Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ЛАБИЛЬНОГО УГЛЕРОДА И ДОСТУПНОГО РАСТЕНИЯМ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

Работа №143666

Тип работы

Бакалаврская работа

Предмет

экология и природопользование

Объем работы63
Год сдачи2019
Стоимость4255 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
42
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
1.Биоуголь и его влияние на свойства почвы (обзор литературы). 5
1.1 Лабильный углерод в почве. Состав, функции, методы определения 5
1.2 Доступный растениям азот в почвах. Формы, методы определения 9
1.3 Физико-химические свойства древесного биоугля и его применение 12
1.3.1 Пористость 13
1.3.2 Химический состав и химия поверхности 14
1.4 Влияние биоугля на свойства почвы 17
1.4.1 Сорбция гидрофобных органических соединений биоуглем 17
1.4.2 Удержание, доступность и выщелачивание питательных веществ 17
1.4.3 Влияние биоугля на процессы нитрификации и аммонификации в почве 18
1.4.4 Влияние биоугля на микрофлору почв 20
1.4.5 Влияние биоугля на содержание углерода в почве 23
1.4.6 Влияние биоугля на содержание азота в почве 24
1.5 Влияние биоугля на урожайность культур 25
2. Материалы и методы 27
2.1 Материалы 27
2.2 Постановка и проведение модельного опыта 29
2.3 Методы 29
3. Результаты и обсуждение 30
3.1 Действие биоугля на формирование минеральных форм азота в почве 30
3.2 Действие биоугля на содержание лабильного углерода в почве (Cэгв) 35
3.3 Действие биоугля на содержание азота в составе лабильного углерода 38
3.4 Влияние биоугля на биомассу кукурузы и усвоение азота растениями 42
Заключение 48
Выводы 49
Рекомендации 50
Публикации 51
Список использованной литературы 52
Приложения 58



Содержание лабильного легкоразлагаемого органического вещества в почвах и его трансформация является определяющим фактором для почвенного плодородия и развития растений. Именно на этой форме органического вещества акцентировал внимание И.В. Тюрин (1956): «Огромна роль в питании растений той части органического вещества почвы, которая сравнительно легко разлагается микроорганизмами и составлена из неразложившихся органических остатков ежегодного опада и промежуточных продуктов его разложения. Собственно гумусовые вещества почвы, по причине их значительной устойчивости, играют гораздо меньшую роль». Однако влияние биоугля на формирование в почвах лабильных соединений углерода практически не изучено. Лабильный углерод имеет определяющее значение для всех почвенных процессов: он влияет на физические свойства почвы, способствует удержанию влаги, оструктуривает почву, а главное – образует доступный растениям азот в виде NH4и NO3 в процессе минерализации.
Доступный растениям почвенный органический азот высвобождается из растительного опада, детрита и гумуса в результате гидролиза и после минерализации формирует урожай на 70-80%, и лишь 20-30% азота растения получают из удобрений.
Влияние биоугля на лабильные формы углерода и доступный растениям азот недостаточно изучено, однако известно, что в большинстве случаев биоуголь положительно влияет на плодородие почвы путём улучшения её физико-химических свойств и увеличения численности таксономических групп почвенных микроорганизмов. Поэтому естественно предположить, что биоуголь будет положительно влиять на образование лабильного углерода и почвенного доступного азота, однако по этому вопросу данных в литературе практически нет.
Важной особенностью биоугля является его сорбционная способность, которая позволяет удерживать элементы питания растений, постепенно высвобождая их, что позволяет растениям лучше усваивать питательные вещества.
Для прогнозирования экологически безопасных доз азотных удобрений, необходимо знать содержание лабильного углерода и доступного растениям азота в почве. Кроме того, снижение доз азотных удобрений за счёт количества почвенного азота имеет как экономическую, так и экологическую значимость.
В связи с недостаточными и противоречивыми данными о действии биоугля на содержание лабильного углерода и доступного растениям почвенного азота, цель исследования состояла в изучении влияния биоугля на содержание лабильного углерода и доступного растениям почвенного азота.
В задачи исследования входило:
• охарактеризовать влияние биоугля на содержание лабильного углерода, доступного растениям азота в почве и биомассу кукурузы;
• оценить действие растительных остатков клевера и тимофеевки на содержание лабильного углерода, доступного растениям азота в почве и биомассу кукурузы;
• охарактеризовать влияние биоугля в сочетании с растительными остатками на содержание лабильного углерода, доступного растениям азота в почве и биомассу кукурузы.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В лабораторном опыте было изучено влияние биоугля на образование лабильного углерода и доступного растениям азота.
Содержание общего доступного минерального и органического азота в почве перед посевом растений оказалось наибольшим в варианте с бобовым сидератом и биоуглем и одним бобовым сидератом. На этих вариантах была получена наибольшая биомасса растений кукурузы.
Установлено, что биоуголь стабилизирует образование лабильного углерода за счет ингибирования процессов минерализации. Наибольший процент лабильного органического углерода от общего оказался в варианте совместного применения бобового сидерата с биоуглем, который достоверно отличался от других вариантов опыта.
Для того чтобы сопоставить усвоение азота растениями кукурузы с содержанием доступного азота в почве, был проведён вегетационный опыт на дерново-подзолистой почве. Результаты показали, что биоуголь по сравнению с контролем не влияет на усвоение азота растениями, а совместное применение биоугля с растительными остатками снижает усвоение азота кукурузой по сравнению с вариантами без биоугля. Кроме того, установлено, что доступный для растений лабильный органический азот может составлять от 60 до 100 кг/га. Этот азот состоит в основном из аминокислот и аминосахаров и, как известно, может минерализоваться до аммония и нитрата в течение 2-3 недель. Поэтому на эту величину возможно сократить планируемые дозы азотных удобрений и получить ощутимый экономический и экологический эффект.



1. Almendros, G., H. Knicker, and F.J. González-Vila. 2003. Rearrangement of carbon and nitrogen forms in peat after progressive isothermal heating as determined by solid-state 13C- and 15N-NMR spectroscopy. Org. Geochem.
2. Amonette, J.E., Jospeh, S., 2009. Charecteristics of Biochar: Microchemical Properties. In: J. Lehmann, Joseph, S. (Editor), Biochar for Environmental Management Science and Technology. Earthscan, London.
3. Antal Jr, M.J. and Grönli, M., 2003. The art, science, and technology of charcoal production. Industrial and Engineering Chemistry Research 42(8): 1619-1640с.
4. Asai H, Samson BK, Stephan HM, Songyikhangsuthor K, Inoue Y, Shiraiwa T, Horie T.,2009. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos: soil physical properties, leaf SPAD and grain yield. Field Crops Res 111:81–84 с.
5. Berglund LM, DeLuca TH, Zackrisson TH., 2004. Activated carbon amendments of soil alters nitrification rates in Scots pine forests. Soil Biol Biochem 36:2067–2073 с.
6. Blackwell P, Riethmuller G, Collins M.,2009. Biochar application for soil. Chapter 12. In: Lehmann J, Joseph S (eds) Biochar for environmental management science and technology. Earthscan, London, 207–226 с.
7. Bourke, J., Manley-Harris, M., Fushimi, C., Dowaki, K., Nunoura, T., Antal, M. J. Jr., 2007. Do all carbonised charcols have the same structure? A model of the chemical structrue of carbonized charcoal. Industrial and Engineering Chemistry Research 46: 5954-5967 с.
8. Briggs, C.M., Breiner, J., and Graham, R.C., 2005. Contributions of Pinus Ponderosa Charcoal to Soil Chemical and Physical Properties. The ASA-CSSA-SSSA International Annual Meetings (November 6-10, 2005), Salt Lake City, U.S.A. 248-255 с.
9. Brodowski, S., Amelung, W., Haumaier, L., Abetz, C., Zech, W., 2005. Morphological and chemical properties of black carbon in physical soil fractions as revealed by scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Geoderma 128: 116-129 с.
10. Brown, R., 2009. Biochar Production Technology. In: Biochar for Environmental Management: Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan. 237-239 с.
11. Cary T. Chiou and Daniel E. Kile, 1998. Deviations from Sorption Linearity on Soils of Polar and Nonpolar Organic Compounds at Low Relative Concentrations. Environ. Sci. Techno 32:338-343 с.
12. Cassman, K.G. (1999) Ecological Intensification of Cereal Production Systems: Yield Potential, Soil Quality, and Precision Agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 96, 5952-5959 с.
13. Cetin, E., Moghtaderi, B., Gupta, R., and Wall, T. (2004). “Influence ofpyrolysis conditions on the structure and gasification reactivity ofbiomass chars.”Fuel, 83(16), 2139–2150с.
14. Chan, K. Y., Xu, Z., 2009. Biochar: Nutrient Properties and Their Enhancement. In: Biochar for Environmental Management: Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan.368-374 с.
15. Chan, K.Y., Van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A. and Joseph, S., 2007. Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment. Australian Journal of Soil Research 45(8): 629-634с.
16. Cheng, C. H., Lehmann, J., Engelhard, M., 2008. Natural oxidation of black carbon in soils: changes in molecular form and surface charge along a climosequence. Geochimica et Cosmochimica Acta 72: 1598-1610 с.
17. Chiou, C. T Cornelissen, G., Gustafsson, Ö., 2004. Sorption of phenanthrene to environmental black carbon in sediment with and without organic matter and native sorbates. Environmental Science and Technology 38: 148-155 с.
18. Cornelissen, G., Gustafsson, Ö., Bucheli, T. D., Jonker, M. T. O., Koelmans, A. A., van Noort, P. C. M., 2005. Extensive sorption of organic compounds to black carbon, coal and kerogen in sediments and soils: mechanisms and consequences for distribution, bioaccumulation and biodegradation. Environmental Science and Technology 39: 6881-6895 с.
19. Demirbas, A., 2004. Effects of temperature and particle size on bio-char yield from pyrolysis of agricultural residues. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 72(2): 243-248 с.
20. Downie, A., Crosky, A., Munroe, P., 2009. Physical properties of biochar. In: Biochar for Environmental Management: Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan. 108-112 с.
21. Glaser, B., Balashov, E., Haumaier, L., Guggenberger, G. and Zech, W., 2000. Black carbon in density fractions of anthropogenic soils of the Brazilian Amazon region. Organic Geochemistry 31(7-8): 669-678 с.
22. Glaser, B., Lehmann, J., Zech, W., 2002. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal: a review. Biology and Fertility of Soils 35: 219-230 с.
23. Gundale, M.J. and T.H. DeLuca. 2007. Charcoal effects on soil solution chemistry and growth of Koeleria macrantha in the ponderosa pine/Douglas-fir ecosystem. Biology and Fertility of Soils: 43:303-311с.
24. Gustafsson, Ö., Haghseta, F., Chan, C., Macfarlane, J., Gschwend, P., 1997. Quantification of the dilute sedimentary soot phase: implications for PAH speciation and bioavailability. Environmental Science and Technology 31: 203-209 с.
25. Hamer, U., Marschner, B., Brodowski, S. and Amelung, W., 2004. Interactive priming of black carbon and glucose mineralisation. Organic Geochemistry 35(7): 823-830 с.
26. Harris, P. J. F., Tsang, S. C., 1997. High resolution of electron microscopy studies of non-graphitizing carbons. Philosophical Magazine A 76 (3): 667-677 с.
27. Hiller, E., Fargasova, A., Zemanova, L., Bartal, M., 2007. Influence of wheat ash on the MCPA imobilization in agricultural soils. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 78: 345-348 с.
28. Ishii, T., Kadoya, K., 1994. Effects of charcoal as a soil conditioner on citrus growth and vesicular–arbuscular mycorrhizal development. Journal of the Japaneese Society for Horticultural Science 63: 529-535 с.
29. Jonker, M. T. O., Hawthorne, S. B., Koelmans, A. A., 2005. Extremely Slowly Desorbing Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Soot and Soot-like Materials: Evidence by Supercritical Fluid Extraction. Environmental Science and Technology 39: 7889-7895 с.
30. Keiluweit, M., Kleber, M., 2009. Molecular level interactions in soil and sediments: the role of aromatic π-systems. Environmental Science and Technology 43: 3421-3429 с.
31. Kim, S., Kaplan, L. A., Brenner, R., Hatcher, P. G., 2004. Hydrogen-deficinet molecules in natural riverine water samples - Evidence for the existence of black carbon in DOM. Mar. Chemistry 92: 225-234 с.
32. Kimetu, J.M., Lehmann, J., Ngoze, S. O., Mugendi, D. N., Kinyangi, J. M., Riha, S., Verchot, L., Recha, J. W., and Pell, A. N., 2008. Reversibility of soil productivity decline with organic matter of differing quality along a degradation gradient. Ecosystems 11(5): 726-739 с.
33. Kimura R, Nishio M.,1989. Contribution of soil microorganism to utilisation of insoluble soil phosphorus by plants in grasslands. 288-291 с.
34. Laird, Lehmann, J. and Sohi, S., 2008. Comment on "fire-derived charcoal causes loss of forest humus". Science 321: 5894 с.
35. Lehmann, J., 2007. A handful of Carbon. Nature 447: 143-144 Lehmann, J., 2007. Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment 5: 381-387. Lehmann, J., Czimczik, C., Laird, D., and Sohi, S., 2009. Stability of biochar in the soil. In: Biochar for Environmental Management: Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan: 416-419.
36. Lehmann, J., 2007. Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment 5: 381-387с.
37. Lehmann, J., da Silva Jr., J. P., Steiner, C., Nehls, T., Zech, W., and Glaser,B., 2003b. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol in the Central Amazon basin: Fertiliser, manure and charcoal amendments. Plant and Soil 249: 343-357с.
38. Lützow, M.V. Stabilization of organic matter in temperate soils: Mechanisms and their relevance under different soil conditions [Текст] / M. V. Lützow, I. Kögel-Knabner, K. Ekschmitt, G. Matzner, G. Guggenberger, B. Marschner, H. Flessa // European Journal of Soil Science – 2006. – №4 –426-445с.
39. Mahmood S, Finlay RD, Fransson A-M, Wallander H., 2003. Effects of hardened wood ash on microbial activity, plant growth and nutrient uptake by ectomycorrhiza spruce seedlings. FEMS Microbiol Ecol 43:121–131 с.
40. Major J, DiTommaso A, German LA, McCann JM., 2003. Weed population dynamics and management on Amazonian dark earth. Chapter 22. In: Lehmann J, Kern DC, Glaser B, Woods WI (eds) Amazonian dark earths origin properties management. Kluwer Academic, Dordrecht, 125–139с.
41. Mann CC (2002) The real dirt on rain forest fertility. Science 297:920–923 с.
42. Marris, E., 2006. Putting the carbon back: Black is the new green. 442(7103): 624-626 с.
43. Nguyen, B.T., Lehmann, J., Kinyangi, J., Smernik, R., Riha, S. J., and Engelhard, M. H., 2008. Long-term black carbon dynamics in cultivated soil. Biogeochemistry, 89(3): 295-308с.
44. Novak J.M., Busscher W.J. et al. (2010) Short term CO2 mineralization after additions of biochar and switchgrass to a Typic Kunduidult. Geoderma 154: 281-288с.
45. O'Neill, B., Grossman, J., Tsai, M. T., Gomes, J. E., Lehmann, J., Peterson, J., Neves, E., and Thies, J. E., 2009. Bacterial Community Composition in Brazilian Anthrosols and Adjacent Soils Characterized Using Culturing and Molecular Identification. Microbial Ecology: 6-13 с.
46. Pastor-Villegas, J., Pastor-Valle, J. P., Meneses Rodriguez, J. M., and García, M., 2006. Study of commercial wood charcoals for the preparation of carbon adsorbents. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 76: 103-108 с.
47. Petrus, L. Biomass to biofuels, a chemical perspective [Текст] / L. Petrus, M. A. Noordermeer // Green Chemistry. – 2006. – №8. – с. 861-867.
48. Rondon, M.A., Lehmann, J., Ramírez, J. and Hurtado, M., 2007. Biological nitrogen fixation by common beans (Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and Fertility of Soils 43(6): 699-708 с.
49. Rovira P., Duguy B. and Vallejo V.R. 2009. Black carbon in wildfire-affected shrublandMediterranean soils. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 172: 43–52 с.
50. Saito, M., and Marumoto, T., 2002. Inoculation witharbuscularmycorrhizal fungi: the status quo in Japan and the future prospects. Plant and Soil 244: 273–279 с.
51. Saito, M., and Marumoto, T., 2002. Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi: the status quo in Japan and the future prospects. Plant and Soil 244: 273–279 с.
52. Sander, M., and Pignatello, J. J., 2005. Characterisation of charcoal adsorption sites for aromatic compounds: Insights drawn from single and bi-solute competitive experiments. Environmental Science and Technology 39: 1606-1615 с.
53. Sheng, G., Yang, Y., Huang, M., and Yang, K., 2005. Influence of pH on pesticide sorption by soil containing wheat residue-derived char. Environmental Pollution 134: 457-463 с.
54. Sohi, S., Lopez-Capel, E., Krull, E., and Bol, R., 2009. Biochar, climate change and soil: a review to guide future research. CSIRO Land and Water Science Report. 202-208 с.
55. Steiner, C. Slash and Char as Alternative to Slash and Burn: soil charcoal amendments maintain soil fertility and establish a carbon sink [Текст] / C. Steiner // Cuvillier Verlag. – 2007. - c. 218-230.
56. Steiner, C., Glaser, B., Teixeira, W. G., Lehmann, J., Blum, W. E. H., and Zech, W., 2008. Nitrogen retention and plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferralsol amended with compost and charcoal. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 171(6): 893-899 с.
57. Teixeira WG, Martins GC.,2003. Soil physical characterization. Chapter 15. In: Lehmann J, Kern DC, Glaser B, Woods WI (eds) Amazonian dark earths origin properties management. Kluwer Academic, Dordrecht, с 271–286.
58. Thies JE, Rillig MC.,2009. Characteristics of biochar: biological properties. Chapter 6. In: Lehmann J, Joseph S (eds) Biochar for environmental management science and technology. Earthscan, London, 85–10с.
59. Topoliantz, S. and Ponge, J.F., 2005. Charcoal consumption and casting activity by Pontoscolex corethrurus (Glossoscolecidae). Applied Soil Ecology 28(3): 217-224 с.
60. Van Zwieten, L. Biochar reduces emissions of non-CO2 GHG from soil. In: Lehmann J., Joseph [Текст] / L. Van Zwieten, Bhupinderpal-Singh, S. Joseph, S. Kimber, A. Cowie, Y. Chan // Biochar for environmental management. – 2009. 155-156 с.
61. Wang, X., Sato, T., and Xing, B., 2006. Competitive sorption of pyrene on wood chars. Environmental Science and Technology 40: 3267-3272.
62. Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. and Rillig, M.C., 2007. Mycorrhizal responses to biochar in soil - Concepts and mechanisms. Plant and Soil 300(1-2): 9-20с.
63. Yamato, M., Okimori, Y., Wibowo, I.F., Anshori, S. and Ogawa, M., 2006. Effects of the application of charred bark of Acacia mangium on the yield of maize, cowpea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indonesia. Soil Science and Plant Nutrition, 52(4): 489-495 с.
64. Yang, Y., and Sheng, G., 2003. Enhanced pesticide sorption by soils containing particulate matter from crop residue burns. EnvironmentalScienceandTechnology 37: 3635-3639 с.
65. БанкинаТ.А. Петров М.Ю., Петрова Т.М., Банкин М.П. Хроматография в агроэкологии. Спб.:НИИ Химии СПбГУ, 2002 – 580 с.
66. БанкинМ.П., Банкина Т.А., Земесзиркс Н.Э. Управление содержанием органического вещества и азота при интенсивном использовании дерново-подзолистых почв. // Вестник СПбГУ. – 1993. – Сер.3, вып.3. – С. 96-99.
67. Банкин М.П., Банкина Т.А., Коробейникова Л.П. Физико-химические методы в агрохимии и биологии почв. – СПб, СПбГУ. – 2005г. – 178 с.
68. Бергман В., Гюнтер А. Анализ почв и применение удобрений. М: «Колос». - 1969. – 104 с.
69. Берестецкий О.А. Биологические основы плодородия почв. М: «Колос». – 1984. – 287 с.
70. Володин В.М. Изменение состава гумусовых веществ и биологической активности эродированных черноземов // Вестник сельскохозяйственной науки. – 1988. - №2. – 55-59с.
71. Гришина I.A., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв. Тез.докл. У делегатского съезда. В.О.П., Минск, вып.2, 1977.
72. Кауричев И.С. Почвы нечерноземной зоны и пути повышения их плодородия в условиях интенсивного земледелия. – М: издательство ТСХА, 1983, 28 с.
73. Кершенс М. 1992. Значение содержания гумуса для плодородия почв и круговорота азота // Почвоведение. 10:122-131 с.
74. Крейер, Банкина, Орлова, Юрьева - «Практикум по агрохимическому анализу почв», 2005.
75. Помазкина Л.В. Агрохимия азота в таежной зоне Прибайкалья. Новосибирск. «Наука». – 1985. – 175с.
76. Трепачев Е.П. Биологический и минеральный азот земледелия: пропорции и проблемы. Журнал сельскохозяйственной биологии Т.15. 1980, - 56-61с.
77. Тюрин И.В. Плодородие почв и проблема азота в почвоведении и земледелии / И.В. Тюрин // Докл. VI Международному конгрессу почвоведов. М.: Изд-во АН СССР, 1956.
78. Тюрин И.В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. Издательство: Наука, 1965 г.
79. Фокин А.Д. Включение органических веществ и продуктов их разложения в гумусовые вещества почвы. // Известия ТСХА, 1974. – Вып.6.- 99-110с.
80. Шульц Э., Кершенс М. 1998. Характеристика разлагаемой части органического вещества почв и ее трансформации при помощи экстракции горячей водой // Почвоведение. 7:890-894 с.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.