Накапливая углерод: российские ученые выяснили, как повысить плодородность почвы
23.05.2022
Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) провели исследования почвы черноземов, чтобы выяснить, как разные способы обработки земли влияют на ее плодородность.
За плодородие почв отвечает сложный комплекс, включающий почвенные микроорганизмы и растения. Поддержание уровня плодородия также связано с содержанием органического вещества — почвенного углерода. При вспашке происходит потеря органического вещества. Ежегодная отвальная вспашка (обработка грунта с применением плуга) уменьшает влажность почвы, нарушает ее структуру, переуплотняет землю и т. д. Вследствие этого нарушается целостность звеньев цепочки «почва-микроорганизмы-растения», и уровень плодородия снижается.
Чтобы доказать это, ученые сравнили содержание и запасы углерода в почве с отвальной, безотвальной (без оборота пласта земли) и нулевой (технология No-Till) обработкой черноземов Ростовской области в трех разных точках региона: в Октябрьском, Сальском и Песчанокопском районах. Образцы почвы были отобраны на глубине корнеобитаемого слоя (0-30 см), а их анализ проводили в лабораториях кафедры экологии и природопользования и кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ.
«Наше исследование направлено на изучение влияния различных видов обработки почвы на содержание органического вещества, или гумуса, определяющего плодородие почвы и урожайность возделываемых культур. Стоит сказать, что технология No-Till применяется на изученных нами участках уже более 10 лет. На основе аналитических данных мы проводили расчет секвестрации, то есть накопления углерода в почве в результате применения технологии No-Till, расчеты расхода топлива и оценку урожайности пшеницы и подсолнечника», — рассказала ведущий научный сотрудник лаборатории «Агробиотехнологии для повышения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции» Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ Татьяна Минникова.
По данным ученых, вид обработки влияет на содержание почвенного углерода по разным причинам. К примеру, использование вспашки плугом снижает содержание почвенного углерода в среднем на 25-36%. В то же время при использовании безотвальной технологии (рыхление специальными агрегатами) потребление топлива сельскохозяйственными машинами оказывается на 36% ниже, чем при традиционной обработке, ввиду совершения меньшего количества технологических операций. При этом применение технологии No-Till, то есть полный отказ от вспашки, приводит к снижению выбросов CO2 в атмосферу, а значит к накоплению углерода в почве в виде гумуса.
«Технология нулевой обработки, или No-Till включает в себя поверхностную обработку почвы с сохранением пожнивных остатков растений на поле в виде мульчи, уникальную систему севооборотов, применение сидератов, удобрений, средств защиты растений», — отметила ученая.
По ее словам, мульча (остатки растений после жатвы) способствует сохранению влаги в почве и предотвращает ветровую и водную эрозию (разрушение) почвы. При традиционной обработке ученые, напротив, наблюдали сжигание растительности после сбора урожая.
«При использовании технологии No-Till урожайность основных сельскохозяйственных культур Юга России (пшеницы и подсолнечника), на 21 и 27% выше, чем при традиционной обработке», — добавила Татьяна Минникова.
Кроме того, система нулевой обработки снижает антропогенную нагрузку на качество воздуха.
«Наше исследование затрагивает разные области агрохимической безопасности не только на Юге России, но и в России в целом. Результаты по сохранению углерода в почве и снижению выбросов СО2 после применения технологии No-Till позволяют утверждать, что существует возможность повышения уровня плодородия почв и снижения общемирового парникового эффекта, и это имеет существенное значение в сегодняшней экологической ситуации», — подчеркнула Татьяна Минникова.
Научная работа проводилась при финансовой поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». В дальнейшем ученые планируют исследовать процессы накопления углерода в почве при использовании различных агротехнологий (No-Till, Mini-Till и др.), восстановления нарушенных почв при различных видах антропогенного воздействия (загрязнение нефтяными углеводородами, тяжелыми металлами, при пирогенном воздействии и вырубке лесов и других видах воздействия).
За плодородие почв отвечает сложный комплекс, включающий почвенные микроорганизмы и растения. Поддержание уровня плодородия также связано с содержанием органического вещества — почвенного углерода. При вспашке происходит потеря органического вещества. Ежегодная отвальная вспашка (обработка грунта с применением плуга) уменьшает влажность почвы, нарушает ее структуру, переуплотняет землю и т. д. Вследствие этого нарушается целостность звеньев цепочки «почва-микроорганизмы-растения», и уровень плодородия снижается.
Чтобы доказать это, ученые сравнили содержание и запасы углерода в почве с отвальной, безотвальной (без оборота пласта земли) и нулевой (технология No-Till) обработкой черноземов Ростовской области в трех разных точках региона: в Октябрьском, Сальском и Песчанокопском районах. Образцы почвы были отобраны на глубине корнеобитаемого слоя (0-30 см), а их анализ проводили в лабораториях кафедры экологии и природопользования и кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ.
«Наше исследование направлено на изучение влияния различных видов обработки почвы на содержание органического вещества, или гумуса, определяющего плодородие почвы и урожайность возделываемых культур. Стоит сказать, что технология No-Till применяется на изученных нами участках уже более 10 лет. На основе аналитических данных мы проводили расчет секвестрации, то есть накопления углерода в почве в результате применения технологии No-Till, расчеты расхода топлива и оценку урожайности пшеницы и подсолнечника», — рассказала ведущий научный сотрудник лаборатории «Агробиотехнологии для повышения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции» Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ Татьяна Минникова.
По данным ученых, вид обработки влияет на содержание почвенного углерода по разным причинам. К примеру, использование вспашки плугом снижает содержание почвенного углерода в среднем на 25-36%. В то же время при использовании безотвальной технологии (рыхление специальными агрегатами) потребление топлива сельскохозяйственными машинами оказывается на 36% ниже, чем при традиционной обработке, ввиду совершения меньшего количества технологических операций. При этом применение технологии No-Till, то есть полный отказ от вспашки, приводит к снижению выбросов CO2 в атмосферу, а значит к накоплению углерода в почве в виде гумуса.
«Технология нулевой обработки, или No-Till включает в себя поверхностную обработку почвы с сохранением пожнивных остатков растений на поле в виде мульчи, уникальную систему севооборотов, применение сидератов, удобрений, средств защиты растений», — отметила ученая.
По ее словам, мульча (остатки растений после жатвы) способствует сохранению влаги в почве и предотвращает ветровую и водную эрозию (разрушение) почвы. При традиционной обработке ученые, напротив, наблюдали сжигание растительности после сбора урожая.
«При использовании технологии No-Till урожайность основных сельскохозяйственных культур Юга России (пшеницы и подсолнечника), на 21 и 27% выше, чем при традиционной обработке», — добавила Татьяна Минникова.
Кроме того, система нулевой обработки снижает антропогенную нагрузку на качество воздуха.
«Наше исследование затрагивает разные области агрохимической безопасности не только на Юге России, но и в России в целом. Результаты по сохранению углерода в почве и снижению выбросов СО2 после применения технологии No-Till позволяют утверждать, что существует возможность повышения уровня плодородия почв и снижения общемирового парникового эффекта, и это имеет существенное значение в сегодняшней экологической ситуации», — подчеркнула Татьяна Минникова.
Научная работа проводилась при финансовой поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». В дальнейшем ученые планируют исследовать процессы накопления углерода в почве при использовании различных агротехнологий (No-Till, Mini-Till и др.), восстановления нарушенных почв при различных видах антропогенного воздействия (загрязнение нефтяными углеводородами, тяжелыми металлами, при пирогенном воздействии и вырубке лесов и других видах воздействия).
