Опубликовано через 2 часа

Углерод в почве: что важнее — климат, удобрения или обработка земли?

Секвестрация углерода в сельскохозяйственных почвах способна смягчать выбросы парниковых газов, а также улучшать биологические, физические и химические свойства почвы. Обзор литературы, посвящённой динамике органического углерода почвы (ОУП) в австралийских зерновых системах земледелия, не позволяет нам сделать однозначный вывод о том, какие методы ведения хозяйства являются наилучшими для увеличения или поддержания содержания ОУП при конкретном сочетании почвенных и климатических условий. Данное исследование было направлено на более глубокое изучение сложных взаимодействий между почвой, климатом и агротехническими приёмами в отношении ОУП.

Мы провели моделирование с использованием имитационной платформы Agricultural Production Systems sIMulator, комбинируя контрастные австралийские почвы, климатические условия и агротехнические приёмы (севообороты и управление в рамках севооборотов, включая внесение удобрений, обработку почвы и управление пожнивными остатками) по факторной схеме. Такая схема привела к переносу контрастных почв и климатических условий в наши симуляции, что дало сочетания «почва–климат», не встречающиеся в исследуемом регионе, и позволило лучше понять значимость климатических ограничений для ОУП. Мы провели статистический анализ выходных данных модели, чтобы определить относительный вклад почвенных параметров, климата и агротехнических приёмов в содержание ОУП. Наибольшее влияние на величину ОУП оказало исходное содержание органического углерода в почве, за ним следовали климат и практика внесения удобрений. Эти факторы объясняли соответственно 66 %, 18 % и 15 % вариаций ОУП после 80 лет моделирования при неизменных методах земледелия. Обработка почвы и управление стерней оказали наименьшее влияние на ОУП. Исследование показало возможное негативное влияние фазы нута в севообороте «пшеница–нут» на ОУП, а также потенциально положительное влияние покровной культуры в субтропическом климате (Квинсленд, Австралия) на ОУП. Кроме того, работа продемонстрировала сложности, возникающие при попытке одновременно увеличить содержание ОУП и минимизировать выбросы закиси азота (N₂O) и выщелачивание нитратов в агроэкосистемах. Перенос контрастных почв и климатических условий в наши симуляции выявил важность климатических ограничений для содержания органического углерода в почве.

Почвы могут выступать как чистым источником, так и поглотителем атмосферного диоксида углерода (CO₂) и, таким образом, влиять на процесс глобального изменения климата. Их способность к секвестрации углерода (C) огромна, поскольку мировые почвы составляют крупнейший наземный резервуар C, аккумулируя более 2400 Гт (миллиардов метрических тонн) на глубину до 2 м, что более чем в четыре раза превышает количество C в наземной биоте и в три раза — в атмосфере (Hillel and Rosenzweig, 2011). В Австралии сельское хозяйство, по оценкам, вносит 16% в общие выбросы парниковых газов (ПГ) (Commonwealth of Australia, 2014). Cosier и др. (2009) объяснили, что если бы Австралия улавливала всего 15% биофизической способности австралийских почв и растительности накапливать C, это позволило бы компенсировать эквивалент 25% текущих годовых выбросов парниковых газов в Австралии в течение следующих 40 лет (15% от 1017 млн тонн (Мт) = 153 Мт).

Кроме того, увеличение содержания органического углерода почвы (ОУП) широко признано полезным для плодородия почвы, почвенной структуры, удержания питательных веществ, водоудерживающей способности, снижения эрозии почвы и, следовательно, является неотъемлемой частью устойчивого земледелия (Sanderman и др., 2010; Hoyle, 2013). Эти улучшения свойств почвы имеют большое значение в Австралии, где почвы древние и имеют низкий уровень органического вещества в поверхностных слоях. Например, средний запас ОУП в слое 0–0,3 м оценивается в 29,7 т/га в Австралии (Viscarra Rossel и др., 2014), что вдвое меньше, чем во Франции (59,9 т/га; Martin и др., 2011), и примерно две трети от показателя в Бразилии (около 44 т/га; Batjes, 2005).

Выращивание зерновых составляет основную часть австралийской сельскохозяйственной отрасли: примерно 22 миллиона гектаров было засеяно зерновыми в 2009–2010 годах (Pricewaterhouse Coopers, 2011). ОУП на этих сельскохозяйственных угодьях сильно подвержен влиянию человеческой деятельности. Например, в мета-анализе Luo и др. (2010) показали, что содержание ОУП в поверхностном слое 0,1 м австралийских обрабатываемых почв было на 51% ниже, чем в прилегающих естественных экосистемах.

К сожалению, как и во многих частях мира (Luo и др., 2010), обзор литературы, касающейся динамики ОУП в австралийских зерновых системах земледелия, не позволяет нам дать рекомендации по методам ведения хозяйства, которые безошибочно увеличат или сохранят ОУП для конкретного сочетания австралийской почвы и климата. Действительно, хотя в целом внедрение природоохранных методов земледелия (нулевая обработка, сохранение стерни и севооборот) увеличивало ОУП и улучшало физические и химические свойства почвы, некоторые исследования показали, что это бывает не всегда: примеры включают исследования по обработке почвы (Gupta и др., 1994; Fettell and Gill, 1995; Armstrong и др., 2003; Dalal и др., 2007; Luo и др., 2010); а также исследования по управлению стерней (Gupta и др., 1994; Fettell and Gill, 1995; Valzano и др., 2001; Luo и др., 2010). Кроме того, большинство исследований базировались на ограниченном количестве экспериментов, проведённых в конкретных местах, в течение коротких периодов и с отбором почвенных проб на малую глубину (например, 0–0,15 м), что ещё больше затрудняет возможность делать твёрдые выводы о практиках, полезных для ОУП (Luo и др., 2014).

В данной работе мы исследовали сложные взаимодействия почвы, климата и методов ведения сельского хозяйства на ОУП с помощью более систематического подхода с использованием агроэкологической модели Agricultural Production Systems sIMulator (APSIM). Путём переноса контрастных почв и климатических условий в этом австралийском исследовании (Рисунок 1) мы стремились выйти за рамки существующих сочетаний почвы и климата.

РИСУНОК 1 В исследовании анализировалось влияние взаимодействий почвы, климата и методов ведения сельского хозяйства на органический углерод почвы (ОУП) путём проведения факторного анализа контрастных почв, контрастных климатических условий и методов ведения хозяйства.

APSIM: моделирующая платформа

Моделирующая платформа, использованная в этом исследовании — APSIM версии 7.6 (Holzworth и др., 2014). APSIM — это агроэкологическая модель, которая была более широко валидирована при моделировании долгосрочной динамики ОУП в австралийских зерновых угодьях по сравнению с другими моделями и использовалась в широком спектре исследований, посвящённых севообороту, обработке почвы, управлению стерней и внесению удобрений (Huth и др., 2010; Thorburn и др., 2010; Luo и др., 2011; Zhao и др., 2013).

Подход к моделированию

Мы смоделировали факторную комбинацию контрастных уровней почвы, климата и методов ведения хозяйства, встречающихся в австралийском зернопроизводящем регионе, чтобы изучить их влияние на ОУП (Таблица 1). Например, (почва) Brigalow Vertosol в климатических условиях Wubin с (методами ведения хозяйства) нормой внесения удобрений 50 кг N/га/год, севооборотом пшеница–пшеница, нулевой обработкой и сжиганием стерни была одной из 144 комбинаций «почва–климат–методы ведения хозяйства», смоделированных в работе. Две выбранные почвы (глинистая и песчаная) и климаты (702 и 358 мм/год осадков) являются контрастными для австралийского зернопроизводящего региона (Рисунок 2). Действительно, зернопроизводящий регион характеризуется глинистыми почвами на востоке и песчаными на западе, субтропическим и тропическим климатом на севере и средиземноморским климатом на юге. Хотя севообороты и методы ведения хозяйства были реалистичными для Австралии, моделирование представляло собой анализ чувствительности и, следовательно, не отражало реальные эксперименты и не ставило целью описать какую-либо конкретную систему земледелия в определённом месте. Кроме того, моделирование не ставило целью описать все типы почв и климаты австралийских зерновых угодий. Моделирование длилось 90 лет (с 1 января 1924 г. по 31 декабря 2013 г.).

Таблица 1 Объясняющие переменные модели Agricultural Production Systems sIMulator и их уровни.

Пример комбинации почвы с климатом и методами ведения хозяйства, представляющей одну из 144 симуляций: Brigalow серый Vertosol в климатических условиях Wubin с нормой внесения удобрений 50 кг N/га/год, севооборотом пшеница–пшеница, нулевой обработкой и сжиганием стерни.

РИСУНОК 2 Расположение Wubin, Brigalow, зернопроизводящих регионов и зон выпадения осадков (A). Среднемесячные значения осадков (R), испарения с панели (E), максимальной и минимальной дневной температуры для Brigalow (B) и Wubin (C) (Jeffrey и др., 2001). Национальные климатические данные предоставлены Австралийским правительством – Бюро метеорологии (б.д.).

Два контрастных климата в симуляциях — это климат Brigalow и климат Wubin. Климат Brigalow (QLD, Австралия, 26°51′ ю.ш., 150°47′ в.д.) характеризуется высокой годовой нормой осадков (702 мм/год), при этом большая часть осадков (71%) выпадает в тёплые месяцы с октября по март. Напротив, климат Wubin (WA, Австралия, 30°06′ ю.ш., 116°38′ в.д.) характеризуется низкой годовой нормой осадков (358 мм/год), при этом большая часть осадков (63%) выпадает в зимние месяцы (май–июль; Рисунок 2). Осадки в Wubin очень низкие в летние месяцы. Две контрастные почвы в симуляциях — это Brigalow серый Vertosol, трещиноватая глинистая почва со средним содержанием ОУП (1,1% в слое 0–0,3 м) и Wubin глубокая жёлтая песчаная почва с низким содержанием ОУП (0,4% в слое 0–0,3 м; Таблица 2). Эти климаты (Рисунок 2) и почвы (Luo и др., 2013) приблизительно охватывают диапазон, встречающийся в австралийских зернопроизводящих районах.

Таблица 2 Начальное содержание ОУП в песчаной почве Wubin и глинистой почве Brigalow (данные о почве предоставлены CSIRO).

Конфигурация модели

Долгосрочные климатические данные Brigalow и Wubin были получены из базы климатических данных SILO (Правительство Квинсленда – Департамент науки, информационных технологий, инноваций и искусств, 2014). Данные о почвах для APSIM были получены из измерений, проведённых на почвах в исследуемых местах, и хранятся в базе данных APSIM-APSoil (APSIM Initiative, б.д.).

APSIM является компонентно-ориентированной моделью (Holzworth и др., 2014). В ходе симуляций различные модули, рассчитывающие почвенные и растительные процессы, взаимодействовали с ежедневным временным шагом, управляемые климатическими данными и мероприятиями по управлению посевами. Основными процессами, моделируемыми в этом исследовании, были динамика C и N в почве, включая выбросы закиси азота (N₂O) (APSIM-SoilN; Probert и др., 1998; Thorburn и др., 2010), динамика почвенной влаги (APSIM-SoilWat; Probert и др., 1998), температура почвы (APSIM-SoilTemp), рост растений и динамика растительных остатков (APSIM-SurfaceOM; Probert и др., 1998; Thorburn и др., 2001). Процессы управления, такие как севооборот, обработка почвы, управление стерней, посев, внесение удобрений и уборка урожая, применялись через модуль APSIM-Manager для отображения операций, проводимых в ходе симуляций. Модули APSIM-wheat и APSIM-chickpea моделировали рост и развитие растений с ежедневным временным шагом в расчёте на площадь, а не на отдельное растение. Рост растений реагировал на климат (температуру, осадки и радиацию), почвенную влагу и обеспеченность азотом (Keating и др., 2003). Динамика воды, N, C и корней моделировалась в почвенных слоях, при этом вода [и связанный с ней нитрат (NO₃⁻)] перемещалась между слоями при наличии градиентов. Модуль почвенной влаги, использованный в этом исследовании, представлял собой модель водного баланса типа «каскадное ведро». Минерализация N, иммобилизация N, нитрификация (согласно Probert и др., 1998) и денитрификация (согласно Thorburn и др., 2010) были явно описаны в каждом слое. Влажность почвы, pH и температура влияли на все процессы почвенного N-цикла.

Выбросы N₂O в APSIM моделировались как происходящие из нитрификации и денитрификации (Thorburn и др., 2010). Нитрификация в модели APSIM-SoilN следовала кинетике Михаэлиса–Ментен и модифицировалась pH, влажностью почвы и температурой (Probert и др., 1998). Выбросы N₂O при нитрификации рассчитывались как фиксированная пропорция — 0,2% от нитрифицированного N. Денитрификация моделировалась как реакция первого порядка, зависящая от NO₃⁻. Она также определялась активным C, температурой и аэрацией почвы. Аэрация почвы была представлена фактором влажности почвы, возрастающим от нуля до единицы при содержании влаги между верхним пределом дренирования (DUL) и насыщением (SAT). При этом предполагалось, что денитрификация происходит только при содержании влаги выше DUL. Денитрификация приводила к образованию N₂ и N₂O в соотношении, которое зависело от частного концентрации NO₃⁻ к выделившемуся CO₂, а также от заполненного водой порового пространства. Подробное описание процессов нитрификации и денитрификации было дано Probert и др. (1998) и Thorburn и др. (2010).

Тестирование модели

Мы протестировали моделирующую способность APSIM, используя детальные данные из Warra (26,93° ю.ш., 150,92° в.д.), в 16 км к юго-востоку от города Brigalow, и из Buntine (30°04′ ю.ш., 116°13′ в.д.), в 15 км к северу от города Wubin. Данные для Warra были получены из работ Dalal и др. (1995) и Luo и др. (2011), а данные для Buntine — из Liebe Group (2012, 2015). Почва и климат Warra аналогичны почве и климату Brigalow, использованным в модели APSIM, описанной в предыдущем абзаце. Кроме того, почва и климат Buntine аналогичны почве и климату Wubin. Конфигурация модели была выполнена с использованием широкого спектра доступной информации. Агрономические записи о сроках посева, выборе сортов, густоте стояния растений, обработке почвы и опрыскивании от сорняков использовались для воспроизведения исторического управления. APSIM смогла адекватно описать биомассу растений и урожайность зерна в Warra в некоторых случаях (Рисунок 3A). В других случаях различия между смоделированными и наблюдаемыми значениями можно было объяснить тем, что полевые эксперименты не были специально разработаны для тестирования APSIM, и поэтому исследователи собрали недостаточно информации. Кроме того, поскольку конфигурация модели, выполненная Luo и др. (2011), основывалась на описаниях полевых экспериментов, данных Dalal и др. (1995), возможно, отсутствовала некоторая информация для конфигурации модели, точно отражающей полевые эксперименты. Что более важно, несмотря на некоторые описанные выше расхождения, ОУП был хорошо представлен, поскольку APSIM смогла адекватно моделировать изменения содержания C в поверхностных слоях почвы для большинства лет в Warra и Buntine (Рисунок 3).

РИСУНОК 3 Смоделированная и наблюдаемая биомасса растений и урожайность для Warra (A) и смоделированная и наблюдаемая урожайность для Buntine (F). Смоделированные (линии) и наблюдаемые (точки) значения органического углерода почвы (ОУП; 0–0,1 м) в Warra (B–E) и Buntine (G–I) при различных методах ведения хозяйства с течением времени. Для Warra различными методами ведения хозяйства были следующие: севообороты люцерна–пшеница (LW) и пшеница–люцерна (WL) и бессменная пшеница (CW) с традиционной обработкой (CT) и без обработки (NT). Обработка CWCT, представленная на (A), не удобрялась (по данным Luo и др., 2011). Для Buntine различными методами ведения хозяйства были следующие: внесение органического вещества (OM), сжигание стерни (SB) и контроль (минимальная обработка с рыхлящими лапами и полное сохранение стерни).

Мы также протестировали модель, сравнивая смоделированную и наблюдаемую урожайность и индексы сбора урожая пшеницы при комбинации почвы и климата Wubin и почвы и климата Brigalow. В некоторых случаях симуляции продуктивности культур были близки к урожайности фермеров в регионах Wubin и Brigalow (Таблицы 3 и 4). В других случаях симуляции завышали урожайность, вероятно, из-за факторов, не учтённых в модели APSIM, таких как дефицит/токсичность питательных веществ (не связанных с N), сорняки, вредители и болезни, сильные заморозки или чрезмерная жара (Mason, 1992; Luo и др., 2011).

Таблица 3 Сравнение средней урожайности из симуляций APSIM (1924–2013), объединяющих почву Wubin и климат Wubin, литературы и опросов, проведённых в рамках проекта CSIRO «Достижение наименее затратного сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) — возможности в австралийских зерновых хозяйствах».

Таблица 4 Сравнение урожайности из симуляций APSIM (1924–2013), объединяющих почву Brigalow и климат Brigalow, литературы и опросов, проведённых в рамках проекта CSIRO «Достижение наименее затратного сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) — возможности в австралийских зерновых хозяйствах».

Индекс сбора урожая, представляющий собой отношение собранного зерна к общей надземной сухой биомассе, был довольно хорошо смоделирован APSIM по сравнению с максимальным индексом сбора, приведённым в обзоре Unkovich и др. (2010) по индексу сбора для австралийских полевых культур (Рисунок 4; Таблица 5).

РИСУНОК 4 Взаимосвязь между урожайностью зерна пшеницы и надземной сухой биомассой пшеницы. Синяя линия — это линия линейной регрессии, наклон которой определяет индекс сбора для всех вариантов обработки. Данные получены из симуляции Agricultural Production Systems sIMulator, объединяющей климат и почву Wubin, традиционную обработку и сжигание стерни. Период моделирования: 1924–2013.

Таблица 5 Сравнение индекса сбора между симуляциями APSIM и литературой.

Период моделирования: 1924–2013.

Кроме того, прогноз ОУП после 90 лет ведения хозяйства был согласован с литературными данными (данные фермеров; White, 1990; Luo и др., 2011; Soil Quality Pty Ltd, 2014; The Soil Carbon Research Program - CSIRO Australian Universities and State Government Agencies, 2014).

Статистический анализ

Мы провели анализ чувствительности, чтобы изучить, как неопределённость в выходных данных модели (ОУП) может быть распределена между различными источниками неопределённости во входных данных, называемых объясняющими переменными. Здесь объясняющими переменными были почва, климат, внесение удобрений, обработка почвы, управление стерней и севооборотом (Таблица 1), а статистическая модель имела вид:

где Y — измеряемый отклик ОУП, Xi — объясняющая переменная i (почва, климат, внесение удобрений, обработка почвы, управление стерней и севооборотом), α — свободный член, βj — наклоны или коэффициенты, а ε — ошибки.

Поскольку мы имеем линейную модель, комбинация R² (коэффициента детерминации) отдельной объясняющей переменной с частным R² была эффективным способом обобщения влияния переменных на ОУП. R² объясняющей переменной i и частный R² представляют собой соответственно вклад отдельной переменной и вклад переменной с её взаимодействием с другими переменными в дисперсию ОУП.

Мы рассчитали R² объясняющей переменной Xi для модели, включающей только объясняющую переменную i:

где Y — измеряемый отклик ОУП, Xi — объясняющая переменная i (почва, климат, внесение удобрений, обработка почвы, управление стерней и севооборотом), α — свободный член, βi — наклон или коэффициент, а ε — ошибки.

Мы рассчитали частный R² объясняющей переменной i как разницу между R² общей модели и R² общей модели без объясняющей переменной i (и, следовательно, без всех взаимодействий, в которых участвует эта переменная i). Частный R² представляет собой увеличение R² за счёт добавления переменной i в модель.

Мы провели ещё один статистический анализ влияния почвы, климата, внесения удобрений, обработки почвы, управления стерней и севооборотом на скорость потерь ОУП в течение 90 смоделированных лет. Мы использовали ковариационный анализ (ANCOVA) для моделирования взаимосвязи между скалярной зависимой переменной «ОУП в слое 0–0,3 м» и множественными объясняющими переменными: время, почва, климат, внесение удобрений, обработка почвы, управление стерней и севооборотом (Уравнение 1).

Поскольку остатки ANCOVA зависели от времени (анализ автокорреляции был значимым), мы сгладили краткосрочные колебания, чтобы выделить более долгосрочные тренды. Таким образом, мы рассчитали скользящее среднее 6-го порядка для ОУП для каждой комбинации почвы, климата, внесения удобрений, обработки почвы, управления стерней и севооборотом для каждого года.

Затем мы использовали тест взаимодействия между переменной времени и другими объясняющими переменными модели ANCOVA для сравнения наклонов линий линейной регрессии, соответствующих скорости потерь ОУП с течением времени для различных переменных (почва, климат, внесение удобрений и т.д.).

Корреляционная матрица на основе параметрического критерия корреляции Пирсона исследовала зависимость между изменением ОУП за 90 смоделированных лет и средней урожайностью нута. Коэффициент корреляции Пирсона (r) является мерой линейной корреляции между изменением ОУП за 90 смоделированных лет и средней урожайностью нута, принимая значение от +1 до -1 включительно, где 1 означает полную положительную корреляцию, 0 — отсутствие корреляции, а -1 — полную отрицательную корреляцию.

Мы изучили относительный вклад переменных почвы, климата и методов ведения хозяйства в вариации ОУП за первые и последние 10 смоделированных лет, а также относительный вклад методов ведения хозяйства при фиксированных почве и климате. Мы обнаружили, например, что за последние 10 лет симуляций тип почвы (т.е. почва Brigalow или почва Wubin, Таблица 2) и её взаимодействия с климатом и методами ведения хозяйства объясняли 66% вариации ОУП. Тип климата, норма внесения удобрений, тип севооборота, управление стерней и обработка почвы, а также их взаимодействия объясняли соответственно 18, 15, 3, 2 и 1% (R² = 99,79). Мы также изучили влияние уровней переменных (например, почва Wubin против почвы Brigalow, Таблица 1) на ОУП за 90 смоделированных лет, а затем более подробно исследовали влияние севооборота и климата на ОУП. Мы обнаружили, что при внесении удобрений за последние 10 лет симуляций ОУП был в среднем на 7,2% выше при севообороте пшеница–пшеница, чем при севообороте пшеница–нут. При отсутствии внесения удобрений смоделированная урожайность пшеницы была на 67% выше, а ОУП в слое 0–0,3 м — на 23% выше при севообороте пшеница–нут по сравнению с севооборотом пшеница–пшеница. Кроме того, в климате Brigalow в 13 из 16 сценариев ОУП снижался или оставался стабильным с течением времени. В итоге мы выявили некоторые потенциальные экологические компромиссы, связанные с методами, повышающими ОУП.

Влияние почвы, климата и методов ведения хозяйства на ОУП

Результаты анализа чувствительности показали, что тип почвы (т.е. почва Brigalow или почва Wubin, Таблица 2) и её взаимодействия с климатом и методами ведения хозяйства объясняли 96% вариации ОУП за первые 10 лет и 66% за последние 10 лет. Важность почвы была ожидаемой, учитывая большую разницу в начальном ОУП между почвами Brigalow и Wubin, а также то, что начальный ОУП оказывал большое влияние на траекторию ОУП. Тип климата (т.е. климат Brigalow или климат Wubin) и его взаимодействия с другими объясняющими переменными также оказывали значительное влияние на вариацию ОУП (первые 10 лет: 3%, последние 10 лет: 18%). Норма внесения удобрений оказывала меньшее влияние, причём эффект наиболее сильно проявлялся через несколько десятилетий постоянных методов ведения хозяйства (последние 10 лет: 15%). Тип севооборота, управление стерней и обработка почвы оказывали значительно меньшее влияние по сравнению с другими объясняющими переменными (последние 10 лет: соответственно 3, 2 и 1%).

Два исследуемых места (т.е. почва Brigalow в сочетании с климатом и почва Wubin в сочетании с климатом) были подвергнуты раздельному анализу чувствительности, чтобы определить, различается ли чувствительность ОУП к методам управления в этих местах (Рисунок 5).

РИСУНОК 5 Вклад методов ведения хозяйства в вариации ОУП для почв и климатов Brigalow (A) и Wubin (B). (A1, B1) Первые 10 лет симуляций и (A2, B2) последние 10 лет симуляций. R² переменной i и частный R² представляют собой соответственно вклад отдельной переменной и вклад переменной с её взаимодействием с другими переменными в дисперсию ОУП.

Для Brigalow анализ показал, что за первые 10 лет практика внесения удобрений и её взаимодействия с другими методами ведения хозяйства объясняли 25% вариации ОУП, за ней следовали севооборот (8%), управление стерней (3%) и обработка почвы (2%). За последние 10 лет практика внесения удобрений и её взаимодействия с другими методами ведения хозяйства объясняли 92% вариации ОУП, за ней следовали севооборот (33%), управление стерней (6%) и обработка почвы (3%).

Для Wubin анализ показал, что за первые 10 лет обработка почвы и её взаимодействия с другими методами ведения хозяйства объясняли 32% вариации ОУП, внесение удобрений также объясняло 32%, за ними следовали управление стерней (10%) и севооборот (9%). За последние 10 лет практика внесения удобрений и её взаимодействия с другими методами ведения хозяйства объясняли 70% вариации ОУП, за ней следовали управление стерней (23%), севооборот (13%) и обработка почвы (12%).

Таким образом, вклад объясняющих переменных в вариации ОУП различался между местами Brigalow и Wubin, а также между первыми и последними 10 годами симуляций. Однако для обоих мест в течение последних 10 лет внесение удобрений было безусловно переменной, внёсшей наибольший вклад в вариации ОУП (Brigalow: 92% и Wubin: 70%).

Наряду с исследованием факторов, связанных с величиной ОУП, мы изучили факторы, связанные со скоростью потерь ОУП за 90 смоделированных лет. Скорость потерь ОУП, усреднённая по всем методам ведения хозяйства и обоим климатам, была выше на глинистой почве Brigalow, чем на песчаной почве Wubin (Таблица 6). Кроме того, она была выше в климате Brigalow, чем в климате Wubin, и выше при севообороте пшеница–пшеница, чем при севообороте пшеница–нут. Внесение N-удобрений снижало скорость потерь ОУП, причём наименьшая скорость изменения наблюдалась при норме 100 кг N/га/год, а наибольшая — при отсутствии внесения удобрений. Сжигание стерни приводило к более высокой скорости потерь ОУП, чем сохранение стерни. Кроме того, нулевая обработка приводила к более высокой скорости потерь ОУП, чем традиционная обработка.

Таблица 6 Влияние типов почв, климатов и методов ведения хозяйства на скорость потерь ОУП за 90 смоделированных лет (1924–2013).

Статистический подход подробно описан в разделе «Статистический анализ». Знак «–» указывает, что уровень переменной снижает наклон скорости потерь ОУП с течением времени, «– –» указывает, что он снижает наклон в большей степени, чем другой уровень переменной, а «+» указывает, что он увеличивает наклон.

Влияние севооборота и внесения удобрений на ОУП

При внесении удобрений севооборот пшеница–пшеница приводил к более высокому ОУП по сравнению с севооборотом пшеница–нут. Действительно, за последние 10 лет симуляций ОУП был в среднем на 7,2% выше при севообороте пшеница–пшеница, чем при севообороте пшеница–нут. Это объяснялось тем, что нут в севообороте пшеница–нут приводил к включению на 47% меньше биомассы C в пул органического вещества почвы (1250 кг/га/год) по сравнению с пшеницей в севообороте пшеница–пшеница (2375 кг/га/год). Однако при отсутствии внесения удобрений бобовая фаза увеличивала урожайность пшеницы и ОУП благодаря фиксированному N, добавляемому в почву (в среднем 50 кг/га/год за последние 10 лет симуляций). Например, за последние 10 лет симуляций при отсутствии внесения удобрений смоделированная урожайность пшеницы была на 67% выше, а ОУП в слое 0–0,3 м — на 23% выше при севообороте пшеница–нут по сравнению с севооборотом пшеница–пшеница.

Влияние климата на ОУП

В пределах конкретной комбинации почвы и методов ведения хозяйства для данного года ОУП был ниже в климате Brigalow, чем в климате Wubin (Рисунок 6). Кроме того, в климате Brigalow для любого типа почвы ОУП всегда снижался или оставался стабильным с течением времени, за исключением трёх сценариев, объединяющих песчаную почву Wubin, севооборот пшеница–пшеница, норму внесения удобрений 100 кг N/га/год и традиционную или нулевую обработку с сохранением стерни. Для этих трёх сценариев ОУП немного увеличивался с течением времени. Напротив, в климате Wubin при внесении удобрений для любой комбинации почвы и методов ведения хозяйства ОУП почти всегда увеличивался. Этот результат подчёркивает важность климата для ОУП.

РИСУНОК 6 Влияние почвы, климата и различных методов ведения хозяйства на ОУП (0–0,3 м) за 90 лет симуляций APSIM. (A) Глинистая почва Brigalow, (B) Песчаная почва Wubin.

Влияние на ОУП и окружающую среду

Влияние урожайности на ОУП

В симуляциях урожайность пшеницы увеличивалась вместе с ОУП. Эта корреляция была ожидаемой, поскольку увеличение смоделированной урожайности пшеницы было результатом более высокой смоделированной биомассы C пшеницы, которая возвращала большее количество C в почву через корни и растительные остатки. Напротив, увеличение урожайности нута часто ассоциировалось со снижением ОУП (Рисунок 7), что свидетельствует о том, что в симуляциях нута действовали иные механизмы, контролирующие взаимосвязь между биомассой C растений и почвенным C. Это было обусловлено более высокими концентрациями N в остатках и корнях нута, так что увеличение урожайности нута способствовало повышению содержания N в почве, что стимулировало минерализацию C и, следовательно, потери ОУП. Потенциальное положительное влияние урожайности пшеницы на ОУП представляет интерес, поскольку означает, что процесс увеличения ОУП поддерживается целями фермеров по повышению урожайности пшеницы. Однако оказывают ли методы, повышающие урожайность пшеницы и, следовательно, ОУП, только положительное влияние на окружающую среду?

РИСУНОК 7 Корреляция между средней урожайностью нута и процентным изменением ОУП (0–0,3 м) за 90 лет симуляций APSIM.

Влияние внесения удобрений на ОУП и окружающую среду

Для повышения урожайности пшеницы и ОУП при конкретной комбинации почвы и климата наиболее эффективным способом было увеличение нормы внесения удобрений. Однако это приводило к усилению выщелачивания N и выбросов N₂O, особенно в среде, подверженной выщелачиванию, такой как песчаная почва, или в условиях климата с высоким количеством осадков (Рисунок 8).

РИСУНОК 8 Влияние нормы внесения удобрений на ОУП (0–0,3 м) (A), потери N за счёт выщелачивания (B) и выбросы N₂O (C) для комбинации почвы Brigalow и климата, а также для комбинации почвы Wubin и климата.

Влияние климата и характера посевов/паров на окружающую среду

При сравнении процесса выщелачивания N в паровой период и в период вегетации (Рисунок 9) в климате Brigalow выщелачивание N происходило главным образом в паровой период: в период вегетации поглощение N растениями эффективно снижало количество почвенного N, доступного для выщелачивания. В климате Wubin выщелачивание N происходило в период вегетации, поскольку сезонные осадки в этот период выше, чем в климате Brigalow, что увеличивало дренаж даже при наличии поглощения растениями.

РИСУНОК 9 Смоделированные кумулятивные выбросы N₂O и кумулятивные потери N за счёт выщелачивания в паровой и вегетационный периоды для почвы Brigalow + климат (A) и для почвы Wubin + климат (B). Условия моделирования: севооборот пшеница–пшеница с нормой внесения удобрений 50 кг N/га/год, среднее значение за последние 10 лет симуляций.

При сравнении выбросов N₂O в паровой период и в период вегетации (Рисунок 9) в климате Brigalow выбросы N₂O были одинаковыми в паровой и вегетационный периоды, тогда как в климате Wubin выбросы N₂O происходили главным образом в период вегетации. Это различие можно объяснить тем, что выбросы N₂O зависели от доступности воды. В Brigalow выпадало больше осадков, довольно равномерно распределённых в течение года. В Wubin осадки выпадали главным образом в период вегетации, способствуя выбросам N₂O в этот период.

Влияние почвы, климата, методов ведения хозяйства и их взаимодействий на ОУП

В этом исследовании ОУП по-разному подвергался влиянию различных комбинаций почв, климатов и методов ведения хозяйства и может в некоторой степени управляться с помощью простых изменений в агрономической практике. Это согласуется с результатами Sperow и др. (2003), Yan и др. (2007), Luo и др. (2010), Zhao и др. (2013) и Robertson и др. (2015). Для участков Brigalow и Wubin норма внесения удобрений объясняла значительно большую долю изменчивости ОУП, чем севооборот, обработка почвы и управление стерней за последние 10 смоделированных лет (92 и 70% соответственно), что подчёркивает важность внесения удобрений для секвестрации C. Однако смоделированные результаты для участков Brigalow и Wubin показали, что увеличение нормы внесения удобрений для стимулирования секвестрации C может иметь последствия для окружающей среды, увеличивая вероятность потерь N за счёт выщелачивания и денитрификации (с сопутствующими выбросами N₂O), особенно в сезон дождей в тропическом и субтропическом климате и в паровой период. Этот компромисс важен, поскольку N₂O в 296 раз более активен как парниковый газ, чем CO₂ (Kong и др., 2010), и подчёркивает сложности одновременного управления ОУП, выбросами N₂O и выщелачиванием NO₃⁻ в системах земледелия. Сельскохозяйственные практики, которые действительно смягчают изменение климата, не могут просто осуществлять секвестрацию ОУП, но должны в то же время ограничивать выбросы других ПГ. Обработка почвы и управление стерней оказывали ограниченное влияние на вариации ОУП по сравнению с влиянием почвы, климата и других методов ведения хозяйства. Несколько полевых исследований для Австралии не выявили значительного положительного влияния нулевой обработки и сохранения стерни на ОУП: это исследования по обработке почвы (Gupta и др., 1994; Fettell and Gill, 1995; Armstrong и др., 2003; Dalal и др., 2007) и исследования по управлению стерней (Gupta и др., 1994; Fettell and Gill, 1995; Valzano и др., 2001). Эти полевые исследования включали факторный анализ двух типов методов ведения хозяйства на конкретном участке; влияние почвы, климата и других методов управления не входило в этот факторный анализ. Следовательно, данная работа способствует пересмотру для Австралии широко распространённого мнения о том, что уменьшенная обработка почвы и сохранение стерни приводят к существенной секвестрации C в пахотных почвах — мнения, которое возникло на основе исследований из различных частей мира, включая Северную Америку (Beare и др., 1994; Dick и др., 1998; Yang and Kay, 2001), Бразилию (Sá и др., 2001), Европу (Smith и др., 1998, 2000) и Австралию (Standley и др., 1990; Cavanagh и др., 1991; Carter and Mele, 1992; Smettem и др., 1992; Dalal и др., 1995; Heenan и др., 1995; Chan and Hulugalle, 1999; Hulugalle and Entwistle, 1997; Pankhurst и др., 2002).

Влияние севооборотов с бобовой фазой на ОУП

Связь между эффектами удобрений и эффектами бобовых на ОУП является косвенной и сложной. Добавление N, будь то из удобрений или N, возвращённого в остатках азотфиксирующих бобовых, увеличивает урожайность (что может стимулировать увеличение ОУП) и увеличивает минерализацию C (что может стимулировать снижение ОУП). Таким образом, чистые результаты увеличения добавления N будут компромиссом между этими двумя процессами. Этот компромисс дополнительно усложняется тем фактом, что увеличение урожайности бобовой культуры, такой как нут, также увеличивает количество N, возвращаемого в почву. Следовательно, изменения ОУП зависят от соотношения выгоды от биомассы бобовых к N, возвращённому в почву. Именно поэтому при отсутствии внесения удобрений включение бобовых было полезно для ОУП; снижение урожайности в год перехода от пшеницы к бобовым компенсировалось увеличением последующей урожайности пшеницы за счёт N, фиксированного из атмосферы бобовыми. При внесении удобрений включение бобовой фазы в севооборот не было хорошим решением для увеличения ОУП, поскольку бобовая фаза может приводить к меньшему включению биомассы C в пул органического вещества почвы по сравнению с другими культурами, снижая последующий ОУП. Она также может способствовать повышению содержания N в почве, что стимулирует минерализацию C и, следовательно, потери ОУП. Эти результаты подтверждаются полевыми экспериментами Dalal и др. (1995), которые не обнаружили положительного влияния фазы нута на ОУП. Однако эти результаты противоречат данным Hoyle и др. (2011), которые описали включение сидератов как оказывающее положительное влияние на ОУП.

Влияние климата на ОУП

В субтропическом климате Brigalow для любого типа почвы ОУП всегда снижался или оставался стабильным с течением времени, за исключением трёх сценариев, объединяющих песчаную почву Wubin, севооборот пшеница–пшеница, норму внесения удобрений 100 кг N/га/год и традиционную или нулевую обработку с сохранением стерни. Для этих трёх сценариев ОУП немного увеличивался с течением времени (Рисунок 6). Напротив, в средиземноморском климате Wubin ОУП увеличивался в большинстве случаев при добавлении N, независимо от того, была ли почва с высоким содержанием ОУП (Brigalow) или низким (почва Wubin). Следовательно, смоделированные результаты факторного анализа, объединившего две контрастные почвы и контрастные климаты, свидетельствуют о том, что климат оказывал большее влияние на тренды ОУП на этих двух участках, чем начальный ОУП, который часто считается движущим фактором. Таким образом, наше исследование дополняет вывод Zhao и др. (2013) о важности начального ОУП. Они оценили с помощью моделирования изменения ОУП с течением времени при различных методах ведения хозяйства для трёх зон с однородными типами почв и климатическими характеристиками. Они обнаружили, что чем выше начальный ОУП, тем больше снижение ОУП. Наш факторный подход позволил нам проанализировать данные за пределами существующих комбинаций почва–климат и показал, что закономерность, описанная Zhao, нарушается при комбинировании почвы Brigalow с климатом Wubin. Таким образом, мы можем заключить, что вывод Zhao зависел от местных климатических условий и что начальный ОУП оказывает большое влияние на тренды ОУП только в том случае, если климат постоянен. Важность климатического ограничения для ОУП, подчёркнутая в этом австралийском исследовании, подтверждается Dalal и Mayer (1986), которые обнаружили, что среднегодовое количество осадков в значительной степени определяет ОУП в шести австралийских почвах, отобранных в южном Квинсленде, а также Lal (2004), Yan и др. (2007) и Luo и др. (2010), проводившими исследования в других странах. В APSIM секвестрация ОУП снижается как с температурой, так и с количеством осадков, поскольку разложение ОУП увеличивается с содержанием почвенной влаги и высокой температурой почвы (Holzworth и др., 2014). Однако высокая температура и количество осадков могут также увеличивать секвестрацию ОУП при определённых условиях, стимулируя рост растений и, следовательно, возврат биомассы в почву. Следовательно, влияние климата на ОУП, как показано в этом исследовании, зависит от других переменных, таких как почва и методы ведения хозяйства. Например, Davidson и Janssens (2006) указали, что внутренне разнообразная природа ОУП и экологические ограничения затемняют реакции динамики ОУП на повышение температуры. Исследование подчёркивает преимущества совместного рассмотрения почвы, климата и методов ведения хозяйства при изучении динамики ОУП и, следовательно, может помочь в разработке будущих целевых исследований, расширяющих наши знания о взаимодействии ОУП с агроэкосистемами и о влиянии изменения климата на ОУП. Действительно, глобальное потепление, изменения в количестве осадков и повышение атмосферного CO₂ влияют как на продуктивность культур, так и на разложение ОУП, и необходимы дальнейшие исследования по этой теме. Например, степень, в которой температура влияет на ОУП, всё ещё недостаточно изучена (Giardina and Ryan, 2000; Fang и др., 2005; Davidson and Janssens, 2006).

Влияние покровных культур на ОУП и окружающую среду

Поскольку летний паровой период в Brigalow влажный и жаркий, в этот период наблюдается более высокая минерализация C по сравнению с более сухим летом в Wubin. Кроме того, поскольку никакая культура не высаживается, поступление C в почву ограничено. Следовательно, паровой период в Brigalow подвержен снижению ОУП, что может оказывать негативное влияние в краткосрочной и долгосрочной перспективе на биологические, физические и химические свойства почвы (Peverill и др., 1999; Hoyle, 2013). Выращивание покровной культуры летом в Brigalow и в других местах, где в обычный паровой период выпадает достаточное количество осадков, может увеличить ОУП двумя способами: (i) увеличить поступление биомассы C и (ii) поддерживать почву более сухой за счёт поглощения воды растениями и, следовательно, снизить минерализацию C. Покровные культуры в Wubin и в более широком смысле в полузасушливом климате, вероятно, не будут иметь этих преимуществ для ОУП из-за недостатка воды для роста культур в паровой период. Использование покровных культур поощряется в ряде публикаций (Sanderman и др., 2010; Hoyle и др., 2011; Thorburn и др., 2013), но их потенциал в тропическом и субтропическом климате, возможно, часто недооценивался в литературе. Существует дополнительное преимущество выращивания покровной культуры летом в Brigalow и регионах со схожими режимами выпадения осадков. Действительно, паровой период был наиболее подвержен выщелачиванию N (Рисунок 9), и покровные культуры, поглощая избыток N и почвенную влагу, могут быть решением для ограничения N в подземных водах и N, возвращаемого в атмосферу. Однако покровные культуры могут привести к недостаточному содержанию почвенной влаги для последующей культуры. Кроме того, покрывая поверхность почвы, они могут также ограничивать испарение почвенной влаги и, следовательно, способствовать выбросам N₂O. Изучение влияния покровных культур на содержание почвенной влаги и исследование того, что оказывает более сильное влияние на содержание почвенной влаги и выбросы N₂O — ограниченное испарение почвенной влаги или поглощение воды во время выращивания покровной культуры, — могут стать темами будущих модельных исследований.

С помощью симуляций APSIM, объединяющих контрастные почвы, климаты и методы ведения хозяйства, мы показали, что начальное содержание C в почве оказывало наибольшее влияние на ОУП с течением времени, за ним следовали климат и практика внесения удобрений. Обработка почвы и управление стерней оказывали меньшее влияние по сравнению с почвой, климатом и другими методами ведения хозяйства. Кроме того, включение фазы нута в севооборот пшеница–нут оказывало негативное влияние на ОУП при внесении удобрений. Выходя за рамки существующих сочетаний почвы и климата, перенос контрастных почв и климатов показал важность климатических ограничений для ОУП. Исследование поставило вопрос о потенциале покровных культур в Brigalow и других регионах с достаточным количеством осадков в паровой период для увеличения ОУП, а также для ограничения выбросов N₂O. Кроме того, мы показали некоторые сложности одновременного управления ОУП, выбросами N₂O и выщелачиванием NO₃⁻ в системах земледелия. Сельскохозяйственные практики, которые действительно смягчают изменение климата, не могут просто осуществлять секвестрацию ОУП, но должны в то же время ограничивать выбросы других ПГ. Влияние климата на баланс ОУП требует дальнейшего изучения с учётом важности климатического влияния, подчёркнутой в этом исследовании, и фактического контекста изменения климата. Кроме того, необходимы дальнейшие исследования потенциала использования покровных культур в тропическом и субтропическом климате, а также одновременного управления ОУП и выбросами N₂O в агроэкосистемах.

1. APSIM Initiative (n.d.). APSoil [WWW Document]. Available at: https://www.apsim.info/Products/APSoil.aspx [accessed on November 16, 2015]. Google Scholar.

2. Armstrong R. D., Millar G., Halpin N. V., Reid D. J., Standley J. (2003). Using zero tillage, fertilisers and legume rotations to maintain productivity and soil fertility in opportunity cropping systems on a shallow Vertosol. Aust. J. Exp. Agric. 43:141. doi: 10.1071/EA01175. CrossRef. Google Scholar.

3. Australian Government - Bureau of Meteorology (n.d.). Bureau of Meteorology [WWW Document]. Available at: http://www.bom.gov.au/ [accessed on May 28, 2014]. Google Scholar.

4. Batjes N. H. (2005). Organic carbon stocks in the soils of Brazil. Soil Use Manag. 21:22–24. doi: 10.1079/SUM2005286. CrossRef. Google Scholar.

5. Beare M. H., Hendrix P. F., Cabrera M. L., Coleman D. C. (1994). Aggregate-protected and unprotected organic matter pools in conventional- and no-tillage soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 58:787–795. doi: 10.2136/sssaj1994.03615995005800030021x. CrossRef. Google Scholar.

6. Carter M. R., Mele P. M. (1992). Changes in microbial biomass and structural stability at the surface of a duplex soil under direct drilling and stubble retention in north-eastern victoria. Aust. J. Soil Res. 30:493–503. doi: 10.1071/SR9920505. CrossRef. Google Scholar.

7. Cavanagh P. P., Koppi A. J., Mcbratney A. B. (1991). The effects of minimum cultivation after three years on some physical and chemical properties of a red-brown earth at forbes. N. S. W. Aust. J. Soil Res. 29:263–270. doi: 10.1071/SR9910263c. CrossRef. Google Scholar.

8. Chan K. Y., Hulugalle N. R. (1999). Changes in some soil properties due to tillage practices in rainfed hardsetting Alfisols and irrigated Vertisols of eastern Australia. Soil Tillage Res. 53:49–57. doi: 10.1016/S0167-1987(99)00076-8. CrossRef. Google Scholar.

9. Commonwealth of Australia (2014). Quarterly Update of Australia's National Greenhouse Gas Inventory. Available at: https://www.environment.gov.au/system/files/resources/7d5f76fe-3128-44dd-bef1-f6fa008f686f/files/nggi-quarterly-update-mar-2014_0.pdf (accessed May 10, 2016). Google Scholar.

10. Cosier P., Flannery T., Harding R., Karoly D., Lindenmayer D., Possingham F. A. A., et al (2009). Optimising Carbon in the Australian Landscape. Boston: Wentworth Group. Google Scholar.

11. Dalal R. C., Mayer R. J. (1986). Long-term trends in fertility of soils under continuous cultivation and cereal cropping in southern queensland. ii total organic carbon and its rate of loss from the soil profile. Aust. J. Soil Res. 24:281–292. doi: 10.1071/SR9860265. CrossRef. Google Scholar.

12. Dalal R. C., Strong W. M., Cooper J. E., King A. J. (2007). No-tillage and nitrogen application affects the decomposition of 15 N-labelled wheat straw and the levels of mineral nitrogen and organic carbon in a Vertisol. Aust. J. Exp. Agric. 47:862–868. doi: 10.1071/EA06118. CrossRef. Google Scholar.

13. Dalal R. C., Strong W. M., Weston E. J., Cooper J. E., Lehane K. J., King A. J., et al (1995). Sustaining productivity of a Vertisol at Warra, Queensland, with fertilisers, no-tillage, or legumes 1. Organic matter status. Aust. J. Exp. Agric. 35:903–913. doi: 10.1071/EA9950903. CrossRef. Google Scholar.

14. Davidson E. A., Janssens I. A. (2006). Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change. Nature 440:165–173. doi: 10.1038/nature04514. CrossRef. Google Scholar.

15. Dick W. A., Blevins R. L., Frye W. W., Peters S. E., Christenson D. R., Pierce F. J., et al (1998). Impacts of agricultural management practices on C sequestration in forest-derived soils of the eastern Corn Belt. Soil Tillage Res. 47:235–244. doi: 10.1016/S0167-1987(98)00112-3. CrossRef. Google Scholar.

16. Fang C., Smith P., Moncrieff J. B., Smith J. U. (2005). Similar response of labile and resistant soil organic matter pools to changes in temperature. Nature 433:57–59. doi: 10.1038/nature03138. CrossRef. Google Scholar.

17. Fertilizer Industry Federation of Australia CSIRO (eds). (2006). "Fertilize for profits," in Australian Soil Fertility Manual CSIRO Publishing Melbourne. Google Scholar.

18. Fettell N., Gill H. (1995). Long-term effects of tillage, stubble, and nitrogen management on properties of a red-brown earth. Aust. J. Exp. Agric. 35:923–928. doi: 10.1071/EA9950923. CrossRef. Google Scholar.

19. Giardina C. P., Ryan M. G. (2000). Evidence that decomposition rates of organic carbon in mineral soil do not vary with temperature. Nature 404:858–861. doi: 10.1038/35009076. CrossRef. Google Scholar.

20. Gupta V. V. S. R., Roper M. M., Kirkegaard J. A., Angus J. F. (1994). Changes in microbial biomass and organic matter levels during the first year of modified tillage and stubble management practices on a red earth. Aust. J. Soil Res. 32:1339–1354. doi: 10.1071/SR9941339. CrossRef. Google Scholar.

21. Heenan D., McGhie W., Thomson F., Chan K. (1995). Decline in soil organic carbon and total nitrogen in relation to tillage, stubble management, and rotation. Aust. J. Exp. Agric. 35:877–884. doi: 10.1071/EA9950877. CrossRef. Google Scholar.

22. Hillel D., Rosenzweig C. (2011). "The role of soils in climate change," in Handbook of Climate Change and Agroecosystems, Impacts, Adaptation, and Mitigation eds Hillel D., Rosenzweig C. (London: Imperial College Press) 9–20. Google Scholar.

23. Holzworth D. P., Huth N. I., Peter G., Zurcher E. J., Herrmann N. I., Mclean G., et al (2014). APSIM - Evolution towards a new generation of agricultural systems simulation. Environ. Model. Softw. 62:327–350. doi: 10.1016/j.envsoft.2014.07.009. CrossRef. Google Scholar.

24. Hoyle F. (2013). Managing Soil Organic Matter: A Practical Guide. Kingston, ACT: Central Queensland Soil Health. Google Scholar.

25. Hoyle F. C., Baldock J. A., Murphy D. V. (2011). "Soil organic carbon -- role in rainfed farming systems," in Rainfed Farming Systems eds Tow P., Cooper I., Partridge I., Birch C. (Dordrecht: Springer) 339–361. doi: 10.1007/978-1-4020-9132-2. CrossRef. Google Scholar.

26. Hulugalle N. R., Entwistle P. (1997). Soil properties, nutrient uptake and crop growth in an irrigated Vertisol after nine years of minimum tillage. Soil Tillage Res. 42:15–32. doi: 10.1016/S0167-1987(96)01104-X. CrossRef. Google Scholar.

27. Huth N. I., Thorburn P. J., Radford B. J., Thornton C. M. (2010). Impacts of fertilisers and legumes on N~2~O and CO~2~ emissions from soils in subtropical agricultural systems: a simulation study. Agric. Ecosyst. Environ. 136:351–357. doi: 10.1016/j.agee.2009.12.016. CrossRef. Google Scholar.

28. Jeffrey S. J., Carter J. O., Moodie K. B., Beswick A. R. (2001). Using spatial interpolation to construct a comprehensive archive of Australian climate data. Environ. Model. Softw. 16:309–330. doi: 10.1016/S1364-8152(01)00008-1. CrossRef. Google Scholar.

29. Keating B. A., Carberry P. S., Hammer G. L., Probert M. E., Robertson M. J., Holzworth D., et al (2003). An overview of APSIM, a model designed for farming systems simulation. Eur. J. Agron. 18:267–288. doi: 10.1016/S1161-0301(02)00108-9. CrossRef. Google Scholar.

30. Kong A. Y. Y., Gentile R., Chivenge P., Fonte S. J., Six J. (eds). (2010). "Trade-offs Associated with Using Soil Carbon Sequestration as Climate Change Mitigation," in Handbook of Climate Change And Agroecosystems, Impacts, Adaptation, and Mitigation. London: Imperial College Press 365–392. doi: 10.1142/9781848166561_0019. CrossRef. Google Scholar.

31. Lal R. (2004). Soil carbon sequestration in India. Clim. Change 65:277–296. doi: 10.1023/B:CLIM.0000038202.46720.37. CrossRef. Google Scholar.

32. Liebe Group (2012). Trial Reports [WWW Document]. Available at: http://www.liebegroup.org.au/publications/ [accessed on December 15, 2015]. Google Scholar.

33. Liebe Group The Liebe Group (2015). Long Term Research Site [WWW Document]. Available at: http://www.liebegroup.org.au/trial-programs-3/liebe-group-long-term-research-site-2010/ [accessed on September 6, 2015]. Google Scholar.

34. Luo Z., Wang E., Baldock J., Xing H. (2014). Potential soil organic carbon stock and its uncertainty under various cropping systems in Australian cropland. Soil Res. 52:463–475. doi: 10.1071/SR13294. CrossRef. Google Scholar.

35. Luo Z., Wang E., Bryan B. A., King D., Zhao G., Pan X., et al (2013). Meta-modeling soil organic carbon sequestration potential and its application at regional scale. Ecol. Appl. 23:408–420. doi: 10.1890/12-0672.1. CrossRef. Google Scholar.

36. Luo Z., Wang E., Sun O. J. (2010). Soil carbon change and its responses to agricultural practices in Australian agro-ecosystems: a review and synthesis. Geoderma 155:211–223. doi: 10.1016/j.geoderma.2009.12.012. CrossRef. Google Scholar.

37. Luo Z., Wang E., Sun O. J., Smith C. J., Probert M. E. (2011). Modeling long-term soil carbon dynamics and sequestration potential in semi-arid agro-ecosystems. Agric. For. Meteorol. 151:1529–1544. doi: 10.1016/j.agrformet.2011.06.011. CrossRef. Google Scholar.

38. Martin M. P., Wattenbach M., Smith P., Meersmans J., Jolivet C., Boulonne L., et al (2011). Spatial distribution of soil organic carbon stocks in France. Biogeosciences 8:1053–1065. doi: 10.5194/bg-8-1053-2011. CrossRef. Google Scholar.

39. Mason M. (1992). Effect of management of previous cereal stubble on nitrogen fertiliser requirement of wheat. Aust. J. Exp. Agric. 32:355–362. doi: 10.1071/EA9920355. CrossRef. Google Scholar.

40. Pankhurst C. E., McDonald H. J., Hawke B. G., Kirkby C. A. (2002). Effect of tillage and stubble management on chemical and microbiological properties and the development of suppression towards cereal root disease in soils from two sites in NSW. Australia. Soil Biol. Biochem. 34:833–840. doi: 10.1016/S0038-0717(02)00014-7. CrossRef. Google Scholar.

41. Peverill K. I., Sparrow L. A., Reuter D. J. (1999). Soil Analysis: An Interpretation Manual. Collingwood: CSIRO Publishing. Google Scholar.

42. Probert M. E., Dimes J., Keating B., Dalal R., Strong W., Strongb W. M. (1998). APSIM's water and nitrogen modules and simulation of the dynamics of water and nitrogen in fallow systems. Agric. Syst. 56:1–28. doi: 10.1016/S0308-521X(97)00028-0. CrossRef. Google Scholar.

43. Pricewaterhouse Coopers (2011). The Australian Grains Industry - The Basics. New York City, NY: Pricewaterhouse Coopers. Google Scholar.

44. Queensland Government - Department of Science Information Technology Innovation and the Arts (2014). SILO Climate Data [WWW Document]. Available at: http://www.longpaddock.qld.gov.au/silo/ [accessed on August 25, 2014]. Google Scholar.

45. Robertson F., Armstrong R., Partington D., Perris R., Oliver I., Aumann C., et al (2015). Effect of Cropping Practices on Soil Organic Carbon: Evidence from Long-Term Field Experiments. (Victoria: CSIRO Publishing) 53:636–646. Google Scholar.

46. Sá J. C. M., Cerri C. C., Dick W. A., Lal R., Vesnke-Filho S. P., Piccolo M. C., et al (2001). Organic matter dynamics and carbon sequestration rates for a tillage chronosequence in a Brazilian Oxisol. Soil Sci. Soc. Am. J. 65:1486–1489. doi: 10.2136/sssaj2001.6551486x. CrossRef. Google Scholar.

47. Sanderman J., Farquharson R., Baldock J. (2010). Soil Carbon Sequestration Potential: A Review for Australian Agriculture. Canberra: CSIRO Report. Google Scholar.

48. Smettem K. R. J., Rovira A. D., Wace S. A., Wilson B. R., Simon A., Division C., et al (1992). Effect of tillage and crop rotation on the surface stability and chemical properties of a red-brown earth (Alfisol) under wheat. Soil Tillage Res. 22:27–40. doi: 10.1016/0167-1987(92)90020-C. CrossRef. Google Scholar.

49. Smith P., Powlson D. S., Glendining M. J., Smith J. O. U. (1998). Preliminary estimates of the potential for carbon mitigation in European soils through no-till farming. Glob. Chang. Biol. 4:679–685. doi: 10.1046/j.1365-2486.1998.00185.x. CrossRef. Google Scholar.

50. Smith P., Powlson D. S., Smith J. U., Falloon P., Coleman K. (2000). Meeting Europe's climate change commitments: quantitative estimates of the potential for carbon mitigation by agriculture. Glob. Chang. Biol. 6:525–539. doi: 10.1046/j.1365-2486.2000.00331.x. CrossRef. Google Scholar.

51. Soil Quality Pty Ltd (2014). Soil Quality [WWW Document]. Available at: http://soilquality.org.au/ [accessed on August 25, 2014]. Google Scholar.

52. Sperow M., Eve M., Paustian K. (2003). Potential soil C sequestration on U.S. agricultural soils. Clim. Change 57:319–339. doi: 10.1023/A:1022888832630. CrossRef. Google Scholar.

53. Standley J., Hunter H. M., Thomas G. A., Blight G. W., Webb A. A. (1990). Tillage and crop residue management affect Vertisol properties and grain sorghum growth over seven years in the semi-arid sub-tropics. 2. Changes in soil properties. Soil Tillage Res. 18:367–388. doi: 10.1016/0167-1987(90)90121-S. CrossRef. Google Scholar.

54. The Soil Carbon Research Program - CSIRO Australian Universities and State Government Agencies (2014). The Soil Carbon Research Program [WWW Document]. Available at: http://www.csiro.au/Organisation-Structure/Flagships/Sustainable-Agriculture-Flagship/Soil-Carbon-Research-Program/SCaRP-Projects-Overview.aspx [accessed on August 25, 2014]. Google Scholar.

55. Thorburn P. J., Probert M. E., Robertson F. A. (2001). Modelling decomposition of sugarcane surface residues with APSIM-Residue. F. Crop. Res. 70:223–232. doi: 10.1016/S0378-4290(01)00141-1. CrossRef. Google Scholar.

56. Thorburn P. J., Robertson M. J., Clothier B. E., Snow V. O., Charmley E., Sanderman J., et al (2013). "Australia and New Zealand Perspectives on Climate Change and Agriculture," in ICP Series on Climate Change Impacts, Adaptation, and Mitigation --- Vol. 2 HANDBOOK OF CLIMATE CHANGE AND AGROECOSYSTEMS Global and Regional Aspects and Implications, ICP Series on Climate Change Impacts, Adaptation, and Mitigation ed. Lesmana M. (London: Imperial College Press) 320. doi: 10.1142/p755. CrossRef. Google Scholar.

57. Thorburn P. J. J., Biggs J. S. S., Collins K., Probert M. E. E. (2010). Using the APSIM model to estimate nitrous oxide emissions from diverse Australian sugarcane production systems. Agric. Ecosyst. Environ. 136:343–350. doi: 10.1016/j.agee.2009.12.014. CrossRef. Google Scholar.

58. Unkovich M., Baldock J., Forbes M. (2010). Variability in Harvest Index of Grain Crops and Potential Significance for Carbon Accounting: Examples from Australian Agriculture, Advances in Agronomy 1st Edn. Amsterdam: Elsevier Inc. doi: 10.1016/S0065-2113(10)05005-4. CrossRef. Google Scholar.

59. Valzano F. P., Greene R. S. B., Murphy B. W., Rengasamy P., Jarwal S. D. (2001). Effects of gypsum and stubble retention on the chemical and physical properties of a sodic grey Vertosol in western Victoria F. Aust. J. Soil Res. 39:1333–1347. doi: 10.1071/SR00045. CrossRef. Google Scholar.

60. Viscarra Rossel R. A., Webster R., Bui E. N., Baldock J. A. (2014). Baseline map of organic carbon in Australian soil to support national carbon accounting and monitoring under climate change. Glob. Chang. Biol. 20:2953–2970. doi: 10.1111/gcb.12569. CrossRef. Google Scholar.

61. White P. (1990). The influence of alternative tillage systems on the distribution of nutrients and organic-carbon in some common Western Australian wheatbelt soils. Aust. J. Soil Res. 28:95–116. doi: 10.1071/SR9900095. CrossRef. Google Scholar.

62. Yan H., Cao M., Liu J., Tao B. (2007). Potential and sustainability for carbon sequestration with improved soil management in agricultural soils of China. Agric. Ecosyst. Environ. 121:325–335. doi: 10.1016/j.agee.2006.11.008. CrossRef. Google Scholar.

63. Yang X. M., Kay B. D. (2001). Impacts of tillage practices on total, loose- and occluded-particulate, and humified organic carbon fractions in soils within a field in southern Ontario. Can. J. Soil Sci. 81:149–156. doi: 10.4141/S00-015. CrossRef. Google Scholar.

64. Zhao G., Bryan B. A., King D., Luo Z., Wang E., Song X., et al (2013). Impact of agricultural management practices on soil organic carbon: simulation of Australian wheat systems. Glob. Chang. Biol. 19:1585–1597. doi: 10.1111/gcb.12145. CrossRef. Google Scholar.

Godde CM, Thorburn PJ, Biggs JS and Meier EA (2016) Understanding the Impacts of Soil, Climate, and Farming Practices on Soil Organic Carbon Sequestration: A Simulation Study in Australia. Front. Plant Sci. 7:661. doi: 10.3389/fpls.2016.00661

Перевод статьи «Understanding the Impacts of Soil, Climate, and Farming Practices on Soil Organic Carbon Sequestration: A Simulation Study in Australia» авторов Godde CM, Thorburn PJ, Biggs JS and Meier EA., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык