Differentiation of the profile distribution of CO2 in soil air and evaluation of the «soil – atmosphere» system's resistance to abiotic impacts
DOI:
https://doi.org/10.46299/j.isjea.20240301.07Keywords:
profile distribution, CO2 reserves, system stability, static method, emission, assimilationAbstract
The article presents the results of research on the differentiation of the profile distribution of carbon dioxide in soil air and evaluates the stability of the "soil-atmosphere" system to abiotic influences. It is shown that the emission-assimilation activity of the soil should be considered as a single and mutually determining system of the biological cycle of organic carbon in two opposite directions, "soil ↔ atmosphere" and "atmosphere ↔ soil", as an important link in the overall circulation of this element during the production of agricultural products. The coefficient Kref (carbon dioxide replenishment in soil air) and the time of carbon dioxide replenishment (tref) are proposed as criteria for assessing the state of the "soil ↔ atmosphere" system in terms of abiotic influences. These criteria allow evaluating the intensity of air exchange along the profile, depending on depth, moisture content, and carbon dioxide mass values. An important criterion for assessing the stability (dynamism) of the "soil ↔ atmosphere" system is the coefficient of system stability (Stability factor), which is calculated based on empirical equations and represents the ratio between carbon dioxide stocks in the surface layer of air and in soil air (or based on the ratio of concentration values). The dependence of the increase in replenishment time on depth is proven. The regularity is common for all three observation periods, regardless of the time of day, soil moisture level, carbon dioxide reservoir sizes, and surface emissions. Comparison of carbon dioxide replenishment times in different layers of soil air indicates the degree of variability of their mass at the time of the study, which depends on depth, moisture, and the combined effect of environmental factors. It is established that the stability coefficient of carbon dioxide emission from soils depends on the time of day and varies in the range of 0.60-1.33. In this case, the stability of the soil emission system of soddy-medium podzolic sandy loam gleyic soil on fluvio-glacial deposits is almost 6 times higher than the stability of its surface part. Therefore, the evaluation of the emission-assimilation stability of the soil to abiotic impacts and the calculation of the Stability factor are proposed to be conducted within the "soil ↔ atmosphere" system, which will improve its objectivity.References
Пліско І. В. (2019). Просторово-диференційована система управління якістю ґрунтів (на прикладі ріллі України): Дис. на здоб. наук. ступ. док. сільськогосп. наук: спец. 06.01.03 «Агроґрунтознавство і агрофізика», м. Харків, 469с.
Трофименко П.І., Борисов Ф.І., Трофименко Н.В., Веремеєнко С.І. (2020). «Пристрій для визначення біологічної активності ґрунту». Пат. № 121805 Україна, МПК G01N 1/22 (2006.01) G01N 7/14 (2006.01), Бюл. № 14.
Трофименко П.І., Борисов Ф.І. (2018). Спосіб визначення інтенсивності емісії газів з ґрунту: пат. № 117911 Україна, МПК G01N 33/24 (2006.01) G01N 7/14 (2006.01) Бюл. № 20.
ДСТУ ISO 11259:2004. (2006). Спрощений опис ґрунту. Якість ґрунту. (ISO 11259:1998, IDT) Офіційне видання. Київ, Держспоживстандарт України.
Ткачук В. П., Трофименко П. І. (2020). Вміст гумусу за різного використання дерново-підзолистого супіщаного ґрунту та обсяги емісійних втрат СО2. Наукові доповіді НУБіП України № 2 (84), м. Київ.
Трофименко П.І. (2018). Газовий склад надґрунтового шару повітря атмосфери та його роль у формуванні обсягів емісії газів з ґрунту. Таврійський науковий вісник Херсонського національного аграрного університету, №103, С. 227-235, м. Херсон, 2018.
Трофименко П. І., Трофименко Н. В. (2018). Інтенсивність емісії СО2 з ґрунтів Полісся під час вегетації культур та домінантність зумовлюючих її чинників. Меліорація і водне господарство. Міжвідомчий тематичний науковий збірник Інституту водних проблем і меліорації Національної Академії Аграрних наук № 1(107), С. 47-54.
Трофименко П. И., Трофименко Н. В., Борисов Ф. И., Зацерковный В. И. (2019). Методология исследования и профильное распределение концентрации диоксида углерода в воздухе дерново-подзолистой глееватой супесчаной почвы. Почвоведение и агрохимия, г. Минск. № 1(62), С. 73-81.
Трофименко П. І., Цуман Н. В., Трофименко Н. В. (2020). Дискретна оцінка емісійно-асиміляційних потоків діоксиду вуглецю на органогенних меліорованих ґрунтах агроландшафтів Полісся України. Таврійський науковий вісник Херсонського національного аграрного університету № 112. С. 233-241.
Трофименко П.И., Борисов Ф.И., Трофименко Н.В. (2015). Интенсивность дыхания почв левобережного Полесья Украины в условиях агроценоза. Почвоведение и агрохимия, г. Горки № 2 (55), С. 56-65.
Трофименко П.І., Іванік О. М., Трофименко Н. В. (2019). Методологія моніторингу СО2 в системі «ґрунт - атмосфера - рослина» та добовий біологічний колообіг вуглецю ґрунтів агроландшафтів Полісся України. Таврійський науковий вісник Херсонського національного аграрного університету, № 110., Ч 2., С. 232-243.
Трофименко П.І., Трофименко Н.В., Веремеєнко С.І., Борисов Ф.І. (2019). Методологія визначення інтенсивності дихання ґрунтів та емісійні втрати вуглецю агроландшафтами Лівобережного Полісся наприкінці періоду вегетації рослин. Вісник Львівського національного аграрного університету, С. 238-243.
Трофименко П.І., Ткачук В.П., Трофименко Н.В. (2020). Вплив систем обробітку та удобрення на інтенсивність емісії дерново - середньопідзолистого супіщаного ґрунту та асиміляції СО2 сільськогосподарськими культурами в умовах Полісся. Вісник Харківського національного аграрного університету ім. В. В. Докучаєва. № 1. С. 22 - 31.
Трофименко, П.І., Борисов Ф.І. (2015). Наукове обґрунтування алгоритму застосування камерного статичного методу визначення інтенсивності емісії парникових газів із ґрунту. Агрохімія і ґрунтознавство. № 83. С. 17–24.
Bediengsanleitung. Testo 535 (2015). Step Systems. Deutschland, Nürnberg.
Bondar O.I., Trofymenko P.I., Trofimenko N.V., Zatserkovnyi V.I., Borysov F.I. (2019). Development of algorithm for calculating exposition value of CO2 concentration in air for tasks of monitoring of soils of Ukraine Polissya agro-landscapes. XIIIth International conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment 12–15 November, Kyiv, Ukraine. URL: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57193445839.
Brinton W. (2015). Активность СО2 в почве. Инфоиндустрия / E-Journal. URL: http://surl.li/obcne. (Дата звернення 20.11.2023).
Herrick, J. E. (2000): Soil quality: an indicator of sustainable land management?, Appl. Soil Ecol., 15, 75–83.
Martin R. Carter (2002). Soil Quality for Sustainable Land Management, Agronomy Journal, 94, 1, (38-47).
Masto, R. E., Chhonkar, P. K., Singh, D., and Patra, A. K. (2007): Soil quality response to long-term nutrient and crop management on a semi-arid Inceptisol, Agr. Ecosyst. Environ., 118, 130–142, https://doi.org/10.1016/j.agee.2006.05.008. (Дата звернення 20.11.2023).
Reeves, D. W. (1997): The role of soil organic matter in maintaining soil quality in continuous cropping systems, Soil Till. Res., 43, 131–167,
Reicosky D. C., Sauer T. J. and Hatfield J. L. (2015). Challenging Balance between Productivity and Environmental Quality: Tillage Impacts, Soil Management: Building a Stable Base for Agriculture, (13-37).
Stockmann, U., Padarian, J., McBratney, A., Minasny, B., de Brogniez, D., Montanarella, L., Hong, S. Y., Rawlins, B. G., and Field, D. J. ( 2015): Global soil organic carbon assessment, Glob. Food Secur.-Agr., 6, 9–16, https://doi.org/10.1016/j.gfs.2015.07.001, (Дата звернення 20.11.2023).
Zvomuya, F., Janzen, H. H., Larney, F. J., and Olson, B. M. (2008): A Long-Term Field Bioassay of Soil Quality Indicators in a Semiarid Environment, Soil Sci. Soc. Am. J., 72, 683, https://doi.org/10.2136/sssaj2007.0180, (Дата звернення 20.11.2023).
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 Petro Trofymenko
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
