Влияние различных биоуглей на агроэкологические показатели дерново-подзолистой почвы
|
Введение 3
Глава 1. Литературный обзор 6
1.1 Биоуголь основные свойства 6
1.2 Технологии и эксплатуция 7
1.2.1 Источники и основное сырье 7
1.2.2 Произвоство биоугля 9
1.2.3 Общие соображения по внесению биоугля 11
1.3 Влияние биоугля на агроэкологические характеристики почвы 13
1.3.1Влияние биоугля на физические свойства почвы 14
1.3.2Влияние биоугля на физико-химические и химические свойства 14
1.3.3Влияние биоугля на доступность питательных веществ растениям 16 1.3.4Влияние биоугля на почвенную биоту 17
1.4 Влияние биоугля на урожайность 18
1.5Экологические приемущества биоугля 19
1.5.1Воздейсвие биоугля на экосистему 20
1.5.2Снижение эмиссии парниковых газов 21
1.5.3Сорбция токсикантов и тяжелых металлов 22
1.6Потенциальные риски от внесения биоугля 24
Глава 2. Объекты и методы 26
2.1 Объекты 26
2.2 Закладка и схема эксперимента 30
2.3 Методы 33
Глава3. Результаты и обсуждение 34
3.1 Изменение основных биогенных элементов и значений pH в почвах под
воздействием различных биоуглей 34
3.1.1 Содержание минерального азота в почве 34
3.1.2 Содержание подвижного фосфора в почве 37
3.1.3 Содержание подвижного калия в почве 41
3.1.4 Изменение значений pH 45
3.2Изменение коцентрации тяжелых матллов в почвах при внесении различных биоуглей 47
3.2.1 Содержание меди в почве 48
3.2.2 Содержание цинка в почве 51
3.2.3 Содержание свинца в почве 55
3.2.4 Содержание кадмия в почве 58
3.3Влияние биоуглей на содержание NPK в вико-овсяной смеси 61
3.3.1Содержание азота в вико-овсяной смеси 61
3.3.2Содержание фосфора в вико-овсяной смеси 63
3.3.3Содержание калия в вико-овсяной смеси 64
3.4Влияние биоуглей на биомассу вико-овсяной смеси 66
Заключение 68
Список использованной литературы 73
... отсутствуют 2 и 3 главы
Глава 1. Литературный обзор 6
1.1 Биоуголь основные свойства 6
1.2 Технологии и эксплатуция 7
1.2.1 Источники и основное сырье 7
1.2.2 Произвоство биоугля 9
1.2.3 Общие соображения по внесению биоугля 11
1.3 Влияние биоугля на агроэкологические характеристики почвы 13
1.3.1Влияние биоугля на физические свойства почвы 14
1.3.2Влияние биоугля на физико-химические и химические свойства 14
1.3.3Влияние биоугля на доступность питательных веществ растениям 16 1.3.4Влияние биоугля на почвенную биоту 17
1.4 Влияние биоугля на урожайность 18
1.5Экологические приемущества биоугля 19
1.5.1Воздейсвие биоугля на экосистему 20
1.5.2Снижение эмиссии парниковых газов 21
1.5.3Сорбция токсикантов и тяжелых металлов 22
1.6Потенциальные риски от внесения биоугля 24
Глава 2. Объекты и методы 26
2.1 Объекты 26
2.2 Закладка и схема эксперимента 30
2.3 Методы 33
Глава3. Результаты и обсуждение 34
3.1 Изменение основных биогенных элементов и значений pH в почвах под
воздействием различных биоуглей 34
3.1.1 Содержание минерального азота в почве 34
3.1.2 Содержание подвижного фосфора в почве 37
3.1.3 Содержание подвижного калия в почве 41
3.1.4 Изменение значений pH 45
3.2Изменение коцентрации тяжелых матллов в почвах при внесении различных биоуглей 47
3.2.1 Содержание меди в почве 48
3.2.2 Содержание цинка в почве 51
3.2.3 Содержание свинца в почве 55
3.2.4 Содержание кадмия в почве 58
3.3Влияние биоуглей на содержание NPK в вико-овсяной смеси 61
3.3.1Содержание азота в вико-овсяной смеси 61
3.3.2Содержание фосфора в вико-овсяной смеси 63
3.3.3Содержание калия в вико-овсяной смеси 64
3.4Влияние биоуглей на биомассу вико-овсяной смеси 66
Заключение 68
Список использованной литературы 73
... отсутствуют 2 и 3 главы
С начала XXI века исследователи всего мира стали уделять пристальное внимание высокоуглеродистому твердому веществу, получаемому путем пиролиза биомассы, которому присвоили название биоуголь (с англ. biochar).
Немалый интерес к данному продукту заключается в его уникальных свойствах: высокая пористость, большая удельная площадь поверхности и емкость катионного обмена, которые характеризуют биоуголь как широкопрофильный сорбент, позволяющий удерживать в почве влагу, питательные вещества и переводить загрязнители в труднодоступную для растений форму.
Биоугли возможно производить из широкого спектра отходов органического происхождения, что является одним из перспективнейших способов их утилизации. Конечные свойства биоугля главным образом зависят как от исходного сырья, определяющего его химический состав, количество макропор и содержание зольных веществ, так и от технологического процесса пиролиза (скорости процесса и температуры), от которого зависят изменения в морфологии и структуре поверхности с различным соотношением C:H .
К настоящему времени уже имеется многочисленный опыт лабораторных и полевых исследований, показывающих, что добавление биоугля из различного сырья и в различных дозах достаточно эффективно для улучшения почвенных характеристик .
Биоуголь вещество с комплексным воздействием на почвенные экосистемы, охватывая физические, химические и биологические компоненты почвы . Отмечается его способность иммобилизовать токсиканты и загрязняющие вещества. Смягчать последствия изменения климата, главным образом за счет снижения эмиссии парниковых газов.
В связи со своей универсальностью и комплексностью воздействия, биоуголь имеет весьма широкие перспективы в управлении почвенными экосистемами, и является многообещающим мелиорантом.
Однако, несмотря на то, что исследования по внесению биоугля в почвы ведутся во многих странах, всё жесобрано недостаточно информации, чтобы дать однозначно положительный ответ о влиянии биоугей на конкретные типы почв. Важным моментом является разработка предварительных методик по внесению биоуглей с гарантией отсутствия их негативного воздействия на каждую конкретную почву и на каждую конкретную культуру.
Объект исследования - агроэкологические характеристики дерновоподзолистой супесчаной почвы со средней и высокой степенью окультуренности.
Предмет исследования - влияние различных биоуглей на основные агроэкологические характеристики дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности.
Новизна: следует отметить, что сравнительный анализ влияния биоуглей из отходов растительного и животного происхождения на дерновоподзолистые почвы разной степени окультуренности не проводился на территории Российской Федерации (до данного времени исследовался только древесный биоуголь). Результаты проведенного исследования указывают на неоднородный характер влияния различных биоуглей на основные свойства, характеризующие плодородие почв. Это дополняет сведения о неоднородном влиянии различных типов биоуглей при внесении их в одну почву, подкрепляя представление о том, что для наиболее рационального природопользования для каждой конкретной почвы, целесообразен подбор определенных типов биоуглей.
...
Немалый интерес к данному продукту заключается в его уникальных свойствах: высокая пористость, большая удельная площадь поверхности и емкость катионного обмена, которые характеризуют биоуголь как широкопрофильный сорбент, позволяющий удерживать в почве влагу, питательные вещества и переводить загрязнители в труднодоступную для растений форму.
Биоугли возможно производить из широкого спектра отходов органического происхождения, что является одним из перспективнейших способов их утилизации. Конечные свойства биоугля главным образом зависят как от исходного сырья, определяющего его химический состав, количество макропор и содержание зольных веществ, так и от технологического процесса пиролиза (скорости процесса и температуры), от которого зависят изменения в морфологии и структуре поверхности с различным соотношением C:H .
К настоящему времени уже имеется многочисленный опыт лабораторных и полевых исследований, показывающих, что добавление биоугля из различного сырья и в различных дозах достаточно эффективно для улучшения почвенных характеристик .
Биоуголь вещество с комплексным воздействием на почвенные экосистемы, охватывая физические, химические и биологические компоненты почвы . Отмечается его способность иммобилизовать токсиканты и загрязняющие вещества. Смягчать последствия изменения климата, главным образом за счет снижения эмиссии парниковых газов.
В связи со своей универсальностью и комплексностью воздействия, биоуголь имеет весьма широкие перспективы в управлении почвенными экосистемами, и является многообещающим мелиорантом.
Однако, несмотря на то, что исследования по внесению биоугля в почвы ведутся во многих странах, всё жесобрано недостаточно информации, чтобы дать однозначно положительный ответ о влиянии биоугей на конкретные типы почв. Важным моментом является разработка предварительных методик по внесению биоуглей с гарантией отсутствия их негативного воздействия на каждую конкретную почву и на каждую конкретную культуру.
Объект исследования - агроэкологические характеристики дерновоподзолистой супесчаной почвы со средней и высокой степенью окультуренности.
Предмет исследования - влияние различных биоуглей на основные агроэкологические характеристики дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности.
Новизна: следует отметить, что сравнительный анализ влияния биоуглей из отходов растительного и животного происхождения на дерновоподзолистые почвы разной степени окультуренности не проводился на территории Российской Федерации (до данного времени исследовался только древесный биоуголь). Результаты проведенного исследования указывают на неоднородный характер влияния различных биоуглей на основные свойства, характеризующие плодородие почв. Это дополняет сведения о неоднородном влиянии различных типов биоуглей при внесении их в одну почву, подкрепляя представление о том, что для наиболее рационального природопользования для каждой конкретной почвы, целесообразен подбор определенных типов биоуглей.
...
1. В ходе проведенной оценки установлено, что внесение изучаемых биоуглей в агродерново-подзолистую супесчаную почву с разной степенью окультуренности приводило к существенному (p<0.05) увеличению содержания минеральных форм азота, в среднем на 36-57 % по сравнению с контрольным вариантом, что зависело от типа вносимого биоугля, исключением являлся биоуголь из шелухи подсолнечника, внесение которого не привело к статистически значимым изменениям относительно контроля. Для среднеокультуренной почвы лучшим для внесения оказался биоуголь из птичьего помета, тогда как в высокоокультуренных вариантах лучше всего показался себя яблочный жмых, в целом воздействие данных биоуглей мало отличается друг от друга, их можно рекомендовать, если необходимо увеличить содержание минеральных форм азота в почве. При общем характере воздействия, лучшие результаты установлены при внесении биоугля в почвы с более высокой степенью окультуренности.
2. При анализе воздействия биоуглей на изменение подвижных форм фосфора выявлено, что внесение БПП приводило к достоверному (p<0.05) увеличению содержания подвижных форм фосфора на 209 % в почвах СОК и на 51 % соответственно для ВОК, и на 4 % при внесении БЯЖ в почвы ВОК. В остальных вариантах, внесение БЯЖ и БШП не приводило к достоверным изменениям данного биогенного элемента. Лучшие результаты отмечались при внесении биоугля в изначально более бедные почвы средней степени окультуренности. Если необходимо повысить содержание подвижных форм фосфора в почвах, то для этого можно порекомендовать вносить биоугли из птичьего помета.
3. Изучение влияния биоуглей на изменение содержания подвижных форм калия выявило статистически значимое (p<0.05) увеличение его концентрации как в почве СОК - на 436-1139 %, так и в почве ВОК - на 268-403 %. Наилучший результат давал биоуголь из птичьего помета, причем наибольший отклик отмечался в изначально более бедных почвах средней окультуренности. Следует отметить, что каждый из рассматриваемых биоуглей можно порекомендовать для внесения с целью повышения подвижных форм калия, в данном случае так же следует ориентироваться на воздействие биоугля на другие агроэкологические характеристик.
4. Внесение биоуглей приводило к достоверному снижению (p<0.05) кислотности почвы в среднем на 0.8-1.8 для почв СОК и на 0.4-0.8 для почв ВОК, наиболее сильно снижал кислотность биоуголь из птичьего помета. Следует отметить, что значительное возрастание pH установлено в почвах с изначально более низким значением, 5.4 в почвах СОК, против 6.2 в почвах ВОК. Биоуголь оказывается эффект известкования, что согласуется с ранее проводимыми экспериментами, для известкования супесчаной дерново-подзолистой почвы можно порекомендовать вносить биоуголь из птичьего помета.
5. Оценивая воздействие рассматриваемых биоуглей на макроэлементы и значение pH в почвах, установлен неоднородный характер влияния биоуглей на рассматриваемые показатели,сравниваемые биоугли сильно отличались друг от друга. За исключением воздействия биоугля на изменение содержания минеральных форм азота,биоугль из птичьего помета имел достоверные (p<0.05) отличия от биоугля из яблочного жмыха и шелухи подсолнечника. Немалую роль так же играло внесение биоугля в почвы с разной степенью окультуренности, за исключением минеральных форм азота, биоуголь лучше воздействовал на среднеокультуренные почвы. По степени рекомендации его для внесения, сравниваемые биоугли можно ранжировать в следующий ряд:биоуголь из птичьего помета (БПП) > биоуголь из яблочного жмыха (БЯЖ) > биоуголь из шелухи подсолнечника (БШП).
6. К концу лабораторного эксперимента как в почве со средней, так и высокой степенью окультуренности установлено существенное увеличение (p<0.05) концентрации меди при использовании биоугля из птичьего помета и яблочного жмыха на 58 и 17 % соответственно для СОК и на 62 и 18 % для ВОК. Внесение биоугля из шелухи подсолнечника не влияло на концентрацию меди в СОК, но увеличивало его содержание на 13 % в ВОК.
7. Как в вариантах СОК, так и в вариантах ВОК, отмечено с увеличение (p<0.05) содержания цинка при внесении биоугля из птичьего помета в среднем на 22-24 %, в тоже время внесение БШП приводило к достоверному снижению концентрации цинка в биоугля в среднем на 3-4 %. Биоугль БЯЖ не оказывал статистических значимого влияния на изменение концентрации цинка. Влияние окультуренности на полученные результаты было незначительным, существенные изменения наблюдались при внесении непосредственно различных типов биоуглей.
8. Установлено достоверное (p<0.05) увеличение содержания свинца при использовании изучаемых биоуглей - на 5-10 % в вариантах СОК, и на 5-9 % в вариантах ВОК. При этомразличия между окультуренностью почв и типами биоуглей были несущественными. Следует отметить, что внесение биоугля способствовало снижению иммобилизации свинца из почвы, основным источником иммобилизации является переход свинца в вико-овсяную смесь. Данное воздействие можно считать благоприятным, так как внесения биоугля переводило токсичные ТМ в менее активную форму, однако данный вопрос мало изучен, требуются дополнительные исследования, в том числе в растениях вико-овсяной смеси.
...
2. При анализе воздействия биоуглей на изменение подвижных форм фосфора выявлено, что внесение БПП приводило к достоверному (p<0.05) увеличению содержания подвижных форм фосфора на 209 % в почвах СОК и на 51 % соответственно для ВОК, и на 4 % при внесении БЯЖ в почвы ВОК. В остальных вариантах, внесение БЯЖ и БШП не приводило к достоверным изменениям данного биогенного элемента. Лучшие результаты отмечались при внесении биоугля в изначально более бедные почвы средней степени окультуренности. Если необходимо повысить содержание подвижных форм фосфора в почвах, то для этого можно порекомендовать вносить биоугли из птичьего помета.
3. Изучение влияния биоуглей на изменение содержания подвижных форм калия выявило статистически значимое (p<0.05) увеличение его концентрации как в почве СОК - на 436-1139 %, так и в почве ВОК - на 268-403 %. Наилучший результат давал биоуголь из птичьего помета, причем наибольший отклик отмечался в изначально более бедных почвах средней окультуренности. Следует отметить, что каждый из рассматриваемых биоуглей можно порекомендовать для внесения с целью повышения подвижных форм калия, в данном случае так же следует ориентироваться на воздействие биоугля на другие агроэкологические характеристик.
4. Внесение биоуглей приводило к достоверному снижению (p<0.05) кислотности почвы в среднем на 0.8-1.8 для почв СОК и на 0.4-0.8 для почв ВОК, наиболее сильно снижал кислотность биоуголь из птичьего помета. Следует отметить, что значительное возрастание pH установлено в почвах с изначально более низким значением, 5.4 в почвах СОК, против 6.2 в почвах ВОК. Биоуголь оказывается эффект известкования, что согласуется с ранее проводимыми экспериментами, для известкования супесчаной дерново-подзолистой почвы можно порекомендовать вносить биоуголь из птичьего помета.
5. Оценивая воздействие рассматриваемых биоуглей на макроэлементы и значение pH в почвах, установлен неоднородный характер влияния биоуглей на рассматриваемые показатели,сравниваемые биоугли сильно отличались друг от друга. За исключением воздействия биоугля на изменение содержания минеральных форм азота,биоугль из птичьего помета имел достоверные (p<0.05) отличия от биоугля из яблочного жмыха и шелухи подсолнечника. Немалую роль так же играло внесение биоугля в почвы с разной степенью окультуренности, за исключением минеральных форм азота, биоуголь лучше воздействовал на среднеокультуренные почвы. По степени рекомендации его для внесения, сравниваемые биоугли можно ранжировать в следующий ряд:биоуголь из птичьего помета (БПП) > биоуголь из яблочного жмыха (БЯЖ) > биоуголь из шелухи подсолнечника (БШП).
6. К концу лабораторного эксперимента как в почве со средней, так и высокой степенью окультуренности установлено существенное увеличение (p<0.05) концентрации меди при использовании биоугля из птичьего помета и яблочного жмыха на 58 и 17 % соответственно для СОК и на 62 и 18 % для ВОК. Внесение биоугля из шелухи подсолнечника не влияло на концентрацию меди в СОК, но увеличивало его содержание на 13 % в ВОК.
7. Как в вариантах СОК, так и в вариантах ВОК, отмечено с увеличение (p<0.05) содержания цинка при внесении биоугля из птичьего помета в среднем на 22-24 %, в тоже время внесение БШП приводило к достоверному снижению концентрации цинка в биоугля в среднем на 3-4 %. Биоугль БЯЖ не оказывал статистических значимого влияния на изменение концентрации цинка. Влияние окультуренности на полученные результаты было незначительным, существенные изменения наблюдались при внесении непосредственно различных типов биоуглей.
8. Установлено достоверное (p<0.05) увеличение содержания свинца при использовании изучаемых биоуглей - на 5-10 % в вариантах СОК, и на 5-9 % в вариантах ВОК. При этомразличия между окультуренностью почв и типами биоуглей были несущественными. Следует отметить, что внесение биоугля способствовало снижению иммобилизации свинца из почвы, основным источником иммобилизации является переход свинца в вико-овсяную смесь. Данное воздействие можно считать благоприятным, так как внесения биоугля переводило токсичные ТМ в менее активную форму, однако данный вопрос мало изучен, требуются дополнительные исследования, в том числе в растениях вико-овсяной смеси.
...
