Материал: Управління обігом азоту і вуглю в агроценозах кліматичної системи Лісостепу України

Висновки

колообіг азот вуглецевий агроценоз

1.      Колообіг азоту, являючись одним з основних лімітуючих факторів для прояву продуктивності та інтенсивності деструкційних процесів у агроценозах різного типу, суттєво впливає на обіг органічного вуглецю за використання різних видів органічних добрив при виконанні різних способів обробітку чорнозему в кліматичній системі Лісостепової зони України.

.        Використання гною у якості органічних добрив створює умови коли загальний винос азоту з агроценозів перевищує його надходження у типовому інтервалі зростання продуктивності, пов’язано з наростанням дефіцитності органічної речовини гумусу при надмірній мінералізації та виносу азоту. За використання у якості органічних добрив побічної продукції загальний винос азоту з агроценозів менший за його надходження з побічної продукції та мінеральних добрив, що супроводжується позитивністю балансу органічного вуглецю у ґрунті та скороченням його дефіцитності у агроценозі у цілому.

.        Вид органічного добрива впливає на емісію СО2 в атмосферу від їхньої мінералізації: за використання гною типовий інтервал викидів складає 25-85 тонн, тоді як за побічної продукції викиди зростають до 70-160 тонн, що супроводжується посиленим виносом азоту у порівнянні з його надходженням в агроценози у першому випадку і, навпаки, лінійно зростаючим надходженням загального азоту у порівнянні з його виносом за рахунок мінералізації побічної продукції у другому випадку. Одночасно відбувається зростання дефіцитності балансу вуглецю у ґрунті за внесення гною та його додатністю за використання побічної продукції, тобто відбувається розширене відтворення родючості чорнозему за безполицевого обробітку.

.        Вплив типу агроценозу на азото-вуглецевий обіг зводиться до того, що насичення сівозмін культурами з високим виходом побічної продукції (сівозміна з горохом) забезпечується лінійне зростання надходження азоту в типовому інтервалі зростання продуктивності за рахунок мінералізації побічної продукції і вивільнення азоту з неї, а при вилученні маси багаторічних трав темпи вилучення та надходження азоту вирівнюються, а за максимальної урожайності не компенсуються залишеною побічною продукцією та азотфіксацією, що призводить до зростання дефіцитності балансу вуглецю за оберненою лінійною залежністю, тоді як у сівозміні з горохом наростання дефіцитності вуглецю змінюється параболічно у типовому інтарвалі зростання продуктивності. Підвишена емісія СО2 у останньому випадку супроводжується зростаючим балансом вуглецю грунту та підвищенною продуктивністі агроценозу.

.        Влив способу обробітку чорнозему на азото-вуглецевий обіг зводиться до того, що за безполицевого обробітку, незалежно від виду органічного добрива та типу агроценозу, у інтервалі зростання продуктивності, баланс вуглецю у ґрунті був додатньо-зростаючим у порівнянні з оранкою, де характер наростання дефіцитності підпорядкований параболічності. Інтервал емісії СО2 у атмосферу від мінералізації за оранки був більш широким у порівнянні з безполицевим обробітком, що свідчить про посилення мінералізаціних процесів у ґрунті за однотипності азото-вуглецевого обігу, що визначає обробіток ґрунту, як підпорядкований блок типу сівозміни і виду органічних добрив у загальному обігу.

.        За внесення гною та вилучення побічної продукції з агроценозу за виконання оранки порушуєтся виваженність між азото-вуглецевим обігом, що супроводжується зниженням запасів наземного вуглецю у цілому і його складових (рослини, ґрунт, пул мікроорганізмів), що призводить до посилення автотрофного дихання і посиленним темпам розкладу детриту і гумусу, тобто зв’язок обіг вуглецю-клімат набуває позитивного значення. За такої моделі утримання агроценозу заміна оранки на безполицевий обробіток посилює процеси гуміфікації органічної речовини у ґрунті і, у незначній мірі, покращує вплив азото-вуглецевого обігу на міжрічну зміну приземного теплового ресурсу від емісії СО2 у атмосферу з агроценозу.

.        За використання побічної продукції у якості органічного добрива посилюється процес оптимізації азото-вуглецевого обігу у агроценозах різного типу, що призводить до зростання запасів наземного вуглецю при наростанні теплового ресурсу, який обумовлений посиленою емісією СО2 у атмосферу від мінералізації надлишку побічної продукції і вивільненню мінеральних форм азоту у ґрунт, що збільшує продуктивність агроценозів за рахунок “стимулюючого ефекту N” і поглинанню СО2 атмосфери. За таких обставин наростання парникового ефекту сприяє накопиченню органічного вуглецю у агроекосистемах і агроценозах, які набувають властивості стокових систем, тобто чим більш висока залежність продуктивності агроценозів від інтенсивності засвоєння азоту, який надійшов у систему агроценозу, тим швидше поглинаються викиди СО2 від мінералізації.

.        Залишення та використання у якості органічного добрива подрібненої побічної продукції рослинництва з достатньою азотною компенсацією мінеральними добривами, яка загортається у поверхневий шар чорнозему за систематичного безполицевого обробітку, моделює природний характер азото-вуглецевого обігу у агроценозах різного типу, а відтворення природної моделі ґрунтоутворення в агроценозах, на рівні з мікробіологічною активністю, забезпечується активізацією фотосинтетичної активності сільськогосподарських культур за рахунок відтворення стокових механізмів вуглецю при зростанні умісту СО2 у атмосфері і наростанні теплового ресурсу в агросистемах в цілому, що повинно бути базовою моделлю розширенного відтворення родючості чорноземів типових Лісостепу України.

Література

1. Авксентьев А.А. Эмиссия парниковых газов (СО2, N2O, CH4) чернозёма обыкновенного Каменной степи // А.А.Авксентьев / Автореферат дис. канд. биол. наук. - Воронеж. - 2011.- 20 с.

. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. Новосибирск: Изд_во СО РАН, 2008. 381 с.

. Благодатский С.А., Ларионова А.А., Евдокимов И.В. Действие минеральных соединений азота на интенсивность дыхания и эффективность роста микроорганизмов в почве // Почвоведение. 1992. № 9. С. 88-96.

. Балюк С.А. Розрахунок балансу гумусу і поживних речовин у землербстві України на різних рівнях управління // С.А. Балюк, М.В. Греков, А.В. Лісовий та ін. / Харків: КП «Міська друкарня». - 2011. - 30с.

. Крапивин ВФ., Свирежев Ю.М., Тарко А.М. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов. М.: Наука, 1982. 272 с.

. Кудеяров В.Н. Азотный цикл и продуцирование закиси азота // Почвоведение. 1999. № 8. С. 988-998.

. Моисеев Н.Н., Александров В.В., Тарко А.М. Человек и биосфера. Опыт системного анализа и эксперименты с моделями. М.: Наука, 1985. 272 с.

. Ратмир А.П. Описание процесса аммонификации в рамках модели трансформации углерода и азота в почве // Проблемы агрохимии и екологии, 2011, №4, С25-28.

. Чимитдоржиева Э.О. Запасы углерода в чернозёмах и каштановых почвах Забайкалья и эмисия СО2 // Э.О. Чимитдоржиева / Автореферат дис. канд. биол. наук. - Улан-Удэ. - 2011.- 21 с.

. Голубятников Л.Л. Цикл азота в земной климатической ситеме // Л.Л. Голубятников, И.И. Мохов, А.В. Елисеев / Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2013, том 49, № 3, с. 255-270.

. Friedlingstein P., Cox P., Betts R.A. et al. Climate_carbon cycle feedback analysis: Results from the C4MIP model intercomparison // J. Climate. 2006. V. 19. № 22. P. 3337-3353.

. Canadell J.G., Pataki D.E., Gifford R. et al. Saturation of theterrestrial carbon sink / Eds: Canadell J.G., Pataki D.E., Pitelka L. Terrestrial ecosystems in a changing world. The IGBP Series. V. XXIV. N.Y.: Springer_Verlag, 2007. P. 59-73.

. Cox P.M., Betts R.A., Jones C.D. et al. Modelling vege_tation and the carbon cycle as interactive elements ofthe climate system / Ed. Pearce R. Meteorology at the millennium. N.Y.: Academic Press, 2001. P. 259-279.

. Denman K.L., Brasseur G., Chidthaisong A. et al. Couplings between changes in the climate system and bio_geochemistry / Eds: Solomon S., Qin D., Manning M. et al. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 2007. P. 499-588.

. Кapshtyk M.V., Demydenco O.V/ The ways to ecologically balanced development of agro ecosystems in the Forest-steppe zone of Ukraine // International Journal of Agricultural Research and Review: ISSN -2360-7971: Vol. 2(8): pp 092-098, August, 2014.

. Rosswall T. The nitrogen cycle / Eds: Bolin B., Cook R.B. SCOPE 21: The major biogeochemical cycles and theirinteractions. N.Y.: Wiley, 1983. P. 46-50.

. Sabine C.L., Heimann M., Artaxo P. et al. Current statusand past trends of the global carbon cycle / Field C.B., Raupach M.R. (Eds.) SCOPE 62: The global carbon cycle. London: Island Press, 2004. P. 17-44.

. Sokolov A.P., Kicklighter D.W., Melillo J.M. et al. Consequences of considering carbon_nitrogen interactions on the feedbacks between climate and the terrestrial carbon cycle // J. Clim. 2008. V. 21. № 15. P. 3776-3796.

. Thornton P.E., Lamarque J.(F., Rosenbloom N.A. et al. Influence of carbon_nitrogen cycle coupling on landmodel response to CO2 fertilization and climate variability // Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. GB4018. 76.

. Thornton P.E., Doney S.C., Lindsay K. et al. Carbonnitrogen interactions regulate climate-carbon cycle feedbacks: results from an atmosphereocean general circulation model // Biogeosciences. 2009. V. 6. P. 2099-2120.

. Vitousek P.M., Howarth R.W. Nitrogen limitation on land and in the sea: How can it occur? // Biogeochemistry. 1991. V. 13. P. 87-115.

. Zaehle S., Dalmonech D. Carbon_nitrogen interactions on land at global scales: current understanding in modelling climate biosphere feedbacks // Curr. Opin. Environ. Sustain. 2011. V. 3. P. 311-320.

Додаток