сотрудник
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Россия
Аннотация. Цель работы – оценить влияние биоугля на физико-химические свойства почвы и морфометрические и некоторые химические характеристики пшеницы твердой (Triticumdurum L.) и по состоянию растений косвенно оценить доступность макроэлементов в системе почва – биоуголь. Методы. Биоуголь получили из березового опила при температуре 500 °С и внесли в количестве 2 % от массы воздушно-сухой почвы. Результаты. В результате проведения вегетационного эксперимента показано, что внесение биоугля в тяжелосуглинистую агродерново-подзолистую почву привело к увеличению значений рН водной вытяжки и содержания общего азота, но при этом – к значительному снижению содержания общего органического углерода. Несмотря на улучшение некоторых почвенных характеристик, внесение биоугля не повлияло на высоту растений, массу листьев, массу корней, содержание азота и фосфора в листьях и зерне, а также отрицательно сказалось на общей массе растений и массе зерновок, которые снизились соответственно на 15 % и 18 % по сравнению с контролем. Внесение биоугля оказало влияние на строение корневой системы пшеницы: ее разветвленность увеличилась, в то время как диаметр поглощающих корней достоверно уменьшился. В эксперименте также отмечен рост микоризации корней за счет функциональных структур гриба – арбускул и везикул. Научная новизна заключается в том, что впервые в результате вегетационного эксперимента по внесению биоугля из березового опила в тяжелосуглинистую агродерново-подзолистую почву показано, что высокое содержание питательных веществ в почве с биоуглем еще не означает их доступность для растений. Полученные в работе результаты могут быть использованы для разработки технологий использования биоугольных мелиорантов в различных почвах.
биоуголь, агродерново-подзолистая почва, физико-химические характеристики почвы, Triticum durum, азот и фосфор в растениях, корневая система, поглощающие корни, арбускулярная микориза
1. Кудеяров В. Н. Влияние удобрений и системы земледелия на секвестрацию углерода в почвах // Агрохимия. 2022. № 12. С. 79–96. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002188122120092.
2. Cornelissen G., Jubaedah, Nurida N. L., Hale S. E., Martinsen V., Silvani L., Mulder J. Fading positive effect of biochar on crop yield and soil acidity during five growth seasons in an Indonesian Ultisol // Science of the Total Environment. 2018. Vol. 634. Pp. 561–568. DOI:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.380.
3. Murtaza G., Ahmed Z., Usman M., Tariq W., Ullah Z., Shareef M., Iqbal H., Waqas M., Tariq A., Wu Y., Zhang Z., Ditta A. Biochar induced modifications in soil properties and its impacts on crop growth and production // Journal of Plant Nutrition. 2021. Vol. 44. Iss. 11. Pp. 1677–1691. DOI:https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1871746.
4. Meschewski E., Holm N., Sharma B. K., Spokas K., Minalt N., Kelly J. J. Pyrolysis biochar has negligible effects on soil greenhouse gas production, microbial communities, plant germination, and initial seedling growth // Chemosphere. 2019. Vol. 228. Pp. 565–576. DOI:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.04.031.
5. Purakayastha T. J., Kumari S., Pathak H. Characterisation, stability, and microbial effects of four biochars produced from crop residues // Geoderma. 2015. Vol. 239–240. Pp. 293–303. DOI:https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.11.009.
6. Mukherjee A., Zimmerman A. R. Organic carbon and nutrient release from a range of laboratory-produced biochars and biochar–soil mixtures // Geoderma. 2013. Vol. 193. Pp. 122–130. DOI:https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2012.10.002.
7. Zhang Q., Song Y., Wu Z., Yan X., Gunina A., Kuzyakov Y., Xiong Z. Effects of six-year biochar amendment on soil aggregation, crop growth, and nitrogen and phosphorus use efficiencies in a rice-wheat rotation // Journal of Clean Production. 2020. Vol. 242. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118435.
8. Craine J. M., Froehle J., Tilman D. G., Wedin D. A., Chapin I. F. S. The relationships among root and leaf traits of 76 grassland species and relative abundance along fertility and disturbance gradients // Oikos. 2003. Vol. 93. Iss. 2. Pp. 274–285. DOI:https://doi.org/10.1034/j.1600-0706.2001.930210.x.
9. Zhu J., Lynch J. P. The contribution of lateral rooting to phosphorus acquisition efficiency in maize (Zea mays) seedlings // Functional Plant Biology. 2004. Vol. 31 (10). Pp. 949–958. DOI:https://doi.org/10.1071/FP04046.
10. Bayuelo-Jiménez J. S., Gallardo-Valdéz M., Pérez-Decelis V. A., Magdaleno-Armas L., Ochoa I., Lynch J. P. Genotypic variation for root traits of maize (Zea mays L.) from the Purhepecha Plateau under contrasting phosphorus availability // Field Crops Research. 2011. Vol. 121 (3). Pp. 350–362. DOI:https://doi.org/10.1016/j.fcr.2011.01.001.
11. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. Москва: изд-во МГУ, 1970. 488 с.
12. Воробьева Л. А. Теория и практика химического анализа почв. Mосква: ГЕОС, 2006. 400 с.
13. Pregitzer K. S., DeForest J. L., Burton A. J., Allen M. F., Ruess R. W., Hendrick R. L. Fine root architecture of nine north American trees // Ecological Monographs. 2002. Vol. 72. Iss. 2. Pp. 293–309. DOI:https://doi.org/10.1890/0012-9615(2002)072[0293:FRAONN]2.0.CO;2.
14. Селиванов И. А. Микосимбиотрофизм как форма консортивных связей в растительном покрове Советского Союза. Москва: Наука, 1981. 232 с.
15. Al-Wabel M. I., Hussain Q., Usman A. R. A., Ahmad M., Abduljabbar A., Sallam A. S., Ok Y. S. Impact of biochar properties on soil conditions and agricultural sustainability: a review // Land Degradation & Development. 2018. Vol. 29. Iss. 7. Pp. 2124–2161. DOI:https://doi.org/10.1002/ldr.2829.
16. 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. Вып. 113. С. 110–137. DOI:https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-113-110-137.
17. Tesfaye F., Liu X., Zheng J., Cheng K., Bian R., Zhang X., Li L., Drosos M., Joseph S., Pan G. Could biochar amendment be a tool to improve soil availability and plant uptake of phosphorus? A meta-analysis of published experiments // Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 28. No. 26. Pp. 34108–34120. DOI:https://doi.org/10.1007/s11356-021-14119-7.
18. Curaqueo G., Roldán A., Mutis A., Panichini M., Martín A. P.-S., Meier S., Mella R. Effects of biochar amendment on wheat production, mycorrhizal status, soil microbial community, and properties of an Andisol in Southern Chile // Field Crops Research. 2021. Vol 273 (1). Article number 108306. DOI:https://doi.org/10.1016/j.fcr.2021.108306.
19. Gorovtsov A. V., Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Perelomov L. V., Soja G., Zamulina I. V., Rajput V. D., Sushkova S. N., Mohan D., Yao J. The mechanisms of biochar interactions with microorganisms in soil // Environmental Geochemistry and Health. 2020. Vol. 42 (8). Pp. 2495–2518. DOI:https://doi.org/10.1007/s10653-019-00412-5.
20. Ahmad Z., Mosa A., Zhan L., Gao B. Biochar modulates mineral nitrogen dynamics in soil and terrestrial ecosystems: A critical review // Chemosphere. 2021. Vol. 278. Article number 130378. DOI:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130378.
21. Yin S., Suo F., Kong Q., You X., Zhang X., Yuan Y., Yu X., Cheng Y., Sun R., Zheng H., Zhang C., Li, Y. Biochar enhanced growth and biological nitrogen fixation of wild soybean (Glycine max subsp. Soja Siebold & Zucc.) in a Coastal Soil of China // Agriculture. 2021. Vol. 11 (12). Article number 1246. DOI:https://doi.org/10.3390/agriculture11121246.
22. El-Naggar A., El-Naggar A. H., Shaheen S. M., Sarkar B., Chang S. X., Tsang D. C. W., Rinklebe J., Ok Y. S. Biochar composition-dependent impacts on soil nutrient release, carbon mineralization, and potential environmental risk: a review // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 241. Pp. 458–467. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.02.044.
23. Alburquerque J. A., Salazar P., Barrón V., Torrent J., Campillo M. C., Gallardo A., Villar R. Enhanced wheat yield by biochar addition under different mineral fertilization levels // Agronomy for Sustainable Development. 2013. Vol. 33. Pp. 475–484. DOI:https://doi.org/10.1007/s13593-012-0128-3.
24. Godlewska P., Ok Y. S., Oleszczuk P. The dark side of black gold: Ecotoxicological aspects of biochar and biochar-amended soils // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 403. Article number 123833. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123833.
25. Ling L., Luo Y., Jiang B., Lv J., Meng C., Liao Y., Reid B., Ding F., Lu Z., Kuzyakov Y., Xu J. Biochar induces mineralization of soil recalcitrant components by activation of biochar responsive bacteria groups // Soil Biology and Biochemistry. 2022. Vol. 172. Article number 108778. DOI:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108778.
26. Olmo M., Villar R., Salazar P., Alburquerque J. A. Changes in soil nutrient availability explain biochar’s impact on wheat root development // Plant and Soil. 2016. Vol. 399. Pp. 333–343. DOI:https://doi.org/10.1007/s11104-015-2700-5.
27. Shen Q., Hedley M., Arbestain M. C., Kirschbaum M. U. F. Can biochar increase the bioavailability of phosphorus? // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2016. Vol. 16. No 2. Pp. 268–286. DOI:https://doi.org/10.4067/S0718-95162016005000022.
28. Solaiman Z. M., Abbott L. K., Murphy D. V. Biochar phosphorus concentration dictates mycorrhizal colonisation, plant growth and soil phosphorus cycling // Scientific Reports. 2019. Vol. 9 (1). Article number 5062. DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-019-41671-7.
29. Hammer E. C., Balogh-Brunstad Z., Jakobsen I., Olsson P. A., Stipp S. L. S., Rillig M. C. A mycorrhizal fungus grows on biochar and captures phosphorus from its surfaces // Soil Biology and Biochemistry. 2014. Vol. 77. Pp. 252–260. DOI:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.06.012.
30. Yang X., Ran Z., Li R., Fang L., Zhou J., Guo L. Effects of biochar on the growth, ginsenoside content, and soil microbial community composition of Panax quinquefolium L. // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2022. Vol. 22 (2). Pp. 2670–2686. DOI:https://doi.org/10.1007/s42729-022-00835-7.
31. Смит С. Э., Рид Д. Дж. Микоризный симбиоз / Пер. с англ. 3-е издание. Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2012. 776 с.
