Influence of plant mulch on biological and agrochemical indicators of chernozem in cultivation of field crops using no till technology

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Studies on the biological and agrochemical properties of the soil depending on the mass of plant mulch located on the soil surface using no till technology were conducted in the Stavropol based on a field experiment in 2020–2023. Two groups of soil organisms (microorganisms and springtails) were taken to assess the biological indicators of mulching efficiency. The total abounds of these groups positively correlated with an increase in the mass of plant residues. The highest abounds of soil microorganisms that transform nitrogen of organic and mineral compounds and cellulolytics, as well as springtails, was observed in the presence of 16 t/ha of plant residues on the surface. However, for springtails, no significant changes in species richness (number of species) and species diversity, estimated by the Shannon–Weaver index, were noted. Humidity and agrochemical parameters of the soil (available nitrogen and phosphorus) were positively correlated with the mass of mulch. It was found that the most productive moisture in a ten-centimeter soil layer is contained with 16 t/ha of mulch. A decrease in the mass of plant mulch leads to a reliable decrease in the concentration of nutrients available to plants to minimum values, when plant residues are absent. No significant changes in the humus content were found.

About the authors

A. I. Bokova

Moscow State Pedagogical University

Email: anbok.mpgu@gmail.com
Moscow, 119991 Russia

K. S. Panina

Moscow State Pedagogical University

Moscow, 119991 Russia

V. K. Dridiger

North Caucasian Federal Research Agrarian Centre

Mikhailovsk, 356241 Russia

E. I. Godunova

North Caucasian Federal Research Agrarian Centre

Mikhailovsk, 356241 Russia

N. A. Peregudova

North Caucasian Federal Research Agrarian Centre

Mikhailovsk, 356241 Russia

I. A. Kameneva

Research Institute of Agriculture of Crimea

Simferopol, 295043 Russia

A. I. Yakubovskaya

Research Institute of Agriculture of Crimea

Simferopol, 295043 Russia

References

  1. Антонов С.А. Использование дистанционных методов для анализа сохранности защитных лесных насаждений // Известия Оренбург. гос. аграрного ун-та. 2020. № 2. С. 33–38. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2020-82-2-33-38
  2. Бадахова Г.Х., Кнутас А.В. Ставропольский край: современные климатические условия. Ставрополь: Краевые сети связи, 2007. 272 с.
  3. Власенко А.Н., Кудашкин П.И., Власенко Н.Г. Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2020. № 5. С. 3–5. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10501
  4. Вольтерс И.А., Власова О.И., Передериева В.М., Дрепа Е.Б. Эффективность применения технологии прямого посева при возделывании полевых культур в засушливой зоне Центрального Предкавказья // Земледелие. 2020. № 3. С. 14–18. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10303
  5. Гассен Д.Н., Гассен Г.Р. Прямой посев дорога в будущее. Aldeia Sul Editora. 1996. 207 с.
  6. Дридигер В.К., Белобров В.П., Антонов С.А., Юдин С.А., Гаджиумаров Р.Г., Лиходиевская С.А., Ермолаев Н.Р. Защита почв от водной эрозии и дефляции в технологии No-till // Земледелие. 2020. № 6. С. 11–17. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10603
  7. Дридигер В.К., Гаджиумаров Р.Г. Влияние технологии возделывания сои на водно-физические свойства чернозема обыкновенного Центрального Предкавказья // Известия Оренбург. гос. аграрного ун-та. 2017. № 5. С. 65–66.
  8. Дридигер В.К., Годунова Е.И., Гаджиумаров Р.Г., Перегудова Н.А. Влияние технологии No-till на содержание питательных элементов в черноземе обыкновенном Центрального Предкавказья // Земледелие. 2023. № 6. С. 6–9. https://doi.org/10.24412/0044-3913-2023-6-6-9
  9. Дубовик Е.В., Дубовик Д.В., Морозов А.Н., Шумаков А.В. Минимизация основной обработки почвы в условиях Курской области // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. № 8. С. 49–54. https://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_8_49
  10. Дубовицкий А.А., Климентова Э.А., Корольков Н.С. Эколого-экономический подход к возделыванию сельскохозяйственных культур // Агропродовольственная политика России. 2023. № 2. С. 26–30. https://doi.org/10.35524/2227-0280 2023 02 26
  11. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
  12. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Хазиахметов Р.М. О роли биологического разнообразия в повышении адаптивности сельскохозяйственных экосистем // Сельскохозяйственная биология. 2003. Т. 38. С. 83–92.
  13. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и плодородие почвы. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 342 с.
  14. Рогожин Д.О., Борисов Б.А. Влияние состояния органического вещества, степени выпаханности и физических свойств чернозема южного при переходе от отвальной к нулевой обработке // Агрохимический вестник. 2020. № 6. С. 19–22. https://doi.org/10.24411/1029-2551-2020-10079
  15. Сычев В.Г., Гречишкина Ю.И., Сигида М.С., Матвиенко А.В. Влияние технологии прямого посева на агрохимические показатели чернозема южного в условиях Центрального Предкавказья // Плодородие. 2023. № 2. С. 17–19. https://doi.org/10.25680/S19948603.2023.131.04
  16. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. М.: Колос, 1983. 295 с.
  17. Abrantes J.R., Prats S.A., Keizer J.J., de Lima J.L. Effectiveness of the application of rice straw mulching strips in reducing runoff and soil loss: Laboratory soil flume experiments under simulated rainfall // Soil Till. Res. 2018. V. 180. Р. 238–249. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.03.015
  18. Alharbi A. Effect of mulch on soil properties under organic farming conditions in center of Saudi Arabia // Mechanization Agriculture Conserving Resources. 2017. V. 63. P. 161–167.
  19. Aslam A., Haider F.U. Effects of Mulching on Soil Biota and Biological Indicators of Soil Quality // Mulching in Agroecosystems: Plants, Soil & Environment. Singapore: Springer Nature Singapore, 2022. P. 15–40. https://doi.org/10.1007/978-981-19-6410-7_2
  20. Bates D.M. lme4: Mixed-effects modeling with R. Springer. 2010. 131 р.
  21. Beare M.H., Hu S., Coleman D.C., Hendrix P.F. Influences of mycelial fungi on soil aggregation and organic matter storage in conventional and no-tillage soils // Appl. Soil Ecol. 1997. V. 5. Р. 211–219. https://doi.org/10.1016/S0929-1393(96)00142-4
  22. Beare M.H., Parmelee R.W., Hendrix P.F., Cheng W., Coleman D.C., Crossley Jr D.A. Microbial and faunal interactions and effects on litter nitrogen and decomposition in agroecosystems // Ecolog. Monographs. 1992. V. 62. Р. 569–591. https://doi.org/10.2307/2937317
  23. Berg M.P., Bengtsson J. Temporal and spatial variability in soil food web structure // Oikos. 2007. V. 116. P. 1789–1804. https://doi.org/10.1111/j.2007.0030-1299.15748.x
  24. Bhaduri D., Sihi D., Bhowmik A., Verma B.C., Munda S., Dari B. A review on effective soil health bio-indicators for ecosystem restoration and sustainability // Frontiers Microbiol. 2022. V. 13. Р. 938481. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.938481
  25. Brennan A., Fortune T., Bolger T. Collembola abundances and assemblage structures in conventionally tilled and conservation tillage arable systems // Pedobiologia. 2006. V. 50. P. 135–145. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2005.09.004
  26. Buchholz J., Querner P., Paredes D., Bauer T. Soil biota in vineyards are more influenced by plants and soil quality than by tillage intensity or the surrounding landscape // Scientific Rep. 2017. V. 7. P. 17445. https://doi.org/10.1038/s41598-017-17601-w
  27. Culik M.P., de Souza J.L., Ventura J.A. Biodiversity of Collembola in tropical agricultural environments of Espırito Santo, Brazil // Appl. Soil Ecol. 2002. V. 21. P. 49–58. https://doi.org/10.1016/S0929-1393(02)00048-3
  28. El-Beltagi H.S., Basit A., Mohamed H.I., Ali I., Ullah S., Kamel E.A.R., Shalaby T.A., Ramadan K.M.A., Alkhateeb A.A., Ghazzawy H.S. Mulching as a sustainable water and soil saving practice in agriculture: A review // Agronomy. 2022. V. 12. Р. 1881. https://doi.org/10.3390/agronomy12081881
  29. Fjellberg A. The Collembola of Fennoscandia and Denmark, Part II: Entomobryomorpha and Symphypleona. Leiden. 2007. 265 p.
  30. Fjellberg A. The Collembola of Fennoscandia and Denmark. Part I: Poduromorpha. Leiden. 1998. 186 p.
  31. Fu S., Coleman D. C., Hendrix P. F., Crossley Jr D.A. Responses of trophic groups of soil nematodes to residue application under conventional tillage and no-till regimes // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. Р. 1731–1741. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00091-2
  32. Fu S., Coleman D.C., Schartz R., Potter R., Hendrix P.F., Crossley Jr D.A. 14C distribution in soil organisms and respiration after the decomposition of crop residue in conventional tillage and no-till agroecosystems at Georgia Piedimont // Soil Till. Res. 2000. V. 57. Р. 31–41. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(00)00133-1
  33. Garrett C.J., Crossley Jr D.A., Coleman D.C., Hendrix P.F., Kisselle K.W., Potter R.L. Impact of the rhizosphere on soil microarthropods in agroecosystems on the Georgia piedmont // Appl. Soil Ecol. 2001. V. 16. Р. 141–148. https://doi.org/10.1016/S0929-1393(00)00114-1
  34. Harrell Jr F.E., Harrell Jr M.F.E. Package ‘hmisc’ // CRAN2018. 2019. V. 2019. Р. 235–236.
  35. Jiang Y., Xie H., Chen Z. Relationship between the amounts of surface corn stover mulch and soil mesofauna assemblage varies with the season in cultivated areas of northeastern China // Soil Till. Res. 2021. V. 213. P. 105091. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105091
  36. Lenth R.V. Least-squares means: the R package lsmeans // J. Statistical Software. 2016. V. 69. С. 1–33. https://doi.org/10.18637/jss.v069.i01
  37. Li Q., Li H., Zhang L., Zhang S. Mulching improves yield and water-use efficiency of potato cropping in China: A meta-analysis // Field Crops Res. 2018. V. 221. P. 50–60. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2018.02.017
  38. Nakamoto T., Tsukamoto M. Abundance and activity of soil organisms in fields of maize grown with a white clover living mulch // Agriculture, Ecosystems Environment. 2006. V. 115. P. 34–42. https://doi.org/10.1016/j.agee.2005.12.006
  39. Nikitin D.A., Ivanova E.A., Zhelezova A.D., Semenov M.V., Gadzhiumarov R.G., Tkhakakhova A.K., Chernov T.I., Ksenofontova N.A., Kutovaya O.V. Assessment of the impact of no-till and conventional tillage technologies on the microbiome of southern agrochernozems // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. Р. 1782–1793. https://doi.org/10.1134/S106422932012008X
  40. Potapov M. Synopses on Palaearctic Collembola: Isotomidae. Abhandlungen und Berichte des Naturkunde museums Gorlitz. 2001. 603 p.
  41. Pulleman M., Creamer R., Hamer U., Helder J., Pelosi C., Peres G., Rutgers M. Soil biodiversity, biological indicators and soil ecosystem services – an overview of European approaches // Current Opinion Environ. Sustainab. 2012. V. 4. Р. 529–538. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2012.10.009
  42. Ripley R.M., Snijders T.A., Boda Z., Vörös A., Preciado P. Manual for RSiena. Oxford: University of Oxford, 2024. 313 p.
  43. Shao Y., Xie Y., Wang C., Yue J., Yao Y., Li X., Liu W., Zhu Y., Guo T. Effects of different soil conservation tillage approaches on soil nutrients, water-maize yield in rainfed dry-land regions of North China // Eur. J. Agronomy. 2016. V. 81. P. 37–45. https://doi.org/10.1016/j.eja.2016.08.014
  44. Simsek U., Erdel E., Barik K. Effect of mulching on soil moisture and some soil characteristics // Fresenius Environ. Bul L. 2017. V. 26. P. 7437-7443.
  45. Topoliantz S., Ponge J.F., Viaux P. Earthworm and enchytraeid activity under different arable farming systems, as exemplified by biogenic structures // Plant and Soil. 2000. V. 225. Р. 39–51. https://doi.org/10.1023/A:1026537632468
  46. Wang B., Niu J., Berndtsson R., Zhang L.T. Efficient organic mulch thickness for soil and water conservation in urban areas // Scientific Rep. 2021. V. 11. P. 6259. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85343-x
  47. Wang K.H., Hooks C.R.R., Marahatta S.P. Can using a strip-tilled cover cropping system followed by surface mulch practice enhance organisms higher up in the soil food web hierarchy? // Appl. Soil Ecol. 2011. V. 49. P. 107–117. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2011.06.008
  48. Wardle D.A. Communities and Ecosystems: Linking the Aboveground and Belowground Components (MPB-34). Princeton: Princeton University Press, 2002. https://doi.org/10.1515/9781400847297
  49. Zhou Z., Li Z., Chen K., Chen Z. Changes in soil physicochemical properties and bacterial communities among different soil depths after long-term straw mulching under a no-till system // Soil. 2021. V. 2021. Р. 1–33. https://doi.org/10.5194/soil-7-595-2021

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».