agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.6.1069-1080agronauka-1809Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURE, AGROCHEMISTRY, LAND IMPROVEMENTВлияние возрастающих доз минеральных удобрений на баланс органического углерода в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны ЗауральяThe influence of increasing doses of mineral fertilizers on the balance of organic carbon in spring wheat crops in the forest-steppe zone of the Trans-Uralshttps://orcid.org/0000-0003-2542-3678ДёминЕ. А.DeminE. A.

Дёмин Евгений Александрович, кандидат с.-х. наук, старший научный сотрудник

ул. Республики, д. 7, г. Тюмень, Тюменская область, 625003

Evgeniy A. Demin, PhD in Agricultural Science, senior researcher

st. Respubliki, 7, Tyumen, Tyumen region, 625003

gambitn2013@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2406-0142МиллерС. С.MillerS. S.

Миллер Станислав Сергеевич, кандидат с.-х. наук, доцент

ул. Республики, д. 7, г. Тюмень, Тюменская область, 625003

Stanislav S. Miller, PhD in Agricultural Science, associate professor

st. Respubliki, 7, Tyumen, Tyumen region, 625003

pr@gausz.ruФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»РоссияNorthern Trans-Urals State Agricultural UniversityRussian Federation20242512202425610691080Copyright © Дёмин Е.А., Миллер С.С., 20242024Дёмин Е.А., Миллер С.С.Demin E.A., Miller S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1809

Мировое сообщество в настоящее время решает несколько взаимосвязанных проблем глобального изменения климата и продовольственной безопасности. Основополагающим в решении этих проблем является углерод, входящий в состав наиболее активных парниковых газов, а также гумусовых веществ, которые являются основой плодородия пашни. Для выполнения принятой концепции «4 промилле» необходимо найти решения для увеличения поглощения органического углерода пахотными почвами и подобрать оптимальные элементы системы земледелия для конкретных почвенно-климатических условий. Цель исследования – изучить влияние возрастающих доз минеральных удобрений на баланс органического углерода в посевах яровой пшеницы 2023 г. в условиях Тюменской области (лесостепная зона Зауралья). Схема опыта: контроль (естественный уровень питания) и варианты с дозами NP-удобрений, рассчитанных на планируемую урожайность: 3,0 т/га (N95P46); 4,0 т/га (N153P94); 5,0 т/га (N211P142) и 6,0 т/га (N270P190). Измерение эмиссии диоксида углерода проводили камерным методом с помощью инфракрасного газоанализатора AZ77535. Перед уборкой отбирали снопы для определения выхода соломы в 4-кратном повторении с 1 м2 , после уборки – почву для определения количества корневых и пожнивных остатков (КПО) по методу Н. З. Станкова. В дальнейшем в растительных остатках определяли содержание органического углерода (Сорг) по ГОСТ 27980. За вегетацию в посевах яровой пшеницы без использования удобрений эмиссия углерода составила около 2400 кг/га. Внесение минеральных удобрений увеличивало продуцирование диоксида углерода на 28–73% относительно контроля. Отмечено, что каждые 10 кг/гад. в. минеральных удобрений повышали эмиссию углерода на 40,6 кг/га в пересчете на чистый углерод. Удобрения в дозах N95-153P46-94 не оказали влияния на содержание Сорг в соломе яровой пшеницы. Использование более высоких доз минеральных удобрений привело к снижению этого показателя на 0,8 %. Не отмечено достоверного влияния минеральных удобрений на содержание Сорг в КПО, значения которого варьировали от 41,3 до 42,0 % сухого вещества. Возврат органического углерода в почву с растительными остатками в контроле достиг 2,2 т/га, на удобренных вариантах данный показатель повысился до 2,8–3,8 т/га. При отказе от применения удобрений в почве наблюдается отрицательный баланс углерода – потери Сорг за год исследования составили 196 кг/га. Внесение удобрений в дозах от N95P46 до N153P94 обеспечило прирост Сорг в почве в размере 93–96 кг/га за период исследования. Внесение удобрений в дозах свыше N211P142 привело к отрицательному балансу Сорг в почве – потери достигали 188–350 кг/га.

The global community is currently solving several interconnected problems of global climate change and food security. The key to solving these problems is carbon, which is one of the most active greenhouse gases, as well as humic substances, which are the basis of arable land fertility. To implement the adopted "4 ppm" concept, it is necessary to find solutions to increase the absorption of organic carbon by arable soils and select the optimal elements of the farming system for specific soil and climatic conditions. The objective of the study was to study the effect of increasing doses of mineral fertilizers on the balance of organic carbon in spring wheat crops in 2023 in the, Tyumen Region (forest-steppe zone of the Trans-Urals). The scheme of the experiment: control (natural nutrition level) and variants with doses of NP fertilizers calculated for the planned yield: 3.0 t/ha (N95P46); 4.0 t/ha (N153P94); 5.0 t/ha (N211P142) and 6.0 t/ha (N270P190). Carbon dioxide emissions were measured using a chamber method and an AZ77535 infrared gas analyzer. Before harvesting, sheaves were sampled to determine the straw yield in 4-fold repetitions per 1 m2 , after harvesting – soil to determine the amount of root and stubble residues (RCR) using the method of N. Z. Stankov. Subsequently, the organic carbon content in plant residues was determined according to GOST 27980. During the growing season, carbon emissions in spring wheat crops without the use of fertilizers amounted to about 2400 kg/ha. The application of mineral fertilizers increased carbon dioxide production by 28–73 % relative to the control. It was noted that every 10 kg/ha active ingredient of mineral fertilizers increased carbon emission by 40.6 kg/ha in terms of pure carbon. Fertilizers in doses of N95-153Р46-94 did not affect the Corg content in spring wheat straw. The use of higher doses of mineral fertilizers led to a decrease in this indicator by 0.8 %. No reliable effect of mineral fertilizers on the Corg content in RCR was noted, the values of which varied from 41.3 to 42.0 % of dry matter. The return of organic carbon to the soil with plant residues in the control reached 2.2 t/ha, in the fertilized variants this indicator increased to 2.8–3.8 t/ha. When refusing to use fertilizers, a negative carbon balance is observed in the soil – Corg losses over the year of study amounted to 196 kg/ha. Fertilizer application at doses from N95P46 to N153P94 provided an increase in Corg in the soil of 93–96 kg/ha over the study period. Fertilizer application at doses above N211P142 led to a negative balance of Corg in the soil – losses reached 188–350 kg/ha.

диоксид углеродадозы удобренийсоломакорневые и пожнивные остаткибаланс углеродаcarbon dioxidedoses of fertilizersstrawroot and crop residuescarbon balanceработа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 23-76-10005, https://rscf.ru/project/23-76-10005/the research was carried out under the support of Russian Science Foundation No. 23-76-10005, https://rscf.ru/en/project/23-76-10005/ReferencesНациональный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: проявления засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство)». Под ред. Р. С. Х. Эдельгериева. М.: ООО «Изд-во МБА», 2021. 700 с. DOI: https://doi.org/10.52479/978-5-6045103-9-1 EDN: MFABZGNational report "Global climate and soil cover of Russia: drought manifestations, prevention, control, mitigation and adaptation measures (agriculture and forestry)". Pod red. R. S. Kh. Edel'gerieva. Moscow: OOO «Izd-vo MBA», 2021. 700 p. DOI: https://doi.org/10.52479/978-5-6045103-9-1Огнивцев С. Б. Использование агроэкспертных систем для оценки выбросов парниковых газов при возделывании сельскохозяйственных культур. Экономика, труд, управление в сельском хозяйстве. 2023;(10(104)):123–130. DOI: https://doi.org/10.33938/2310-123 EDN: EVASBSOgnivtsev S. B. Using agricultural expert systems for assessing greenhouse gas emissions from crop growing. Ekonomika, trud, upravlenie v sel'skomkhozyaystve. 2023;(10(104)):123–130. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.33938/2310-123Суховеева О. Э. Приложение модели DNDC к оценке параметров углеродного и азотного обмена в пахотных почвах Нечерноземья. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2018;(2):74–85. DOI: https://doi.org/10.7868/S2587556618020073 EDN: LBLCHRSukhoveeva O. E. Application of the DNDC model for estimation of carbon and nitrogen exchange parameters in arable soils in Non-chernozem zone. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2018;(2):74–85. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.7868/S2587556618020073Помазкина Л. В., Соколова Л. Г., Звягинцева Е. Н., Семенова Ю. В., Кириллова Н. Н. Трансформация и баланс углерода в агроэкосистемах интенсивного севооборота на агросерых почвах лесостепи Прибайкалья. Агрохимия. 2013;(4):3–10. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=18970396 EDN: PZDJEDPomazkina L. V., Sokolova L. G., Zvyagintseva E. N., Semenova Yu. V., Kirillova N. N. Carbon transformation and budget in agroecosistems of intensive croprotations on agrogray soils of the forest-steppe zone in the Baikal region. Agrokhimiya. 2013;(4):3–10. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18970396Анфиногентова А. А., Дудин М. Н., Лясников Н. В., Проценко О. Д. Методика оценки качества деятельности предприятий АПК на основе экологически ответственного подхода. Экономика региона. 2017;13(2):579–590. DOI: https://doi.org/10.17059/2017-2-22 EDN: YSPBDXAnfinogentova A. A., Dudin M. N., Lyasnikov N. V., Protsenko O. D. Methodology for assessing the quality of agribusiness activity based on the environmentally responsible approach. Ekonomika regiona = Economy of Regions. 2017;13(2):579–590. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.17059/2017-2-22Сафин Р. И., Валиев А. Р., Колесар В. А. Современное состояние и перспективы развития углеродного земледелия в Республике Татарстан. Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021;16(3(63)):7–13. DOI: https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-7-13 EDN: ZVZFMXSafin R. I., Valiev A. R., Kolesar V. A. Current state and prospects of carbon farming development in the Republic of Tatarstan. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2021;16(3(63)):7–13. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-7-13Иванов А. Л., Столбовой В. С. Инициатива "4 промилле" - новый глобальный вызов для почв России. Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2019;(98):185–202. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202 EDN: GGDDKLIvanov A. L., Stolbovoy V. S. The Initiative “4 per 1000” - a new global challenge for the soils of Russia.Byulleten' Pochvennogo institutaim. V. V. Dokuchaeva = Dokuchaev Soil Bulletin. 2019;(98):185–202. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-185-202Столбовой В. С. Регенеративное земледелие и смягчение изменений климата. Достижения науки и техники АПК. 2020;34(7):19–26. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-10703 EDN: HOCVJHStolbovoy V. S. Regenerative agriculture and climate change mitigation. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AICis. 2020;34(7):19–26. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-10703Когут Б. М., Семенов В. М., Артемьева З. С., Данченко Н. Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода. Агрохимия. 2021;(5):3–13. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188121050070 EDN: SQOUYMKogut B. M., Semenov V. M., Artemyeva Z. S., Danchenko N. N. Humus depletion and soil carbon sequestration. Agrokhimiya. 2021;(5):3–13. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188121050070Шулико Н. Н., Тимохин А. Ю., Хамова О. Ф., Бойко В. С., Тукмачева Е. В., Корчагина И. А., Вейнбендер А. А. Биологические и агрохимические свойства лугово-черноземной почвы Омского Прииртышья в связи с продуктивностью кормовых культур при применении минеральных удобрений. Сельскохозяйственная биология. 2024;59(1):156–173. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2024.1.156rus EDN: CTISQBShuliko N. N., Timokhin A. Yu., Khamova O. F., Boyko V. S., Tukmacheva E. V., Korchagina I. A., Veynbender A. A. Biological and agrochemical properties of the meadow-chernozem soil of Omsk Irtysh region and fodder crop productivity as influenced by mineral fertilizers. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2024;59(1):156–173. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2024.1.156rusКудрявцев А. Е., Ваганов Е. С., Канунников С. В., Локтионов В. А. Факторы, определяющие секвестрацию, депонирование, эмиссию углекислого газа в агроценозах. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2024;(1(231)):37–44. DOI: https://doi.org/10.53083/1996-4277-2024-231-1-37-44 EDN: VYGPEWKudryavtsev A. E., Vaganov E. S., Kanunnikov S. V., Loktionov V. A. Factors determining sequestration, deposition, and carbon dioxide emissions in agrocenoses. Vestnik Altayskog ogosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Altai State Agricultural University. 2024;(1(231)):37–44. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.53083/1996-4277-2024-231-1-37-44Демин Е. А., Миллер С. С., Ахтямова А. А. Влияние минеральных удобрений и температуры почвы на эмиссию углекислого газа в посевах яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья. Земледелие. 2024;(1):17–22. DOI: https://doi.org/10.24412/0044-3913-2024-1-17-22 EDN: GIWLSZDemin E. A., Miller S. S., Akhtyamova A. A. The influence of mineral fertilizers and soil temperature on carbon dioxide emissions in spring wheat crops in the forest-steppe zone of the Trans-Urals. Zemledelie. 2024;(1):17–22. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24412/0044-3913-2024-1-17-22Демин Е. А. Влияние минеральных удобрений на поступление органического углерода в почву с растительными остатками в посевах яровой пшеницы. Journal of Agriculture and Environment. 2023;(11(39)):11. DOI: https://doi.org/10.23649/JAE.2023.39.18 EDN: KJHVDEDemin E. A. Influence of mineral fertilizers on organic carbon input into soil with plant residues in spring wheat crops. Journal of Agriculture and Environment. 2023;(11(39)):11. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.23649/JAE.2023.39.18Чернов Т. И., Семенов М. В. Управление почвенными микробными сообществами: возможности и перспективы (обзор). Почвоведение. 2021;(12):1506–1522. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21120029 EDN: QFVIQHChernov T. I., Semenov M. V. Management of soil microbial communities: opportunities and prospects (A review). Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 2021;(12):1506–1522. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X21120029Ахтямова А. А., Еремин Д. И. Деструкция растительных остатков на чернозёме выщелоченном. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018;(4(72)):30–33. Режим доступа: https://elibrary.ru/xykudr EDN: XYKUDRAkhtyamova A. A., Yeremin D. I. Destruction of vegetable residues on leached out chernozem. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2018;(4(72)):30–33. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/xykudrСычев В. Г., Налиухин А. Н. Изучение потоков углерода и азота в длительных полевых опытах геосети с целью снижения выбросов парниковых газов и повышения депонирования диоксида углерода агроценозами. Плодородие. 2021;(6(123)):38–41. DOI: https://doi.org/10.25680/S19948603.2021.123.10 EDN: MALLBWSychev V. G., Naliukhin A. N. Study of flows of carbon and nitrogen in long-term field experiments of the geoset with the purpose of reducing greenhouse gas emissions and increasing the deposition of carbon dioxide by agrocenoses. Plodorodie. 2021;(6(123)):38–41. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25680/S19948603.2021.123.10Абрамов Н. В. Производительность агроэкосистем и состояние плодородия почв в условиях Западной Сибири. Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2013. 254 с.Abramov N. V. Agroecosystem productivity and soil fertility in Western Siberia. Tyumen': GAU Severnogo Zaural'ya, 2013. 254 p.Еремин Д. И. Гумусное состояние чернозема выщелоченного при длительном использовании минеральной системы удобрений под зерновые культуры в Северном Зауралье. Аграрный вестник Урала. 2010; (8(74)):35–37. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=15237358 EDN: MVLKSHEremin D. I. The humus state of leached chernozem with prolonged use of a mineral fertilizer system for grain crops in the Northern Urals. Agrarnyy vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals. 2010; (8(74)):35–37. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15237358Demin E. A. Intake and fixation of organic carbon in grain agrophytocenosis of Western Siberia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022; 1043(1):012027. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012027Demin E. A. Intake and fixation of organic carbon in grain agrophytocenosis of Western Siberia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022; 1043(1):012027. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012027

The authors declare that there are no conflicts of interest present.