Стехиометрические характеристики почвы в системах защищённого возделывания на северо‑западе Китая

Почему важна почва под теплицами

В Китае и во всём мире всё больше овощей и фруктов выращивают под плёночными сооружениями, которые защищают культуры от непогоды и повышают урожайность. Но эти системы защищённого возделывания — например теплицы и высокие туннели — также меняют пути перемещения таких питательных элементов, как углерод, азот, фосфор и калий в почве. В этом исследовании изучается, не приводит ли многолетняя интенсивная эксплуатация теплиц, различие культур и контрасты климата в провинции Шэньси к скрытым нарушениям баланса питательных веществ в почвах, что имеет важные последствия для продовольствия и окружающей среды.

Тщательный анализ полевых почв

Исследователи отобрали образцы верхнего слоя почвы из 189 систем защищённого возделывания и из 130 соседних открытых полей в трёх существенно различающихся регионах Шэньси: тёплом и влажном юге, более мягком центре и сухом, прохладном севере. В каждом регионе они сравнивали почвы с кратковременных, среднесрочных и долгосрочных участков теплиц, где выращивали листовые овощи, плодово‑овощные культуры, такие как томаты и перец, или свежие фрукты, например дыни. Измеряли содержание углерода, азота, фосфора и калия и рассчитывали простые соотношения между этими элементами, которые функционируют как «жизненные показатели» здоровья почвы и баланса питательных веществ. Эти соотношения показывают, склоняется ли почва к дефициту или избытку, что может влиять на микробов, рост растений и потери питательных веществ.

Теплицы по сравнению с открытыми полями

При сравнении защищённых систем с открытыми полями были выявлены явные различия. Почвы под теплицами имели существенно более высокие отношения углерод‑к‑фосфору и азот‑к‑фосфору, а также более высокие соотношения азот‑к‑калию, чем соседние открытые почвы. Проще говоря, почвы в теплицах склонны накапливать больше углерода и азота относительно фосфора и калия. Соотношения углерод‑к‑азоту, напротив, были ниже в теплицах, что отражает более быстрое разложение органики и интенсивное внесение азотных удобрений. Эти закономерности были наиболее выражены в тёплой и влажной южной зоне, где высокая биологическая активность и щедрые подачи воды и удобрений ускоряют круговорот питательных веществ и усиливают дисбаланс между элементами.

Как время и выбор культур меняют равновесие

Продолжительность использования земли под защищённым возделыванием оказалась мощным фактором изменений. По мере того как теплицы переходили от краткосрочного к долгосрочному использованию, в их почвах последовательно снижались соотношения углерод‑к‑азоту, но увеличивались соотношения углерод‑к‑фосфору, азот‑к‑фосфору, углерод‑к‑калию и азот‑к‑калию. Эта картина указывает на постепенный сдвиг от дефицита азота к растущему дефициту фосфора и особенно калия. Эффект был наиболее драматичен в более сухой северной зоне, где долго эксплуатируемые теплицы показывали почти вдвое более высокие показатели, связанные с калием, чем новые сооружения — признак того, что калий вымывается из почвы быстрее, чем восполняется. Тип культуры сам по себе оказывал меньший эффект, но его влияние изменялось в зависимости от климата и времени возделывания, то есть одна и та же культура могла смещать баланс питательных веществ в разные стороны в зависимости от места и срока выращивания.

Скрытая роль свойств почвы

Чтобы распутать эти взаимосвязанные влияния, авторы применили статистические модели, учитывающие прямые и косвенные эффекты. Они обнаружили, что климатическая зона, годы возделывания и тип культуры формируют соотношения питательных веществ в почве, но главным образом через изменение базовых свойств почвы — таких как кислотность, содержание органического вещества и способность почвы удерживать ионы. Например, почвы с более высокой реакцией (pH) склонны удерживать больше углерода относительно азота, тогда как почвы с большей ёмкостью к удержанию питательных веществ сильнее проявляли признаки дефицита калия. Доступный калий в почве был тесно связан с тем, насколько сильно смещались соотношения фосфор‑к‑калию и другие показатели. По сути, базовые свойства почвы выступали основной «коробкой передач», через которую управление и климат трансформировались в дисбаланс питательных веществ.

Что это значит для фермеров и окружающей среды

Для неспециалистов вывод прост: защищённое возделывание может повышать продуктивность, но оно также незаметно перестраивает бюджет питательных веществ в почвах. Со временем интенсивное и часто несбалансированное внесение удобрений в теплицах Шэньси склонно обогащать почвы азотом и углеродом, в то время как фосфор и особенно калий остаются в дефиците. Если это оставить без контроля, такой сдвиг может ослабить урожай, привести к расточительному использованию удобрений и увеличить загрязнение. Исследование указывает, что управление питательными веществами должно быть адаптировано к местному климату и свойствам почвы. В влажном юге стоит сократить азот и повысить внесение фосфора и калия для восстановления баланса; в более сухом севере приоритет следует отдать пополнению фосфора и калия. Отслеживая простые соотношения питательных элементов и корректируя состав удобрений соответственно, фермеры и консультанты могут помочь сохранить здоровье, продуктивность и устойчивость тепличных почв в долгосрочной перспективе.

Цитирование: Jing, G., Huang, B., He, L. et al. Soil stoichiometric characteristics of protected cultivation systems in Northwest China. Sci Rep 16, 13081 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43026-5

Ключевые слова: тепличная почва, баланс питательных веществ, стехиометрия почвы, защищённое возделывание, управление удобрениями