Вплив змін клімату на емісію парникових газів (CO2, N2O) із ґрунтів агроекосистем
Анотація
В статті наводяться результати чисельних експериментів з комплексною моделлю емісії парникових газів із ґрунтів агроекосистеми озимої пшениці з використанням кліматичного сценарію RCP4.5. Класифікація умов вегетації сільськогосподарських культур дозволила звести різноманіття їх режимів до певних типів погоди, що характеризує спільність умов формування врожаю навесні та влітку, завдяки чому виділяють так звані «сухі» та «вологі» роки. Оцінка майбутніх (2021–2050 рр.) агрометеорологічних умов весняно-літньої вегетації озимої пшениці показала, що температура повітря за період вегетації культури буде нижчою від середніх багаторічних даних (1991–2020 рр.) і становитиме 12,9 °С, що на 1,5 °С нижче, ніж за базовий період. Очікується зменшення кількості опадів на 21 %. Наводиться типізація умов вегетації культури. Встановлено тенденції зміни температури повітря та кількості опадів протягом вегетації озимої пшениці, які очікуються в різні за зволоженістю роки. Інтенсивність викидів парникових газів залежить від типу зволоження періоду вегетації. У «посушливі» роки на початку вегетації емісія СО2 становитиме 0,044–0,079 т С-СО2 га-1 д-1, що значно вище середніх багаторічних значень та майже вдвічі вище, ніж у «вологі» роки. Навесні на початку вегетації як правило рівень вологості орного шару ґрунту досить високий, що зумовлюватиме формування анаеробних умов та високий рівень емісії N2O. Зростання посушливості зменшує рівень потоків N2O. Для «посушливих» років за рахунок досить високого рівня весняної вологи в орному шарі на початок вегетації рівень емісії N2O буде досить високим (0,061–0,089 кг N-N2O га-1 д-1. У подальшому його рівень суттєво знижуватиметься. Для «вологих» років підвищений рівень вологості орного шару ґрунту створить сприятливі умови для формування емісії N2O (0,096–0,148 кг N-N2O га-1 д-1). Встановлено загальні закономірності вегетаційного ходу емісії СО2 та N2O в середньому багаторічному та в різні за умовами зволоженості роки.
Завантаження
Посилання
Stepanenko, S.M. ta Polovyi, A.M. (2018). Climatic risks of functioning of industries of economy of Ukraine are in the conditions of change of climate. Odessa, TES. 546 [in Ukrainian]
Stepanenko, S.M. ta Polovyi, A.M. (2015). Climatic changes and their influence on the spheres of economy of Ukraine. Odessa: TES. 518 [in Ukrainian]
Stepanenko, S.M. ta Polovyi, A.M. (2011). Assessment of the impact of climate change on the economy of Ukraine. Odessa: Ecology. 694 [in Ukrainian]
Polovoy, A.M., Kul'bida, N.I., Trofimova, I.V., Adamenko, T.I. (2005). Modeling the impact of climate change on the formation of winter wheat productivity in Ukraine. On Sat. Problems of ecological monitoring and modeling of ecosystems. Sankt-Peterburg: Gidrometeoizdat, XX. 191-218. [in Russian]
Polevoy, A.N. (2010). Modeling of green leaf photosynthesis in plants of C3 and C4 types with changes in CO2 con-centration in the atmosphere. On Sat. Problems of ecological monitoring and modeling of ecosystems. XXIII, Mos-kva: IGCE. 297-316 [in Russian]
Polovyi, A.M., Bozhko, L.Yu. (2021). Modeling of greenhouse gas emissions from agro-ecosystem soils. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, series "Geology. Geography. Ecology" (54), 329–344. [in Ukrainian] https://doi.org/10.26565/2410-7360-2021-54-25
Siabruk, O.P. (2013). Estimation of carbon losses from typical chernozem by different tillage methods and fertilizer systems. Agrochemistry and soil science. 80. 140–146 [in Ukrainian]
Vasylchenko, V.V., Raptsun, M.V., Trofymova, I.V. (1998). Ukraine and the global greenhouse effect. Book 2. Vulner-ability and adaptation of ecological and economic systems to climate change. Kyiv: Ahenstvo ratsionalnoho vy-korystannia enerhii ta ekolohii, 208. [in Ukrainian]
Shilova, N.A. (2014). Dynamics of CO2 release in field crops on sod-podzolic and peat soils. Soil science and agro-chemistry. 1(52). 104–113 (In Russia).
Álvaro-Fuentes, J., Arrúe, J.L., Bielsa, A. et al. (2017) Simulating climate change and land use effects on soil ni-trous oxide emissions in Mediterranean conditions using the Daycent model. Agriculture, Ecosystems & Environ-ment. 238, 78-88. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.07.017
Baldock, J.A., Wheeler, A.D.I., McKenzie, C.N. et al. (2012) Soils and climate change: potential impacts on carbon stocks and greenhouse gas emissions, and future research for Australian agriculture. Crop & Pasture Science, 63, 269–283. http://dx.doi.org/10.1071/CP11170
Benli, B., Pala, M., C.Stockle, C., Oweis, T. (2007). Assessment of winter wheat production under early sowing with supplemental irrigation in a cold highland environment using CropSyst simulation model. Agricultural Water Management. 93(1–2), 45-53. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2007.06.014
Bosko, S., Volpi, І., Antichi, D., et al. (2019). Greenhouse Gas Emissions from Soil Cultivated with Vegetables in Crop Rotation under Integrated, Organic and Organic Conservation Management in a Mediterranean Environ-ment. Agronomy. 9, 446.
Butterbach-Bahl, K., Kesik, M., Miehle, P. et al. (2004). Quantifying the regional source strength of N-trace gases across agricultural and forest ecosystems with process-based models. Plant and Soil. 260, 311–329.
Chatskikh, D., Olesen, J.E., Berntsen, J. et al. (2005). Simulation of Effects of Soils, Climate and Management on N₂O Emission from Grasslands Biogeochemistry, 76(3), 395-419. https://www.jstor.org/stable/20055312
Del Grosso, S.J., Parton, W.J., Moiser, A.R et al. (2005). Modeling soil CO2 emissions from ecosystems. Biogeo-chemistry, 73, 71–91.
Del Grosso, S.J., Parton. W.J., Paul, R. et al. (2012). DayCent Model Simulations for Estimating Soil Carbon Dy-namics and Greenhouse Gas Fluxes from Agricultural Production Systems. In book: Managing Agricultural Greenhouse Gases, 241-250. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-386897-8.00014-0
Duval, B.D., Anderson-Teixeira, K.J., Davis, S.C, et al. (2013). Predicting Greenhouse Gas Emissions and Soil Car-bon from Changing Pasture to an Energy Crop. PLoS ONE, 8(8): 12.
Freibauer, A., Kaltschmitt, M. (2003). Controls and models for estimating direct nitrous oxide emissions from tem-perate and sub-boreal agricultural mineral soils in Europe. Biogeochemistry, 63, 93–115. https://doi.org/10.1023/A:1023398108860
Grant, B., Smith, W.N., Li, C. (2004) Estimated N2O and CO2 Emissions as Influenced by Agricultural Practices in Canada. Climatic Change, 65(3), 1-14. https://doi.org/10.1023/B:CLIM.0000038226.60317.35
Jiang, Q., Qi, Z., Xue, L. et al. (2020). Assessing climate change impacts on greenhouse gas emissions, N losses in drainage and crop production in a subsurface drained field. Science of The Total Environment, 705, 135969. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135969
Kaiser, E-A., Eiland, F., Germon, J.C. et al. (1996). What predicts nitrous oxideemissions and denitrification N-loss from European soils? Z Pflanzenernaehr Bodenkd. 159, 541–547. https://onlinelibrary.wiley.com/journal/13652486
Karimi, T., Stöckle, C.O., Higgins, S.S.et ol. (2021). Impact of climate change on greenhouse gas emissions and water balance in a dryland-cropping region with variable precipitation. Journal of Environmental Management, 287, 112301. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112301
LI, C., Frolking, S., Frolking, T.A. (1992). A model of nitrous-oxide evolution from soil driven by rainfall events.:1 model structure and sensitivity. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 97, 9759-9776.
Lokupitya, F., Paustian, K. (2006) Agricultural soil greenhouse gas emissions: A review of national inventory methods. Article Literature Review. Journal of Environmental Quality, 35(4): 1413–1427. https://doi.org/10.2134/jeq2005.0157
Ma, L., Ahuja, L.R., Nolan, B.T. et al. (2012). Root zone water quality model (RZWQM2): model use, calibration and validation. Transactions of the ASABE. 55(4): 1425-1446. American Society of Agricu ltural and Biological Engi-neers. ISSN 2151-0032 1425.
Maria, L. Cayuela et al. (2017). Direct nitrous oxide emissions in Mediterranean climate cropping systems: Emis-sion factors based on a meta-analysis of available measurement data. Agriculture, Ecosystems and Environment, 238. 25–35 http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2016.10.0 0 6
Müller, D., Jungandreas, A., Koch, F., Schierhorn, F. (2016). Impact of Climate Change on Wheat Production in Ukraine. Agricultural Policy Report APD/APR/02/2016. Kyiv, 89.
Necpalova, M., Lee J., Skinner, C.et al. (2018). Potentials to mitigate greenhouse gas emissions from Swiss agri-culture. Agriculture, Ecosystems and Environment, 265. 84-102. http://hdl.handle.net/20.500.11937/75587
Oertel, C., Matschullat, J., Zurba, K. et al. (2016). Greenhouse gas emissions from soils. A review. Geochemistry, 76(3), 327–352. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2016.04.002
Roelandt, C., van Wesemael, B., Rounsevell, M. (2015). Estimating annual N2O emissions from agricultural soils in temperate climates. Global Change Biol., 11, 1701–1711. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2005.01025.x
Stehfest, E., Bouwman, L. (2006). N2O and NO emission from agri-cultural fields and soils under natural vegeta-tion: summarizingavailable measurement data and modeling of global annual emis-sions. Nutr. Cycl. Agroecosys, 74, 207–228.
Sup, A., Faber, A., Kozura, J. et al. (2011). Modeling Impact of Climate Change and Management Practices on Greenhouse Gas Emissions from Arable Soils. Pol. J. Environ. Stud., 20(6), 1593-1602.
Vleeshouwers, L.M., Verhagen, A. (2002). Carbon emission and sequestration by agricultural land use: a model study for Europe. Global Change Biology, 8, 519–530.
Weiler, D.A., Tornquist, C.G., Parton, W. et al. (2017). Crop Biomass, Soil Carbon, and Nitrous Oxide as Affected by Management and Climate: A DayCent Application in Brazil. Soil Science Socsety of America Journal. Soil & Water Management & Conservation, 81(4), 945-955. https://doi.org/10.2136/sssaj2017.01.0024
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
