Влияние внесения биоугля на минеральный азот почвы, потоки N₂O и NH₃ из агротемногумусовых подбелов | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2023. № 62. DOI: 10.17223/19988591/62/1

Влияние внесения биоугля на минеральный азот почвы, потоки N₂O и NH₃ из агротемногумусовых подбелов

Оценено влияние использования древесного биоугля на агротемногумусовые подбелы, уделяется особое внимание потокам парниковых газов: оксиду азота (N2O) и химически активному газообразному аммиаку (NH3), минеральным формам азота почвы. Оценена возможность использования данных о потоках газов с низкими значениями коэффициента детерминации R2, измеренных с помощью высокочувствительного лазерного газоанализатора Picarro G2508 (система CRDS). Измерение потоков N2O и NH3 проведено в вегетационный период 2019 г. через 11-16 месяцев после внесения биоугля в почву. Опытные участки расположены в Приморском крае на Приморской овощной опытной станции. Биоуголь, полученный из березы Betula alba, внесен в почву в июне 2018 г. в дозе 0, 1 и 3 кг/м2. Площадь каждого опытного участка составляла 21,6 м2. Для измерения потоков каждый участок был поделен на три делянки площадью 7,2 м2, чтобы получить трехкратную повторность. В период измерения потоков на участках культивировалась соя. Данные показали, что через год после внесения биоуголь не повлиял на потоки N2O. Потоки N2O зависели от времени измерения. Потоки NH3 были увеличены на 40 и 69% в мае и октябре соответственно при добавлении 3 кг/м2 биоугля по сравнению с контролем. Не было выявлено существенного влияния биоугля на влажность и температуру почвы, содержание минеральных форм азота в почве. Авторы благодарят коллектив Приморской овощной опытной станции-филиала Федерального государственного научного учреждения «Федеральный научный центр овощеводства» (филиал ФГБНУ ФНЦО) за предоставление опытных участков и помощь в проведении исследования. Особую благодарность выражаем Тарасовой Татьяне Сергеевне научному сотруднику филиала ФГБНУ ФНЦО и Сакаре Николаю Андреевичу канд. с-х. наук, директору по науке филиала ФГБНУ ФНЦО.

Скачать электронную версию публикации

Загружен, раз: 24

Ключевые слова

закись азота, аммиак, минеральный азот почвы, биоуголь, сельское хозяйство, почвы, Дальний Восток России, подбелы

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Бовсун Мария Александровна	Дальневосточный федеральный университет; Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичёва ДВО РАН; Дальневосточная лаборатория системного контроля за глобальными изменениями климата	аспирант кафедры почвоведения; старший инженер, лаборатория экспериментальной климатологии; м.н.с.	bovsun.mal@dvfu.ru
Нестерова Ольга Владимировна	Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточная лаборатория системного контроля за глобальными изменениями климата	доцент, канд. биол. наук, кафедра почвоведения; зав. лабораторией	nesterova.ov@dvfu.ru
Семаль Виктория Андреевна	Дальневосточный федеральный университет; ФНЦ Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН	доцент, канд. биол. наук, кафедра почвоведения; с.н.с., лаборатория почвоведения и экологии почв	semal.va@dvfu.ru
Брикманс Анастасия Владимировна	Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточная лаборатория системного контроля за глобальными изменениями климата	доцент, канд. биол. наук, кафедра почвоведения; н.с.	brikmans.av@dvfu.ru
Нестеров Владимир Вячеславович	Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»	бакалавр	n.v.20005@mail.ru
Яцук Андрей Вадимович	Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичёва ДВО РАН; Дальневосточная лаборатория системного контроля за глобальными изменениями климата	в.н.с., канд. геол.-мин. наук, лаборатория газогеохимии; н.с.	yatsuk@poi.dvo.ru
Тюрина Елена Александровна	Дальневосточный федеральный университет	доцент, канд. экон. наук, кафедра менеджмента	tyurina.ea@dvfu.ru

Всего: 7

Ссылки

Butterbach-Bahl K., Bagg E.M., Dannenmann M., Kiese R., Zechmeister-Boltenstem S. Nitrous oxide emissions from soils: how well do we understand the processes and their controls? // Philosophical Transactions of the Royal Society B. 2013. Vol. 368. PP. 20130122.

Castaldi S., Riondino M., Baronti S., Esposito F.R., Marzaioli R., Rutigliano F.A., Vaccari F.P., Miglietta F. Impact of biochar application to a Mediterranean wheat crop on soil microbial activity and greenhouse gas fluxes // Chemosphere. 2011. Vol. 85. PP. 14641471.

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Climate change 2013: The physical science basis. In Working Group I contribution to the IPCC Fifth Assessment Report. (Cambridge Univ. Press, 2014).

Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О. Влияние температуры и влажности на эмиссию N2O из некоторых пахотных почв // Агрохимия и плодородие почв. 2010. № 8. С. 984994.

Liao J., Hu A., Zhao Z., Liu X., Jiang C., Zhang Z. Biochar with large specific surface area recruits N2O-reducing microbes and mitigate N2O emission // Soil Biology and Biochemistry. 2021. Vol. 156. PP. 108212. 10.1016/j. soilbio.2021.108212.

Harter J., El-Hadidi M., Huson D.H., Kappler A., Behrens S. Soil biochar amendment affects the diversity of nosZ transcripts: Implications for N2O formation // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. P. 3338.

Xu R., Tian H., Pan S., Prior S.A., Feng Y., Batchelor W.D., Chen J., Yang J. Global ammo nia emissions from synthetic nitrogen fertilizer applications in agricultural systems: Empirical and process-based estimates and uncertainty // Global Change Biology. 2019. Vol. 25. PP. 314-326.

Ding Y., Liu L., Liu S., Li Z., Tan X., Huang X., Zeng G., Zhou L., Zheng B. Biochar to improve soil fertility. A review // Agronomy for Sustainable Development. 2016. 18 p.

Рижия Е.Я., Бучкина Н.П., Балашов Е.В. Влияние биоугля на содержание минеральных форм азота в дерново-подзолистой супесчаной почве с разной степенью окультуренности // Агрохимия. 2020. № 8. С. 22-29.

Farhangi-Abriz S., Torabian S., Qin R., Noulas C., Lu Y., Gao S. Biochar effects on yield of cereal and legume crops using meta-analysis // Science of the Total Envaironvent. 2021. Vol. 77. PP. 145869.

Nguyen B.T., Le L.B., Pham L.P., Nguyen H.T., Tran T.D., Thai N.V. The effects of biochar on the biomass yield of elephant grass (Pennisetum Purpureum Schumach) and properties of acidic soil // Industrial Crops and Product. 2021. Vol. 161. PP. 1-11.

Jia J., Li B., Chen Z., Xie Z., Xiong Z. Effects of biochar application on vegetable production and emissions of N2O and CH4 // Soil Science and Plant Nutrition. 2012. Vol. 58. PP. 503-509.

Yuan H., Zhanga Z., Lia M., Cloughb T., Wrage-Monnigc N., Qina S., Ged T., Liao H., Zhoua S. Biochar's role as an electron shuttle for mediating soil N2O emissions // Soil Biology and Biochemistry. 2019. Vol. 133. PP. 94-96.

Song Y., Lia Y., Caia Y., Fud S., Luo Y., Wang H., Liang C., Lin Z., Hu S., Li Y., Chang S.X. Biochar decreases soil N2O emissions in Moso bamboo plantations through decreasing labile N concentrations, N-cycling enzyme activities and nitrification/denitrification rates. // Geoderma. 2019. Vol. 348. PP. 135-145.

Мухина И.М., Рижия Е.Я., Бучкина Н.П. Влияние биоугля на эмиссию закиси азота из дерново-подзолистой почвы разной степени окультуренности // Системы интенсификации земледелия как основа инновационной модернизации аграрного производства. 2016. С. 78-81.

Кольцова Т.Г., Кулагина В.И., Грачева А.Н., Сунгатуллин Л.М. Влияние внесения древесного биоугля в серую лесную почву на продуктивность гороха посевного // Почвы в биосфере: сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 50-летию Института почвоведения и агрохимии СО РАН. Ч. 2 / отв. ред. А.И. Сысо. Томск, 2018. С. 81-84.

Сингатуллина Л.М., Кулагина В.И., Грачев А.Н., Рязанов С.С., Шагидуллин Р.Р., Рупова Э.Х. Коэффициент иммобилизации азота как критерий эколого-биологической оценки воздействия биоугля на почву // Российский журнал прикладной экологии. 2019. № 2 (18). С. 49-53.

Yanai Y., Toyota K., Okazaki M. Effects of charcoal addition on N2O emissions from soil resulting from rewetting air-dried soil in short-term laboratory experiments // Soil Science and Plant Nutrition. 2007. Vol. 53. PP. 181-188.

Liu B., Morkved P.T., Frostegard A., Bakken L.R. Denitrification gene pools, transcription and kinetics of NO, N2O and N2 production as affected by soil pH // FEMS Microbiology Ecology. 2010. Vol. 72 (3). PP. 407-417.

Ameloot N., De Neve S., Jegajeevagan K., Yildiz G., Buchan D., Funkuin Y.N., Prins W., Bouckaert L., Sleutel S. Short-term CO2 and N2O emissions and microbial properties of biochar amended sandy loam soils // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 57. PP. 401-410.

Feng Y., Sunb H., Xue L., Liu Y., Gao Q., Lu K., Y ang L. Biochar applied at an appropriate rate can avoid increasing NH3 volatilization dramatically in rice paddy soil // Chemosphere. 2017. Vol. 168. PP. 1277-1284.

Yang Y., Awasthi M.K., Wu L., Yan Y., Lv J. Microbial driving mechanism of biochar and bean dregs on NH3 and N2O emissions during composting // Bioresource Technology. 2020. Vol. 315. PP. 123829.

Agyarko-Mintah E., Cowie A., Zwieten L.V., Singh B.P., Smillie R., Harden S., Fornasier F. Biochar lowers ammonia emission and improves nitrogen retention in poultry litter composting // Waste Management. 2017. Vol. 61. PP. 129-137.

Guo H., Gu J., Wang X., Yu J., Nasir M., Zhang K., Sun W. Microbial driven reduction of N2O and NH3 emissions during composting: Effects of bamboo charcoal and bamboo vinegar // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 390. PP. 121292.

Borchard N., Schumann M., Cayuela M.L., Kammann C., Wrage-Monnig N., Estavillo J.M., Fuertes-Mendizabal T., Sigua G., Spokas K., Ippolito J.A., Novak J. Biochar, soil and land-use interactions that reduce nitrate leaching and N2O emissions: A meta-analysis // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 651. PP. 2354-2364.

Imer D., Merbold L., Eugster W., Buchmann N. Temporal and spatial variations of soil CO2, CH4 and N2O fluxes at three differently managed grassland // Biogeosciences. 2013. Vol. 10. PP. 5931-5945.

Dawar K., Fahad S., Jahangir M.M.R., Munir I., Alam S.S., Khan S.A., Mian I.A., Datta R., Saud S., Banout J., Adnan M., Ahmad M.N., Khan A., Dewil R., Habib-ur-Rahman M., Ansari M. J., Danish S. Biochar and urease inhibitor mitigate NH3 and N2O emissions and improve wheat yield in a urea fertilized alkaline soil // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. PP. 17413.

Zaman M., Heng L., Muller C. Measuring Emission of Agricultural Greenhouse Gases and Developing Mitigation Options using Nuclear and Related Techniques. Springer. 2021. 337 p.

Bovsun M.A., Castaldi S., Nesterova O.V., Semal V.A., Sakara N.A., Brikman A.V., Khokhlova A.I., Karpenko T.Y. Effect of Biochar on Soil CO2 Fluxes from Agricultural Field Experiments in Russian Far East // Agronomy. 2021. Vol. 11. PP. 1559.

Шишов Л. Л., Тонконогов В. Д, Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУб, 1979. 244 с.

Cosentino V.R.N., Fernandez P.L., Aureggi S.A.F., Taboada M.A. N2O emissions from a cultivated mollisol: optimal time of day for sampling and the role of soil temperature // Revista Brasileira de Ciencia do Solo. 2012. Vol. 36. PP. 1814-1819.

Huang J., Chen Y., Sui P., Nie S., Gao W. Soil Nitrous Oxide Emissions Under Maize-Legume Intercropping System in the North China Plain // Journal of Integrative Agriculture. 2014. Vol. 13 (6). PP. 1363-1372. 10.1016/S2095-3119( 13)60509-2.

Rapson T.D., Dacres H. Analytical techniques for measuring nitrous oxide // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2014. Vol. 54. PP. 65-74.

Hawthorme L., Johnson, M.S., Jassal R.S., Black T.A., Grant N.J., Smukler S.M. Application of biochar and nitrogen influences fluxes of CO2, CH4 and N2O in a forest soil // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 192. PP. 208-214.

Wrage-Monnig, N., Horn M.A., Well R., Muller Ch., Velthof G., Oenema O. The role of nitrifier denitrification in the production of nitrous oxide revisited // Soil Biology and Biochemistry. 2018. Vol. 123. PP. A3-A16.

Ding Z., Zhou Z., Lin X., Zhao F., Wang B., Lin F., Ge Y., Eissa M.A. Biochar impacts on NH3-volatilization kinetics and growth of sweet basil (Ocimum basilicum L.) under saline conditions // Industrial Crops and Products. 2020. Vol. 157. PP. 112903.

Rong R., Zheng Y., Zhang F., Yang L., Li Z. The Effects of Different Types of Biochar on Ammonia Emissions during Co-composting Poultry Manure with a Corn Leaf // Polish Journal of Environmental Studies. 2019. Vol. 5. PP. 3837-3843.

Kim M., Min H., Koo N., Kim J. Response to Ammonia Emission Flux to Different pH Conditions under Biochar and Liquid Fertilizer Application // Agriculture. 2021. Vol. 11, № 136. 10.3390/agriculture 11020136.

Al-Wabel M.I., Al-Omran A., El-Naggar A.H., Nadeem M., Usman A.R.A. Pyrolysis temperature induced changes in characteristics and chemical composition of biochar produced from conocarpus wastes // Bioresuors Technology. 2013. Vol. 131. PP. 374-379.