Внесение цеолита в пахотные почвы было предложено в качестве перспективной стратегии для улучшения качества почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, особенно в условиях засухи. Тем не менее, эмпирических данных по этому вопросу по-прежнему мало. В новом международном исследовании ученые оценили влияние внесения незаряженного и заряженного азотом цеолита шабазита на рост ячменя, поглощение питательных веществ и физиологические показатели (т.е. устьичную проводимость, эффективность фотосистемы II и SPAD) в условиях засухи.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива ученых из Венского университета природных ресурсов и наук о жизни (BOKU), Австрия, и Университет Феррары, Италия, в которой рассматривается цеолитная почвенная добавка с шабазитом и ее особенности.
Благодаря своим уникальным структурным и химическим свойствам цеолиты признаны важным неорганическим материалом для пополнения почвы, способным повысить сельскохозяйственную продуктивность.
Пористая структура природных цеолитов способствует адсорбции широкого спектра веществ, включая катионы, воду и газы. Помимо высокой способности к катионному обмену, цеолиты обладают обратимыми свойствами обезвоживания и селективной сорбции, действуя как молекулярные сита, способные модулировать подвижность и доступность питательных веществ. Эти отличительные черты долгое время поддерживали их применение в различных промышленных секторах и, в последнее время, вызвали растущий интерес к их применению в сельскохозяйственных системах.
Среди минералов цеолита породы, содержащие шабазит, считаются очень перспективными для сельскохозяйственного использования благодаря исключительно высокой способности шабазита по катионному обмену, особенно его эффективной сорбции и выделению аммония (NH4+), а также низкое соотношение кремний:алюминий, что делает их особенно подходящими для ионного обмена.
Кроме того, есть данные, что эти минералы снижают уровень NH3 выбросов из почвы и потенциально могут захватывать CO2 в почве, что облегчает поглощение органического углерода в почве. Эти аспекты, вместе с их значительной возможностью по восстановлению воды и питательных веществ, выделяют эти неорганические почвенные добавки в центр внимания как потенциально важную стратегию смягчения засухи - последствие изменения климата.
Благодаря чрезвычайно высокой сорбционной способности для переработки азота (N) из сточных вод использовались различные виды натуральных и синтетических цеолитов. Таким образом этот иначе высоколетучий биодоступный источник азота адсорбируется к активным минеральным поверхностям и постепенно высвобождается в почву
Несколько исследований показали значительную пользу применения обогащённых N-цеолитовыми туфами к пахотным почвам или в экспериментах с контролируемыми горшками.
С другой стороны, в одном из исследований не обнаружено различий в доступности растений к азоту, когда NH4+ был адсорбирован к цеолитам или применялся традиционным способом: то есть, предполагается, что азотная сорбция и высвобождение цеолитов могут сильно зависеть от типа почвы.
Очевидно, что требуется больше исследований для изучения судьбы азота из N-заряженных цеолитов и его влияния на рост растений и усвоение питательных веществ. В этом отношении судьба азота из N-заряженных цеолитов под засухой до сих пор не была решена, особенно для зерновых культур.
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, ученые в данной работе исследовали влияние природного цеолита на рост, физиологию и поглощение питательных веществ ячменя — глобально важной зерновой и широко используемой модельной культуры — в условиях достаточного количества воды и умеренного засушливого стресса.
В этом исследовании использовались два разных разновидности натурального шабазита: незаряженный и N-заряженный цеолит. Используемый цеолит широко доступен, и его характеристики хорошо подходят для сельскохозяйственного производства.
Ученые выдвинули гипотезу, что (i) растения, выращенные в почве, изменённой цеолитом, будут демонстрировать более высокие концентрации Ca и K, чем контрольные, и что (ii) это увеличение поглощения питательных веществ будет положительно коррелировать с надземной биомассой; (iii) что поправка цеолита смягчит снижение проводимости устьица и эффективности фотосистемы (PS) II, вызванное засухой, по сравнению с контролем без напряжённости.
Они также выдвинули гипотезу, что (iv) N-заряженный цеолит обеспечит большую пользу в росте при засухе, чем незаряженный тип цеолита, благодаря совокупному эффекту улучшения воды, удержания питательных веществ и дополнительного поступления азота.
Обогащённый N-цеолит был получен на очистных сооружениях недалеко от Сончино (Кремона, Италия) путём обработки сырого жидкого навоза свиней вышеописанным цеолитом. Кратко: 6 г цеолита смешивались с 100 мл гомогенизированного свиного навоза в бутылках, встряхивались 2 часа и затем «отдыхали» 4 часа. Этот цикл обработки повторялся три раза: в переработанный свиной навоз ежедневно добавлялся свежий цеолит, что позволяло ионам аммония из суспензии переходить на цеолитный каркас. В результате цеолит обогащался N.
Всего 42 г цеолита, что эквивалентно цеолитовой нагрузке 5 кг на кв.м, однородно смешивали с почвой для двух обработок цеолитом. Это количество часто используется в полевых экспериментах и может положительно влиять на качество почвы и культур. Таким образом, в этом эксперименте использовалось всего 30 горшков (две обработки цеолитом + неизменённый контроль × 10 горшков каждая).
Растения ячменя выращивали в теплице в течение девяти недель в оптимальных условиях, после чего был инициирован умеренный двухнедельный период засухи. Результаты показывают, что внесение незаряженного цеолита в почву не оказало влияния на урожайность и поглощение питательных веществ в условиях достаточного количества воды.
Напротив, применение заряженных азотом цеолитов привело к значительному увеличению урожайности (+90%) и поглощения питательных веществ (+60–90%) по сравнению с контрольной группой и группой, где применялся незаряженный цеолит. Кроме того, отмечено непропорционально высокое поглощение кальция (+260–280%) по сравнению с другими основными катионами при добавлении азотсодержащего цеолита, что привело к значительным изменениям в соотношении элементов.
Оба вида цеолита способствовали поддержанию устьичной проводимости в условиях засухи, в то время как только незаряженный цеолит также смягчал снижение эффективности фотосистемы II в условиях дефицита воды.
Но вопреки ожиданиям, ученые наблюдали значительное снижение надземной биомассы (−15%), а также содержания азота (−20%), фосфора (−29%) и магния (−25%) в варианте с незаряженным цеолитом по сравнению с контрольным вариантом без добавок в условиях засухи. Это говорит о том, что значительное количество питательных веществ должно было быть иммобилизовано в минеральной структуре цеолита.
Таким образом, хотя добавление азотсодержащего цеолита представляет собой многообещающую стратегию управления сельским хозяйством для повышения урожайности, добавление незаряженного цеолита может привести к непредвиденным негативным последствиям. Результаты подчеркивают необходимость дальнейших исследований для оценки почвенно-климатических факторов, определяющих агрономическую эффективность цеолитовых добавок.
Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16040417