемое снижение запасов органического углерода после прохождения пяти ротаций севооборота. При этом на фоне

органо-минеральной системы удобрения в течение первых трёх ротаций происходило увеличение запасов С. Однако затем нако-

пленный углерод был потерян, что указывает на неравновесность запасов и значительную их зависимость от продуктивности

севооборота, что проявляется даже при прохождении одной ротации. При этом межгодичная изменчивость за девятилетнюю

ротацию могла превышать 4 т/га, или около 5 % от общих запасов. На основании моделирования установлено, что необходимое

для поддержания запасов органического углерода в пахотном слое почвы поступление С с растительными остатками составляет

в среднем 3,87 т/га в год. Ежегодное накопление органического углерода в размере 0,4 ‰ от первоначальных запасов 88 т/га в первое

двадцатилетие обеспечивало совместное внесение наиболее высоких доз минеральных и органических удобрений. Стратегия «4

промилле» может быть реализована в чернозёме обыкновенном в условиях рассматриваемого опыта при ежегодном поступлении

4,3…5,7 т/га С растительных остатков. Внесение высоких доз органических удобрений, обеспечивающих названную продуктив-

ность, - необходимый компонент поддержания и увеличения запасов органического углерода в почвах.

Agrotechnological potential of organic carbon management in chernozems

in grain-fallow crop rotation

Khusniev I.T.¹, Romanenkov V.A.^1,2, Pasko S.V.³, Ilyichev I.A.¹

¹Faculty of Soil Science, Lomonosov Moscow State University,

119991, Moskva, Leninskie gory, 1, str.12

E-mail: husniev.ilshat@gmail.com

²All-Russian Research Institute of Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov,

127550, Moskva, ul. Priyanishnikova, 31 a

E-mail: romanenkov@soil.msu.ru

³Federal Rostov Agricultural Research Center,

346735, Rostovskaya obl., Aksaiskii r-n, pos. Rassvet, ul. Institutskaya, 1

Assessment of the agrotechnological potential of organic carbon management in arable soil - chernozems, medium thick micellar-

carbonate heavy loamy. Object of research: long-term experience of the Geographical network of long-term field experiments with

fertilizers, founded in 1974 by the Federal Rostov Agricultural Research Center. The dynamics of organic carbon was studied in three

contrasting variants of the experiment during five rotations - over a 40-year period. According to experimental data 1975-2011, using

dynamic modeling, the monthly dynamics of organic carbon stocks in each variant of the experiment until 2020 was reproduced.

Results: In all variant of the experiment, the model describes the observed decrease in organic carbon stocks after five crop rotations.

At the same time, in the variants with an organo-mineral fertilizer system, during the first three rotations, an increase in C reserves was

observed, but then the accumulated C was lost, which indicates a non-equilibrium of reserves and a significant dependence on crop

rotation productivity, manifested even during the passage of one of the crop rotations. At the same time, the interannual variability for

a nine-year rotation could be more than 4 t/ha, or about 5% of the total C stock. Based on the modeling, it was found that the C input

with plant residues necessary to maintain organic carbon reserves in the arable soil layer is on average 3.87 t/ha per year. The annual

accumulation of organic carbon in the amount of 0.4‰ from the initial reserves of 88 t/ha was ensured in the first twenty years with the

combined use of the highest doses of mineral and organic fertilizers. The strategy of 4 ppm can be implemented in the chernozems of the

study experiment with an annual input of 4.3-5.7 t/ha C of plant residues. The introduction of high doses of organic fertilizers, which

provide the mentioned productivity, is a necessary component for maintaining and increasing the stocks of organic carbon in soils.

Ключевые слова: запас органического углерода, чернозём,

Key words: stock of organic carbon, chernozems, 4 ppm, long-term

«четыре промилле», длительный полевой опыт, органические

field experiments, organic fertilizers.

удобрения.

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

В природных и агроэкосистемах круговорот и за-

в год). В работе Kurganova et al. [15] для той же тер-

пасы органического углерода в почве определяются

ритории, продолжительность накопления почвенного

множеством факторов [1], подверженных влиянию

углерода до достижения нового состояния равновесия

человека и глобальным климатическим изменениям [2].

при постагрогенной эволюции чернозёмов оценивается

Запас С - один из основных показателей почвенного

в 30…40 лет.

плодородия и здоровья почвы, а его сохранение - усло-

Интенсивность процессов фиксации углерода будет

вие устойчивого состояния агроэкосистем. На Париж-

зависеть и от степени выпаханности почвы. По оценкам

ской конференции по климату (COP 21) в 2015 г. была

Minnikova et al. [16], на территории проведения обсуж-

предложена программа «Инициатива 4 промилле»,

даемого в статье длительного полевого опыта, среди

цель которой заключается в увеличении содержания

пахотных почв преобладают карбонатно-мицеллярные

органического углерода в культивируемых почвах на 4

чернозёмы с запасами С в слое 0…30 см 83,6 ±1,4 т/га.

‰ в год для компенсации выбросов парниковых газов

Эти величины близки к запасам С на начало опыта

и обеспечения постоянства концентрации углерода в

88 т/га, что подтверждает влияние длительного исполь-

атмосфере [3]. Практические механизмы реагирования

зования участка под пашню перед закладкой опыта на

на эти инициативы должны быть разработаны на ре-

потери почвенного углерода. В пахотных карбонатно-

гиональном и местном уровне [4].

мицеллярных чернозёмах потери составляют около 1/3

Как правило, в почвах с низким содержанием орга-

от запасов органического углерода нативных почв. Близ-

нического углерода его запасы могут быстро увеличи-

кие цифры приведены и в работе Черновой и др. [8], где

ваться при смене агротехнологий или их элементов [5, 6].

потери С черноземами Ростовской области в пределах

Почвы с исходно высокой величиной этого показателя

Предкавказской провинции за 50…60 лет распашки из

обладают значительно меньшими возможностями для

слоя 0…25 см оценены в 25…40 %.

накопления органического С, даже при последователь-

Методика. Исследования проводили в длительном

ном применении углеродсеквеструющих технологий. В

эксперименте Географической сети длительных полевых

чернозёмах, составляющих большую часть пахотного

опытов с удобрениями «Эффективность минеральных

фонда страны, чаще удаётся стабилизировать его запас

и органических удобрений в зависимости от насыщен-

или снизить потери, например, при минимализации

ности ими севооборота», заложенном в 1974 г. на базе

обработки почвы, чем обеспечить длительный процесс

Федерального Ростовского аграрного научного центра.

увеличения запасов [7, 8, 9].

Опытное поле расположено в центральной части Ростов-

Так, для чернозёма ортик отмечали накопление

ской области вблизи поселка Рассвет Аксайского района

органического углерода в верхнем слое 0…15 см при

в 20 км от берега реки Дон на водораздельном плато.

введении обработки почвы No-till в течение 11 лет. При

Высота поверхности над уровнем моря 250 м.

этом скорость процесса составляла 400…500 кг/га в год

Климат территории умеренно континентальный.

[10]. В другой работе, в чернозёме кальцик в течение

Среднегодовое количество осадков 429 мм. Средне-

77 лет после прекращения обработки пашни и восста-

многолетняя сумма температур воздуха выше 10 ^оС

новления степной растительности содержание С в слое

составляет 3400 ^оС, продолжительность безморозного

0…10 см возросло в 1,4 раза [11]. Необходимо отметить,

периода - 240 дней. Радиационный баланс - 2603 МДж/

что в первом случае запас С в начале опыта составлял

м² в год. Осень наступает обычно в конце сентября,

27 т/га, во втором - не более 25 т/га, если исходить из

в начале её удерживается тёплая ясная погода. Далее

содержания С - 1,97 %.

число пасмурных дней возрастает, дожди учащаются

Согласно данным обзора Minasny et al. [3], цель нако-

и становятся более длительными. Зима неустойчивая,

пления 4 ‰ в год может быть достижима при начальных

с частыми оттепелями, начинается в середине - конце

запасах С почвы менее 80 т/га. Это близко к исходному

декабря. Весной потепление идёт очень быстро, в конце

уровню или даже превышает его для полевого опыта

февраля - начале марта температура воздуха переходит

ВНИИ сахара и сахарной свёклы на выщелоченном

через 5 ^оС, в начале мая - через 15 ^оС.

чернозёме. В этом эксперименте накопление С почвы

Почва хорошо оструктурена, преобладающая часть

наблюдали только в 7 из 62 лет, рассчитанное ежегодное

агрегатов относится к агрономически ценным фракциям.

поступление С с растительными остатками для накопле-

Сумма водопрочных агрегатов составляет 50…55 %.

ния не менее 4 ‰ должно составлять 2400 кг/год [12].

Плотность гумусового горизонта не превышает 1,4 г/

В этой связи весьма информативны результаты мо-

см³, в пахотном - составляет 1,0…1,2 г/см³. Пахотный

делирования, проведённого Rolinski et al. [13] для терри-

слой имеет вполне удовлетворительную пористость

тории освоенных целинных земель России и Казахстана,

- 50…60 %. Водный режим почвы непромывной. В от-

северная часть которых представлена чернозёмами.

дельные годы после чистого пара наблюдаются глубокие

Моделирование для почвенного слоя 0…300 см при

промачивания. Запасы доступной влаги в слое почвы

условии вывода земель из сельхозоборота показывает,

0…20 см в период посева озимой пшеницы по чистому

что для сценария будущего климата CMIP3 [14] запасы

пару составляют 20…30 мм, снижаясь после непаровых

С почвы постепенно возрастают при его начальном со-

предшественников. Естественная влагозарядка почвы

держании 150 т/га. При начальном содержании С 220 т/га

происходит осенью и зимой. Максимум запасов влаги

запасы его убывают до 2070 г., а затем стабилизируются

наблюдается ранней весной, составляя в полутораме-

на равновесном уровне. При начальном содержании

тровом слое обычно не менее 200 мм.

С 400 т/га запасы органического углерода, динамика

Обеспеченность минеральным азотом и подвижным

которых во всех почвах смоделирована до 2100 г., по-

фосфором - низкая, обменным калием - средняя. Агро-

стоянно убывают. Очевидно, что решающим фактором

химическая характеристика почвы опытного участка

были начальные запасы С, максимальные величины

до закладки опыта: гумус - 2,54 %, рН - 7,2, Р₂О₅ (по

которых оценены авторами в 40…50 т/га в слое 0…20 см

Мачигину) - 13,5…14,0 мг/кг почвы; К₂О (по Мачигину)

в 1985-1995 гг. В этом случае при выводе пахотных зе-

- 360 мг/кг почвы; нитрификационная способность (по

мель из сельскохозяйственного оборота не происходит

Кравкову) - 15…20 мг/кг почвы.

секвестрации С. При запасах С почвы 20 т/га секвестра-

Участок до закладки опыта находился в длитель-

ция оказывается значительной (в среднем 0,86 кг/м²

ном использовании под пашню. Севооборот зерно-

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

паропропашной. Первая ротация: чистый пар; озимая

управления его запасами путем корректировки условий

пшеница; озимая пшеница; горох; озимая пшеница;

минерального питания растений в зернопаропропаш-

яровой ячмень; кукуруза на силос; озимая пшеница;

ном севообороте. Моделирование осуществляли на

подсолнечник. Со второй ротации: чистый пар; озимая

основе данных 1975-2011 гг. по следующим вариан-

пшеница; кукуруза на зерно; яровой ячмень; кукуруза

там: абсолютный контроль (контроль), 80 т/га навоза +

на силос; озимая пшеница; горох; озимая пшеница;

N3300P190K190 в среднем за севооборот (вариант 8) и

подсолнечник. Количество полей - 2, повторность

100 т/га навоза + N580P330K330 в среднем за севооборот

4-х кратная, площадь делянки 135 м², общая площадь

(вариант 11). Ранее модель использовали для имитацион-

опыта 1,94 га.

ного моделирования динамики органического углерода

В среднем за 5 ротаций севооборота продуктивность

почвы до 1998 г. по тем же вариантам опыта [17].

сельскохозяйственных культур без внесения удобрений

Использованная модель круговорота органического

составила 2,91 тыс. зерн. ед./га. В среднем за период

углерода в автоморфных почвах RothС-26.3 учитывает

исследований внесение удобрений повышало величину

влияние типа почвы, температуры, влажности и типа рас-

этого показателя, относительно неудобренного фона,

тительного покрова на процесс круговорота углерода. Она

на 29…36 %, а также улучшало качество зерна. Наи-

работает с месячным шагом, рассчитывая запас общего С

больший рост продуктивности севооборота к контролю

(т∙га^-1), С микробной биомассы (т∙га^-1) и Δ¹⁴C во временном

был равен 10,5 ц/га при максимальной в опыте дозе

диапазоне от года до столетий [18, 19, 20]. Модель требует

органоминеральных удобрений (вариант 11).

небольшого количества доступных входных данных, пред-

Содержание органического углерода определяли

ставляя собой модификацию более ранней версии [21]. Для

в пахотном и подпахотном горизонте почвы в 1974,

запуска модели была обновлена БД стандарта EuroSOMNET

1983, 1992, 1998, 2001 и 2010 гг. осенью после уборки

- Европейской сети полевых опытов по изучению органи-

урожая. Возделывание сельскохозяйственных культур

ческого вещества почвы, в который входит длительный

без удобрения в течение 5 ротаций зернопаропропаш-

полевой опыт [22]. Количество ежемесячно поступающего

ного полевого севооборота приводило к уменьшению

С в почву рассчитывали с использованием показателей еже-

содержания углерода в пахотном и подпахотном слоях

годной урожайности [23] и справочных данных по качеству

чернозема обыкновенного. Перед закладкой опыта со-

навоза. Начальное распределение углерода по пулам для

держание углерода в пахотном слое составляло 2,56 %, в

запуска модели смоделировано для условий равновесного

подпахотном - 2,3 %. К концу 6 ротации оно снизилось

содержания С. Предварительно вычисляли содержание

соответственно до 2,27 % и 1,91 %.

пула инертного органического углерода по [24]. После этого

Комплексное применении органических и мине-

модель RothC запускали в режиме расчёта распределения С

ральных удобрений в средних и повышенных дозах

по пулам в начале опыта путём подбора среднемноголетней

на протяжении длительного периода стабилизировало

величины поступления С в почву таким образом, чтобы

содержание углерода в почве в пахотном слое на уров-

полученный расчетным путем запас органического С соот-

не 2,4…2,54 %, в подпахотном - 2,25…2,36 %. При

ветствовал экспериментально определённому. Настройку

средних дозах (вариант 8) в пятой ротации наблюдали

модели выполняли по контрольному варианту с использо-

тенденцию к снижению содержания гумуса в пахот-

ванием остальных вариантов в качестве независимых для

ном слое, при этом в подпахотном оно оставалось на

проверки качества настройки.

прежнем уровне.

Проверку по экспериментальным данным со ста-

В ходе исследования с использованием динамическо-

тистической оценкой точности проводили на основе

го моделирования была воспроизведена непрерывная ди-

Modeval - модели статистической оценки результатов

намика органического углерода в пахотном слое почвы

моделирования по RothC [25]. Она представляет собой

в течение пяти ротаций, что открывает возможности для

компьютерную программу, которая рассчитывает ряд

более точной оценки агротехнологического потенциала

показателей для адекватного статистического анализа.

Рис. 1. Динамика запасов (т/га) органического углерода почвы, рассчитанных по модели RothC (линии) и определенных

экспериментально (точки) в пахотном слое.

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

Табл. 1. Статистическая оценка результатов моделирования динамики запасов органического углерода

по модели Roth-C в длительном полевом опыте

Коэффициент

Среднеквадратичная

Относительная

Коэффициент

Систематическая

Вариант

корреляции (r)

ошибка модели (RMSE)

ошибка (E)

детерминации (CD)

ошибка (M)

Контроль

0,99

0,66

0,06

1,23

0,06

0,76

3,26

1,81

0,01

1,62

0,40

3,32

1,39

0,20

1,26

Результаты и обсуждение. Начальное содержание

Наблюдаемые изменения в поступлении органическо-

углерода в слое 0…30 см соответствовало запасу 88,5 т/га.

го углерода объясняются регулярным внесением 2 раза

Модель показывает, что в вариантах с органо-

за ротацию севооборота органических удобрений. Ну-

минеральной системой удобрения в течение первых

левые значения поступления углерода с растительными

трёх ротаций абсолютная величина этого показателя

остатками и навозом в вариантах 8 и 11 обусловлены тем,

возрастала до 92…93 т/га. Однако затем накопленный

что начиная с 2000 г. внесение навоза было прекращено.

углерод был потерян, что свидетельствует о неравно-

При этом тенденция увеличения средней величины по-

весности его запасов и значительной зависимости от

ступления С в почву при повышении дозы минеральных

продуктивности севооборота. В контроле за тот же

удобрений сохраняется. Пики с поступлением в почву

период при многолетнем отрицательном тренде запасов

8…9 т/га углерода объясняются внесением органических

С было потеряно около 15 т/га от исходной величины.

удобрений в почву сразу после уборки урожая кукурузы

Скорость накопления в благоприятные годы и потери

на силос.

при паровании снижались в следующем ряду: 11 вариант

Во всех вариантах опыта модель описывает по-

> 8 вариант > контроль (рис. 1).

степенное снижение запасов органического углерода

Статистическая оценка результатов моделирования

после прохождения пяти ротаций севооборота (см.

(табл. 1) указывает на удовлетворительную сходимость

рис. 1). При этом видно, что наибольшие расхождения

экспериментальных данных опыта с расчетными для

между экспериментальными и моделируемыми данными

всех трех исследуемых вариантов, в сравнении с лите-

характерны для вариантов 8 и 11 в 2010 г. Различия в

ратурными данными оценки точности моделирования

запасах достигали 2,0…2,5 т/га. В то время как модель

RothC по материалам длительных опытов [26].

показывает отрицательный тренд потерь ранее нако-

Лучшая корреляция экспериментальных и расчетных

пленных запасов, выраженный после прохождения вто-

данных наблюдается в контроле, худшая - в 11 варианте.

рой ротации севооборота, экспериментальные данные

Наименьшее значение корня среднеквадратичной ошиб-

демонстрируют относительную стабильность запасов

ки (RMSE) отмечено в контрольном варианте, но во всех

в варианте 8 и потерю около 2 т/га в 2001-2010 гг.

случаях RMSE не превышает 3,4, что свидетельствует о

в варианте 11. Такое расхождение между наблюдаемыми

незначительных различиях между прогнозируемыми и

и рассчитанными по модели данными после третьей

фактическими величинами. Коэффициент детерминации

ротации может быть связано со значительным простран-

в контроле больше 1, что о меньшем отклонении рас-

ственным варьированием как содержания органического

четных значений от среднего, чем у экспериментальных

С в пахотном слое, так и его плотности. Тем не менее,

данных, то есть модель описывает их лучше, чем график,

наблюдаемые при анализе модели тенденции указывают

построенный по средневзвешенным экспериментальным

на неравновесность накопленных запасов органическо-

значениям. Значимость систематической ошибки (М)

го С, проявляющуюся даже во время одной ротации

варьирует в диапазоне 0,06…1,62, что свидетельствует

севооборота. При этом межгодичная изменчивость за

о разной степени расхождения между прогнозируемы-

девятилетнюю ротацию могла превышать 4 т/га, или

ми и фактическими величинами. Полученные значения

около 5 % от общего запаса С.

систематической ошибки статистически значимы. Необ-

Наименьшие потери органического углерода почв,

ходимо отметить, что ранее, при использовании данных

как в абсолютных, так и в относительных величинах

за первые две ротации севооборота, удалось получить

по данным модели наблюдаются в 11 варианте опыта

более точное соответствие экспериментальных и рас-

с внесением наибольшей дозы органических и мине-

чётных данных: величина RMSE не превышала 0,86; М

ральных удобрений и достигают максимума в контро-

составляла -0,01…-0,02 [17].

ле (табл. 2). Как и в длительном опыте ГНУ ВНИИ

Поступление углерода с растительными остатками

сахара и сахарной свёклы имени А.Л. Мазлумова [11],

и навозом в вариантах 8 и 11 в последние 20 лет про-

по результатам моделирования динамики запасов

ведения опыта несколько снижается из-за отсутствия

органического углерода пахотного горизонта почв

внесения органических удобрений. В контрольном

варианте опыта за тот же период запасы органиче-

Табл. 2. Изменения запасов органического С в длительном

ского углерода не претерпевают столь значительного

полевом опыте с 1975 по 2015 гг., рассчитанные по средне-

снижения из-за увеличения количества поступающих

годовым моделируемым значениям

растительных остатков, по сравнению с предыдущими

годами. Отмеченные различия в динамике между кон-

Вариант опыта

тролем и вариантами с внесением удобрений могут быть

Показатель

1 (конт-

обусловлены как относительно меньшим количеством

роль)

растительных остатков, так и меньшим соотношением

Абсолютные потери, т/га

13,26

8,50

7,34

подземной и надземной продукции в общей биомассе в

вариантах 8 и 11, что учитывается в расчётах поступаю-

Относительные потери, %

14,99

9,60

8,30

щего в почву углерода с растительными остатками по

Относительные потери в год, %

0,37

0,23

0,20

методике Левина [23].

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

вое количество поступающего в почву С, определяемое

близко к величинам, полученным по уравнениям зави-

линейным уравнением (1), необходимое для поддержа-

симости скорости накопления либо потери углерода в

ния запасов органического углерода в пахотном слое

почве от поступления С ежегодно в почву с поверхност-

почвы, составлит в среднем 3,87 т/га в год:

ными остатками, подземной биомассой и органическими

ΔС = 0,1908∙ Сinp - 0,7382,

(1)

удобрениями (3,87 и 2,99 т/га, для смоделированных и

где ΔС - среднегодовое изменение запасов С в слое

экспериментальных данных соответственно).

0...30 см, т/га; Сinp - ежегодное суммарное поступление

Таким образом, результаты моделирования под-

С в почву с пожнивными остатками, подземной биомас-

тверждают представления о сложности управления

сой и органическими удобрениями, т/га.

запасами органического углерода и обеспечения его про-

Согласно экспериментальным данным, для под-

грессивного депонирования в почвах, богатых органиче-

держания запасов органического углерода необходимо

ским веществом. Ежегодное накопление органического

его ежегодное поступление в количестве 2,99 т/га в

углерода в размере 0,4 ‰ от первоначальных запасов

год.

в слое 0…30 см 88 т/га чернозёмом обыкновенным

При наборе культур и агротехнологиях, использован-

среднемощным мицеллярно-карбонатным тяжелосугли-

ных в период до 1993 г. в варианте 11, согласно линейно-

нистым за 40-летний период обеспечивалось в первое

му уравнению, выведенному по данным моделирования,

двадцатилетие при совместном применении наиболее

цель в 4 ‰ в год может быть успешно достигнута при

высоких доз минеральных и органических удобрений.

увеличении поступления углерода в почву в среднем

Их внесение поддерживало продуктивность севооборота

до 5,72 т/га. Согласно уравнению, полученному по экс-

со средним ежегодным поступлением С с растительными

периментальным данным, поступление органического

остатками более 3,6 т/га, использование органических и

углерода в почву достаточно увеличить до 4,25 т/га.

минеральных удобрений позволило за этот период на-

копить в верхнем слое почвы около 5 т/га С. На фоне на-

Табл. 3. Изменения запасов органического С в длительном

блюдаемой с использованием модели неравновесности

полевом опыте за 1975-1993 гг., рассчитанные по среднего-

накопленных запасов органического С, проявляющейся

довым значениям

в межгодичной изменчивости за девятилетнюю ротацию

более 4 т/га, или около 5 % от общего запаса С почвы,

Вариант опыта

снижение доз органических удобрений во второе деся-

Показатель

1 (кон-

тилетие и соответствующее уменьшение поступления

троль)

С на 25 % привело к потере ранее накопленных запасов

Абсолютное изменение, т/га

-3,7

+2,1

+4,7

С. Стратегия «4 промилле» может быть реализована для

почвы исследуемого длительного опыта при ежегодном

Относительное изменение, %

-4,2

+2,3

+5,3

поступлении 4,3…5,7 т/га С растительных остатков.

Относительное ежегодное измене-

-3,3

Внесение высоких доз органических удобрений было

ние, ‰

необходимым компонентом для поддержания и уве-

личения запасов органического углерода в почвах. В

Анализируя динамику изменения запасов органи-

условиях недостатка органических удобрений необхо-

ческого углерода в почвах длительного опыта по двум

димо дальнейшее имитационное моделирование, чтобы

двадцатилетиям (1975-1995, 1995-2015), можно отме-

выяснить, могут ли зеленые удобрения, биочар и другие

тить явное различие в темпах потери или накопления ор-

альтернативные источники углерода заменить традици-

ганического углерода в 8 и 11 вариантах, по сравнению

онные органические удобрения на основе навоза.

с контролем (табл. 4). Наблюдаемое различие связано с

заметным снижением доз вносимых органических удо-

Литература

брений в 4 и 5 ротациях севооборота.

1. The detrital input and removal treatment (DIRT)

Кроме того, в 11 варианте опыта можно выделить

network: Insights into soil carbon stabilization. / K.

небольшой прирост запасов углерода (0,4 ‰ от первона-

Lajtha, R.D. Bowden, Set Crow, et al. // Science of

чальных запасов ежегодно) с 1975 по 1995 гг., по срав-

The Total Environment. 2018. Vol. 640. P. 1112-1120,

нению с другими вариантами, в то время как с 1995 по

doi:10.1016/j.scitotenv.2018.05.388.

2015 гг. фиксируются значительные потери. Во втором

2. Longterm effects of climate change on carbon storage and

двадцатилетии для вариантов 8 и 11 ежегодная средняя

tree species composition in a dry deciduous forest / I. Fekete,

потеря составляла 4,3 ‰. В контроле различия между рас-

K. Lajtha, Z. Kotroczó, et al. // Global Change Biology.

сматриваемыми 20-летними периодами незначительны и

2017. Vol. 23. P. 3154-3168. doi:10.1111/gcb.13669.

определяются лишь изменением количества и качества

3. Soil carbon 4 per mille / B. Minasny, B.P. Malone, A.B.

поступающих в почву растительных остатков.

McBratney, et al. // Geoderma. 2017. Vol. 292. P. 59-86,

Минимальное в опыте накопление органического

doi:10.1016/j.geoderma.2017.01.002.

углерода в первое двадцатилетие происходило при по-

4. A global agenda for collective action on soil carbon. /

ступлении в почву 3,63 т/га органического углерода, что

S. Vermeulen, D. Bossio, J. Lehmann, et al. // Nature

Sustainability. 2019. Vol. 2. P. 2-4, doi:10.1038/s41893-

Табл. 4. Ежегодный прирост (потери) и поступления С, по

018-0212-z.

вариантам

5. Arable Podzols Are a Substantial Carbon Sink under

Current and Future Climates: Evidence from a Long-

Вариант опыта

Term Experiment in the Vladimir Region, Russia. / I.

Период

Ilichev, V. Romanenkov, S. Lukin, et al. // Agronomy.

1 (контроль)

2021. Vol. 11. No. 1. P. 90.

1975-1995

-3,72/2,16*

-0,78/2,89

0,4/3,63

6. The effect of crop rotation and cultivation history

1995-2015

-4,08/2,10

-4,09/2,77

-4,53/2,88

on predicted carbon sequestration in soils of two

experimental fields in the Moscow region, Russia. /

*в числителе ежегодный прирост (потеря), ‰; в знаменателе - по-

K. Prokopyeva, V. Romanenkov, N. Sidorenkova, et al.

ступление С, т/га

// Agronomy. 2021. Vol. 11. No. 2. P. 226.

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 3

7. Содержание и запас гумуса в черноземе обыкно-

Minnikova, G. Mokrikov, K. Kazeev, et al. // Processes.

венном при использовании различных систем основ-

2022. Vol. 10. No. 2. P. 244.

ной обработки. / А.М. Медведева, О.А. Бирюкова,

17. Soil organic carbon dynamics in long-term experiments

Я.И. Ильченко и др. // Успехи современного есте-

with mineral and organic fertilizers in Russia / V.

ствознания. 2018. № 1. С. 29-34.

Romanenkov, M. Belichenko, A. Petrova, et al. //

8. Современное состояние гумусированности пахот-

Geoderma Regional. 2019. Vol. 17. P. e00221.

ных черноземов настоящих степей (на примере

18. Jenkinson D. The turnover of organic carbon and

Ростовской области) / О.В. Чернова, И.О. Алябина,

nitrogen in soil // Philosophical Transactions of the Royal

О.С. Безуглова и др. // Юг России: экология, развитие.

Society of London. Series B: Biological Sciences. 1990.

2021. Т. 15. № 4. С. 99-113.

Vol. 329. No. 1255. P. 361-368.

9. Безуглова О.С., Назаренко О.Г., Ильинская И.Н.

19. Calculating net primary production and annual input of

Динамика деградации земель в Ростовской области

organic matter to soil from the amount and radiocarbon

// Известия Российской академии наук. Серия гео-

content of soil organic matter / D.S. Jenkinson, D.D.

графическая. 2022. Т. 86. № 1. С. 41-54.

Harkness, E.D. Vance, et al. // Soil Biology and

10. Carbon sequestration in a Brown Chernozem as affected

Biochemistry. 1992. Vol. 24. No. 4. P. 295-308.

by tillage and rotation / C.A. Campbell, B.G. McConkey,

20. Parshotam A., Hewitt A.E. Application of the Rothamsted

R.P. Zentner, et al. // Canadian Journal of Soil Science.

carbon turnover model to soils in degraded semi-arid

1995. Vol. 75. No. 4. P. 449-458.

land in New Zealand // Environment International. 1995.

11. Mechanisms of carbon sequestration and stabilization

Vol. 21. No. 5. P. 693-697.

by restoration of arable soils after abandonment: A

21. Jenkinson D.S., Rayner J.H. The turnover of soil organic

chronosequence study on Phaeozems and Chernozems

matter in some of the Rothamsted classical experiments

/ I. Kurganova, A. Merino, V.L. de Gerenyu, et al. //

// Soil science. 1977. Vol. 123. No. 5. P. 298-305.

Geoderma. 2019. Vol. 354. P. 113882.

22. EuroSOMNET—a database for long-term experiments on

12. Modelling and Prediction of Organic Carbon Dynamics

soil organic matter in Europe / U. Franko, G. Schramm,

in Arable Soils Based on a 62-Year Field Experiment in

V. Rodionova, et al. // Computers and Electronics in

the Voronezh Region, European Russia / I. Husniev, V.

Agriculture. 2002. Vol. 33. No. 3. P. 233-239.

Romanenkov, O. Minakova, et al. // Agronomy. 2020. Vol.

23. Левин Ф.И. Количество растительных остатков в

10. No. 10. P. 1607. doi: 10.3390/agronomy10101607.

посевах полевых культур и его определение по уро-

13. Dynamics of soil organic carbon in the steppes of Russia

жаю основной продукции // Агрохимия. 1977. № 8. С.

and Kazakhstan under past and future climate and land

36-42.

use / S. Rolinski, A.V. Prishchepov, G. Guggenberger,

24. Falloon P. Estimating the size of the inert organic

et al. // Regional Environmental Change. 2021. Vol. 21.

matter pool from total soil organic carbon content for

No. 3. P. 73.

use in the Rothamsted carbon model // Soil Biology and

14. The WCRP CMIP3 multimodel dataset: A new era in

Biochemistry. 1998. Vol. 30. No. 8-9. P. 1207-1211.

climate change research / G.A. Meehl, C. Covey, T.

25. A comparison of the performance of nine soil organic

Delworth, et al. // Bulletin of the American meteorological

matter models using datasets from seven long-term

society. 2007. Vol. 88. No. 9. С. 1383-1394.

experiments / P. Smith, J.U. Smith, D.S. Powlson et al.

15. Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Large-

// Geoderma. 1997. Vol. 81. No. 1-2. P. 153-225.

scale carbon sequestration in post-agrogenic ecosystems

26. Potential for carbon sequestration in European soils:

in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. Vol. 133. P.

preliminary estimates for five scenarios using results

461-466.

from long-term experiments / P. Smith, D. Powlson,

16. Soil Organic Carbon Dynamics in Response to Tillage

M. Glendining, et al. // Global Change Biology. 1997.

Practices in the Steppe Zone of Southern Russia / T.

Vol. 3. No. 1. P. 67-79.

Поступила в редакцию 22.03.2022

После доработки 22.04.2022

Принята к публикации 05.05.2022