Influence of Landuse and Parent Materials on Soil Organic Carbon Content and Storages in Drained Soddy-Podzolic Soils, Tver Region

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Results of baseline evaluations of soil organic carbon (SOC) content, storages, soil bulk density, characteristics of their spatial variability and differential vertical distribution within layer 0–40 cm in agrosoddy-podzolic soils formed from till (Albic Gleyic Retisols (Episiltic, Anoloamic, Aric, Ochric)) and agrosoddy-podzols formed from sands (Albic Podzols (Arenic, Aric, Ochric)) at drained arable lands, hayfield and agricultural fallow lands using 13 dynamic plots of the VNIIMZ test polygon in Tver Region (Russia) are submitted. SOC content has high spatial variability at small distance (plot 30 × 30 m) that is 5–10 times larger than reproducibility of SOM determination by dry combustion. Evaluations of standard deviation of SOC storages nonlinear are increased as the layer thickness increasing from 1–5 t/ ha for 5-cm-layer till 10–20 t/ha for 40-cm-layer. Based on differentiated sampling of soils by depth from thin layers within the 0–40 cm layer, the following was established. Uniform vertical distribution of SOC content within plow horizon and statistically insignificant differences in SOC storages in 0–10 and 10–20 cm layers are found in soils at arable lands with crop rotation. Turf about 3-10 cm thickness, accumulative vertical distribution of SOC content with maximum near soil surface and absence of significant difference between SOC storages in upper and bottom parts of former plow horizon are formed in soils from till after perennial herbs vegetation during 6 years and agricultural fallows during 5–10 years. In soils on sand, similar patterns were revealed against the general background of lower SOC content and storages.

About the authors

N. I. Lozbenev

Dokuchaev Soil Science Institute

Author for correspondence.
Email: nlozbenev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0377-3124
Russian Federation, Moscow

D. N. Kozlov

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: nlozbenev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

P. P. Fil

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: nlozbenev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

N. B. Khitrov

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: nlozbenev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

P. M. Shilov

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: nlozbenev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4113-6396
Russian Federation, Moscow

References

  1. Асылбаев И.Г., Мирсаяпов Р.Р. Пилотный карбоновый полигон: анализ запасов углерода в почвах сельхозугодий // Вестник Казанского гос. аграрного ун-та. 2023. № 4. С. 6–12. https://doi.org/10.12737/2073-0462-2023-6-12
  2. Владыченский А.С., Телеснина В.М., Румянцева К.А., Чалая Т.А. Органическое вещество и биологическая активность постагрогенных почв южной тайги (на примере Костромской области) // Почвоведение. 2013. № 5. С. 570–590. https://doi.org/10.1134/S1064229313050141
  3. Гвоздецкий Н.А., Жучкова В.К. Физико-географическое районирование нечерноземного центра. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1963. 451 с.
  4. ГОСТ 26213-2021. Почвы. Методы определения органического вещества.
  5. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 320 с.
  6. Дубровина И.А., Мошкина Е.В., Сидорова В.А., Туюнен А.В., Карпечко А.Ю., Геникова Н.В., Медведева М.В., Мамай А.В., Толстогузов О.В., Кулакова Л.М. Влияние типа землепользования на свойства почв и структуру экосистемных запасов углерода в среднетаежной подзоне Карелии // Почвоведение. 2021. № 11. С. 1392–1406. https://doi.org/10.31857/S0032180X21110058
  7. Иванова Н.Н., Капсамун А.Д., Павлючик Е.Н., Амбросимова Н.Н. Формирование продукционного процесса пастбищных травостоев на осушаемых почвах в зависимости от их видового состава // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018. Т. 64. № 3. С. 56–61. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2018.64.3.56-61
  8. Иванова Н.Н., Капсамун А.Д., Павлючик Е.Н., Вагунин Д.А., Амбросимова Н.Н. Устойчивость многолетних трав при длительном использовании в условиях осушаемых земель Нечерноземной зоны // Бюл. науки и практики. 2019. Т. 5. № 4. С. 189–196. https://doi.org/10.33619/2414-2948/41/23
  9. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации, масштаб 1 : 2 500 000 / Под ред. Добровольского Г.В. и Урусевской И.С. М.: Изд-во МГУ, 2013.
  10. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  11. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
  12. Когут Б.М., Милановский Е.Ю., Хаматнуров Ш.А. О методах определения содержания органического углерода в почвах (критический обзор) // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2023. Вып. 114. С. 5–28. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-114-5-28
  13. Курганова И.Н., Телеснина В.М., Лопес Де Гереню В.О., Личко В.И., Овсепян Л.А. Изменение запасов углерода, микробной и ферментативной активности агродерново-подзолов южной тайги в ходе постагрогенной эволюции // Почвоведение. 2022. № 7. С. 825–842. https://doi.org/10.31857/S0032180X22070073
  14. Курганова И.Н., Лопес Де Гереню В.О., Ипп С.Л., Каганов В.В., Хорошаев Д.А., Рухович Д.И., Сумин Ю.В., Дурманов Н.Д., Кузяков Я.В. Пилотный карбоновый полигон в России: анализ запасов углерода в почвах и растительности // Почвы и окружающая среда. 2022. № 2. С. 6–21. https://doi.org/10.31251/pos.v5i2.169
  15. Ландшафтная карта СССР. Масштаб 1 : 2 500 000 / Под ред. Гудилина И.С. М.: 1980. 16 листов. Легенда к ландшафтной карте СССР масштаба 1 : 2 500 000. М.: Министерство геологии СССР, 1987. 339 с.
  16. Ландшафтная карта СССР. М-б 1 : 4 000 000 / Под ред. Исаченко А.Г. М.: ГУГК, 1988.
  17. Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 2010. 415 с.
  18. Павлючик Е.Н., Капсамун А.Д., Иванова Н.Н. Урожайность бобово-злаковых травосмесей при применении минеральной подкормки // Кормопроизводство. 2022. № 3. С. 10–15. https://doi.org/10.25685/KRM.2022.3.2022.001
  19. Павлючик Е.Н., Капсамун А.Д., Иванова Н.Н.. Адаптивность бобово-злаковых травосмесей с использованием перспективных сортов к климатическим условиям на осушаемых землях Тверской области // Кормопроизводство. 2023. № 6. С. 3–7. https://doi.org/10.25685/KRM.2023.6.2023.008
  20. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
  21. Поручение Президента РФ от 02 мая 2021 г. № ПР-753
  22. Постановление Правительства РФ от 08 февраля 2022 г. № 133
  23. Постановление Правительства РФ от 29.10.2022 № 3240-р
  24. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР. М.: Колос, 1983. 336 с.
  25. Романовская А.А. Органический углерод в почвах залежных земель России // Почвоведение. 2006. № 1. С. 52–61. https://doi.org/10.31857/S0032180X2360018X
  26. Романовская А.А., Коротков В.Н., Карабань Р.Т., Смирнов Н.С. Динамика элементов баланса углерода на неиспользуемых пахотных угодьях Валдайской возвышенности // Экология. 2012. № 5. С. 347.
  27. Российский национальный кадастр антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом. М.: ИГКЭ, 2023
  28. Рухович Д.И., Рухович А.Д., Рухович Д.Д., Симакова М.С., Куляница А.Л., Брызжев А.В., Королева П.В. Информативность коэффициентов a и b линии почв для анализа материалов дистанционного зондирования // Почвоведение. 2016. №. 8. С. 903–917. https://doi.org/10.7868/S0032180X16080128
  29. Рыжова И.М., Ерохова А.А., Подвезенная М.А. Динамика и структура запасов углерода в постагрогенных экосистемх южной тайги // Почвоведение. 2014. № 12. C. 1426–1435. https://doi.org/10.7868/S0032180X14090111
  30. Рыжова И.М., Телеснина В.М., Ситникова А.А. Динамика свойств почв и структуры запасов углерода в постагрогенных экосистемах в процессе естественного лесовосстановления // Почвоведение. 2020. № 2. С. 230–243. https://doi.org/10.31857/S0032180X20020100
  31. Симонова Ю.В., Русаков А.В., Рюмин А.Г. Вариабельность запасов углерода на уровне пробных площадок (Ярославская область, Верхняя Волга) // Природная и антропогенная неоднородность почв и статистические методы ее изучения. М.: Дашков и К°, 2022. С. 37–42.
  32. Столбовой В.С., Филь П.П. Оценка содержания углерода в сельскохозяйственных почвах Европейской территории России для климатических проектов // Известия РАН. Сер. географическая. 2023. Т. 87. № 4. С. 568–583. https://doi.org/10.31857/S2587556623040143
  33. Телеснина В.М., Курганова И.Н., Лопес Де Гереню В.О. Овсепян Л.А., Личко В.И., Ермолаев А.М., Мирин Д.М. Динамика свойств почв и состава растительности в ходе постагрогенного развития в разных биоклиматических зонах // Почвоведение. 2017. № 12. С. 1514–1534. https://doi.org/10.7868/S0032180X17120115
  34. Телеснина В.М., Жуков М.А. Влияние способа сельскохозяйственного освоения на динамику биологического круговорота и ряда почвенных свойств в ходе постагрогенной сукцессии (Костромская область) // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1114–1129. https://doi.org/10.1134/S0032180X1907013X
  35. Хитров Н.Б. Дифференцированный отбор образцов почв по глубине в пределах поверхностного слоя 0–30 см для мониторинга содержания и запасов органического углерода // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2024. В печати.
  36. Хитров Н.Б., Герасимова М.И. Диагностические горизонты в классификации почв России: версия 2021 // Почвоведение. 2021. № 8. С. 899–910. https://doi.org/10.31857/S0032180X21080098
  37. Хитров Н.Б., Герасимова М.И. Предлагаемые изменения в классификации почв России: диагностические признаки и почвообразующие породы // Почвоведение. 2022. № 1. С. 3–4. https://doi.org/10.31857/S0032180X22010087
  38. Хитров Н.Б., Никитин Д.А., Иванова Е.А., Семенов М.В. Пространственно-временная изменчивость содержания и запаса органического вещества почвы: аналитический обзор // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1493–1521. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600841
  39. Шеин Е.В., Иванов Д.А., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В. Гранулометрический состав почв конечно-моренной гряды Верхневолжского постледникового района (Восточно-Европейская равнина, Тверская область) // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2022. Вып. 110. С. 5–21. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-110–5-21
  40. Angers D.A., Eriksen-Hamel N.S. Full‐inversion tillage and organic carbon distribution in soil profiles: A meta‐analysis // Soil Sci. Soc. Am. J. 2008. V. 72. P. 1370–1374. https://doi.org/10.2136/sssaj2007.0342
  41. A protocol for measurement, monitoring, reporting and verification of soil organic carbon in agricultural landscapes – GSOC-MRV Protocol. FAO, Rome, 2020. https://doi.org/10.4060/cb0509en
  42. Bai Y., Zhou Y. The main factors controlling spatial variability of soil organic carbon in a small karst watershed, Guizhou Province, China // Geoderma. 2020. V. 357. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.113938
  43. Breil N.L., Lamaze T., Bustillo V., Marcato-Romain C-E., Coudert B, Queguiner S, Jarosz-Pellé N. Combined impact of no-tillage and cover crops on soil carbon stocks and fluxes in maize crops // Soil Till. Res. 2023. V. 233. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.still.2023.105782
  44. Conant R.T., Paustian K. Spatial variability of soil organic carbon in grasslands: implications for detecting change at different scales // Environ. Poll. 2002. V. 116. P. 127-135. https://doi.org/10.1016/j.still.2023.105782
  45. Demattê J.A.M., Fongaro C., Rizzo R., Safanelli J. Geospatial Soil Sensing System (GEOS3): A powerful data mining procedure to retrieve soil spectral reflectance from satellite images // Remote Sensing of Environment. 2018. V. 212. P. 161–175. https://doi.org/10.1016/j.rse.2018.04.047
  46. Demattê J.A.M., Safanelli J.L., Poppiel R.R., Rizzo R., Silvero N.E.Q., Mendes W.S., Bonfatti B.R., et al. Bare earth’s surface spectra as a proxy for soil resource monitoring // Scientific Reports. 2020. V. 10. P. 4461. https://doi.org/10.1038/s41598-020–61408-1
  47. Deng L., Wang K., Zhu G., Liu Y., Chen L., Shangguan Z. Changes of soil carbon in five land use stages following 10 years of vegetation succession on the Loess Plateau, China // Catena. 2018. V. 171. P. 185–192. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.07.014
  48. Don A., Schumacher J., Scherer-Lorenzen M., Scholten T., Schulze E.-D. Spatial and vertical variation of soil carbon at two grassland sites – Implications for measuring soil carbon stocks // Geoderma. 2007. V. 141. P. 272–282. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.06.003
  49. Dondini M., Martin M., De Camillis C., Uwizeye A., Soussana J.-F., Robinson T., Steinfeld H. Global assessment of soil carbon in grasslands – From current stock estimates to sequestration potential. FAO Animal Production and Health Paper 2023. No. 187. Rome, FAO. https://doi.org/10.4060/cc3981en
  50. IPCC, 2006. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme / Eds. Eggleston H.S. et al. Hayama: Inst. Glob. Envir. Strateg., 2006.
  51. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria. 234 p.
  52. Jordon M.W., Smith P. Modelling soil carbon stocks following reduced tillage intensity: A framework to estimate decomposition rate constant modifiers for RothC-26.3, demonstrated in north-west Europe // Soil Till. Res. 2022. V. 222. https://doi.org/10.1016/j.still.2022.105428
  53. LANDSAT 4-7 surface reflectance (LEDAPS) product guide. USGS, 2018.
  54. LANDSAT 8 surface reflectance code (LASRC) product guide. USGS, 2018.
  55. Knotters M., Teuling K., Reijneveld A., Lesschen J.P., Kuikman P. Changes in organic matter contents and carbon stocks in Dutch soils, 1998–2018 // Geoderma. 2022. V. 414. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.115751
  56. Meurer K.H.E., Haddaway N.R., Bolinder M.A., Kätterer T. Tillage intensity affects total SOC stocks in boreo-temperate regions only in the topsoil—A systematic review using an ESM approach // Earth-Sci. Rev. 2018. V. 177. P. 613–622. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.12.015
  57. Padarian J., Stockmann U., Minasny B., McBratney A.B. Monitoring changes in global soil organic carbon stocks from space // Remote Sensing of Environment. 2022. V. 281. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.113260
  58. Poeplau C., Prietz R., Don A. Plot‐scale variability of organic carbon in temperate agricultural soils—Implications for soil monitoring // J. Plant Nutrition Soil Sci. 2022. V. 185. P. 403–416. https://doi.org/10.1002/jpln.202100393
  59. Romanenkov V.A., Smith J., Smith P., Sirotenko O., Rukhovitch D., Romanenko I. Soil organic carbon dynamics of croplands in European Russia // Regional Environmental Change. 2007. V. 7. P. 93–104. https://doi.org/10.1007/s10113-007-0031-7
  60. Roujean J.L., Leroy M., Deschamps P.Y. A bidirectional reflectance model of the Earth’s surface for the correction of remote sensing data // J. Geophys. Res: Atmospheres. 1992. V. 97. No. D18. P. 20455-20468. https://doi.org/10.1029/92JD01411
  61. Rukhovich D.I., Koroleva P.V., Vilchevskaya E.V., Romanenkov V.A., Kolesnikova L.G. Constructing a spatially-resolved database for modelling soil organic carbon stocks of croplands in European Russia // Regional Environmental Change. 2007. V. 7. P. 51–61. https://doi.org/10.1007/s10113-007-0029-1
  62. Schipper L.A., Mudge P.L., Kirschbaum M.U. F., Hedley C.B., Golubiewski N.E., Smaill S.J., Kelliher F.M. Soil order and grazing management effects on changes in soil C and N in New Zealand pastures // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2014. V. 184. P. 67–75. https://doi.org/10.1080/00288233.2017.1284134
  63. Schrumpf M., Schulze E. D., Kaiser K., Schumacher J. How accurately can soil organic carbon stocks and stock changes be quantified by soil inventories? // Biogeosciences. 2011. V. 8. P. 1193-1212. https://doi.org/10.5194/bg-8-1193-2011
  64. Skinner R.H., Dell C.J. Comparing pasture C sequestration estimates from eddy covariance and soil cores // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2015. V. 199. P. 52–57. http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2014.08.020
  65. Skalský R., Barančíková G., Makovníková J., Koco Š., Halas J., Kobza J. Regional topsoil organic carbon content in the agricultural soils of Slovakia and its drivers, as revealed by the most recent national soil monitoring data // Environmental Challenges. 2024. V. 14. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.envc.2023.100816
  66. Sleutel S., De Neve S., Hofman G. Estimates of carbon stock changes in Belgian cropland // Soil Use and Management. 2003. V. 19. P. 166-171. https://doi.org/10.1079/SUM2003187
  67. Stolbovoy V., Montanarella L., Panagos P. Carbon Sink Enhancement in Soils of Europe: Data, Modeling, Verification. European Communities, 2007.
  68. Tamiminia H., Salehi B., Mahdianpari M., Quackenbush L., Adeli S., Brisco B. Google Earth Engine for geo-big data applications: A meta-analysis and systematic review // ISPRS J. Photogrammetry Remote Sensing. 2020. V. 164. P. 152–170. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.04.001
  69. Visschers R., Finke P.A., De Gruijter J.J. A soil sampling program for the Netherlands // Geoderma. 2007. V. 139. P. 60–72. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.01.008
  70. Wiesmeier M., Urbanski L., Hobley E., Lang B., von Lützow M., Marin-Spiotta E., van Wesemael B., Rabot E., Ließ M., Garcia-Franco N., Wollschläger U., Vogel H-J., Kögel-Knabner I. Soil organic carbon storage as a key function of soils-A review of drivers and indicators at various scales // Geoderma. 2019. V. 333. P. 149–162. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.07.026
  71. Wendt J., Hauser S. An equivalent soil mass procedure for monitoring soil organic carbon in multiple soil layers // Eur. J. Soil Sci. 2013. V. 64. P. 1–8. https://doi.org/10.1111/ejss.12002
  72. Xie E., Zhang Y., Huang B., Zhao Y., Shi X., Hu W., Qu M. Spatiotemporal variations in soil organic carbon and their drivers in southeastern China during 1981-2011 // Soil Till. Res. 2021. V. 205. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104763

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences