ИСТИНА

Цель настоящего проекта заключается в оценке роли доступности органического вещества в регулировании эмиссии закиси азота из почвы агроэкосистем при применении азотных удобрений.

Ensuring food security at the present stage is impossible without the use of agrochemicals, among which the leading place belongs to nitrogen fertilizers. At the same time, the efficiency of nitrogen fertilizer use by plants does not exceed 50%, the rest of its amount is lost with surface and soil runoff, as well as due to gaseous losses, primarily in the form of nitrous oxide (N2O), which can be up to 30% of the nitrogen fertilizers (Addiscott, 1996). Nitrous oxide is an important greenhouse gas whose effect is 300 times higher than that of carbon dioxide. In addition, N2O is able to interact with ozone in the stratosphere, thereby reducing the power of the ozone layer. The negative effects of nitrous oxide are compounded by the long residence time of the compound in the atmosphere. The formation of nitrous oxide in soils occurs during microbiological processes of nitrification and denitrification and is greatly enhanced by the application of nitrogen fertilizers, and in General, agricultural soils are responsible for producing up to 40% of N2O entering the atmosphere (IPCC, 2014). Thus, it is obvious that the cost-effective and environmentally safe use of nitrogen fertilizers is impossible without taking into account the role of soil microorganisms that fully control the biogeochemical nitrogen cycle in terrestrial ecosystems. The proposed project aims to assess the impact of the availability of organic matter (due to the decomposition of crop residues, the release of earthworms and in the rhizosphere) and the amount of nitrogen fertilizers applied to the production of nitrous oxide by agro-podzolic soils and agro-chernozems, which are the main agricultural soils of the European part of Russia. Implementation of the project involves 3 main stages. At the first stage, the influence of the availability of organic compounds on the production of N2O by bacteria and fungi as a result of nitrification and denitrification during the application of nitrogen fertilizers will be studied in the laboratory. At the second stage of the project implementation, the role of earthworms in the regulation of nitrous oxide production by soil microorganisms will be established in the system of vegetation and field experiments. At the third stage of the project, the production of nitrous oxide in the oat rhizosphere will be studied. The planned studies will identify possible mechanisms to prevent or reduce nitrogen losses of fertilizers and optimize their use.

В результате проведения исследований будет дана оценка продукции закиси азота почвами агроэкосистем при применении азотных удобрений в зависимости от наличия доступного для потребления микроорганизмами органического вещества: пожнивных остатков растений, ризодепозитов и мукуса дождевых червей (т.е. основных "горячих точек" биологической активности почвы). Будет обоснована возможность "смягчения" последствий применения высоких доз азотных удобрений и закрепления азота в почве при совместном применении азотных удобрений и органического субстрата. Будут получены новые данные по соотношению вклада нитрификации и денитрификации в продуцировании закиси азота почвами, а также установлена связь между составом и экофизиологическим состоянием почвенного микробного сообщества и эмиссией закиси азота. Будет оценена роль дождевых червей как индукторов нитрифицирующего и денитрифицирующего сообщества почвенных микроорганизмов в условиях применения азотных удобрений. Будет рассмотрена связь физиологического состояния растений и активности продуцирования закиси азота почвенными микроорганизмами. В целом полученные данные будут обладать высоким уровнем новизны. Использование метагеномных и изотопных методов исследования позволит полученным результатам полностью соответствовать мировому уровню. Практическое приложение результатов проекта в первую очередь связано с оптимизацией азотного питания растений и применения азотных удобрений. Полученные данные о влиянии высоких доз азотных удобрений на микробиологическую активность и дождевых червей могут быть использованы при регистрационных испытаниях агрохимикатов в Российской Федерации.

Исследование влияния типа землепользования на показатели азотного цикла торфоземов было проведено в центральной части поймы реки Яхрома. Наши результаты показали, что для торфяников умеренной зоны под естественной растительностью сезонная динамика доступного и микробного азота схожа с ранее описанной моделью для арктических почв. Микробная иммобилизация азота в течение зимы является важной предпосылкой для весеннего роста растений. Высокая активность гидролаз и низкая активность пероксидаз свидетельствует о том. что микроорганизмы потребляют в основном азот и углерод из свежего опада, а не углерод и азот, законсервированный в торфе. Распашка и длительное использование торфяников приводит к существенному изменению динамики доступного и микробного азота и углерода в течение вегетационного сезона. Наиболее существенным изменением является смена лимитирования активности микроорганизмов с доступности азота (в лесу) на доступность углерода (на пашне). Изменения в торфяниках происходят в первые годы их освоения, т.к. нами не выявлено существенной разницы по всем показателям между пашней 50 и более 100 лет. Обратный процесс перевода пахотного торфяника в постагрогенный приводит к восстановлению показателей круговорота углерода и азота к значениям, характерным для участка под естественной растительностью. Однако этот процесс происходит очень медленно и по ряду показателей не происходит полностью даже через 50 лет после прекращения сельскохозяйственного использования участка. Также было установлено, что функциональная активность микроорганизмов более вариабельна, чем концентрация углерода и азота микробной биомассы. Почвы центральной поймы после 50 лет сельскохозяйственного использования характеризуются более низкой интенсивностью азотфиксации, но высокой активностью метаногенеза и денитрификации по сравнению с почвами после 100 лет интенсивного сельскохозяйственного использования, что на наш взгляд связано с разной обеспеченностью этих почв доступным органическим веществом