Эффекты фосфора

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7268 (2022) Цитировать эту статью

2271 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Дефицит фосфора (P) в сельскохозяйственных почвах является проблемой во всем мире. Модификация биоугля фосфором, обычного почвенного кондиционера, получаемого пиролизом отходов и остатков, может увеличить доступность фосфора и улучшить качество почвы. Целью этого исследования является изучение влияния P-модифицированного биоугля в качестве добавки к почве на рост и качество лекарственного растения (Pseudostellaria гетерофилла). P. гетерофилла выращивали в течение 4 месяцев в латеритной почве с добавлением P-модифицированного и немодифицированного биоугля (скорлупы арахиса) в дозах 0, 3% и 5% (по массе). По сравнению с немодифицированным биоуглем, P-модифицированный биоуголь снижает доступность тяжелого металла Cd в почве до 73,0% и осмотическое всасывание в корневой зоне до 49,3%. Применение P-модифицированного биоугля в концентрации 3% и 5% значительно повышало урожайность клубней P. гетерофиллы на 68,6% и 136,0% соответственно. Это отличалось от обработки немодифицированным биоуглем, где урожайность клубней стимулировалась при дозировке 3%, но подавлялась при дозировке 5%. Концентрация активных ингредиентов (т.е. полисахаридов, сапонинов) в клубнях увеличилась на 2,9–78,8% при внесении P-модифицированного биоугля по сравнению с контролем, что указывает на лучшее качество клубней. В этом исследовании рекомендовано применение 5% P-модифицированного биоугля для повышения урожайности и качества P. гетерофиллы.

Фосфор (P) является важным элементом для роста и продуктивности растений из-за его жизненно важной роли во многих основных обменных процессах, включая фотосинтез и дыхание. Фиксированный фосфор в почвах находится в форме фосфатов алюминия/железа или кальция/магния, которые обычно недоступны для поглощения растениями1. Доступного фосфора недостаточно в 30–40% пахотных почв мира2. Прямое внесение фосфорных удобрений может привести к низкой эффективности использования фосфора из-за образования осадков и адсорбции на частицах почвы2. Более того, использование удобрений с высоким содержанием фосфора может привести к более высокому риску потери фосфора в результате выщелачивания, стока и эрозии почвы, что может привести к экологическим проблемам, таким как эвтрофикация воды3. Поэтому вопрос о том, как сократить потери фосфора и повысить эффективность использования фосфора в почве, заслуживает изучения.

Это потенциальный подход к использованию некоторых органических добавок к почве, таких как биоуголь, для улучшения удержания фосфора в почве и, следовательно, уменьшения потерь фосфора. Биоуголь — это богатый углеродом материал, получаемый в результате пиролиза отходов биомассы при высокой температуре с ограниченным поступлением кислорода. Он получил широкое внимание благодаря своей экономичности и экологичности. Биоуголь может улучшить плодородие почвы благодаря высокому содержанию питательных веществ4. Между тем, биоуголь может повысить водоудерживающую способность и иммобилизовать потенциально токсичные металлы за счет большой удельной поверхности, увеличения микропор и кислородсодержащих функциональных групп3. Таким образом, можно улучшить рост растений и урожайность сельскохозяйственных культур. Сырьем для производства биоугля были в основном остатки и отходы сельского хозяйства или промышленности5. Например, большой урожай арахиса в Китае привел к высокому производству биоугля из скорлупы арахиса для повторного использования ресурсов6. Однако ограничением применения биоугля из скорлупы арахиса является то, что общее содержание фосфора обычно очень низкое (< 1%)2. Это может привести к несбалансированному содержанию питательных веществ, препятствующему прорастанию семян и росту растений7. Следовательно, необходимо улучшить доступность фосфора в биоугле.

Недавно было обнаружено, что модификация биоугля фосфором повышает эффективность использования фосфора и эффективность адсорбции3. Основываясь на предыдущих исследованиях, P-модифицированный биоуголь был произведен двумя основными способами. Один тип заключался в пропитке сырья раствором H3PO4 или K3PO4, а затем его пиролизе при заданной температуре и продолжительности3,8. Другой способ заключался в том, чтобы смешать нетронутый биоуголь с раствором Ca(H2PO4)2∙H2O или KH2PO4, чтобы добавить в него P9,10,11. Впоследствии для оценки модификации были измерены физико-химические характеристики и микроструктуры P-модифицированного биоугля. После модификации на поверхности биоугля образовалось больше функциональных групп, таких как группы P-O, P-C, что указывает на то, что биоуголь загружен P3. Повышенная пористость P-модифицированного биоугля способствовала более высокой способности обладать P при его окислении и погружении в раствор фосфата. Следовательно, при смешивании P-модифицированного биоугля с почвой доступный P в биоугле будет высвобождаться, вызывая более высокую концентрацию P в почве в течение длительного времени12. Чжан и др.3 показали, что P-модифицированный биоуголь обладает более высокой эффективностью иммобилизации Cu и Cd в почве. Это было связано с повышенной адсорбционной способностью с более высокой катионообменной емкостью (КОО) и удельной поверхностью после модификации. Лю и др.13 и Тан и др.11 отметили снижение скорости выщелачивания урана (U) при восстановлении с помощью P-модифицированного биоугля. Однако предыдущие исследования в основном сосредоточены на влиянии P-модифицированного биоугля в качестве кондиционера почвы на восстановление загрязненной почвы путем изменения физических и химических свойств3,11,13. Влияние P-модифицированного биоугля на рост и качество лекарственных растений не изучалось.