Оцінка ефективності проміжних культур і систем обробітку ґрунту для вуглецевого землеробства
Анотація
В сучасному землеробстві необхідно визначити стратегічні кроки, що дозволять скоротити викиди парникових газів: з одного боку, скорочення викидів через зменшення витрат палива, зменшення втручання в ґрунт, обмеження втрат азоту при використанні добрив, а з іншого – підвищення ефективності вилучення вуглецю з атмосфери через фотосинтез рослин і секвестрацію його у вигляді органічної речовини ґрунту. Метою дослідження є визначення рівня впливу на баланс вуглецю таких елементів системи землеробства як система обробітку ґрунту і використання проміжних покривних культур у модельній 4-пільній польовій сівозміні в степовій зоні України. Дана робота була виконана за методикою емпіричних розрахунків на основі онлайн калькулятора викидів парникових газів Cool Farm Tool. Було проаналізовано вплив проміжних культур у двох полях сівозміни (після ранніх зернових попередників – пшениці і ячменю озимих) і систем обробітку ґрунту (традиційний, скорочений і no-till) на баланс викидів і секвестрації вуглецю в модельній 4-пільній польовій сівозміні. За результатами досліджень було встановлено, що за ротацію модельної 4-пільної сівозміни за умов класичної системи обробітку ґрунту для соняшнику і кукурудзи без проміжних культур і скороченої обробки для пшениці і ячменю, сумарні викиди парникових газів становлять 4015 кг/га СО2 -екв. за 4 роки. Було доведено, що перехід на систему скороченої обробки ґрунту зменшує викиди на 30.1%. Додавання двох проміжних культур у двох полях сівозміни перед ярими культурами дозволяє отримати за цей період від’ємний баланс викидів парникових газів -377 кг/га СО2 -екв., а при переході на no-till для всіх культур -1221 кг/га СО2 -екв. за 4 річній період ротації. Ця робота допоможе визначити стратегічні кроки та їхній потенційний внесок при розробці і впровадженні систем землеробства з мінімальними викидами парникових газів
Ключові слова
вуглецеве землеробство, здоров’я ґрунту, викиди парникових газів, проміжні культури, комплексна оцінка якості проміжних культур, вуглецевий баланс
[1] Balyuk, S.A., & Kucher, A.V. (2019). Expansive features of the soil slope as the basis of the steel management of soils. Ukrainian Geographic Journal, 3, 3-14. doi: 10.15407/ugz2019.03.003.
[2] Bedernicek, T.Yu. (2017). Reservoirs and flows of carbon in terrestrial ecosystems of Ukraine. Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine, 1, 98-106. doi: 10.15407/visn2017.01.098.
[3] Boychenko, S.G. (2002). Dynamics of nitrous oxide content in the Earth’s atmosphere. Scientific Works of the Ukrainian Research Hydrometeorological Institute, 250, 124-137.
[4] Carbon dioxide peaks near 420 parts per million at Mauna Loa observatory. (2021). Retrieved from https://research.noaa.gov/article/ArtMID/587/ArticleID/2764/Coronavirus-response-barely-slows-rising-carbon-dioxide.
[5] Carbon farming. (n.d.). Retrieved from https://ec.europa.eu/clima/eu-action/forests-and-agriculture/sustainablecarbon-cycles/carbon-farming_en.
[6] Conservation practice standard 340-CPS. (2020). Retrieved from https://efotg.sc.egov.usda.gov/api/CPSFile/23444/340_NC_CPS_Cover_Crop_2020.
[7] Cool Farm Tool. (2022). Retrieved from https://app.coolfarmtool.org/.
[8] Cover crop. (2018). Retrieved from https://knowledge4policy.ec.europa.eu/glossary-item/cover-crop_en.
[9] DSTU 4362:2004 “On Soil Quality. Indicators of Soil Fertility”. (2004, December). Retrieved from http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=67099.
[10] DSTU 4691:2006 “On Agriculture. Terms and Definitions”. (2006, December). Retrieved from http://online.budstandart.com/ru/catalog/doc-page?id_doc=54255.
[11] Egorov, O.V. (2021). The influence of fertilizers on the fertility indicators of sod-podzolic soils and the productivity of short-rotational crop rotations in Polissia. Agroecological Journal, 3, 119-126. doi: 10.33730/2077-4893.3.2021.240329.
[12] Fiorini A., Maris, S.C., Abalos, D., Amaducci, S., & Tabaglio, V. (2020). Combining no-till with rye (Secale cereale L.) cover crop mitigates nitrous oxide emissions without decreasing yield. Soil and Tillage Research, 196, article number 104442. doi: 10.1016/j.still.2019.104442.
[13] Hansen, J., Kharecha, P., Sato, M., Masson-Delmotte, V., Ackerman, F., Beerling, D.J., Hearty, P.J., Hoegh-Guldberg, O., Hsu, Sh-L., Parmesan, C., Rockstrom, J., Rohling, E.J., Sachs, J., Smith, P., Steffen, K., van Susteren, L., von Schuckmann, K., & Zachos, J.C. (2013). Assessing “Dangerous Climate Change”: Required reduction of carbon emissions to protect young people, future generations and nature. PLoS ONE, 8(12), article number e81648. doi: 10.1371/journal.pone.0081648.
[14] IPCC Assessment Report 6. (2022). Retrieved from https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar6/.
[15] Nitrogen Use Efficiency (NUE) – an indicator for the utilisation of nitrogen in agriculture and food systems. (2015). Retrieved from http://www.eunep.com/wp-content/uploads/2017/03/Report-NUE-Indicator-Nitrogen-ExpertPanel-18-12-2015.pdf.
[16] Poeplauab, Ch., & Don, A. (2015). Carbon sequestration in agricultural soils via cultivation of cover crops – A meta-analysis. Agriculture, Ecosystems & Environment, 200, 33-41. doi: 10.1016/j.agee.2014.10.024. doi: 10.1016/j.agee.2014.10.024.
[17] Razanov, S.F. (2021). The effect of siderates on soil fertility. Balanced Nature Management, 4, 144-152. doi: 10.33730/2310-4678.4.2021.253101.
[18] Reicosky, D. (1997). Tillage-induced CO2 emission from soil. Nutrient Cycling in Agroecosystem, 49(1), 273-285. doi: 10.1023/A:1009766510274.
[19] Review of GHG calculators in agriculture and forestry sectors. (2012). Retrieved from chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.fao.org/fileadmin/templates/ex_act/pdf/Review_existingGHGtool_GB.pdf.
[20] Ruis, S.J., & Blanco-Canqui, H. (2017). Сover crops could offset crop residue removal effects on soil carbon and other properties: A review. Agronomy Journal, 109(5), 1785-1805. doi: 10.2134/agronj2016.12.0735.
[21] Sauvadet, M., Lashermes, G., Alavoine, G., Recous, S., Chauvat, M., Maron, P-A., & Bertrand, I. (2018). High carbon use efficiency and low priming effect promote soil C stabilisation under reduced tillage. Soil Biology and Biochemistry, 123, 64-73. doi: 10.1016/j.soilbio.2018.04.026.
[22] Sixth Assessment Report. (2021). Retrieved from https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar6/.
[23] Soil Health. (2022). Retrieved from https://www.fs.usda.gov/nac/topics/soil-health.php.
[24] Terrer, C., et al. (2019). Nitrogen and phosphorus constrain the CO2 fertilisation of global plant biomass. Nature Climate Change, 9, 684-689. doi: 10.1038/s41558-019-0545-2.
[25] The average annual air temperature in Ukraine is growing faster than the global temperature – Kulbida. (2020). Retrieved from https://www.unn.com.ua/uk/news/1883673-serednorichna-temperatura-povitrya-v-ukrayinizrostaye-shvidshe-nizh-zagalnosvitova-kulbida.
[26] Tkachuk, V.P., & Trofimenko, P.I. (2020). Humus content for different use of sod-podzolic sandy soil and the amount of CO2 emissions lost. Scientific Reports of Nules of Ukraine, 2(84). doi: 10.31548/dopovidi2020.02.007.
[27] Tribouillois, H., Constantin, J., & Justes, E. (2018). Cover crops mitigate direct greenhouse gases balance but reduce drainage under climate change scenarios in temperate climate with dry summers. Global Change Biology, 24, 2513-2529. doi: 10.1111/gcb.14091.
[28] Ukraine’s greenhouse gas inventory 1990-2019. (2021). Retrieved from https://mepr.gov.ua/news/36912.html.
[29] Veloso, M.G., Angers, D.A., Tiecher, T., Giacomini, S., Dieckow, J., & Bayer, C. (2018). High carbon storage in a previously degraded subtropical soil under no-tillage with legume cover crops. Agriculture, Ecosystems & Environment, 268, 15-23. doi: 10.1016/j.agee.2018.08.024.