В лабораторном эксперименте с выращиванием miscanthus sacchariflorus внесение биоугля снижает поток CO₂ из почвы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью работы была оценка эмиссии CO₂ из почвы при внесении нескольких разновидностей биоуглей. В лабораторном эксперименте исследовали последствия внесения в почву разных биоуглей, рекомендованных на основе их свойств для разных целей применения: мелиорации почвы (из биомассы Amaranthus cruentus) или секвестрации углерода (из древесины Betula sp. и биомассы Miscanthus sacchariflorus). Оценивали собственно почвенное (при отсутствии вегетирующих растений) и экосистемное (в присутствии вегетирующих особей M. sacchariflorus) дыхание. Внесение всех разновидностей биоуглей приводило к снижению эмиссии CO₂ с поверхности почвы. Поток CO₂ при отсутствии в вегетационных сосудах живых растений M. sacchariflorus в сходной степени уменьшался при внесении биоуглей всех разновидностей. Однако в присутствии в вегетационных сосудах живых растений M. sacchariflorus установлены различия в интенсивности экосистемного дыхания в вариантах с разными разновидностями биоуглей. В присутствии растений M. sacchariflorus наибольший поток CO₂ был при внесении биоугля из A. cruentus, наименьший – при внесении биоугля из Betula sp. Таким образом, во-первых, добавление биоугля снижало поток CO₂ из почвы и, во-вторых, наличие вегетирующих растений – существенный фактор, модифицирующий различия дыхательной активности между субстратами с биоуглями разного происхождения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Малахеева

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alina.malakheeva@gmail.com
Россия, 620083 Екатеринбург, просп. Мира, 19

И. А. Сморкалов

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: alina.malakheeva@gmail.com
Россия, 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202

В. В. Валдайских

Уральский федеральный университет

Email: alina.malakheeva@gmail.com
Россия, 620083 Екатеринбург, просп. Мира, 19

Д. В. Веселкин

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: alina.malakheeva@gmail.com
Россия, 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202

А. А. Бетехтина

Уральский федеральный университет

Email: alina.malakheeva@gmail.com
Россия, 620083 Екатеринбург, просп. Мира, 19

Список литературы

  1. Lehmann J., Gaunt J., Rondon M. Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems // A Review. Mitig. Adapt. Strateg. Glob. Chang. 2006. V. 11. P. 395–419. https://doi.org/10.1007/s11027-005-9006-5
  2. Lehmann J. A Handful of carbon // Nature. 2007. V. 447. P. 143–144. https://doi.org/10.1038/447143a
  3. Laird D.A. The charcoal vision: a win–win–win scenario for simultaneously producing bioenergy, permanently sequestering carbon, while improving soil and water quality // Agron. J. 2008. V. 100. P. 178–181.
  4. Kauffman N., Dumortier J., Hayes D.J. et al. Producing energy while sequestering carbon? The relationship between biochar and agricultural productivity // Biomass and Bioenergy. 2014. V. 63. P. 167–176. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.01.049
  5. Nguyen D.H., Scheer C., Rowlings D.W., Grace P.R. Rice husk biochar and crop residue amendment in subtropical cropping soils: Effect on biomass production, nitrogen use efficiency and greenhouse gas emissions // Biol. Fertil. Soils. 2016. V. 52. P. 261–270. https://doi.org/10.1007/s00374-015-1074-4
  6. Tu P., Zhang G., Wei G. et al. Influence of pyrolysis temperature on the physicochemical properties of biochars obtained from herbaceous and woody plants // Bioresour. Bioprocess. 2022. V. 9. Art. 131. https://doi.org/10.1186/s40643-022-00618-z
  7. Cantrell K.B., Hunt P.G., Uchimiya M. et al. Impact of pyrolysis temperature and manure source on physicochemical characteristics of biochar // Bioresource Technology. 2012. V. 107. P. 419–428. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.11.084
  8. Zhao L., Cao X., Mašek O., Zimmerman A. Heterogeneity of biochar properties as a function of feedstock sources and production temperatures // Journal of Hazardous Materials. 2013. V. 256–257. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.04.015
  9. Collard F.X., Blin J. A review on pyrolysis of biomass constituents: Mechanisms and composition of the products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses and lignin // Renew. Sustain. Energy Rev. 2014. V. 38. P. 594–608. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.06.013
  10. Atoloye I.A., Adesina I.S., Sharma H. et al. Hemp biochar impacts on selected biological soil health indicators across different soil types and moisture cycles // Plos one. 2022. V. 17. № 2. Art. e0264620. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0264620
  11. Артемьева Е.П., Валдайских В.В., Радченко Т.А., Карпухин М.Ю. Перспективы выращивания высокотравных растений в качестве углероддепонирующих культур // Аграрный вестник Урала. 2022. № 12 (227). С. 2–10.
  12. Малахеева А.В. Секвестрация углерода из биомассы крупнотравных растений путем получения биоуглей // Экология: факты, гипотезы, модели: Всерос. конф. молодых ученых. Екатеринбург, 2023. С. 154–159. https://doi.org/10.5281/zenodo.10039195.
  13. Dondini M., Hastings A., Saiz G. et al. The potential of miscanthus to sequester carbon in soils: Comparing field measurements in Carlow, Ireland to model predictions // GCB Bioenergy 2009. V. 1. P. 413–425. https://doi.org/10.1111/j.1757-1707.2010.0103
  14. Hudiburg T.W., Davis S.C., Parton W., Delucia E.H. Bioenergy crop greenhouse gas mitigation potential under a range of management practices // GCB Bioenergy. 2015. V. 7. № 2. P. 366–374. https://doi.org/10.1111/gcbb.12152
  15. Adjuik T., Rodjom A.M., Miller K.E. et al. Application of hydrochar, digestate, and synthetic fertilizer to a Miscanthus x giganteus crop: implications for biomass and greenhouse gas emissions // Appl. Sci. 2020. V. 10. № 24. Art. 8953. https://doi.org/10.3390/app10248953
  16. Robertson A.D., Whitaker J., Morrison R. et al. A Miscanthus plantation can be carbon neutral without increasing soil carbon stocks // GCB Bioenergy. 2017. V. 9. P. 645–661. https://doi.org/10.1111/gcbb.12397
  17. Wang W., Bai J.H., Lu Q.Q. et al. Pyrolysis temperature and feedstock alter the functional groups and carbon sequestration potential of Phragmites australis- and Spartina alterniflora-derived biochars // GCB Bioenergy. 2021. V. 13. №3. P. 493–506. https://doi.org/10.1111/gcbb.12795
  18. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 488 с.
  19. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. M.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  20. Song X., Pan G., Zhang C. et al. Effects of biochar application on fluxes of three biogenic greenhouse gases: a meta-analysis // Ecosyst. Heal. Sustain. 2016. V. 2. № 2. e01202. https://doi.org/10.1002/ehs2.1202
  21. Liu S., Zhang Y., Zong Y. et al. Response of soil carbon dioxide fluxes, soil organic carbon and microbial biomass carbon to biochar amendment: a meta-analysis // GCB Bioenergy. 2016. V. 8. № 2. P. 392–406. https://doi.org/10.1111/gcbb.12265.
  22. He Y., Zhou X., Jiang L. et al. Effects of biochar application on soil greenhouse gas fluxes: a meta-analysis // GCB Bioenergy. 2017. V. 9. № 4. P. 743–755. https://doi.org/10.1111/gcbb.12376
  23. Fidel R.B., Laird D.A., Parkin T.B. Effect of biochar on soil greenhouse gas emissions at the laboratory and field scales // Soil Systems. 2019. V. 3. № 1. Art. 8. https://doi.org/10.3390/soilsystems3010008
  24. Кузяков Я.В., Ларионова А.А. Вклад ризомикробного и корневого дыхания в эмиссию CO₂ из почвы (обзор) // Почвоведение. 2006. № 7. С. 842–854.
  25. Lehmann J., Rillig M.C., Thies J. et al. Biochar effects on soil biota – A review // Soil Biol. Biochem. 2011. V. 43. № 9. P. 1812–1836. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.04.022
  26. Cross A., Sohi S.P. The priming potential of biochar products in relation to labile carbon contents and soil organic matter status // Soil Biol. Biochem. 2011. V. 43. № 10. P. 2127–2134. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.06.016
  27. El-Naggar A., El-Naggar A.H., Shaheen S.M. et al. Biochar composition-dependent impacts on soil nutrient release, carbon mineralization, and potential environmental risk: a review // Journal of Environmental Management. 2019. V. 241. P. 458–467. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.02.044
  28. Xiang Y., Deng Q., Duan H., Guo Y. Effects of biochar application on root traits: a meta-analysis // GCB Bioenergy. 2017. V. 9. P. 1563–1572. https://doi.org/10.1111/gcbb.12449

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Средние (±SE) значения интенсивности почвенного (а) и экосистемного (б) дыхания в разные туры регистраций (каждая точка – среднее всех измерений в ходе одного тура регистрации).

Скачать (142KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Средние (±2SE) значения интенсивности почвенного (а) и экосистемного (б) дыхания в вариантах без внесения (Cont) и с внесением (BI) биоугля. На каждом рисунке одинаковыми буквенными индексами показаны гомогенные значения по критерию Тьюки, оцененные в двухфакторных ANOVA (см. табл. 3).

Скачать (67KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Средние (±2SE) значения интенсивности почвенного (а) и экосистемного (б) дыхания в вариантах без внесения (Cont) и с внесением разных биоуглей (BI(Bet) – из Betula sp.; BI(Mis) – из Miscanthus sacchariflorus; BI(Ama) – из Amaranthus cruentus). На каждом рисунке одинаковыми буквенными индексами показаны гомогенные значения по критерию Тьюки, оцененные в двухфакторных ANOVA (см. табл. 4).

Скачать (99KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Связь между надземной биомассой Miscanthus sacchariflorus в сосуде и средней за время эксперимента величиной экосистемного дыхания. Каждая точка – среднее всех измерений, выполненных в одном сосуде; вертикальные линии – SE.

Скачать (85KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025