Анализ динамики запасов органического вещества в пахотных почвах Ямала: вычислительные эксперименты с моделью ROMUL

Динамику органического вещества (ПОВ) пахотных почв Ямала анализировали с помощью вычислительных экспериментов с моделью ROMUL, а температуры и влажности почвы – с помощью модели SCLISS. Почва – агрозем иллювиально-железистый агрогенно-аккумулятивный. Мощность гумусового горизонта PY 30 см. Запасы для 0–20 и 0–30 см: ПОВ – 9.32 и 13.75; N – 0.46 и 0.66 кг/м² соответственно. Фон: ерниково-зеленомошная тундра около г. Салехард. Почва дерново-подбур: подстилка (О, 2 см) и гумусово-аккумулятивный (AY, 4 см) и иллювиально-железистый (BF, 6 см) горизонты. Запасы для 0–2 и 2–6 см, кг/м²: ПОВ – 1.38 и 2.69; N – 0.03 и 0.18 соответственно. Количество и качество опада фона оценивали по литературным данным. Уточнение количества опада проводили методом решения обратной задачи (spin-up). Имитировали торфование: стартовое 12 кг/м² и поддерживающие (каждые 6 лет) – 4, 8 и 12 кг/м², N 1%. Внесение минеральных удобрений в дозе: N 4 г/м² (40 кг/га) в годы торфования и внесение той же дозы азота ежегодно. Ретроспектива вычислительных экспериментов 30 и 90 лет. Вычислительные эксперименты показали, что после стартового торфования, 12 кг/м², дерново-подбура через 30 лет остается детрита 15% от внесенного. Поддерживающее торфование, 8–12 кг/м² (80–120 т/га), приводит к увеличению запасов ПОВ до 20–30 кг/м² и избыточному накоплению детрита. Внесение 4 кг/м² (40 т/га) торфа раз в 6 лет в течение 90 лет показывает динамику запасов ПОВ от дерново-подбура до агрозема, что подтверждается данными полевых исследований. Внесение минерального азота раз в 6 лет не влияет на запасы ПОВ. Ежегодное внесение минерального азота вызывает рост запасов ПОВ за счет усиления гумификации. Этот факт требует экспериментальной проверки.

1. Алексеев В.А., Бердси P.A. Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск: Изд-во СО РАН, 1994. 224 с.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: изд. Моск. Унив., 1970. 487 с.

3. 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.

4. Балаганская Е.Д. Органическое вещество окультуренных подзолистых почв Мурманской области: Автореф. дис. … к. б. н. 03.00.27. М., 1990. 16 с.

5. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Трофименко Л.Т., Швец Н.В. Описание массива данных среднемесячной температуры воздуха на станциях России. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014621485. URL: http://meteo.ru/data/156-temperature#описание-массива-данных.

6. Быховец С.С. О параметризации влажности лесной подстилки в простой модели водного режима лесных почв // Математическое моделирование в экологии. Материалы 3-й Национальной научной конференции с международным участием. Пущино, 2013. С. 40–41.

7. Быховец С.С., Комаров А.С. Простой статистический имитатор климата почвы с месячным шагом // Почвоведение. 2002. № 4. С. 443–452.

8. Игнатенко И.В. Почвы восточноевропейской тундры и лесотундры. М.: Наука, 1979. 280 с.

9. Ильин Б.М., Булыгина О.Н., Богданова Э.Г., Веселов В.М., Гаврилова С.Ю. Описание массива месячных сумм осадков, с устранением систематических погрешностей осадкомерных приборов. URL: http://meteo.ru/data/506-mesyachnye-summy-osadkov-s-ustraneniem-sistematicheskikh-pogreshnostej-osadkomernykh-priborov.

10. Исекеев И.И. Система повышения продуктивности и улучшения качества кормов луговых травостоев в лесостепной и лесотундровой зонах Западной Сибири Автореферат дис. ... докт. с.-х. н. 06.01.04. Омск, 1995. 38 с.

11. Кудеяров В.Н. Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах. М.: Наука, 2007. 380 с.

12. Моргун Е.Н., Абакумов Е.В., Низамутдинов Т.И., Ильясов Р.М. Полярное земледелие в Ямало-Ненецком автономном округе. Возрождение. СПб.: Астерион, 2022. 250 с.

13. Надпорожская М.А., Абакумов Е.В., Чертов О.Г. Оптимизация рекультивации нарушенных земель промышленных карьеров с использованием математической модели динамики органического вещества ROMUL // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. № 11 (197). С. 1522–1526.

14. Надпорожская М.А., Абакумов Е.В., Хораськина Ю.С., Быховец С.С., Шанин В.Н., Комаров А.С. Оценка возможной динамики органического вещества почв Антарктиды с применением математической модели ROMUL при климатических изменениях // Криосфера Земли. 2017. XXI. № 1. С. 57–65.

15. Надпорожская М.А., Быховец С.С., Абакумов Е.В. Применение математической модели ROMUL для оценки эмиссии СО2 и динамики органического вещества литоземов Субантарктики // Почвоведение. 2022. № 4. С. 415–427.

16. Низамутдинов Т.И., Сулейманов А.Р., Моргун Е.Н., Динкелакер Н.В., Абакумов Е.В. Почвы залежного поля Ямальской опытной станции: эколого-аналитическая оценка // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 350–360. (На англ.). DOI: 10.21603/2074-9414-2022-2-2369.

17. Низамутдинов Т.И., Сулейманов А.Р., Моргун Е.Н., Гусев А.В., Тупахина О.С., Гусев А.В., Плеханов А.В., Тупахин Д.С., Абакумов Е.В. Почвы заполярного археологического памятника “Поселение Лабытнанги 1 (Комяцкая деревня)”: морфологический анализ и химическая характеристика // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 114. С. 66–108. DOI: 10.19047/0136-1694-2023-114-66-108.

18. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд. Моск. Унив., 1985. 376 с.

19. Переверзев В.Н., Коробейникова Н.М., Балаганская Е.Д. Влияние органических удобрений на плодородие и продуктивность новоосвоенной подзолистой почвы // Изучение целинных и окультуренных почв Мурманской области. Апатиты: изд. КФШ СССР. 1987. С. 64–83.

20. Переверзев В.Н., Коробейникова Н.М., Балаганская Е.Д. Применение торфа при мелиорации песчаных подзолистых почв в Мурманской области. Апатиты: 1988. 16 с.

21. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование. Л.: Наука, 1980. 222 с.

22. Поляков В.И., Петров А.А., Абакумов Е.В., Кимеклис А.К., Гладков Г.В., Андронов Е.Е. Микробиом постагрогенных палевых почв центральной Якутии // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2024. Вып. 119. С. 6–29. DOI: 10.19047/0136-1694-2024-119-6-29.

23. Растворова О.Г. Физика почв. Л.: ЛГУ, 1983. 195 с.

24. Справочник по климату СССР. Вып. 17. Омская и Тюменская области. Ч. 4. Влажность воздуха, атмосферные осадки и снежный покров. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 259 с.

25. Справочник по удобрениям. М.: Колос, 1964. 719 с.

26. Тихановский А.Н. Картофель на Ямале. Новосибирск: Академиздат, 2021. 160 с.

27. Тихановский А.Н. Биологическая рекультивация земель на Крайнем Севере // Аграрная наука. 2004а. № 8. С. 12–13.

28. Тихановский А.Н. Влияние органических и минеральных удобрении на численность и биомассу микроорганизмов в почвах Крайнего Севера // Агрохимия, 2004б. № 6. С. 24–29.

29. Тихановский А.Н. Теория и практика применения удобрений на почвах Крайнего Севера. М.: Научный консультант, 2015. 273 с.

30. Тюрин И.В. Органическое вещество почв и его роль в почвообразовании и плодородии. Учение о почвенном гумусе. М.: Сельхозгиз, 1937. 285 с.

31. Федеральная служба государственной статистики. Численность населения Российской Федерации по муниципальным образованиям. https://rosstat.gov.ru//compendium/document/13282 (дата обращения: 24.07.2023 г.).

32. Шамрикова Е.В., Ванчикова Е.В., Кондратёнок Б.М., Лаптева Е.М., Кострова С.Н. Проблемы и ограничения дихроматометрического метода измерения содержания почвенного органического вещества (обзор) // Почвоведение. 2022. № 7. С. 787–794. DOI: 10.31857/S0032180X22070097.

33. Шерстюков А.Б. Описание массива суточных данных о температуре почвы на глубинах до 320 см по метеорологическим станциям Российской Федерации. URL: http://meteo.ru/data/164-soil-temperature.

34. Шерстюков А.Б. Описание массива суточных данных о температуре почвы по коленчатым термометрам Савинова по метеорологическим станциям Российской Федерации. URL: http://meteo.ru/data/597-sutochnye-dannye-o-temperature-pochvy-po-kolenchatym-termometram-savinova.

35. Hubbe A., Kalinina O., Tolksdorf-Lienemann E., Giani L., Chertov O., Nadporozhskaya M.Е. Evidence of plaggen soils in European North Russia (Arkhangelsk region) // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2007. Vol. 170. No. 3. P. 329–334.

36. Meentemeyer V. Macroclimate and lignin control of litter decomposition rates // Ecology. 1978. Vol. 59. No. 3. P. 465–472.

37. Nadporozhskaya М.A., Chertov O.G., Abakumov E.V. Determination of the optimal doses of organic fertilizers for plant protection by the computing experiments with mathematical model ROMUL // Mathematical modeling in plant protection. Dedicated to the memory of Professor R.A. Poluektov / V.A. Pavljushin, N.N. Semenova (Eds.). All-Russia Institute of Plant Protection, Agrophysical Research Institute, Saint-Petersburg State University, 2014. P. 31–36.

38. Nizamutdinov T., Abakumov E., Morgun E. Morphological features, productivity and pollution state of abandoned agricultural soils in the Russian Arctic (Yamal Region) // One Ecosystem. 2021. Vol. 6. e68408.

39. Price M.J. Seeing Green: Lifecycles of an Arctic Agricultural Frontier // Rural Sociology, 2023. DOI: 10.1111/ruso.12506.