Влияние внесения биоугля на доступный азот в ризосфере и рост сельскохозяйственных культур

Преобразование растительных остатков в усилитель почвы

Фермеры во всем мире сталкиваются с одной общей проблемой: значительная часть покупных азотных удобрений так и не доходит до растений. Он уходит в воздух и воду, что приносит экономические потери и наносит вред окружающей среде. В этом исследовании рассматривается перспективный способ удержать больше азота — превращение остатков сельскохозяйственной продукции, таких как кукурузные стебли и обрезки виноградной лозы, в биоуголь — углеобразный материал — и внесение его в почву, где выращивают табак. Результаты показывают, что правильно подобранная смесь биоугля может помочь почве более равномерно обеспечивать растения питанием, что приводит к более сильному росту.

Как обожжённая растительная масса становится помощником почвы

Биоуголь получают путем нагрева растительных отходов при высоких температурах в условиях недостатка кислорода, в результате образуется чёрный пористый материал. Благодаря множеству мелких пор и большой удельной поверхности биоуголь может действовать как губка и укрытие в почве, удерживая питательные вещества и предоставляя микробам место для обитания. Исследователи сосредоточились на двух типах: биоугле из кукурузных стеблей и из ветвей виноградной лозы. Они хотели выяснить, изменит ли каждый тип, а также их смеси, перемещение и накопление азота в почве вокруг корней табака и приведут ли эти изменения к улучшению здоровья растений.

Испытание смесей биоугля в горшечном эксперименте с табаком

Команда провела опыт в горшках на юго-западе Китая, используя распространённую местную почву и популярный сорт табака. В каждый горшок либо не вносили биоуголь, либо добавляли 2% биоугля из кукурузных стеблей, виноградной лозы или одну из трёх смесей этих двух. Все горшки получали одинаковую подкормку, имитируя реальные фермерские практики. В течение сезона, на трёх ключевых стадиях роста растений, учёные брали пробы из двух зон: ризосферной почвы, прилегающей к корням, и основного (bulk) слоя почвы дальше от корней. Они измеряли несколько форм азота — например, общий азот, доступные растениям аммоний и нитрат, азот в микроорганизмах и растворимый органический азот — а также активность почвенных ферментов, управляющих превращениями азота.

Больше доступного азота там, где он нужен корням

Внесение биоугля заметно изменило картину азота в почве. В горшках с биоуглём, особенно в образцах с равной смесью кукурузного и виноградного биоугля, почва возле корней содержала больше общего азота и больше доступных для растений аммония и нитрата, чем почва без биоугля. Азот в микроорганизмах и растворимый органический азот также увеличились, что указывает на более активную и богаче питательными веществами корневую зону. Со временем легкоусвояемые аммоний и нитрат снижались по мере потребления растениями и частичных потерь азота, но их исходные уровни были выше и они оставались более доступными в почвах с биоуглём. В почве дальше от корней биоуголь увеличивал общий азот, но создавал иную динамику: растворимые органические формы преобразовывались в нитрат, помогая поддерживать запас доступного азота.

Почвенная жизнь, ферменты и более крупные растения табака

Биоуголь сделал больше, чем просто удержал дополнительный азот; он, по-видимому, также ускорил природные механизмы круговорота азота в почве. В горшках с биоуглем наблюдалась повышенная активность нитрогеназы, которая способствует введению нового азота в систему, а также уреазы и нитратредуктазы, участвующих в преобразованиях азота между разными формами. Эти повышения были наиболее заметны в ризосфере и снова были наиболее выражены в сбалансированной смеси кукурузного и виноградного биоугля. В результате растения табака, выращенные с биоуглём, особенно с этой смесью, имели более высокое содержание азота в листьях и значительно большую сухую биомассу над и под землёй. Корни стали крупнее, а надземная масса — тяжелее, что указывает на более эффективный доступ растений к азоту и его использование.

Что это означает для фермеров и окружающей среды

Исследование показывает, что не все биоугли одинаковы, но тщательно подобранная комбинация может улучшить работу почвы в интересах урожая. Обогащая узкую зону вокруг корней более доступным азотом и более активными микробами, смесь биоугля кукурузы и виноградной лозы 1:1 помогла табачным растениям вырасти крупнее без дополнительного внесения удобрений. Для фермеров такие адаптированные смеси биоугля из местных растительных остатков могут повысить урожайность и сократить потери азота. Для окружающей среды более эффективное использование азота означает меньше стока удобрений в водоёмы и меньше выбросов в атмосферу. Потребуются дальнейшие полевые испытания, но полученные результаты указывают на практический способ превратить сельскохозяйственные отходы в инструмент для более чистого и эффективного производства культур.

Цитирование: Jiang, H., Zhu, M., Li, J. et al. Effects of biochar amendment on rhizosphere soil available nitrogen and crop growth. Sci Rep 16, 11917 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42014-z

Ключевые слова: биоуголь, азот в почве, рост табака, ризосфера, плодородие почвы