Введение. Обязательный регулярный мониторинг питательных веществ в значительной степени способствует сохранению плодородия почв. Подробный баланс свободных и связанных элементов питания растений (минеральные и органические состояния) позволяет иметь представление о количественных уровнях элементов в почве в зависимости от поступления и расходования. Снижение количества биогенных элементов, в т. ч. и углерода, способствует снижению устойчивости агроландшафтов и, как следствие, уменьшению урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшению его качества.Республика Хакасия расположена в юго-западной части Восточной Сибири в левобережной части бассейна реки Енисей, на территориях Саяно-Алтайского нагорья и Хакасско-Минусинской котловины. Площадь территории – 61 569 км2.Климат резко континентальный, с сухим жарким летом и холодной малоснежной зимой. Среднегодовое количество осадков около 300 мм/год в степной зоне, где расположены сельскохозяйственные угодья. В Хакасии преоб­ладают юго-западные ветры. Сильные ветры характерны для весеннего периода, нередко они приводят к возникновению пыльных бурь. Территория республики относится к зоне рискованного земледелия.В 2021 г. площадь земель сельскохозяйственного назначения составила 1871,9 тыс. га (30,4 % земельного фонда республики), включая 649,8 тыс. га пашни, 825,8 тыс. га пастбищ и 39,7 тыс. га залежей. Почвенный покров развит в соответствие с геоморфологическими и климатическими особенностями процессов почвообразования. В Хакасии площади пашни приходится: на черноземы – 80,11 % (из них 51,85 % обыкновенные черноземы, южных, выщелоченных и оподзоленных соответственно по 20,68; 7,34 и 0,24 %); на каштановые и темно-каштановые почвы – 13,05 %, а луговых черноземных – всего 2,56 % [1].Согласно государственному докладу «О сос­тоянии окружающей среды Республики Хакасия в 2021 году» среднегодовой суммарный баланс элементов питания в земледелии республики за время наблюдений (1966–2021 гг.) складывался отрицательно, причем величина дефицита его тесно связана с уровнем химизации и использования органических удобрений. Наименьшего значения (–15,9 кг/га) он достиг в годы максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства в 1986–1990 гг. [1].С другой стороны, органическое вещество почв является главным и экологически безопасным поглотителем углекислого газа из атмосферы. Баланс содержания углерода и азота является важнейшим критерием эффективности ведения земледелия с учетом переориентации сельского хозяйства на углеродонейтральность [2]. При модельных расчетах поглощения и выделения парниковых газов важно учитывать, сколько и какое время запасается углерод в фитомассе растений. Расчетные данные необходимы для вычисления углеродонейтральности региона [3].Цель исследования – произвести обобщенный анализ многолетней динамики внесения минеральных и органических удобрений на пашне в Республике Хакасия за период 1966–2022 гг. с позиций накопления углерода в почве.Задачи: охарактеризовать величину внесения минеральных и органических удобрений в пашню Хакасии в длительном временном лаге (1966–2022 гг.); проанализировать поступления углерода в почву с удобрениями и растительными остатками.Объект и методы. Объектом исследования является многолетняя динамика минеральных и органических удобрений. В качестве исходных данных урожайности зерновых и других культур были собраны данные из отчетов Министерства сельского хозяйства Республики Хакасия (URL: http://mcxpx.ru).Количество углерода определяли расчетным методом согласно Приказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации «Об утверждении методик количественного определения объемов выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов» от 27.05.2022 г. [3]: Cfert=iОргi*Cорг_i+iМинj*Cмин_j , где Cfert  – поступление С с органическими и минеральными удобрениями, т С · год–1; Оргi  – внесение органических удобрений в почвы в расчете на фактический вес по видам органических удобрений i, т органических удобрений по видам ∙ год–1; Cорг_i  – содержание углерода в сыром веществе разных видов органических удобрений, подготовленных к внесению в почвы, т С/т органического удобрения; Минj  – внесение минеральных удобрений в почвы по видам минеральных удобрений j, т действующего вещества минеральных удобрений по видам ∙ год–1; Cмин_j  – содержание углерода в разных видах минеральных удобрений, т С/т действующего вещества минеральных удобрений.Был сделан ряд допущений, в целом различия между количеством питательных элементов в стандартных удобрениях не превышают 10–15 %, в качестве основного органического удобрения в Хакасии применяется подстилочный навоз, основной тип почв – чернозем.Массу углерода, поступающего в почвы с пожнивными остатками (Саb) и корневыми остатками (Cun) растений, рассчитывали по формулам [3] Сplant =Сab+ Сun , Сab или Сun=i((aiYi+bi)∙Ci)∙Si , где Cab  – масса углерода, поступающего в почвы с пожнивными остатками и корневыми остатками (Cun) культурных растений определенного вида i, кг С · год–1; Cplant  – поступление С с органическими и минеральными удобрениями, т С · год–1; Yi  – урожайность основной продукции данной культуры, ц сухого вещества ∙ га–1; ai и bi  – соответствующие коэффициенты для расчета массы пожнивных (или корневых) остатков данной сельскохозяйственной культуры при определенном уровне урожайности; Сi  – содержание углерода в биомассе данной культуры, кг С/кг сухой массы–1; Si  – посевная площадь данного вида растений, га.После расчетов значения переводились в тонны (т).Статистическая обработка материалов включала расчет среднего арифметического и ошибки среднего арифметического.Результаты и их обсуждение. По данным Министерства сельского хозяйства Республики Хакасия, в основном выращивают пшеницу, ячмень и овес, гречиху, овощи (картофель, морковь, свеклу), однолетние и многолетние травы (рис. 1).   Рис. 1. Структура пашни в Республике Хакасия в 2022 г., тыс. га  Данные по внесению минеральных и органических удобрений в Республике Хакасия с 1966 по 2022 г. представлены в таблице. Площадь пашни сократилась с 732,0 тыс. га в 1966 г. до 559,6 тыс. га в 2022 г. Исторический минимум и максимум зафиксированы соответственно для площади пашни в 2004 г. (407 тыс. га) и в период с 1962 по 1988 г. включительно (732 тыс. га). В среднем площадь пашни в наблюдаемый период составила 629,4 ± 13,7 тыс. га.Для минеральных удобрений минимумы и максимумы зафиксированы соответственно в 2004 (644,1 т) и 1989 гг. (37 830,6 т). В 2022 г. количество внесенных минеральных удобрений составило 3620,6 т, что сопоставимо с максимумом в наблюдаемом периоде. С органическими удобрениями ситуация отличается: минимум наблюдали в 2014 г. (нет данных о внесении органических удобрений), максимум – также в 1989 г. (1905 т). В 2022 г. количество внесенных органических удобрений составило 65,1 т, что намного ниже вышеуказанного максимума.Общая сумма внесенных за весь период наблюдений составила для азотных удобрений – 271 211,1 т, для фосфорных – 192 255,3 и для калийных – 57 143,0 т. Между различными годами отмечены значительные отличия.Расчетные запасы углерода в удобрениях, внесенных в пашню, представлены на рисунке 2.    Рис. 2. Запасы углерода в удобрениях (Республика Хакасия, 1966–2022 гг.)  64     Внесение минеральных и органических удобрений в Республике Хакасия (1966–2022 гг.) ГодМинеральные удобрения, т д. в.Органические удобренияПлощадь пашни,тыс. гаУдобренная площадьВсегоNPKкг/га пашнитыс. гакг/гатыс. тт/га пашни1966–197098,032,03201,82177,4914,0110,44,4799,81,1732,01971–1975226,045,28190,04606,62482,21101,211,21085,81,5732,01976–1980226,867,815429,87700,25778,61951,021,11025,41,4732,01981–1985335,464,221555,611246,67777,62531,429,51254,21,7732,01986–1990717,443,431460,415354,412914,03192,043,61760,42,4722,41991–1995313,241,213472,86182,05892,61398,219,9759,41,1649,41996–200063,841,82540,41643,2861,835,44,287,20,3598,42001–200523,339,7905,4478,8351,575,11,86,70,0482,22006–201040,138,31533,3808,5490,0234,83,170,90,3516,62011–201567,540,62805,32024,3406,9374,28,091,80,3495,12016–202051,3351785,81158,6382,5244,77,531,00,1559,2202158,844,02586,11769,4455,3361,44,661,40,11559,6202263,257,23620,62538,5542,3539,76,565,10,12559,6   Как видно из рисунка 2, запасы углерода в органических удобрениях (92 %) преобладали над минеральными удобрениями (7 %). Всего за наблюдаемый период внесено 395 871,9 т, из них органических – 33 623,0 и 362 248,8 т.В целом с 1966 по 1990 г. внесение углерода с удобрениями имело выраженный положительный тренд с 10 000 до 25 000 т, большинство удобрений являлись органическими (в основном подстилочный навоз). С 1990 г. наблюдалось снижение внесения углерода с удобрениями до 1999 г. Пониженные значения запасов углерода наблюдали до 2005 г., а после начался рост внесения удобрений и соответственно углерода, но он не достиг уровня 1993 г. или начала наблюдаемого периода 1966 г.В период с 1966 по 1993 г. в перерасчете на площадь пашни преобладали органические удобрения (0,548 т/га), что в 5 раза больше, чем количество внесенных минеральных удобрений (0,107 т/га) за этот же период. С 1994 по 2022 г. проявлялась обратная закономерность. Количество внесенного углерода в пашни с минеральными удобрениями составило 0,102 т/га, тогда как органического удобрения было внесено в среднем 0,046 т/га. Если доля минерального удобрения в период с 1966 по 1993 г. составляла 17,1 %, то с 1994 по 2022 г. – 73,8 %. Причины этого очевидны – экономические (стоимость удобрений) и организационные (необходимость развития логистики для целей внесения органических удобрений) факторы.Размах данных по углероду в минеральных удобрениях составил 40,5–2 750,2 т, для органических 0–22 993,4 т. В 2022 г. общее коли­чество внесенных удобрений было равно 3 685,7 т, в них содержалось 1133,1 т углерода, из них 347,3 т в минеральных и 785,8 т в органи­ческих удобрениях.Таким образом, отмечено снижение количес­тва углерода, поступающего с удобрениями, в особенности с органическими. Оценки могут быть уточнены за счет учета точного состава удобрений, используемых в хозяйствах Хакасии, так как для расчетов использовались усредненные значения показателей.Удобрения оказывают положительное влияние на рост растений и увеличивают количество растительных остатков после уборки урожая. При этом изменяется и углеродный баланс экосистем. В связи с этим был проведен анализ валовых значений поступления углерода с растительными остатками в 2022 г. (рис. 3–5).    Рис. 3. Поступление углерода с остатками зерновых и зернобобовых растений(Республика Хакасия, 2022 г.)   Рис. 4. Поступление углерода с остатками овощных и масличных культур(Республика Хакасия, 2022 г.)   Рис. 5. Поступление углерода с остатками силосных растений и трав(Республика Хакасия, 2022 г.)  Из рисунков 3–5 видно, что наибольшее количество углерода в почву привносили пшеница, овес, лен-кудряш и подсолнечник, а также многолетние травы. В целом с пожнивными остатками по всем культурам в пашни республики внесено 533,0 т С · год–1 (35 %), с корнями – 968,8 т С · год–1 (65 %). Стоит отметить, что данные по однолетним и многолетним травам рассчитаны по минимальным значениям.Оптимальным способом повышения углерода почвы с растительными остатками без увеличения посевных площадей является повышение урожайности культур (соблюдение агротехники, внесение достаточного количества удобрений, обеспечение растений водой). Повысить поток углерода в почву можно, используя рациональные севообороты (с включением зерновых (ячменя, пшеницы) и овощных культур, таких как картофель, свекла, капуста и морковь, и других культур).В литературе описываются разные точки зрения на внесение углерода с удобрениями на разных типах почв. В ряде работ утверждается, что фиксируется увеличение скорости разложения органического вещества в результате использования больших доз органических удобрений, так как происходит существенное ускорение процессов, связанных с биологической активностью почвы [2, 4]. Другие исследования выявили, что использование минеральных удобрений (в большей степени азотосодержащих) приводит к снижению количества гумуса в различных типах почв [5, 6].При этом отмечается внесение минеральных удобрений, что способствует увеличению надземной и подземной массы растений, это влияет на положительный баланс гумуса [7]. По мнению ряда исследователей, ежегодное внесение в пахотный слой от 40 до 60 кг/га азота может обеспечить бездефицитный баланс гумуса [2, 8].В основном авторы ориентируются на длительные исследования. Например в Поволжье проведены многолетние (42 года) полевые опыты по уменьшению количества углерода из пахотного горизонта на почвах, где не применялись органические и минеральные удобрения. Анализируемый слой составил от 0 до 40 см, где потери находились на уровне 0,17 %, что примерно составило 8,45 т/га. Использование комплексных минеральных удобрений в дозах действующего вещества N34Р18К8 и N39Р16К8 способствовало уменьшению потерь углерода до 20–22 % в сравнении с контрольным вариантом, где вообще не применялись минеральные удобрения. Однако использование повышенных доз азота в комплексных удобрениях (N57Р15К8) фиксировалось до 60 % потерь углерода в сравнении с контрольным вариантом. Этот процесс повышения потерь углерода можно объяснить тем, что повышение микробиологической активности почвы и, как следствие, усиление процесса минерализации гумуса напрямую связаны с количеством доступного минерального азота. Снижение интенсивности потерь углерода на контроле и при невысоких дозах азота в шестую-седьмую ротации связано с улучше­нием гидротермических условий гумусообразования осеннего периода и заменой зернопаропропашного севооборота на зернопаровой [9].Особенности агрогенной трансформации и состав органического вещества в различных типах почв юга Средней Сибири (в пределах Красноярского края, Хакасии и Тывы) достаточно хорошо изучены. Уровень минерализируемого (трансформируемого) пула органического вещества на черноземах вышеперечисленных территорий находится на уровне 19–28 т С/га, основными составными частями которого яв­ляются подвижный гумус с растительными остатками и значительная величина микробной биомассы. Использование культур в зернопаропропашном севообороте позволяет обогащать почву – 3,32 т С/га в год, а для зернотравяного – 3,89 т С/га в год, за счет высокого количества растительных остатков. За счет высокоразвитых корневых систем растений севооборота уровень годичных запасов растительных остатков может составлять от 40 до 70 %. Повышение величины минерализуемого пула органического вещества и ускорение процессов его разложения возможны в результате дополнительного поступления сидеральных культур и соломенной резки, которую получают в процессе уборки зерновых культур. Наблюдалось существенное понижение величины содержания подвижных соединений гумуса в почвах Хакасии (0,23 т С/га в год), это примерно 7 % его затрат на формирование чистой первичной продукции, при этом компенсация только на 34 % за счет новообразованного гумуса. Таким образом, снижение накопления углерода в почвах Хакасии имеет подтверждение в литературе [1, 7].Также было выяснено, что смешанная органоминеральная система обеспечивает допол­нительную секвестрацию СО2 до 5,3–6,6 т СО2 ∙ га–1 ∙ год–1 [2]. В Республике Хакасия не тре­буется известкование в связи со слабощелочной реакцией распространенных в степной зоне черноземов.Существенная роль на данной территории отводится использованию зернотравянных севооборотов при научно обоснованной системе внесения удобрений. Важным аспектом является внесение навоза с азотными удобрениями в дозе 30 кг/га (без учета поступления биологи­ческого азота) и 60 кг/га азотных удобрений (с учетом биологического азота), позволяющее получать урожайность на уровне 50 ц /га, что в 1,5–2,0 раза выше по сравнению с передовыми сельхозпредприятиями. В Хакасии в 2022 г. средние дозы азотных удобрений значительно меньше этого количества (6,5 кг/га пашни). Следует отметить, что внесение удобрений влияет и на эмиссию N-N2O из почвы – органические удобрения снижают эмиссионный фактор (до 0,07), полные дозы навоза КРС и NPK повышают до 2,14 %. Для достоверного расчета секвестрации углерода нужно учитывать ее за полную ротацию севооборота, а также дополнительный приход С в случае запашки соломы в поле [2].Заключение. В научной литературе вопросы влияния различных удобрений на плодородие почв обсуждается уже достаточно долго. Очевидно, что для повышения секвестрации углерода в почве необходимо увеличить внесение удобрений в почву, как органических, так и минеральных, в особенности азотных. Хорошим решением будет использование помета, который содержит 19,11 % сырого вещества против 12,07 % в подстилочном навозе. Рядом с сельскохозяйственными угодьями Хакасии расположены 3 птицефабрики – Шушенская и Усть-Абаканская, также есть источники навоза КРС и лошадей. Экологически безопасно будет расширение посадок многолетних сидератов. В Хакасии хорошо повышают плодородие почвы посевы эспарцета песчаного, часто применялся донник лекарственный. Исследования в Республике Хакасия Государственной агрохимичес­кой службой «Хакасская» и Научно-исследова­тельским институтом аграрных проблем Хакасии использование донника желтого в качестве основной сидеральной культуры способствует накоплению органического вещества на уровне от 18 до 34 т/га, в зависимости от почвенно-климатической зоны возделывания, что может составлять 160–400 кг NPK [1].Требуется стратегическое решение вопросов обеспечения Хакасии удобрениями собственного производства. Основные предложения описаны в Госдокладе по состоянию окружающей среды Республики Хакасия. Высокие цены на специализированную технику, запасные части, горючесмазочные материалы и введение с 1 марта 2023 г. Федерального закона от 14.07.2022 № 248-ФЗ «О побочных продуктах животноводства и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» значительно усложнит использование сидеральных паров и введение залежных земель, а также применение органических удобрений в сельскохозяйственном производстве. Необходимо создание единой системы интенсификации биологизации земледелия для Хакасии. Система должна включать оптимизацию структуры посевных площадей, освоение севооборотов, расширение посевов бобовых однолетних и многолетних трав и зернобобовых культур, использование на удобрение всех видов навоза и помета, компостов, соломы, сидератов [1].Многолетняя динамика количества удобрений и углерода в них коррелируют. Запасы углерода в органических удобрениях (92 %) преобладали над минеральными удобрениями (7 %). Всего за период с 1966 по 2022 г. внесено 395 871,9 т удобрений, из них органических – 33 623,0 и 362 248,8 т.В 2022 г. с растительными остатками внесено в пашню 1501,8 т С · год–1, из них наибольшее количество углерода в почву привносили пшеница, овес, лен-кудряш и подсолнечник, а также многолетние травы.Таким образом, внесение удобрений оказывает положительное влияние на продуктивность культур, сохранение плодородия почвы и на секвестрацию углерода в агроэкосистемах. Для уточнения оценок внесения углерода с удобрениями и в целом для перехода на систему учета углеродного баланса агроценозов в региональном масштабе рекомендуются следующие меры:– разработать модуль для расчетов углеродного баланса агроэкосистем в базе данных по секвестрации углерода (совместная разработка ФГБОУ ВО «Хакасского государственного университета» и Института биофизики СО РАН); – включить раздел об углеродном балансе агроэкосистем в аналитические отчеты Министерства сельского хозяйства Республики Хакасия;– развивать систему стимулирования для хозяйств, ведущих деятельность по накоплению углерода в почве, через внесение удобрений и посев сидератов.Предлагаемые решения позволят осуществлять мониторинг углеродного баланса экосистем, что необходимо для рационального использования эколого-ландшафтных ресурсов Хакасии.