Спрямованість процесів мінералізації↔синтезу органічної речовини у чорноземі вилугуваному за різних систем удобрення сільськогосподарських культур

Автор(и)

  • В.В. Волкогон Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна https://orcid.org/0000-0003-0675-1318
  • С.Б. Дімова Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна https://orcid.org/0000-0003-2440-6657
  • К.І. Волкогон Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна https://orcid.org/0000-0002-7156-4124
  • В.П. Сидоренко Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна
  • Л.А. Шевченко Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна https://orcid.org/0000-0002-2637-1999
  • Т.С. Сасіна Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, Україна https://orcid.org/0000-0003-4021-9202

DOI:

https://doi.org/10.33730/2077-4893.4.2025.345435

Ключові слова:

емісія N2O і CO2, ґрунтова органічна речовина, мінеральний азот, солома, сидерати

Анотація

Мета роботи — визначити зміни у спрямованості процесів мінералізації↔синтезу органічної речовини у ґрунті за вирощування сільськогосподарських культур за мінеральних та органо-мінеральних систем удобрення. Використано методи польового досліду (стаціонарний польовий дослід на чорноземі вилугуваному); польових камер; газохроматографічні; розрахункові — для визначення питомих втрат закису азоту (г N–N2O/ кг СО2 /га) і встановлення спрямованості процесів мінералізації↔синтезу органічної речовини за порівняння з показниками «еталонного» ґрунту. Внаслідок тісно пов’язаних циклів вуглецю та азоту дія чинників на процеси деструкції свіжої органічної речовини і синтезу de novo в наземних екосистемах безпосередньо впливає не лише на процеси трансформації С у ґрунтах, але і на обмін між ґрунтом і атмосферою газоподібними сполуками, тому вирощування сільськогосподарських культур у короткоротаційній сівозміні (картопля → ячмінь ярий → горох → пшениця озима) у динаміці визначено інтенсивність емісії N2O і CO2 з ґрунту. Розраховано емісійне співвідношення газів (г N–N2O/C–CO2/га) та індекси мінералізації↔синтезу органічної речовини ґрунту за порівняння отриманих показників зі значеннями перелогу, розміщеному поряд із дослідом. За системного використання мінеральних добрив відмічено домінування мінералізаційних процесів, інтенсивність яких зростала зі збільшенням норм добрив. Під час застосування туків по фону прямої дії та післядії соломи (5 т/га) з біомасою післяжнивного люпинового сидерату ((~2,6 т/гa сухої надземної маси + 2,8 т/гa коренів) напрям досліджуваних процесів змінювався. За внесення невисоких норм мінеральних добрив по фону органічних у ґрунті переважали синтетичні процеси, за середніх норм — процеси мінералізації та синтезу органічної речовини врівноважу- валися. Внесення високих норм мінеральних добрив по фону соломи й сидерату хоча й покращувало екологічну ситуацію порівняно з показниками, отриманими за засто- сування туків у чистому вигляді, проте не забезпечувало оптимальних показників (у ґрунті домінували мінералізаційні процеси). Отже, для забезпечення домінування синтетичних процесів у чорноземі вилугуваному незасвоєну рослинами частку міне- ральних азотних добрив потрібно метаболічно трансформувати в органічні сполуки за внесення до ґрунту екзогенних джерел вуглецю. Визначення питомих втрат азоту (г N–N2О/кг C–CO2) і розрахунок коефіцієнтів мінералізації↔синтезу органічної ґрун- тової речовини у практиці моніторингових досліджень стану ґрунтів агроценозів може бути перспективним для отримання оперативної інформації і прийняття необхідних управлінських рішень.

Посилання

Hoffland, E., Kuyper, T. W., Comans, R. N. J., & Creamer, R. E. (2020). Eco-functionality of organic matter in soils. Plant Soil., 455, 1–22. DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-020-04651-9.

Lal, R. (2016). Soil health and carbon management. Food and Energy Security, 5(4), 212–222. DOI: https://doi.org/10.1002/fes3.96.

Oertel, C., Matschullat, J., Zurba, K., Zimmermann, F., & Erasmi, S. (2016). Greenhouse gas emissions from soils. A review. Geochemistry, 76(3), 327–352. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemer.2016.04.002.

Lal, R., Griffin, M., Apt, J., Lave, L., & Morgan, M. G. (2004). Managing soil carbon. Science, 304(5669), 393. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1093079.

Torn, M. S., Swanston, C. W., Castanha, C., & Trumbore, S. E. (2009). Storage and turnover of organic matter in soil. In N. Senesi, B. Xing, P.M. Huang (Eds.), Biophysico-chemical processes involving natural nonliving organic matter in environmental systems (Vol. VI, pp. 219–272). DOI: https://doi.org/10.1002/9780470494950.ch6.

Jastrow, J. D., Amonette, J. E., & Bailey, V. L. (2007). Mechanisms controlling soil carbon turnover and their potential application for enhancing carbon sequestration. Clim Chang., 80, 5–23. DOI: https://doi.org/10.1007/s10584-006-9178-3.

Dignac, M. F., Derrien, D., Barré, P. Darot, S., Cecillon, L., Chenu, C., … Basile-Doelch, I. (2017). Increasing soil carbon storage: mechanisms, effects of agricultural practices and proxies. A review. Agron. Sustain. Dev., 37(14). DOI: https://doi.org/10.1007/s13593-017-0421-2.

Poulton, Р., Johnston, J., Macdonald, A., White, R., & Powlson, D. (2018). Major limitations to achieving «4 per 1000» increases in soilorganic carbon stock in temperate regions: Evidence from long-term experiments at Rothamsted Research, United Kingdom. Glob Change Biol., 24, 2563–2584. DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14066.

Ludwig, B., Geisseler, D., Michel, K., Joergensen, R. G., Schulz, E., Merbach, I., … Liu, X. (2011). Effects of fertilization and soil management on crop yields and carbon stabilization in soils. A review. Agron Sustain Dev., 31, 361–372. DOI: https://doi.org/10.1051/agro/2010030.

Балюк, С. А., Греков, В. О., Лісовий, М. В., & Комариста, А. В. (2011). Розрахунок балансу гумусу і поживних речовин у землеробстві України на різних рівнях управління. Харків: КП «Міська друкарня».

Balaiev, A., Pikovska, O., Karabach, K., & Shemetun, K. (2023). Labile organic matter and fertility of chernozems. Plant Soil Sci., 14(2), 9–20. DOI: https://doi.org/10.31548/plant2.2023.09.

Zalba, P., Amiotti, N. M., Galantini, J. A., & Pistola, S. (2016). Soil Humic and Fulvic Acids from Different Land-Use Systems Evaluated By E4/E6 Ratios. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 47(13–14), 1675–1679. DOI: https://doi.org/10.1080/00103624.2016.1206558.

Zhalnina, K., Louie, K. B., Hao, Z., Mansoori, N., da Rocha, U. N., Shi, S., … Brodie, E. L. (2018). Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly. Nature microbiology, 3, 470–480. DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-018-0129-3.

Li, C., Frolking, S., & Butterbach-Bahl, K. (2005). Carbon sequestration in arable soils is likely to increase nitrous oxide emissions, offsetting reductions in climate radiative forcing. Climatic Change, 72, 321–338. DOI: https://doi.org/10.1007/s10584-005-6791-5.

Garcia-Montiel, D., Melillo, J., Steudler, P. A., Neill, C., Feigl, B. J., & Cerri, C. C. (2002). Relationship between N2O and CO2 emissions from the Amazon Basin. Geophysical Research Letters, 29(6), 141–143. DOI: https://doi.org/10.1029/2001GL013830.

Волкогон, В. В., Дімова, С. Б., Волкогон, К. І., Пиріг, О. В., & Британ, Т. Ю. (2019). Спосіб визначення спрямованості процесів мінералізаціїсинтезу органічної речовини в ґрунтах агроценозів: патент 119297 Україна. МПК G01N 33/24; Бюл. №10. Київ: Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН.

Volkohon, V., Pyrig, O., Volkohon, K., & Dimova, S. (2019). Methodological aspects of determining the trend of organic matter mineralization↔synthesis processes in croplands. Agricultural Science and Practice, 6(1), 38. DOI: https://doi.org/10.15407/agrisp6.01.003.

Kusa, K., Sawamoto, T., Hu, R., & Hatano, R. (2008). Comparison of the closed-chamber and gas concentration gradient methods for measurement of CO2 and N2O fluxes in two upland field soils. Soil Sci. Plant Nutr., 54, 777–785. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2008.00292.x.

Smith, M. S., Firestone, M. K., & Tiedje, J. M. (1978). The Acetylene Inhibition Method for Shortterm Measurement of Soil Denitrification and its Evaluation Using Nitrogen-13. Soil Science Society of America J., 42(4), 611–615. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1978.03615995004200040015x.

Oenema, O., Wrage, N., Velthof, G. L., van Groenigen, J. W., Dolfing, J., & Kuikman, P. J. (2005). Trends in global nitrous oxide emissions from animal production systems. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 72, 51–65. DOI: https://doi.org/10.1007/s10705-004-7354-2.

Cameron, K. C., Di, H. J., & Moir, J. L. (2013). Nitrogen losses from the soil/plant system: a review. Ann Appl Biol., 162, 145–173. DOI: https://doi.org/10.1111/aab.12014.

Khan, S. A., Mulvaney, R. L., Ellsworth, T. R., & Boast, C. W. (2007). The myth of nitrogen fertilization for soil carbon sequestration. J. Environ. Qual., 36, 1821–1832. DOI: https://doi.org/10.2134/jeq2007.0099.

Frossard, E., Buchmann, N., Bünemann, E. K., Kiba, D. I., Lompo, F., Oberson, A., … & Traore, O. Y. A. (2016). Soil properties and not inputs control carbon, nitrogen, phosphorus ratios in cropped soils in the longterm. Soil, 2, 83–99. DOI: https://doi.org/10.5194/soil-2-83-2016.

Poffenbarger, H. J., Barker, D. W., Helmers, M. J., Miguez, F. E., Olk, D. C., Sawyer, J. E., … & Castellano, M. J. (2017). Maximum soil organic carbon storage in Midwest US cropping systems when crops are optimally nitrogen-fertilized. PLoS ONE, 12, article e0172293. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172293.

Zang, H., Wang, J., & Kuzyakov, Y. (2016). N fertilization decreases soil organic matter decomposition in the rhizosphere. Appl. Soil Ecol., 108, 47–53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.07.021.

Li, X. G., Jia, B., Lv, J., Ma, Q., Kuzyakov, Y., & Li, F. M. (2017). Nitrogen fertilization decreases the decomposition of soil organic matter and plant residues in planted soils. Soil Biol. Biochem., 112, 47–55. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2017.04.018.

Mooshammer, M., Wanek, W., Zechmeister-Boltenstern, S., & Richter, A. (2014). Stoichiometric imbalances between terrestrial decomposer communities and their resources: mechanisms and implications of microbial adaptations to their resources. Frontiers in Microbiology, 5(22). DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00022.

Kirkby, C., Richardson, A. E., Wade, L., Passioura, J. B., Batten, G., Blanchard, C., & Kirkegaard, J. (2014). Nutrient availability limits carbon sequestration in arable soils. Soil Biol. Biochem., 68, 402–409. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.09.032.

Menichetti, L., Ekblad, A., & Kätterer, T. (2015). Contribution of roots and amendments to soil carbon accumulation within the soil profile in a long-term field experiment in Sweden. Agriculture, Ecosystems and Environment, 200, 79–87. DOI: https://doi.org/10.1016/j.agee.2014.11.003.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-11-14

Номер

№ 4 (2025)

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторське право і ліцензування

Умови ліцензії: автори зберігають авторські права і надають журналу право першої публікації з роботою, одночасно ліцензованої за ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи і початкової публікації в цьому журналі.

Якщо стаття прийнята до публікації в «Агроекологічний журнал», автор повинен підписати угоду про передачу авторських прав. Угода відправляється на поштову (оригінал) або адресу електронної пошти (відсканована копія) редакції журналу.

Цією угодою автор підтверджує, що представлені матеріали:

  • не порушують авторських прав інших осіб або організацій;
  • раніше не публікувались в інших видавництвах і не були представлені для публікації в інших виданнях.

Автор передає редакції «Агроекологічного журналу» права на:

  • публікації статті українською (англійською) мовою і поширення її друкованої копії;
  • поширення електронної копії статті, а також електронної копії перекладу статті на англійську мову (для статей українською мовою), будь-якими електронними засобами (розміщення на офіційному сайті журналу, електронних баз даних, сховищ тощо) друкована копія перекладу.

Автор залишає за собою право без згоди редакції та засновників:

  1. Використовувати матеріали статті повністю або частково в ознайомлювальних цілях.
  2. Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
  3. Використовувати матеріали статті для підготовки тез доповідей, доповідей конференцій, а також усних доповідей.
  4. Додати електронні копії статті (включаючи остаточну електронну копію, завантажену з офіційного сайту журналу) за адресою:
    • персональні веб-ресурси всіх авторів (веб-сайти, веб-сторінки, блоги тощо);
    • веб-ресурси установ, в яких працюють автори;
    • некомерційні веб-ресурси відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).

У всіх випадках наявність бібліографічного посилання на статтю або гіперпосилання на її електронну копію на офіційному сайті журналу є обов'язковим.