Влияние биоуглей на концентрацию доступных для растений элементов в почве

Влияние биоуглей на концентрацию доступных для растений элементов в почве

Автор: Пономарев К.О., Дрягина А.А., Филимоненко Е.А., Димитрюк И.Д.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Рубрика: Статьи

Статья в выпуске: 120, 2024 года.

Бесплатный доступ

Для решения экологических проблем и снижения экономических затрат необходимо усовершенствовать системы применения минеральных удобрений путем разработки и внедрения новых технологий, включая использование биоуглей. Из-за отсутствия эффективного мониторинга изменений в почве сложно корректировать нормы внесения удобрений. Это обуславливает важность информации об элементном составе биоугольных мелиорантов, используемых при снижении подвижности тяжелых металлов в почве. Применение биоугля для восстановления загрязненных почв основано на его способности иммобилизировать тяжелые металлы и органические поллютанты. В работе использовались биоугли, полученные медленным пиролизом разных видов органических материалов: сосновых опилок, навоза крупного рогатого скота (КРС), пшеничной соломы, скорлупы кедрового ореха и пивной дробины. Проанализировано влияние биоуглей (доза внесения 10 т/га) на концентрацию 13 элементов (C, N, K, P, Mg, Ca, Fe, Mn, Pb, Ni, Cr, Cd, Co) в почве. Анализ данных проводился после выращивания мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) на дерново-подзолистых почвах. Установлено, что концентрации тяжелых металлов в мелиорированных биоуглями почвах значительно ниже предельно допустимых концентраций для почв (ПДК). Содержание свинца (Pb) в почвах с биоуглями в 9 и более раз ниже уровня ПДК, а биоуголь из отходов жизнедеятельности КРС достоверно снижает концентрацию этого металла в почве.

Еще

Биоуголь, пиролиз, органические отходы, элементный состав, мелиорация почв

Короткий адрес: https://sciup.org/143183574

IDR: 143183574   |   DOI: 10.19047/0136-1694-2024-120-265-294

Список литературы Влияние биоуглей на концентрацию доступных для растений элементов в почве

  • Абашев В.Д., Попов Ф.А., Носкова Е.Н., Жук С.Н. Влияние минеральных удобрений на урожайность зерна яровой пшеницы // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1 (17). С. 7-11.
  • Аветян С.А., Савицкая Н.В., Савин И.Ю., Шишконакова Е.А. Картографическая интерпретация химического и радиационного загрязнения почв России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. № 114. С. 99-102. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-114-29-65.
  • Бельченко С.А. Влияние систем удобрения на химические свойства дерново-подзолистой песчаной почвы // Вестник аграрной науки. 2012. Т. 34. №. 1. С. 22-23.
  • Бойцова Л.В., Рижия Е.Я., Москвин М.А. Содержание минеральных форм азота в дерново-подзолистой супесчаной почве разной степени окультуренности при внесении в нее биоугля // Агрохимия. 2021. № 11. С. 25-32. https://doi.org/10.31857/s0002188121080056.
  • Борисочкина Т.И., Котельникова А.Д., Рогова О.Б. Массоперенос химических элементов и их соединений в агроценозах // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2022. №. 110. С. 114-147. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-110-114-147.
  • Власюк П.А. Биологические элементы в жизнедеятельности растений. Киев: Наукова думка, 1969. 516 c.
  • Гилёва Л.Н., Подрядчикова Е.Д., Гоняева В.Р. Исследование и оценка экологического состояния земель города Тюмени // Московский экономический журнал. 2022. Т. 7. № 3. С. 407-422. https://doi.org/10.55186/2413046X_2022_7_3_158.
  • Карабутов А.П., Уваров Г.И. Влияние элементов агротехнологии на калийный режим почвы в длительных опытах // Региональные геосистемы. 2015. Т. 30. № 3 (200). С. 125-132.
  • Кидин В.В., Дерюгин И.П., Кобзаренко В.И. Практикум по агрохимии. М.: КолосС, 2008. 599 с.
  • Когут Б.М., Милановский Е.Ю., Хаматнуров Ш.А. О методах определения содержания органического углерода в почвах (критический обзор) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. № 114. С. 5-28. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-114-5-28.
  • Когут Б.М., Семенов В.М., Артемьева З.С., Данченко Н.Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода // Агрохимия. 2021. № 5. С. 3-13. https://doi.org/10.31857/s0002188121050070.
  • Крылова А.Ю., Горлов Е.Г., Шумовский А.В. Получение биоугля пиролизом биомассы // Химия твердого топлива. 2019. № 6. С. 55-64. https://doi.org/10.1134/s0023117719060100.
  • Обухов А.И., Плеханова И.О. Атомно-абсорбционный анализ в почвенно-биологических исследованиях. М.: Изд-во МГУ, 1991. 183 с.
  • Плеханова И.О., Золотарева О.А. Экологическое нормирование состояния почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимия. 2020. №. 10. С. 79-88. https://doi.org/10.31857/S0002188120100099.
  • Пономарев К.О., Первушина А.Н., Коротаева К.С., Юртаев А.А., Петухов А.С., Табакаев Р.Б., Шаненков И.И. Влияние биоугля на развитие яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) и кислотность дерново- подзолистой почвы в Западной Сибири // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. № 113. С. 110-137. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-113-110-137.
  • СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Взамен ГН 2.1.7.2041-06; введ. 2021-03-01. М.: Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации, 2021. 469 с.
  • Соколов А.В. (ред.) Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 655 с.
  • Степанова И.А., Степанов А.С. Утилизация отходов агропромышленного комплекса: учебное пособие. Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. 164 с.
  • Титаренко В.О., Каунова А.А., Темердашев З.А., Попандопуло В.Г. Исследование взаимосвязи между элементным составом винограда и почвой региона его произрастания // Аналитика и контроль. 2016. Т. 20. №. 2. С. 138-146. https://doi.org/10.15826/analitika.2016.20.2.004.
  • Pandiselvam R., Shaji A., Ramesh S.V., Sathyan N., Manikantan M.R., Mathew A.C. Development, evaluation, and optimization of portable pyrolysis system for the production of biochar from tender coconut husk // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. P. 1-10. https://doi.org/10.1007/s13399-023-03923-5.
  • Balmuk G., Videgain M., Manyà J.J., Duman G., Yanik J. Effects of pyrolysis temperature and pressure on agronomic properties of biochar // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2023. Vol. 169. P. 105858. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2023.105858.
  • Bergfeldt B., Morgano M.T., Leibold H., Richter F., Stapf D. Recovery of phosphorus and other nutrients during pyrolysis of chicken manure // Agriculture (Switzerland). 2018. Vol. 8. No. 12. P. 1-10. https://doi.org/10.3390/agriculture8120187.
  • Carter S., Shackley S., Sohi S., Suy T.B., Haefele S. The impact of biochar application on soil properties and plant growth of pot grown lettuce (Lactuca sativa) and cabbage (brassica chinensis) // Agronomy. 2013. Vol. 3. No. 2. P. 404-418. https://doi.org/10.3390/agronomy3020404.
  • Clemente J.S., Beauchemin S., Thibault Y., Mackinnon T., Smith D. Differentiating inorganics in biochars produced at commercial scale using principal component analysis // ACS Omega. 2018. Vol. 3. No. 6. P. 6931-6944. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00523.
  • Cleveland C.C., Liptzin D. C :N : P stoichiometry in soil: Is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass? // Biogeochemistry 2007. Vol. 85. No. 3. P. 235-252. https://doi.org/10.1007/s10533-007-9132-0.
  • Geng N., Kang X., Yan X., Yin N., Wang H., Pan H., Yang Q., Lou Y., Zhuge Y. Biochar mitigation of soil acidification and carbon sequestration is influenced by materials and temperature // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022. Vol. 232. P. 113241. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113241.
  • Gonzalez Sarango E.M., Leimer S., Valarezo Manosalvas C., Wilcke W. Does biochar improve nutrient availability in Ultisols of tree plantations in the Ecuadorian Amazonia? // Soil Science Society of America Journal. 2022. Vol. 86. No. 4. P. 1072-1085. https://doi.org/10.1002/saj2.20421.
  • Gorshkov A., Berezikov N., Kaltaev A., Yankovsky S., Slyusarsky K., Tabakaev R., Larionov K. Analysis of the physicochemical characteristics of biochar obtained by slow pyrolysis of nut shells in a nitrogen atmosphere // Energies. 2021. Vol. 14. No. 23. P. 8075. https://doi.org/10.3390/en14238075.
  • Gupta A., Ghosh P., Arora K., Sharma S., Kumar S. Valorization potential of pine needle waste biomass: recent trends and future perspectives // Environmental Science and Pollution Research. 2023. P. 1-16. https://doi.org/10.1007/s11356-023-27440-0.
  • Jones D.L., Edwards-Jones G., Murphy D.V. Biochar mediated alterations in herbicide breakdown and leaching in soil // Soil Biology and Biochemistry. 2011. Vol. 43. No. 4. P. 804-813. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2010.12.015.
  • Kambo H.S., Dutta A. A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 45. P. 359-378. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.050.
  • Kubaczyński A., Walkiewicz A., Pytlak A., Grządziel J., Gałązka A., Brzezińska M. Biochar dose determines methane uptake and methanotroph abundance in Haplic Luvisol // Science of the Total Environment. 2022. Vol. 806. P. 151259. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151259.
  • Kulczycki G., Magnucka E.G., Oksińska M.P., Kucińska J., Kobyłecki R., Pawęska K., Zarzycki R., Kacprzak A., Pietr S.J. The effect of various types of biochar mixed with mineral fertilization on the development and ionome of winter wheat (Triticum aestivum l.) seedlings and soil properties in a pot experiment // Agronomy. 2020. Vol. 10. No. 12. P. 1-16. https://doi.org/10.3390/agronomy10121903.
  • Matoso S.C.G., Wadt P.G.S., de Souza Júnior V.S., Pérez X.L.O., Plotegher F. Variation in the properties of biochars produced by mixing agricultural residues and mineral soils for agricultural application // Waste Management and Research. 2020. Vol. 38. No. 9. P. 978-986. https://doi.org/10.1177/0734242X20935180.
  • Morgan J.B., Connolly E.L. Plant-soil interactions: nutrient uptake // Nature Education Knowledge. 2013. Vol. 4. No. 8. P. 2.
  • Ngala L. Partial balance of N, P and K in a sole millet crop on a sandy loam soil of Northeast Nigeria // Journal of Soil Science and Environmental Management. 2013. Vol. 4. No. 2. P. 17-22. https://doi.org/10.5897/jssem12.018.
  • Rizhiya E.Y., Buchkina N.P., Mukhina I.M., Belinets A.S., Balashov E.V. Effect of biochar on the properties of loamy sand Spodosol soil samples with different fertility levels: A laboratory experiment // Eurasian Soil Science. 2015. Vol. 48. No. 2. P. 192-200. https://doi.org/10.1134/S1064229314120084.
  • Saffeullah P., Nabi N., Zaman M.B., Liaqat S., Siddiqi T.O., Umar S. Efficacy of characterized prosopis wood biochar amendments in improving growth, nitrogen use efficiency, nitrate accumulation, and mineral content in cabbage genotypes // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2021. Vol. 21. P. 690-708. https://doi.org/10.1007/s42729-020-00393-w.
  • Savant N.K., Korndörfer G.H., Datnoff L.E., Snyder G.H. Silicon nutrition and sugarcane production: a review // Journal of Plant Nutrition. 1999. Vol. 22. No. 12. P. 1853-1903. https://doi.org/10.1080/01904169909365761.
  • Singh P., Singh R., Borthakur A., Madhav S., Singh V.K., Tiwary D., Srivastava V.C., Mishra P.K. Exploring temple floral refuse for biochar production as a closed loop perspective for environmental management // Waste Management. 2018. Vol. 77. P. 78-86. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.04.041.
  • Tangmankongworakoon N. An approach to produce biochar from coffee residue for fuel and soil amendment purpose // International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. 2019. Vol. 8. No. 1. P. 37-44. https://doi.org/10.1007/s40093-019-0267-5.
  • Tchoffor P.A., Davidsson K.O., Thunman H. Transformation and release of potassium, chlorine, and sulfur from wheat straw under conditions relevant to dual fluidized bed gasification // Energy & fuels. 2013. Vol. 27. No. 12. P. 7510-7520. https://doi.org/10.1021/ef401703a.
  • Usevičiūtė L., Baltrėnaitė‐gedienė E., Feizienė D. The combined effect of biochar and mineral fertilizer on triticale yield, soil properties under different tillage systems // Plants. 2022. Vol. 11. No. 1. P. 111. https://doi.org/10.3390/plants11010111.
  • Uusitalo R., Jansson H. Dissolved reactive phosphorus in runoff assessed by soil extraction with an acetate buffer // Agricultural and Food Science in Finland. 2002. Vol. 11. No. 4. P. 343-353.
  • Vijayaraghavan K. The importance of mineral ingredients in biochar production, properties and applications // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2021. Vol. 51. No. 2. P. 113-139. https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1716654.
  • Wang Y., Yin R., Liu R. Characterization of biochar from fast pyrolysis and its effect on chemical properties of the tea garden soil // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2014. Vol. 110. No. 1. P. 375-381. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2014.10.006.
  • Waqas M., Aburiazaiza A.S., Miandad R., Rehan M., Barakat M.A., Nizami A.S. Development of biochar as fuel and catalyst in energy recovery technologies // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 188. P. 477-488. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.04.017.
  • Xu X., Zhao Y., Sima J., Zhao L., Mašek O., Cao X. Indispensable role of biochar-inherent mineral constituents in its environmental applications: A review // Bioresource Technology. 2017. Vol. 241. P. 887-899. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.023.
  • Zueva S., Kovalev A.A., Litti Y.V., Ippolito N.M., Innocenzi V., De Michelis I. Environmental and economic aspects of biomethane production from organic waste in Russia // Energies. 2021. Vol. 14. No. 17. P. 1-8. https://doi.org/10.3390/en14175244.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp