Рассмотрим некоторые методические аспекты проведения полевых наблюдений, анализа содержания и запасов органического углерода в почвах, а также камеральной обработки результатов для оценки возможного накопления органического углерода при различных технологиях сельскохозяйственного использования земель.
Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере (CO2, CH4, N2O, NO и др.) – одна из причин тенденции глобального потепления климата в последнее столетие, поэтому современная стратегия международного сообщества направлена на ограничение поступления парниковых газов в атмосферу и увеличение их стоков в разные природные среды (биомассу долгоживущих живых организмов, почвы, торфа, донные илы и проч.), стремясь по возможности долговременно закреплять их в разных формах.
На рисунках представлены объекты, на которых проводились исследования. Территория представляет собой филиал Всероссийского института мелиорированных земель в Твери. В левой верхней части графика показан рельеф, в правой нижней части – агроэкологические группы почв, и снизу – положение площадок, на которых проводились измерения. Различные цвета обозначают: фиолетовый и розовый – пашня, зеленый – многолетние травы, серый – залежи и другие угодья.
Площадка на пашне с зернотравяным севооборотом (ЕМ27) расположена на участке со стерней ржи.
Площадка ЕМ-21 заложена на многолетних травах 6-летнего возраста после пашни.
Методика проведения исследования такова – использовалось 12 площадок, каждая из них размером около 30 на 30 метров. На каждой площадке был проведен отбор образцов в виде креста из 9 точек. В центре площадки определялась плотность, а на остальных точках, включая центральную, проводился отбор образцов на органический углерод. Целенаправленно был сделан дифференцированный отбор.
Анализ органического углерода проводился с помощью метода сухого сжигания на анализаторе «Метавак» CS-30 Ижевского завода. В качестве результатов показаны профили распределения органического углерода на различных площадках – на изображении приведены девять из них, сверху – пашни, в середине – многолетние травы, внизу – залежи.
Приведу небольшой пример с двумя площадками: пашня и многолетние травы, которым около 6лет. На двух графиках – распределение органического углерода по профилю. Стандартное отклонение сверху минимальное, а чем глубже – заметно увеличивается. Что важно – эти данные можно аппроксимировать нормальным распределением (законом согласно критерию Уилка-Шапиро). При этом наименьшее абсолютное пространственное варьирование содержания Сорг на обеих площадках, характеризующих разные угодья, наблюдается в поверхностных слоях до глубины 10, иногда 20 см. Глубже пространственное варьирование резко увеличивается в несколько раз.
Далее результат сравнения. Значимы различия только наверху. По содержанию Сорг в слоях 0-5 и 5-10 см почвы на площадке с многолетними травами (ЕМ-21) имеют значимо более высокие значения по сравнению с пашней в севообороте (ЕМ-27). Глубже различия незначимы.
Следствие: при сравнении угодий необходимо раздельное определение Сорг в слоях 0-5, 5-10, 10-20 см. При этом хорошо видно, что есть однородное распределение в пахотном горизонте, и дифференцированное распределение по вертикали под многолетними травами. С увеличением глубины более 10 см заметно увеличивается пространственное варьирование послойных запасов Сорг в дерново-подзолистых осушенных почвах. Такая же тенденция еще резче выражена для запасов Сорг по обобщенным слоям.
Сравним запасы Сорг на двух площадках. По запасам Сорг в слоях 0-5 и 5-10 см почвы на площадке с многолетними травами (ЕМ-21) имеют значимо более высокие значения по сравнению с пашней в севообороте (ЕМ-27).
В слоях, расположенных глубже 10 см, запасы статистически не различаются.
Запас Сорг по обобщенным слоям под многолетними травами (ЕМ-21) значимо больше в слое 0-20 см, глубже различия не значимы.
Сделаем выводы:
1. Сложный почвенный покров в зоне распространения дерново-подзолистых почв создает высокую пространственную неоднородность содержания и запасов органического углерода в почвах разных сельскохозяйственных угодий. При организации мониторинга обязательным этапом должна быть оценка пространственного варьирования содержания и запасов Сорг на малых расстояниях (в пределах площадки 30 м х 30 м).
2. Приемлемый уровень минимальной значимой разницы содержания и запасов Сорг для сравнения почв разных участков в пространстве может быть достигнут преимущественно в поверхностных слоях 0-5, 5-10 см и 10-20 см. Из этого следует, что для оценки возможного накопления органического углерода в почвах в результате применения разных технологий сельскохозяйственного использования земель целесообразно получать данные дифференцированным отбором образцов по слоям 0-5, 5-10, 10-20 см и глубже по 10 см с раздельным их анализом вместо отбора единого образца по всему пахотному слою 0-30 см.
3. Для получения статистически значимых оценок возможного изменения содержания и запасов органического углерода в дерново-подзолистых почвах необходимо иметь, по крайней мере, 9-кратную пространственную повторность отбора индивидуальных образцов почв с дифференциацией поверхностных слоев 0-5 и 5-10 см на площадках малого размера (не более 30 м х 30 м).
