Потоки парниковых газов и секвестрация углерода в агроэкосистемах с сидератами и многолетними травами на карбоновом полигоне «Чашниково»

Аннотация

Оценены поглощение метана и эмиссия диоксида углерода агродерново-подзолистыми почвами карбонового полигона Московской области «Чашниково» при возделывании сидератов и многолетних травянистых культур, а также накопление углерода в их фитомассе за летний период 2024 года. Исследованы горчица белая, вико-овсяная смесь, многолетние бобово-злаковые травы и мискантус гигантский. Потоки парниковых газов измерялись автоматической камерой, надземная фитомасса — методом укосов, подземная — отмыванием корней из почвенных монолитов. Почвы поглощали атмосферный метан с интенсивностью от 0,15 до 0,62 мг С·м‒2·сут‒1. Наибольшее суммарное поглощение метана за лето наблюдалось в почвах под мискантусом – 0,047 г С·м‒2, статистически значимо снижалось в 1,6 раз в почвах под вико-овсяной смесью, в 1,8 раз — под многолетними травами и в 2,2 раза — под горчицей. Суммарная интенсивность эмиссии СО2 почвами за лето была максимальной под многолетними травами — 927,6 г С м‒2, уменьшалась под мискантусом — 835,9 г С·м‒2, вико-овсяной смесью — 737,4 г С·м‒2 и горчицей — 476,6 г С·м‒2. Повышенная эмиссия СО2 почвами под многолетними культурами обусловлена более активным корневым дыханием при формировании статистически значимо большей подземной фитомассы, чем у сидератов. Надземная фитомасса мискантуса гигантского была более чем в 2 раза выше в сравнении с другими растениями. Суммарно за период вегетации накопилось: 536,0 г С·м‒2 в фитомассе горчицы белой, 735,9–755,3 г С·м‒2 в бобово-злаковых многолетних травах и вико-овсяной смеси, 2157,7 г С·м‒2 — в мискантусе. Таким образом, исследованные агродерново-подзолистые почвы выступали слабым стоком атмосферного метана и эмитировали диоксид углерода в количестве меньшем или сопоставимом с накоплением углерода в фитомассе сидератов и многолетних травянистых культур. Эти данные важны для разработки технологий, направленных на снижение эмиссии парниковых газов и повышение секвестрации углерода в агроэкосистемах.

Литература

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М., 1986. 415 с.
2.   ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы определения физических характеристик. М., 2019.
3.   Данилова Н.В., Камалова А.Р., Курынцева П.А. и др. Оценка углеродного следа сидерального пара и различных способов его обработки // Вест. Казанского ГАУ. 2024. № 4(76).
4.   Деревенец Е.Н., Кулачкова С.А., Манакова О.И. и др. Микробная продукция и эмиссия диоксида углерода почвами карбонового полигона «Чашниково» с различным потенциалом минерализации органического вещества // Вестн. Моск. ун-та. Серия 17. Почвоведение. 2024. Т. 79, № 4. С. 141–155. https://doi.org/ 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-4-141-156
5.   Иванов А.Л., Столбовой В.С. Инициатива «4 промилле» – новый глобальный вызов для почв России // Бюлл. Почвенного ин-та имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. С. 185–202. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202
6.   Климатические нормы для Москвы, ВДНХ. [Электронный ресурс]. URL: https://meteoinfo.ru/climatcities (дата обращения: 01.02.2025).
7.   Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н. и др. Анализ временной изменчивости дыхания дерново-слабоподзолистой почвы в лесной и луговом ценозах южно-таежной зоны // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2022. № 2. С. 28–37.
8.   Мазиров И.М. Оценка почвенных потоков СО2 в представительных полевых агроэкосистемах с окультуренными дерново-подзолистыми почвами Центрального региона России // Международная научная конференция молодых ученых и специалистов, посвященная 150-летию РГАУ–МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва, 2–3 июня 2015 г.: Сб. статей. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. С. 379–381.
9.   Национальный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: оценка рисков и эколого-экономических последствий деградации земель. Адаптивные системы и технологии рационального природопользования (сельское и лесное хозяйство)» (под редакцией А.И. Бедрицкого). М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, ГЕОС. 2018. 357 с.
10.   Павлова Ю.Л., Пронович Н.А., Курынцева П.А. Баланс углерода при выращивании растений-сидератов в разных температурных режимах // Почвы ‒ опора России: тезисы докладов IX съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Москва – Казань, 2024. С. 651‒653.
11.   Семенов М.В., Кравченко И.К., Семенов В.М. и др. Потоки диоксида углерода, метана и закиси азота в почвах правобережья р. Ока (Московская обл.) // Почвоведение. 2010. № 5. С. 582–590.
12.   Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
13.   Amiro B.D., Tenuta M., Gervais M. et al. A decade of carbon flux measurements with annual and perennial crop rotations on the Canadian Prairies // Agricultural and Forest Meteorology. 2017. Vol. 247. P. 491–502. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.08.039
14.   Boeckx P., Van Cleemput O. Estimates of N2O and CH4 fluxes from agricultural lands in various regions of Europe // Nutrient cycling of agroecosystems. 2001. Vol. 60. P. 35–47. https://doi.org/10.1023/A:1012604032377
15.   Briones M.J.I., Massey A., Elias D.M.O. et al. Species selection determines carbon allocation and turnover in Miscanthus crops: Implications for biomass production and C sequestration // Science of The Total Environment. 2023. Vol. 887. 164003. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164003
16.   Dufossé K., Drewer J., Gabrielle B. et al. Effects of a 20-year old Miscanthus × giganteus stand and its removal on soil characteristics and greenhouse gas emissions // Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 69. P. 198–210. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.07.003
17.   Hansen L.V., Brændholt A., Tariq A. et al. Methane uptake rates across different soil types and agricultural management practices in Denmark // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2024. Vol. 363. 108878. https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108878
18.   Heaton E.A., Dohleman F.G., Miguez A. F. et al. Chapter 3 - Miscanthus: A Promising Biomass Crop // Advances in Botanical Research. Eds. J.-C. Kader, M. Delseny. Academic Press, USA, 2010. Vol. 56. P. 75–137. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381518-7.00003-0
19.   IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Eds. H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. 3056 pp. https://doi.org/10.1017/9781009325844
20.   IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022.
21.   Karlen D.L., Andrews S.S., Doran J.W. et al. Soil quality: Humankind’s foundation for survival a research editorial by conservation professionals // J. Soil Water Conserv. 2003. Vol. 58(4) P. 171–179. https://doi.org/10.1080/00224561.2003.12457524
22.   Kim K., Daly E.J., Hernandez-Ramirez G. Perennial grain cropping enhances the soil methane sink in temperate agroecosystems // Geoderma. 2021. 388. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.114931
23.   King A.E., Blesh J. Crop rotations for increased soil carbon: perenniality as a guiding principle // Ecological Applications. 2018. 28(1). P. 249–261. https://doi.org/10.1002/eap.1648
24.   Leal O.A., Amado T.J.C., Fiorin J.E. Linking cover crop residue quality and tillage system to CO2-C emission, soil C and N stocks and crop yield based on a long-term experiment // Agronomy. 2020. Vol. 10. 1848. https://doi.org/10.3390/agronomy10121848
25.   Lewandowski I., Clifton-Brown J., Trindade L.M. et al. Progress on optimizing Miscanthus biomass production for the European bioeconomy: results of the EU FP7 project OPTIMISC // Front. Plant Sci. 2016. Vol. 7. 1620. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01620
26.   Loubet B., Laville P., Lehuger S. et al. Carbon, nitrogen and greenhouse gases budgets over a four years crop rotation in northern France // Plant Soil. 2011. Vol. 343. P. 109–137. https://doi.org/10.1007/s11104-011-0751-9
27.   Muhammad I., Sainju U.M., Zhao F. et al. Regulation of soil CO2 and N2O emissions by cover crops: A meta-analysis // Soil & Tillage Research. 2019. Vol. 192. P. 103–112. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.020
28.   Radicetti E., Osipitan O.A., Langeroodi A.R.S. et al. CO2 flux and C balance due to the replacement of bare soil with agro-ecological service crops in Mediterranean Environment // Agriculture. 2019. Vol. 9. 71. https://doi.org/10.3390/agriculture9040071
29.   Robertson A.D., Whitaker J., Morrison R. et al. A Miscanthus plantation can be carbon neutral without increasing soil carbon stocks // GCB Bioenergy. 2017. Vol. 9, № 3. P. 645–661. https://doi.org/10.1111/gcbb.12397
30.   Sukhoveeva O., Karelin D., Lebedeva T. et al. Greenhouse gases fluxes and carbon cycle in agroecosystems under humid continental climate conditions // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2023. Vol. 352. 108502. https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108502
31.   Toma Y., Fernandez, Sato S. et al. Carbon budget and methane and nitrous oxide emissions over the growing season in a Miscanthus sinensis grassland in Tomakomai, Hokkaido, Japan. GCB Bioenergy. 2010. 3. 2. P. 116–134. https://doi.org/10.1111/j.1757-1707.2010.01070.x
32. Greenhouse gases fluxes and carbon sequestration in agroecosystems with green