ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Цель настоящего проекта заключается в оценке роли доступности органического вещества в регулировании эмиссии закиси азота из почвы агроэкосистем при применении азотных удобрений.
Ensuring food security at the present stage is impossible without the use of agrochemicals, among which the leading place belongs to nitrogen fertilizers. At the same time, the efficiency of nitrogen fertilizer use by plants does not exceed 50%, the rest of its amount is lost with surface and soil runoff, as well as due to gaseous losses, primarily in the form of nitrous oxide (N2O), which can be up to 30% of the nitrogen fertilizers (Addiscott, 1996). Nitrous oxide is an important greenhouse gas whose effect is 300 times higher than that of carbon dioxide. In addition, N2O is able to interact with ozone in the stratosphere, thereby reducing the power of the ozone layer. The negative effects of nitrous oxide are compounded by the long residence time of the compound in the atmosphere. The formation of nitrous oxide in soils occurs during microbiological processes of nitrification and denitrification and is greatly enhanced by the application of nitrogen fertilizers, and in General, agricultural soils are responsible for producing up to 40% of N2O entering the atmosphere (IPCC, 2014). Thus, it is obvious that the cost-effective and environmentally safe use of nitrogen fertilizers is impossible without taking into account the role of soil microorganisms that fully control the biogeochemical nitrogen cycle in terrestrial ecosystems. The proposed project aims to assess the impact of the availability of organic matter (due to the decomposition of crop residues, the release of earthworms and in the rhizosphere) and the amount of nitrogen fertilizers applied to the production of nitrous oxide by agro-podzolic soils and agro-chernozems, which are the main agricultural soils of the European part of Russia. Implementation of the project involves 3 main stages. At the first stage, the influence of the availability of organic compounds on the production of N2O by bacteria and fungi as a result of nitrification and denitrification during the application of nitrogen fertilizers will be studied in the laboratory. At the second stage of the project implementation, the role of earthworms in the regulation of nitrous oxide production by soil microorganisms will be established in the system of vegetation and field experiments. At the third stage of the project, the production of nitrous oxide in the oat rhizosphere will be studied. The planned studies will identify possible mechanisms to prevent or reduce nitrogen losses of fertilizers and optimize their use.
В результате проведения исследований будет дана оценка продукции закиси азота почвами агроэкосистем при применении азотных удобрений в зависимости от наличия доступного для потребления микроорганизмами органического вещества: пожнивных остатков растений, ризодепозитов и мукуса дождевых червей (т.е. основных "горячих точек" биологической активности почвы). Будет обоснована возможность "смягчения" последствий применения высоких доз азотных удобрений и закрепления азота в почве при совместном применении азотных удобрений и органического субстрата. Будут получены новые данные по соотношению вклада нитрификации и денитрификации в продуцировании закиси азота почвами, а также установлена связь между составом и экофизиологическим состоянием почвенного микробного сообщества и эмиссией закиси азота. Будет оценена роль дождевых червей как индукторов нитрифицирующего и денитрифицирующего сообщества почвенных микроорганизмов в условиях применения азотных удобрений. Будет рассмотрена связь физиологического состояния растений и активности продуцирования закиси азота почвенными микроорганизмами. В целом полученные данные будут обладать высоким уровнем новизны. Использование метагеномных и изотопных методов исследования позволит полученным результатам полностью соответствовать мировому уровню. Практическое приложение результатов проекта в первую очередь связано с оптимизацией азотного питания растений и применения азотных удобрений. Полученные данные о влиянии высоких доз азотных удобрений на микробиологическую активность и дождевых червей могут быть использованы при регистрационных испытаниях агрохимикатов в Российской Федерации.
Исследование влияния типа землепользования на показатели азотного цикла торфоземов было проведено в центральной части поймы реки Яхрома. Наши результаты показали, что для торфяников умеренной зоны под естественной растительностью сезонная динамика доступного и микробного азота схожа с ранее описанной моделью для арктических почв. Микробная иммобилизация азота в течение зимы является важной предпосылкой для весеннего роста растений. Высокая активность гидролаз и низкая активность пероксидаз свидетельствует о том. что микроорганизмы потребляют в основном азот и углерод из свежего опада, а не углерод и азот, законсервированный в торфе. Распашка и длительное использование торфяников приводит к существенному изменению динамики доступного и микробного азота и углерода в течение вегетационного сезона. Наиболее существенным изменением является смена лимитирования активности микроорганизмов с доступности азота (в лесу) на доступность углерода (на пашне). Изменения в торфяниках происходят в первые годы их освоения, т.к. нами не выявлено существенной разницы по всем показателям между пашней 50 и более 100 лет. Обратный процесс перевода пахотного торфяника в постагрогенный приводит к восстановлению показателей круговорота углерода и азота к значениям, характерным для участка под естественной растительностью. Однако этот процесс происходит очень медленно и по ряду показателей не происходит полностью даже через 50 лет после прекращения сельскохозяйственного использования участка. Также было установлено, что функциональная активность микроорганизмов более вариабельна, чем концентрация углерода и азота микробной биомассы. Почвы центральной поймы после 50 лет сельскохозяйственного использования характеризуются более низкой интенсивностью азотфиксации, но высокой активностью метаногенеза и денитрификации по сравнению с почвами после 100 лет интенсивного сельскохозяйственного использования, что на наш взгляд связано с разной обеспеченностью этих почв доступным органическим веществом
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Этап 2020 года |
Результаты этапа: В отчетный период в условиях лабораторных инкубационных экспериментов было изучено влияние внесения пожнивных остатков растений (солома ржи) на образование закиси азота агродерново-подзолистой почвой Московской области, а также установлено участие в этом процессе грибной и прокариотной биомассы почвы. Установлено, что внесение в почву растительных остатков на фоне применения минеральных азотных удобрений влияет на активность и биомассу почвенных микроорганизмов. Прирост содержания углерода микробной биомассы линейно связан с массой внесенных растительных остатков, что свидетельствует о лимитированности почвенных микроорганизмов доступностью углерода. Важным показателем, характеризующим, изучаемую систему, является соотношение C:N микробной биомассы и ее динамика как при изменении количества вносимых пожнивных остатков, так и во времени. Нами получено экспериментальное подтверждение ранее установленного на основе мета-анализа данных факта о том, что при соотношении C:N = 40 в растительных остатках на ранних этапах их разложения в почве, преобладающий процесс микробной иммобилизации азота сменяется на преобладание процесса минерализации органических соединений азота. Показано, что максимальная иммобилизационная «емкость» микробной биомассы агродерново-подзолистой почвы по отношению к азоту достигается при соотношении C:N в субстрате равном 20-40. Установлена зависимость интенсивности эмиссии закиси азота почвами от количества внесенных пожнивных остатков. Повышенная скорость образования закиси азота в первые несколько суток инкубирования может быть объяснена расходованием быстроминерализуемых компонентов растительного материала, дальнейшее снижение этого показателя связано с получением энергии при метаболизме более устойчивых к микробиологической деструкции компонентов. Показано, что максимальные значения эмиссионного фактора характерны для вариантов эксперимента с внесением субстрата, обогащенного азотом (C:N = 7.5-10), что может быть связано с лучшим разложением растительных остатков в условиях лучшего обеспечения азотом. Установлено, что грибная биомасса ответственна за образование 30-65% от всей закиси азота, продуцируемой почвой, при этом доля «грибной» N2O увеличивается при внесении бедных азотом растительных остатков, а максимальная доля «бактериальной» закиси азота – 23,8% зафиксирована при соотношении C:N = 10. | ||
2 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Этап 2021 года |
Результаты этапа: Был проведен инкубационный эксперимент по оценке роли дождевых червей Lumbricus terrestris в продуцировании закиси азота дерново-подзолистой почвой в условиях применения азотных удобрений. Эксперимент включал в себя контрольные варианты без внесения азотных удобрений, а также варианты с внесением низких (50 кг/га) и высоким (200 кг/га) внесением минерального азотного удобрения. В результате проведения эксперимента было установлено, что дождевые черви стимулируют эмиссию закиси азота почвами, а также увеличивают скорость выделения углекислого газа. Стимулирующий эффект проявляется во всех вариантах опыта, включая контроль, однако наиболее активно дождевые черви стимулируют выделение закисис азота при низкой норме внесения азотных удобрений. Присутствие в почве дождевых червей повышает количество лабильных и биодоступных органических соединений в почве за счет выделения мукуса, экскрементов, а также затаскивания вглубь почвы органических остаков. В тоже время, методом количественной полимеразной цепной реакции в кишечном тракте дождевых червей не было выявлено увеличения количества копий генов nirK и nirS, регулирующих начальные этапы образования закиси азота, что свидетельствует о том, что регулирующая роль червей сводится к обогащению почвы органическим материалом, а не существенным изменением почвенного микробного сообщества. | ||
3 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Этап 2022 года |
Результаты этапа: В условиях вегетационного опыта было установлено, что активность почвенных микроорганизмов ризосферы злаковых культур определяет до 40-50% величины эмиссии закиси азота почвой при применении минеральных азотных удобрений. Моделирование условий затенения и неблагоприятных условий засухи приводило к существенному снижению активности эмиссии закиси азота из почвы ризосферы по сравнению с контролем, что может быть связано со снижением количества поступающих ризодепозитов в почву. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".