научная статья по теме ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ (ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ) Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ (ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ)»

АГРОХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

УДК 630.116:630.81

ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ СУПЕСЧАНОЙ ПОЧВЫ С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ

ОКУЛЬТУРЕННОСТИ (ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ) © 2015 г. Е. Я. Рижия, Н. П. Бучкина, И. М. Мухина, А. С. Белинец, Е. В. Балашов

Агрофизический научно-исследовательский институт Россельхозакадемии, 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14 e-mail: alenarizh@yahoo.com Поступила в редакцию 14.03.2013 г.

В 60-суточном лабораторном эксперименте провели исследование влияния биоугля на свойства пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы разной степени окультуренности. Установлено, что внесение биоугля привело к достоверному увеличению влажности почв в диапазоне потенциалов влаги от —5 до —50 кПа, достоверному уменьшению суммарной усадки высоко-окультуренной почвы после трех циклов увлажнения—иссушения, накоплению в почве достоверно большего количества нитратов. При влажности 21% в почве с высокой степенью окультуренности формировались менее благоприятные условия для развития процесса денитрификации, чем в почве со средней степенью окультуренности, что привело к меньшей кумулятивной эмиссии N2O из вы-сокоокультуренной почвы. Внесение биоугля в исследуемые почвы не вызвало достоверных изменений в кумулятивной эмиссии CO2, но привело к достоверному уменьшению эмиссии N2O из почв при совместном внесении биоугля и остатков клевера.

Ключевые слова: биоуголь, эмиссия парниковых газов, основная гидрофизическая характеристика, степень окультуренности почв.

БО1: 10.7868/80032180X14120089

ВВЕДЕНИЕ

Биологическим углем (биоуглем) принято называть материал, получаемый из древесины и органических отходов путем пиролиза при температуре 300—800°С без доступа кислорода. Естественным аналогом биоугля является так называемый "черный углерод" в почвах Терра Прета в Бразилии и в черноземных почвах в Германии [42, 35], накопившийся в результате регулярного сжигания травянистой и кустарниковой растительности в течение длительного времени. Одной из разновидностей биоугля является древесный уголь. Его основные свойства регламентирует ГОСТ 7657—84 "Уголь древесный", в соответствии с которым, массовая доля золы, нелетучего органического углерода и воды должна составлять 2.5—4.0, 67—90 и не более 6% соответственно. Он характеризуется высоким содержанием устойчивых полиароматических углеводородов, нейтральной кислотностью, низкой кажущейся плотностью (не менее 0.37 г/см3) и высокой адсорбционной способностью [16].

Накопление "черного углерода" в почвах Терра Прета способствовало существенному увеличению их плодородия [29]. В настоящее время применение биоугля в сельском хозяйстве может

привести к увеличению секвестрации углерода из атмосферы, сохранению и улучшению физического, биологического и физико-химического качества и устойчивости почв, уменьшению эмиссии парниковых газов из почв [36, 48].

Вопросы о перспективах широкого применения биоугля в качестве мелиоранта до сих пор остаются открытыми, что объясняется существованием противоречивых данных о его влиянии на свойства почв. Внесение биоугля в почву может увеличить ее водоудерживающую способность в среднем на 6—15% [17, 56, 32]. Будучи материалом с высокой пористостью (70—80%) и истинной плотностью (до 1.45 г/см3), а также низкой эластичностью, биоуголь может улучшить агрегатное состояние почвы, увеличить ее общую пористость [44], а также повысить сопротивление почв к механическим нагрузкам [27].

Биоуголь может вызвать уменьшение содержания почвенного азота, доступного для растений. Новак с соавт. [37] установили, что внесение биоугля, полученного из скорлупы ореха-пекана, в дозе от 5 до 25 г/кг супесчаной почвы Турю Капёь иёиК, привело к иммобилизации доступных форм азота в почве под яровым ячменем.

211

6*

Таблица 1. Свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы с разной степенью окультуренности

Показатель Степень окультуренности почв

средняя высокая

А, см 24 30

рН 5.4 6.1

S, % 58 72

С общ, г/кг почвы 18-22 26-34

Р205, мг/100 г почвы 23-29 40-51

К20, мг/100 г почвы 11-21 27-54

р, г/см3 1.1-1.3 0.9-1.1

ПВ, % от массы 36.4 40.8

КВ, % от массы 33.0 36.7

ДБ, N х 106 г почвы 1.6 2.8

НБ, N х 106 г почвы 0.03 0.05

Примечание. А — мощность гумусового горизонта; ^ — степень насыщенности почв основаниями; р — плотность сложения почвы; ПВ — полная влаго-емкость почвы, КВ — капиллярная влагоемкость почвы; ДБ — количество денитрифицирующих бактерий в сухой почве; НБ — количество нитрифицирующих бактерий в сухой почве.

Биоуголь способствует повышению активности, группового и функционального разнообразия почвенного микробного сообщества. Например, стимулирует развитие почвенных плесневых грибов и аэробных целлюлозоразлагающих бактерий, являющихся активными потребителями азота и подавляющих рост азотобактера [30, 47, 49].

Применение биоугля может способствовать достоверному снижению эмиссии М20 и С02 [34]. Переработка биомассы растений в биоуголь и его внесение в почву в форме ароматических органических соединений, труднодоступных для почвенных микроорганизмов приводит, с одной стороны, к уменьшению эмиссии С02 и, с другой стороны, к накоплению углерода в почвах [49].

Влияние биоугля на эмиссию парниковых газов из почв зависит от дозы его внесения. Например, установлено, что применение биоугля в дозах от 5 до 10 т/га на почвах грубого гранулометрического состава приводило к уменьшению эмиссии С02, а в дозе больше 10 т/га — к повышению [26]. Однако, согласно результатам Ванг с со-авт. [53], внесение биоугля в дозе 50 т/га не способствовало увеличению эмиссии С02 из почв рисовых полей.

Оксид азота(1) (^О) является одним из парниковых газов, эмиссию которого необходимо регулировать с помощью рациональных и эффективных сельскохозяйственных мероприятий. В России эмиссия М20 из сельскохозяйственных почв составляет 68.9% от суммарной эмиссии из всех источников [10]. Использование биоугля может быть одним из способов уменьшения эмиссии М20

из сельскохозяйственных почв [52]. Рондон с со-авт. [39, 40] показали, что внесение биоугля в почву под сорго зерновое (Sorghum bicolor L.) вызвало сокращение эмиссии N2O на 50%, а под многолетние травы — на 80%. В других исследованиях получены результаты o достоверном снижении эмиссии N2O из почв после применения биоугля под редькой огородной (Raphanus sativus L.) и o недостоверном повышении из почв под озимой пшеницей (Triti-cum aestivum L.) [50].

Биоуголь способствует сокращению потерь азота в форме N2O вследствие улучшения водно-воздушного режима почвы и ослабления процесса денитрификации. Рядом ученых [38, 43, 50] показано, что эмиссия N2O уменьшалась после внесения биоугля в почву даже при повышении доли водонасыщенных пор до 78%, то есть в анаэробных условиях, при которых активно протекает процесс денитрификации. Однако в исследованиях Янай с соавт. [56] установлено, что внесение биоугля в почву, в которой доля водонасыщенных пор составляла больше 83%, привело к усилению денитрификации и к достоверному увеличению эмиссии N2O.

Уменьшение эмиссии N2O из почв может быть также обусловлено широким отношением C/N в биоугле. Скорость и направленность физико-химических и микробиологических процессов в почвах зависят от величины C/N. Если это отношение в органическом субстрате меньше, чем у почвенных микроорганизмов, осуществляющих его гидролиз, то в почве наблюдается накопление минеральных форм азота, тогда как в противоположном случае, происходит иммобилизация азота [13, 14, 29].

Решение проблемы рационального применения биоугля в сельском хозяйстве требует проведения дополнительных исследований. Цели исследований заключались в оценке влияния биоугля на физические, физико-химические и биологические свойства почв, а также на эмиссию оксида азота(1) (N2O) и углекислого газа (СО2) из пахотного горизонта дерново-подзолистой супесчаной почвы с разной степенью окуль-туренности.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования выполняли на дерново-подзолистой супесчаной почве. Образцы почвы для лабораторного эксперимента отбирали из пахотного горизонта (0—30 см) агрофизического стационара Меньковского филиала Агрофизического научно-исследовательского института Россель-хозакадемии, расположенного в Гатчинском р-не Ленинградской обл. Пахотные горизонты почв агрофизического стационара отличались по ряду агрохимических, физических и микробиологиче-

Таблица 2. Характеристика биоугля и клевера красного

Вещество C общ N общ C/N pH водный Влажность Зола

г/кг %

Биоуголь Клевер красный 825.5 360.0 2.7 20.0 302.4 18.0 7.0 6.3 1.9 69.9 0.2 1.7

ских параметров (табл. 1), что позволило отнести их к почвам средней и высокой степени окульту-ренности [9, 18].

Изучали биоуголь с размером частиц не более 1 см, полученный из древесины березы и осины. В эксперименте использовали исходные почвы и почвы, в которые вносили растительные остатки клевера красного (Trifolium pratense L.). В табл. 2 представлена химическая характеристика биоугля и пожнивных остатков клевера. Клевер служил источником доступного углерода и азота, способствующих существенному увеличению эмиссии обоих парниковых газов из почв в течение короткого времени [13]. Исследуемые почвы, как показано ранее [19, 21], характеризуются низкими эмиссиями N2O, тогда как выявление достоверности влияния биоугля на эмиссии СО2 и N2O целесообразнее проводить на фоне высоких эмиссий этих газов. Высокие эмиссии СО2 и N2O наблюдаются в полевых условиях после внесения в почвы органических, минеральных и зеленых удобрений, а также при поступлении в почвы растительных остатков после каждой уборки урожая [19, 21].

До закладки эксперимента образцы почв высушили до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре +22°C. Нарушенные образцы почвы увлажнили до влажности 21% (от массы), соответствующей наименьшей влагоемкости в средне окультуренной почве, и поместили в пластмассовые трехлитровые сосуды с герметично закрывающимися крышками. Крышки были оборудованы трехходовыми кранами для отбора образцов воздуха из сосудов для измерения концентрации СО2 и N2O. Образ

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Сельское и лесное хозяйство»