Влияние защитных лесных насаждений на содержание углерода и азота в черноземах Каменной степи

Актуальность. Защитные лесные насаждения в условиях степной зоны выполняют важную роль в стабилизации агроландшафтов, влияя на водный режим, гумусообразование и биогеохимический цикл почв. Однако вопросы их влияния на содержание углерода и азота в чернозёмах остаются недостаточно изученными.

Материал и методика. Исследования проведены в ГПЗ «Каменная степь» по трансекте, заложенной через лесополосу и прилегающие пашни. Определяли содержание общего углерода и азота в почвенном профиле и их пространственное распределение в зависимости от рельефа и экспозиции склонов.

Результаты. Показано, что лесополосы способствуют интенсивному накоплению органического вещества и формированию сильно гумусированных разновидностей чернозёмов. Среднее содержание общего углерода и азота под древесной растительностью достоверно превышает их уровень в агрочернозёмах. В пашнях отмечается усиленная минерализация органического вещества, вынос элементов с урожаем и деградация почв до среднегумусированных типов. Пространственное распределение углерода и азота определяется не только землепользованием, но и микрорельефом, направлением доминирующих ветров и условиями снегозадержания.

Заключение. Защитные лесные насаждения в агроландшафте являются ключевым фактором поддержания плодородия чернозёмов и повышения их экологической устойчивости. Полученные результаты подчеркивают важность сохранения и расширения системы лесополос как элемента устойчивого землепользования.

1. Neaman A., Robinson B., Minkina T. M., Vidal K., Mench M., Krutyakov Y. A., Shapoval O. A. Feasibility of metal(loid) phytoextraction from polluted soils: the need for greater scrutiny. Environmental Toxicology and Chemistry. 2020;39(8):1469. https://doi.org/10.1002/etc.4787

2. Rusakova I.V. Comparative evaluation of the effects of traditional and biologized arable systems on agrochemical and biological properties and biological quality of organic matter of gray forest soil in Vladimir Opolye. Agrohimia. 2021;12:15-22. https://doi.org/10.31857/S0002188121120127 https://www.elibrary.ru/zitehy (In Russ.)

3. Olson K.R., Gennadiev A.N. Dynamics of soil organic carbon storage and erosion due to land use change (Illinois, USA). Eurasian Soil Sci. 2020;53(4);436. https://doi.org/10.1134/S1064229320040122

4. Tang Y., Shao Q., Shi T. et al. Spatiotemporal dynamics of forest ecosystem carbon budget in Guizhou: customisation and application of the CBM-CFS3 model for China. Carbon Balance Manage. 2022;17:10. https://doi.org/10.1186/s13021-022-00210-0

5. Chernov T.I., Zhelezova A.D. The Dynamics of Soil Microbial Communities on Different Timescales. Eurasian Soil Science. 2020;5:643-652. https://doi.org/10.1134/S106422932005004X

6. Rajput V.D., Minkina T.M., Kumari A., Shende S.S., Ranjan A., Barakhov A.V., Rajput P., Sushkova S.N., Faizan M., Singh A., Khabirov I., Gromovik A., Gorbunova N., Nazarenko O., Kızılkaya R. A review on nanobioremediation approaches for restoration of contaminated soil. Eurasian Journal of Soil Science. 2022;11(1):12020. https://doi.org/10.18393/EJSS.990605

7. Mikhin V.I., Taniykevich V.V., Mikhina E.A. Growth and ameliorative role of protective plantation in conditions of forest-steppe zone. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Forestry Forum "Forest ecosystems as global resource of the biosphere: calls, threats, solutions". 2020;595:012045. https://doi.org/10.1088/1755-1315/595/1/012045

8. Chendev Y.G., Gennadiev A.N., Smirnova M.A. et al. Early Stages of the Evolution of Chernozems under Forest Vegetation (Belgorod Oblast). Eurasian Soil Sc. 2022;55:387–403. https://doi.org/10.1134/S1064229322040068

9. Ebabu K., Tsunekawa A., Tsubo M. Global Analysis of cover management and support practice factors that control soil erosion and conservation. International Soil and Water Conservation Research. 2022;10.2:161-176. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2021.12.002

10. Klimenko O.E., Klimenko N.I. Changes in the properties of crimean haplic chernozems under the impact of forest plantations. Eurasian Soil Science. 2021;54(5):750-762. https://doi.org/10.31857/S0032180X21050129 https://www.elibrary.ru/komwug

11. Mamonov D.N., Morkovina S.S., Matveev S.M., Sheshnitsan S.S., Ivetiс V. Comparative evaluation of carbon sequestration accounting methods by pine-birch forest plantations in Voronezh region. Forestry engineering journal. 2022;12.3(47):4–15. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.3/1 https://www.elibrary.ru/migdll (In Russ.)

12. Kalinitchenko V.P., Glinushkin A.P., Swidsinski A.V., Minkina T.M., Andreev A.G., Mandzhieva S.S., Sushkova S.N., Makarenkov D.A., Ilyina L.P., Chernenko V.V., Zamulina I.V., Larin G.S., Zavalin A.A., Gudkov S.V. Thermodynamic mathematical model of the kastanozem complex and new principles of sustainable semiarid protective silviculture management. Environmental Research. 2021;194:110605. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110605

13. Mitra S., Chakraborty A.J., Tareq A.M., Emran T.B., Nainu E., Khusro A., Abubakr M.I., Khandaker M.U., Osman H., Alhumaydhi F.A., Simal-Gandara J. Impact of heavy metals on the environment and human health: Novel therapeutic insights to counter the toxicity. Journal of King Saud University – Science. 2022;101865. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2022.101865

14. Dhillon G.S., Van Rees K.C.J. Distribution of soil organic carbon in the light and heavy fractions for six shelterbelt species and their adjacent agricultural fields in Saskatchewan. Canadian Journal of Soil Science. 2017;97(4): 732–744. https://doi.org/10.1139/CJSS-2017-0010

15. Zhu M., Zhang X., Guo Y., Wu Y., Wang Q.A., Wang H., Wang W. Shelterbelts increased soil inorganic carbon but decreased nitrate nitrogen, total phosphorus, and bulk density relative to neighbor farmlands depending on tree growth, geoclimate, and soil microbes in the Northeast China Plain. Catena. 2023;231:107344. https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107344

16. Zazdravnykh E.A., Chendev Yu.G., Smirnova M. The influence of agroforestry on Chernozems: a case study of the Central Russian Upland. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;1043(1):012013. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012013

17. Pathak P., Reddy A.S. Vertical distribution analysis of soil organic carbon and total nitrogen in different land use patterns of an agro-organic farm. Tropical Ecology. 2021;62:386–397. https://doi.org/10.1007/s42965-021-00164-3

18. Likhanova A., Lapteva E.M., Kuznetsova E.G., Deneva S.V. Formation of organic soil horizons during the initial pedogenesis in the taiga zone of the European Russian Northeast. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;862:012007. https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012007

19. Milanovskii E.Yu., Shein E. Functional role of amphiphilic humus components in humus structure formation and soil genesis. Eurasian Soil Science. 2002;35(10):1064–1075.

20. Nankova M.I., Filcheva E.G. Reserves of nutrients and soil organic components of Haplic Chernozems. GSC Biological and Pharmaceutical Sciences. 2020;11(2):139–152. https://doi.org/10.30574/GSCBPS.2020.11.2.0119