The agroecological assessment of the use of biochar with elevated concentration during the melioration of agro-soddy podzolic soils

Abstract

В данной работе рассматривается возможное влияние биоугля (БУ) на экологические и агрономические показатели почв северо-западного региона России. Целью исследования являлась агроэкологическая оценка применения биоугля в повышенных дозах в агродерново-подзолистых почвах (на примере почв Ленинградской области). В ходе работы были поставлены и выполнены следующие задачи: изучить влияние БУ на основные агрохимические показатели исследуемых почв; оценить объемы минерализации гумуса при внесении разных доз БУ; определить влияние повышенных доз БУ на экологическое состояние почв в полевом опыте. Объектом исследования являлись агродерново-подзолистые супесчаные почвы. БУ, использованный в экспериментах, был получен из древесины березы и осины путем быстрого пиролиза при температуре 550-600°С. В результате 30-дневного инкубационного эксперимента выявлено, что внесение БУ в дозе 1% (24 т/га) достоверно увеличило содержание обменного калия на 7-20% и уменьшило содержание нитратного азота на 16-27%. Количество обменного фосфора и аммонийного азота, а также pH почвы значительно не изменялись. При внесении различных доз БУ наиболее интенсивно минерализация органического вещества протекала при дозе 5% (120 т/га) и составляла 17-18% от исходного содержания. В вегетационно-полевом опыте внесение БУ в дозе 20 т/га повлекло за собой трансформацию компонентов гумуса. Достоверно возрастала доля гуминовых кислот фракции 2. В высокогумусированной почве их доля увеличилась почти в 2 раза; в среднегумусированной они изначально отсутствовали, а в результате действия БУ их доля составила почти 20%. В осенний период наблюдалось повышение общей микробиологической активности. Под влиянием БУ количество продуцируемого почвой углекислого газа повышалось в 1,2-2 раза по сравнению с контролем. Активность фермента пероксидазы превышала активность фермента полифенолоксидазы; следовательно, процессы минерализации преобладали над процессами гумификации. Таким образом, влияние БУ на исследуемые почвы Северо-Западного региона Российской Федерации неоднозначно. Необходимо отметить, что предполагаемые объемы потерь гумуса могут оказаться критичными для данных почв и в результате негативно сказаться на их агроэкологическом состоянии.

This study considers the possible impact of biochar (BC) on the environmental and agronomic indicators of soils in the northwestern region of Russia. The aim of the work was an agroecological assessment of the use of biochar in high doses in agro-soddy-podzolic soils (on the example of soils of the Leningrad region). During the research, the following tasks were set and performed: to study the influence of BC on the main agrochemical parameters of the studied soils; evaluate the volume of humus mineralization when applying different doses of BC; to determine the effect of higher doses of BС on the ecological state of the soils in the field experiment. The object of the study was agro-soddy-podzolic sandy loam soil. The biochar, used in the experiments, was obtained from birch and aspen wood by rapid pyrolysis at a temperature of 550-600 °C. As a result of a 30-day incubation experiment, it was found that the addition of BС at a dose of 1% (24 t/ha) significantly increased the content of exchange potassium by 7-20% and reduced the content of nitrate nitrogen by 16-27%. The amount of exchange phosphorus and ammonium nitrogen, as well as the pH of the soil did not change significantly. As a result of the addition of various doses of BC, the most intensive mineralization of organic matter occurred at a dose of 5% (120 t/ha) and amounted to 17-18% of the initial content. In the field experiment the addition of BC at a dose of 20 t/ha entailed the transformation of humus components. The amount of humic acids of fraction 2 significantly increased. In high-humus soil, their proportion increased almost 2 times, while in medium-humus soil they were initially absent, and as a result of the influence of BC their percentage was almost 20%. In autumn, there was an increase in overall microbiological activity. Under the influence of BC, the amount of carbon dioxide produced by the soil increased by 1.2–2 times compared with the control. The activity of the peroxidase enzyme exceeded the activity of the polyphenol oxidase enzyme; therefore, the mineralization processes prevailed over the humification processes. In conclusion, the influence of BC on the studied soils of the Northwest region of the Russian Federation is not unambiguous. It should be noted that the estimated volumes of humus loss may turn out to be critical for these soils and, as a result, negatively affect their agroecological state.