The efficiency of resource-saving agricultural technologies in improving the quality of agricultural soils in the Middle Volga region: a case study of no-till farming

Abstract

В рамках данной работы проведена оценка влияния технологии нулевой обработки почвы на динамику физико-химических и микробных свойств агрочерноземов Среднего Поволжья, с целью определения ее эффективности в улучшении качества сельскохозяйственных почв, в том числе в повышении и сохранении их запасов органического вещества. Исследования проводились на территории двух агрохозяйств (ООО "Орловка АИЦ" и КФХ Селин), расположенных в Похвистневском районе Самарской области. Объекты исследования были представлены тремя полями (одно с традиционной обработкой –и два – с нулевой продолжительностью 5 и 8 лет). Доминирующими процессами деградации сельскохозяйственных земель в условиях засушливого климата и холмистого рельефа Среднего Поволжья являются водная и ветровая эрозия, а также дегумификация почв. Применение традиционных агротехнологий могут приводить к усилению этих процессов, что в свою очередь угрожает способности почв выполнять свои функции. Переход на ПРЗ, в частности нулевую технологию, можно рассматривать как альтернативный способ решения данной проблемы. В нашей стране сегодня актуальность исследования влияния нулевой обработки на качество почв обостряется еще и в связи с ускоренной интенсификацией сельскохозяйственного производства, вызванной необходимостью усиления импортозамещения. Кроме всего прочего, востребованность исследований влияния данной технологии на накопление почвенного углерода, также связана с реализацией долгосрочной национальной стратегии “низкоуглеродного” развития. Однако, в научной литературе до сих пор встречаются противоречивые данные об эффективности нулевой обработки в повышении и сохранении почвенных запасов ОВ. Этот факт еще раз подчеркивает актуальность проведения научных исследований, направленных на изучение динамики показателей качества почвы при переходе с традиционной технологии на нулевую. В рамках работы для оценки качества почв использовали её физико-химические (плотность сложения, значение рН, общие запасы углерода, соотношение в них С/N, фракций дисперсного и минерально-ассоциированного органического вещества) и микробиологические (биомассу и потенциальную скорость минерализации почвенного органического вещества (базальное дыхание)) показатели. В целом, полученные в результате работы данные, демонстрируют эффективность применения технологии нулевой обработки почв в улучшении качества агрочерноземов Среднего Поволжья через значимое увеличение обилия микробной биомассы. При этом, снижение минерализационной активности ОВ почвы и увеличение в нем доли стабилизированной фракции указывают на возможные перспективы применения нулевой технологии в повышении и сохранении почвенных запасов ОВ в условиях Среднего Поволжья. Поскольку органический углерод является ключевым фактором, влияющим на функционирование почвы такие данные, показывают перспективность дальнейшего исследования и применения нулевой технологии не только с точки зрения повышения плодородия почв, но и с точки зрения экологии и рационального природопользования.

Within the framework of this work, the impact of no-tillage technology on the dynamics of physico-chemical and microbial properties of agrochernozems of the Middle Volga region was assessed in order to determine its effectiveness in improving the quality of agricultural soils, including in increasing and preserving their reserves of organic matter. The research was carried out on the territory of two agricultural farms (LLC "Orlovka AIC" and FARM Selin) located in the Pokhvistnevsky district of the Samara region. The objects of the study were represented by three fields (one with traditional processing and two with no- tillage duration of 5 and 8 years). The dominant processes of degradation of agricultural lands in the conditions of arid climate and hilly relief of the Middle Volga region are water and wind erosion, as well as soil dehumidification. The use of traditional agricultural technologies can lead to the strengthening of these processes, which in turn threatens the ability of soils to perform their functions. The transition to soil-protective and resource-saving agriculture, in particular no- tillage technology, can be considered as an alternative way to solve this problem. In our country today, the relevance of the study of the impact of no - tillage technology on soil quality is also exacerbated due to the accelerated intensification of agricultural production caused by the need to strengthen import substitution. Among other things, the demand for research on the impact of this technology on the accumulation of soil carbon is also associated with the implementation of a long-term national strategy for “low-carbon” development. However, there are still contradictory data in the scientific literature on the effectiveness of no- tillage technology in increasing and preserving soil reserves of organic matter. This fact once again underlines the relevance of scientific research aimed at studying the dynamics of soil quality indicators during the transition from traditional technology to no- tillage technology. As part of the work, its physicochemical (addition density, pH value, total carbon reserves, the ratio of C/N in them, fractions of dispersed and mineral-associated organic matter) and microbiological (biomass and potential rate of mineralization of soil organic matter (basal respiration)) were used to assess the quality of soils indicators. In general, the data obtained as a result of the work demonstrate the effectiveness of the use of no- tillage technology in improving the quality of agrochernozems of the Middle Volga region through a significant increase in the abundance of microbial biomass. At the same time, a decrease in the mineralization activity of soil organic matter and an increase in the share of the stabilized fraction in it indicate possible prospects for the use of no- tillage technology in increasing and preserving soil reserves of organic matter in the conditions of the Middle Volga region. Since organic carbon is a key factor affecting the functioning of the soil, such data show the prospects for further research and application of no- tillage technology not only from the point of view of increasing soil fertility, but also from the point of view of ecology and rational nature management.