esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2024-119-30-65esoil-790Research ArticleСтатьиРазложение сидератов и высвобождение питательных элементов в условиях Субарктики, Кольский полуостровDecomposition of green manure and nutrients release in Subarctic, Kola Peninsula, Russiahttps://orcid.org/0000-0002-2607-7474КашулинаГ. М.KashulinaG. M.galina.kashulina@gmail.comЧуеваН. В.ChuevaN. V.ЛитвиноваТ. И.LitvinovaN. I.НикероваК. М.NikerovaK. M.Полярно-альпийский ботанический сад-институт КНЦ РАНРоссияPolar-Alpine Botanical garden-institute of KSC RASRussian FederationИнститут леса федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”РоссияForest Research Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20242506202401193065Copyright © Кашулина Г.М., Чуева Н.В., Литвинова Т.И., Никерова К.М., 20242024Кашулина Г.М., Чуева Н.В., Литвинова Т.И., Никерова К.М.Kashulina G.M., Chueva N.V., Litvinova N.I., Nikerova K.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/790

В полевом эксперименте изучали интенсивность разложения и высвобождения питательных элементов для шести видов растительных остатков – листьев, метелок и соломы овса (Avena sativa), а также целых растений люпина узколистного (Lupinus angustifolius), фацелии пижмолистной (Phacelia tanacetifolia) и вики посевной (Vicia sativa) в пахотном горизонте агроподзола на Кольском полуострове. Образцы в сетчатых капроновых мешочках извлекались по истечении 8, 12 и 24 месяцев экспозиции в почве. В растительных остатках определяли потерю веса, содержание Сорг и Nорг, а также зольных элементов – Si, Al, Fe, K, Ca, Mg, P, S и Mn. Как показали результаты, несмотря на низкие температуры, разложение сидератов в агроподзоле протекало с высокой интенсивностью, сопоставимой с таковой в южной черноземной зоне: после года экспозиции в почве растительные остатки теряли от 47 (солома овса) до 75% (люпин) своего исходного беззольного веса. После двух лет – потери веса достигли 68% у соломы овса и 90% у люпина. Распределение потерь Cорг, Nорг и P между видами растительных остатков и по срокам отбора достоверно (при p≤0.01) коррелировало с распределением потерь веса. Изменения содержания других зольных элементов не зависели от потери веса: в зависимости от вида материала и стадии разложения образцы могли не только терять их (K – все виды; Mn – люпин; S, Ca и Mg – все, кроме соломы и метелок овса), но и накапливать с превышением исходного уровня (Fe – все виды, Mn – все виды, кроме люпина; Ca и Mg – солома и метелки овса). Накопление элеменов выше исходного уровня означает, что транформированные растительные остатки могут удерживать дополнительные количества элементов из почвенного раствора, а нерегулярные смены увеличения и снижения содержания Ca, Mg, S, Fe и Mn свидетельствуют об обратимом характере этого процесса. Благодаря значительным различиям между видами сидератов по химическому составу, скорости и динамике разложения и высвобождения питательных элементов их применение предоставляет большие возможности для управления плодородием почв и интенсивностью круговорота элементов в агроценозах за счет подбора культур.

In the field experiment, the intensity of decomposition and release of nutrients was studied for six types of plant residues – leaves, panicles and straw of oats (Avena sativa), as well as whole plants of lupine (Lupinus angustifolius), phacelia (Phacelia tanacetifolia) and vetch (Vicia sativa) in the arable horizon of Anthrosols on the Kola Peninsula. Samples in mesh nylon bags were sampled after 8, 12 and 24 months of exposure in soil. The loss of weight, the content of Corg and Norg, as well as ash elements – Si, Al, Fe, K, Ca, Mg, P, S and Mn were determined in all plant residue samples. As the results showed, despite the low temperatures, the decomposition of green manure in soil occurred with a high intensity, comparable to the southern chernozem zone: after a year of exposure in the soil, plant residues lost from 47% (oat straw) to 75% (lupine) of their initial ash-free weight. After 2 years, weight loss reached 68% in oat straw and 90% in lupine. The distribution of losses of Corg, Norg, and P between the types of plant residues and decomposition periods correlated significantly (at p≤0.01) with the distribution of weight losses. Changes in the content of other ash elements did not depend on weight loss: depending on the type of material and the stage of decomposition, the samples could not only lose them (K – by all plant residues; Mn – by lupine; S, Ca and Mg – by all plant residues, except straw and oat panicles), but also accumulate them in quantities exceeding the initial ones (Fe – by all species, Mn – by all species except lupine; Ca and Mg – by straw and oat panicles) at certain periods. The accumulation of elements above initial level means that the transformed plant residues can accumulate additional amounts of elements from the soil solution, while the irregular alternation of increases and decreases in Ca, Mg, S, Fe and Mn indicates the reversible nature of the process. Due to the significant differences between the types of green manure in terms of chemical composition, rate and dynamics of decomposition and release of nutrients, their use provides great opportunities for managing soil fertility and the intensity of elements cycling in agrocenoses through the species selection.

сидератыуглеродазотзольные элементыразложение растительных остатковагроподзолКольский полуостровgreen manurecarbonnitrogenash elementsdecomposition of plant residuesAnthrosolsKola PeninsulaReferencesАлександрова, Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 288 с.Aleksandrova L.N., Organicheskoe veshhestvo pochvy i processy ego transformacii (Soil Organic Matter and Its Transformation Processes), Leningrad: Nauka, 1980, 288 p.Водяницкий Ю.Н. Оксиды марганца в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2005. 95 с.Vodyanitskii Yu.N., Oksidy margantsa v pochvakh (Manganese oxides in soils), Moscow: GNU Pochvennyi institut im. V.V. Dokuchaeva RASKHN, 2005, 95 p.Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М.: МГУ, 1986. 244 с.Grishina L.A., Gumusoobrazovanie i gumusnoe sostojanie pochv (Humus formation and humus state of soils), Moscow: MGU, 1986, 244 p.Дедов А.А., Дедов А.В., Несмеянова М.А. Динамика разложения растительных остатков в черноземе типичном и продуктивность культур севооборота // Агрохимия. 2016. № 6. С. 3–8.Dedov A.A., Dedov A.V., Nesmeyanova M.A., Dinamika razlozheniya rastitel'nykh ostatkov v chernozeme tipichnom i produktivnost' kul'tur sevooborota (Dynamics of decomposition of plant residues in typical chernozem and productivity of crop rotation crops), Agrokhimiya, 2016, No. 6, pp. 3–8.Довбан К.И. Зеленое удобрение в современном земледелии: вопросы теории и практики. Минск: Белорусская наука, 2009. 404 с.Dovban K.I., Zelenoe udobrenie v sovremennom zemledelii: voprosy teorii i praktiki (Green fertilizer in modern agriculture: issues of theory and practice), Minsk: Belorusskaya nauka, 2009, 404 p.Елсаков Г.В., Горелова А.П., Миронова Р.А. Роль удобрений при возделывании лекарственных культур в Заполярье // Агрохимия. 2001. № 2. С. 40–45.Elsakov G.V., Gorelova A.P., Mironova R.A., Rol' udobrenii pri vozdelyvanii lekarstvennykh kul'tur v Zapolyar'e (The role of fertilizers in the cultivation of medicinal plants in the Arctic), Agrokhimiya, 2001. No. 2, pp. 40–45.Ильин В.Б. Элементарный химический состав растений. Новосибирск: Наука, 1985. 130 с.Il'in V.B., Elementarnyi khimicheskii sostav rastenii (Elementary plant chemical composition), Novosibirsk: Nauka, 1985, 130 p.Кашулина Г.М., Коробейникова Н.М., Вирачева Л.Л., Чуева Н.В. Агрохимическая характеристика почв коллекционного питомника интродуцированных лекарственных травянистых растений Полярно-альпийского ботанического сада // Агрохимия. 2021. № 9. C. 13–21. DOI: 10.31857/S0002188121090076.Kashulina G.M., Korobeinikova N.M., Viracheva L.L., Chueva N.V., Agrokhimicheskaya kharakteristika pochv kollektsionnogo pitomnika introdutsirovannykh lekarstvennykh travyanistykh rastenii Polyarno-al'piiskogo botanicheskogo sada (Agrochemical characteristics of the soils of the collection of introduced medicinal herbaceous plants of the Polar-Alpine Botanical Garden), Agrokhimiya, 2021, No. 9, pp. 13–21, DOI: 10.31857/S0002188121090076.Кузнецова Т.В., Ходжаева А.К., Семенова Н.А., Иванникова Л.А., Семенов В.М. Минерализационно-иммобилизационная оборачиваемость азота в почве при разной обеспеченности разлагаемым органическим веществом // Агрохимия. 2006. № 6. С. 5–12.Kuznecova T.V., Hodzhaeva A.K., Semenova N.A., Ivannikova L.A., Semenov V.M., Mineralizacionno-immobilizacionnaja oborachivaemost' azota v pochve pri raznoj obespechennosti razlagaemym organicheskim veshhestvom (Mineralization-Immobilization Turnover of Nitrogen in Soil at Different Availability of Decomposable Organic Matter), Agrokhimiya, 2006, No. 6, pp. 5–12.Ларионова А.А., Мальцева А.Н., Лопес де Гереню В.О., Квиткина А.К., Быховец C.С., Золотарева Б.Н., Кудеяров В.Н. Влияние температуры и влажности на минерализацию и гумификацию лиственного опада в модельном инкубационном эксперименте // Почвоведение. 2017. № 4. С. 438–448.Larionova A.A., Mal'tseva A.N., Lopes de Gerenyu V.O., Kvitkina A.K., Bykhovets C.S., Zolotareva B.N., Kudeyarov V.N., Vliyanie temperatury i vlazhnosti na mineralizatsiyu i gumifikatsiyu listvennogo opada v model'nom inkubatsionnom eksperimente (Influence of temperature and humidity on mineralization and humification of deciduous litter in a model incubation experiment), Pochvovedenie, 2017, No. 4, pp. 438–448.Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Поздеев Е.А. Биологизация земледелия в ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 1(43). DOI: 10.18454/IRJ.2016.43.094.Lovchikov A.P., Lovchikov V.P., Pozdeev E.A., Biologizatsiya zemledeliya v resursosberegayushchikh tekhnologiyakh vozdelyvaniya zernovykh kul'tur (Biologization of agriculture in resource-saving technologies for the cultivation of grain crops), Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal, 2016, No. 1(43), DOI: 10.18454/IRJ.2016.43.094.Лошаков В.Г. Зеленое удобрение как фактор повышения плодородия почвы, биологизации и экологизации земледелия // Плодородие. 2018. № 2. С. 26–29.Loshakov V.G., Zelenoe udobrenie kak faktor povysheniya plodorodiya pochvy, biologizatsii i ekologizatsii zemledeliya (Green fertilizer as a factor in increasing soil fertility, biologization and greening of agriculture), Plodorodie, 2018, No. 2, pp. 26–29.Мальцева А.Н., Золотарева Б.Н., Пинский Д.Л. Трансформация растительных остатков кукурузы в суглинистом и песчаном субстратах // Почвоведение. 2013. № 10. С. 1239–1252.Mal'tseva A.N., Zolotareva B.N., Pinskii D.L., Transformatsiya rastitel'nykh ostatkov kukuruzy v suglinistom i peschanom substratakh (Transformation of corn plant residues in loamy and sandy substrates), Pochvovedenie, 2013, No. 10, pp. 1239–1252.Манаков К.Н. Водная миграция минеральных элементов в северо таежных ландшафтах Кольского полуострова // Почвенные режимы на Полярном Севере. Л.: Наука, 1969. C. 104-117.Manakov K.N., Vodnaya migratsiya mineral'nykh elementov v severo taezhnykh landshaftakh Kol'skogo poluostrova (Water migration of mineral elements in the northern taiga landscapes of the Kola Peninsula), In: Pochvennye rezhimy na Polyarnom Severe (Soil regimes in the Polar North), Leningrad: Nauka, 1969, pp. 104–117.Переверзев В.Н. Культурное почвообразование на Крайнем Севере. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1993. 156 с.Pereverzev V.N., Kul'turnoe pochvoobrazovanie na Krainem Severe (Cultural soil formation in the Far North), Apatity: Izd-vo Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN, 1993, 156 p.Переверзев В.Н. Биохимия гумуса и азота почв Кольского полуострова. Л.: Наука, 1987. 303 с.Pereverzev V.N., Biokhimiya gumusa i azota pochv Kol'skogo poluostrova (Biochemistry of humus and nitrogen of soils of the Kola Peninsula), Leningrad: Nauka, 1987, 303 p.Переверзев В.Н. Лесные почвы Кольского полуострова. М.: Наука, 2004. 232 с.Pereverzev V.N., Lesnye pochvy Kol'skogo poluostrova (Forest soils of the Kola Peninsula), Moscow: Nauka, 2004, 232 p.Поповцева А.А. Методическое руководство по ускоренному анализу золы растений. Сыктывкар: Коми филиал АН СССР. 1974. 84 с.Popovtseva A.A., Metodicheskoe rukovodstvo po uskorennomu analizu zoly rastenii (Guidelines for accelerated analysis of plant ash), Syktyvkar: Komi filial AN SSSR, 1974, 84 p.Cеменов В.М., Лебедева, Т.Н., Зинякова Н.Б., Хромычкина Д.П., Cоколов Д.А., Лопес де Гереню В.О., Кравченко И.К., Х. Ли, Семенов М.В. Зависимость разложения органического вещества почвы и растительных остатков от температуры и влажности в длительных инкубационных экспериментах // Почвоведение. 2022. № 7. С. 860–875. DOI: 10.31857/S0032180X22070085.Semenov V.M., Lebedeva, T.N., Zinyakova N.B., Khromychkina D.P., Sokolov D.A., Lopes de Gerenyu V.O., Kravchenko I.K., Kh. Li, Semenov M.V., Zavisimost' razlozheniya organicheskogo veshchestva pochvy i rastitel'nykh ostatkov ot temperatury i vlazhnosti v dlitel'nykh inkubatsionnykh eksperimentakh (Dependence of the decomposition of soil organic matter and plant residues on temperature and humidity in long-term incubation experiments), Pochvovedenie, 2022, No. 7, pp. 860–875, DOI: 10.31857/S0032180X22070085.Семко А.П. Агротермический режим почв лесной зоны Кольского полуострова. Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, 1982. 142 с.Semko A.P., Agrotermicheskii rezhim pochv lesnoi zony Kol'skogo poluostrova (Agrothermal regime of soils in the forest zone of the Kola Peninsula), Apatity: Izd-vo Kol'skogo filiala AN SSSR, 1982, 142 p.Смирнова О.Г., Кочетов А.В. Клеточная стенка растений и механизмы устойчивости к патогенам // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015. № 19(6). С. 715–723. DOI: 10.18699/VJ15.109.Smirnova O.G., Kochetov A.V., Kletochnaya stenka rastenii i mekhanizmy ustoichivosti k patogenam (Plant cell wall and mechanisms of resistance to pathogens), Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii, 2015, Vol., 19(6), pp. 715–723, DOI: 10.18699/VJ15.109.Столбовой В.С. Влияние потепления климата на баланс углерода в лесных почвах России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. Вып. 111. С. 5–29. DOI: 10.19047/0136-1694-2022-111-5-29.Stolbovoy V.S., Climate warming impact on the carbon balance in forest soils in Russia, Dokuchaev Soil Bulletin, 2022, Vol. 111, pp. 5–29, DOI: 10.19047/0136-1694-2022-111-5-29.Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987. 566 с. URL: https://hlebspb.ru/uf/editor/files/Ne.Schlegel. Hans G., Allgemeine Mikrobiologie, Stuttgart, New York, 1985, 571 p.Ушакова Г.И. Скорость высвобождения химических элементов из опада и подстилки в двух типах еловых лесов Кольского полуострова // Почвоведение и агрохимия в Мурманской области. Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, 1983. С. 16–27.Ushakova G.I., Skorost' vysvobozhdeniya khimicheskikh elementov iz opada i podstilki v dvukh tipakh elovykh lesov Kol'skogo poluostrova (The rate of release of chemical elements from litter and litter in two types of spruce forests of the Kola Peninsula), In: Pochvovedenie i agrokhimiya v Murmanskoi oblasti (Soil Science and Agrochemistry in the Murmansk Region), Apatity: Izd-vo Kol'skogo filiala AN SSSR, 1983, pp. 16–27.Чуева Н.В., Кашулина Г.М., Коробейникова Н.М. Агрохимические свойства почв коллекционных питомников Полярно-альпийского ботанического сада // Труды Кольского научного центра РАН. Серия Прикладная экология Севера. 2021. Вып. 9. С. 287–291. DOI: 10.37614/2307-5252.2021.6.12.9.043.Chueva N.V., Kashulina G.M., Korobeinikova N.M., Agrokhimicheskie svoistva pochv kollektsionnykh pitomnikov Polyarno-al'piiskogo botanicheskogo sada (Agrochemical properties of soils of collections of the Polar-Alpine Botanical Garden), In: Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN. Seriya Prikladnaya ekologiya Severa (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Series Applied Ecology of the North), 2021, Vol. 9, pp. 287–291, DOI: 10.37614/2307-5252.2021.6.12.9.043.Cornwell W.K., Cornelissen J.H.C., Amatangelo K., Dorrepaal E., Eviner V.T., Godoy O., Hobbie S.E., Hoorens B., Kurokawa H., Pérez-Harguindeguy N., Quested H.M., Santiago L.S., Wardle D.A., Wright I.J., Aerts R., Allison S.D., van Bodegom P., Brovkin V., Chatain A., Callaghan T.V., Díaz S., Garnier E., Gurvich D.E., Kazakou E., Klein J.A., Read J., Reich P.B., Soudzilovskaia N.A., Vaieretti M.V., Westoby M. Plant species traits are the predominant control on litter decomposition rates within biomes worldwide // Ecology Lett. 2008. Vol. 11. P. 1065–1071. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2008.01219.Cornwell W.K., Cornelissen J.H.C., Amatangelo K., Dorrepaal E., Eviner V.T., Godoy O., Hobbie S.E., Hoorens B., Kurokawa H., Pérez-Harguindeguy N., Quested H.M., Santiago L.S., Wardle D.A., Wright I.J., Aerts R., Allison S.D., van Bodegom P., Brovkin V., Chatain A., Callaghan T.V., Díaz S., Garnier E., Gurvich D.E., Kazakou E., Klein J.A., Read J., Reich P.B., Soudzilovskaia N.A., Vaieretti M.V., Westoby M., Plant species traits are the predominant control on litter decomposition rates within biomes worldwide, Ecology Lett., 2008, Vol. 11, pp. 1065–1071, DOI: 10.1111/j.1461-0248.2008.01219.Green manure/cover crops and crop rotation in conservation agriculture on small farms // Integrated Crop management. Rome. 2011. 97 p.Green manure/cover crops and crop rotation in conservation agriculture on small farms, Integrated Crop management, Rome, 2011, 97 p.Kabata-Pendias A., Mukherjee A.B. Trace Elements from Soil to Human. Springer, Berlin Heidelberg, New York, 2007. 550 p.Kabata-Pendias A., Mukherjee A.B., Trace Elements from Soil to Human, Springer, Berlin Heidelberg New York, 2007, 550 p.Markert B. Presence and significance of naturally occurring chemical elements of the periodic system in the plant organism and consequences for future investigations on inorganic environmental chemistry in ecosystems // Vegetatio. 1992. No. 103. P. 1–30.Markert B., Presence and significance of naturally occurring chemical elements of the periodic system in the plant organism and consequences for future investigations on inorganic environmental chemistry in ecosystems, Vegetatio, 1992, No. 103, pp. 1–30.Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger. Principles of Biochemistry. Fourth Edition. W.H. Freeman, 2005. 1130 p. URL: https://handoutset.com/wp-content/uploads/2022/03/Lehninger-Principles-of-Biochemistry-Fourth-Edition-by-David-L.-Nelson-Michael-M.-Cox.pdf.Nelson D.L., Cox M.M., Principles of Bio-chemistry. Fourth Edition. W.H. Freeman, Lehninger, 2005, 1130 p., URL: https://handoutset.com/wp-content/uploads/2022/03/Lehninger-Principles-of-Biochemistry-Fourth-Edition-by-David-L.-Nelson-Michael-M.-Cox.pdf.Prescott C.E. Litter decomposition: what controls it and how can we alter it to sequester more carbon in forest soils? // Biogeochemistry. 2010. Vol. 101. P. 133–149. DOI: 10.1007/s10533-010-9439-0.Prescott C.E., Litter decomposition: what controls it and how can we alter it to sequester more carbon in forest soils? Biogeochemistry, 2010, Vol. 101, pp. 133–149, DOI: 10.1007/s10533-010-9439-0.Zhang D., Hui D., Luo Y., Zhou G. Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors // J. Plant Ecology. 2008. Vol. 1. No. 2. P. 85–93. DOI: 10.1093/jpe/rtn002.Zhang D., Hui D., Luo Y., Zhou G., Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors, J. Plant Ecology, 2008, Vol. 1, No. 2, pp. 85–93, DOI: 10.1093/jpe/rtn002.

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