Работа с низкой эмиссией

Текст: Е. Н. Турин, ст. науч. сотр.; Э. Р. Абдурашитова, мл. науч. сотр., ФГБУН «НИИСХ Крыма»

Ученые всего мира, в том числе из России, уже несколько десятилетий бьют тревогу по поводу выбросов углекислого газа в атмосферу и возникновения парникового эффекта, из-за которого планета постепенно становится теплицей. В этом направлении все более заметным оказывается влияние аграрного производства.

Почти 30% выбросов парниковых газов, вызванных деятельностью человека, считаются заслугой традиционного сельского хозяйства, которое является источником трех их видов — СО2, СН4 и NO2. При этом растениеводческую отрасль, основанную на вспашке почвы отвальными орудиями, можно рассматривать как одну из главных причин выделения данных веществ.

ЗАДАЧА НАКОПЛЕНИЯ

Углерод — основа всех биологических, физических и химических процессов, которые происходят в почвенном слое. От содержания этого элемента зависят плодородность полей, урожайность сельскохозяйственных культур и качественные показатели производимой продукции растениеводства. Если почва его теряет, уменьшается ее плодородие, при этом она переуплотняется, оказывается в большей степени подверженной водной и ветровой эрозиям, то есть деградирует. Также снижается количество почвенных микро- и мезоорганизмов. В итоге при высоком содержании углерода в почве лучше впитываются осадки, повышаются плодородие и оборот питательных веществ, уменьшается эрозия почвенного покрова, а также его уплотнение. По этим причинам задача агрария — накапливать углерод в почве.

Многие ученые, в том числе специалисты ФГБУН «НИИСХ Крыма», считают, что связывание этого элемента — очень выгодный способ замедления глобального потепления. Зеленые растения в процессе фотосинтеза усваивают СО2, извлекая его из атмосферы, и углерод удерживается ими, а также почвенным покровом. Одна его часть войдет в состав гумуса, то есть он на долгое время аккумулируется в грунте, а другая вернется в атмосферу в процессе гниения. Следует отметить, что почвенная биота содержит в несколько раз больше углерода, чем растительность. Однако отвальная обработка почвы при сельскохозяйственном производстве способствует большим выбросам СО2 в атмосферу и, соответственно, глобальному потеплению.

ВЫБРОСЫ И ПОТЕРИ

Традиционная система земледелия не только разрушает гумус, но и требует использования большего количества дизельного топлива в сравнении с технологией no-till, что добавляет СО2 в атмосферу. Кроме того, некоторые хозяйства для снижения затрат на заделку соломы в почву попросту ее сжигают, что способствует дополнительным выбросам углекислого газа. В целом при традиционной обработке полей в атмосферу добавляется около 10 т/га СО2 в течение года, в то время как при прямом посеве — порядка 2,8 т/га.

В Европе в результате отвальной вспашки выбрасывается около 140 млн т углекислого газа. Для России данный процесс, являющийся результатом применения классической системы земледелия, также характерен. По данным ФГБНУ ФИЦ «Почвенный институт им. В. В. Докучаева», отечественные сельскохозяйственные угодья, на которых реализовывалась вспашка, за всю историю своего использования в слое 0–30 см потеряли около 20% углерода от первоначального его содержания, а в метровом горизонте — порядка 16%. На пастбищах убыток составил 7 и 11% соответственно. В связи с такими недостатками во многих странах мира и даже на целых континентах, например в Южной Америке, применяется система no-till, которая накапливает углерод в почве. При этом ее положительные качества заключаются не только в уменьшении выбросов СО2 в атмосферу, но и в снижении расходов на приобретение техники, ее ремонт и амортизацию, затрат на рабочее время, уменьшении ГСМ и эрозионных процессов в почве.

МАКСИМАЛЬНОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ

Специалисты ФГБУН «НИИСХ Крыма» провели научные исследования с целью определения уровня выделения углекислого газа при разных системах обработки почвы. Работа выполнялась на участке, представленном южным мицеллярно-карбонатным черноземом. В ходе опыта при оценке эмиссии диоксида углерода в слое 0–10 см существенные изменения по вариантам не отмечались. В горизонте 20–30 см максимальные показатели фиксировалась в случае применения традиционной системы, при этом возрастание составило 39,9% в сравнении с целинной почвой, где эмиссия была минимальной — 276,1 мкг/г в сутки. Активность полифенолоксидазы в слое 0–10 см при прямом посеве и отвальной вспашке уменьшалась на 93,1 и 55,2% соответственно по сравнению с показателями целинной почвы. В пласте 10–20 см деятельность фермента была достаточно низкой, и применение комплексного биологического средства способствовало ее повышению в 12 раз при использовании технологии no-till. В слое 20–30 см при воздействии биопрепарата было установлено увеличение активности фермента в 1,3 и 1,4 раза при традиционной системе в сравнении с прямым посевом и целинной почвой соответственно.

СТИМУЛ ДЛЯ ФЕРМЕНТОВ

Во время стационарного опыта активность пероксидазы практически не обнаруживалась при отвальной вспашке во всех почвенных слоях. В горизонте 0–10 см при прямом посеве она имела максимальное значение и оказалась в 4,4 раза выше, чем на целинной почве. Использование комплексного микробиологического препарата способствовало повышению деятельности фермента в условиях прямого посева в слоях 10–20 и 20–30 см в 1,4 и 3 раза соответственно. Следует отметить, что активность каталазы в посевном пласте в целом возрастала при применении систем земледелия, при этом незначительное ее снижение было отмечено при прямом посеве в сравнении с традиционной технологией. В слое 10–30 см при реализации первого подхода деятельность фермента приближалась к уровню целинной почвы. Инокуляция биопрепаратом способствовала повышению активности каталазы во всех исследуемых горизонтах по обеим системам земледелия: при отвальной вспашке — на 14,9–35,8%, прямом посеве — на 20,6–49,6%.

Таким образом, проведенное специалистами ФГБУН «НИИСХ Крыма» научное исследование показало, что при реализации технологии no-till с осуществлением инокуляции семян сельскохозяйственных культур комплексным микробиологическим препаратом отмечалось уменьшение концентрации СО2 в пластах 0–10 и 10–20 см по сравнению с традиционной технологией. Кроме того, активность окислительно-восстановительных ферментов в посевном слое при применении систем земледелия возрастала по сравнению с целинной почвой.