Изменение климата создает значительные проблемы для сельского хозяйства из-за снижения доступности воды и повышения температуры. Разработка инновационных методов для улучшения удержания воды в почве стала важнейшей стратегией для смягчения этих проблем. Польские исследователи изучили влияние диатомита и добавок на физическое качество песчаной почвы, уделяя особое внимание характеристикам удержания воды.
Ожидается, что изменение климата, связанное с уменьшением доступности воды и повышением температуры, негативно скажется на урожайности. Прогнозирование этих будущих изменений имеет важное значение для эффективных стратегий смягчения последствий. Следовательно, разработка инновационных методов для улучшения удержания почвенной воды стала ключевой задачей. Это особенно актуально в связи с ожидаемым ростом как частоты, так и продолжительности засух, а также ростом потребности в воде в сельском хозяйстве.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей исследователей из Краковского сельскохозяйственного университета, авторы которой Томаш Глоб и Кшиштоф поделились результатами эксперимента по разработке диатомитовых добавок для улучшения влагоудержания в почве.
Улучшение удержания воды в почве включает реализацию таких стратегий, как включение органических веществ в почву, методы сохранения почвы, севооборот с производством соломы и эффективное управление системами орошения и дренажа.
Улучшение способности удерживать воду также может быть достигнуто за счет использования почвенных добавок, которые подразделяются на два основных типа:
органические (например, солома, опилки, навоз, биоуголь), неорганические (например, цеолит, лигнит, вермикулит, бентонит). Одной из таких неорганических почвенных добавок также является диатомит.Диатомит - это встречающаяся в природе, податливая, кремнистая осадочная порода, которая крошится в мелкий белый порошок. Вещество состоит из диатомовых водорослей, одноклеточных водорослей со скелетами на основе кремния. Со временем накопление этих скелетных остатков образует отложения диатомита.
Диатомит обладает отличительным набором физических и химических свойств, включая заметную пористость, проницаемость, мелкий размер частиц, большую площадь поверхности, низкую теплопроводность и инертные химические свойства. Эти характеристики делают диатомит хорошо подходящим для различных промышленных применений.
Диатомит широко используется в таких отраслях промышленности, как строительство, машиностроение (особенно для удаления охлаждающей жидкости и смазки, фильтрующей среды при очистке воды и абразивного материала), а также в химической обработке и т. д.
Однако его значение особенно выражено в сельском хозяйстве, животноводстве и охране окружающей среды. Диатомит является высокоэффективным средством для очистки воды и сточных вод, а также для иммобилизации тяжелых металлов в почве, внося значительный вклад в усилия по защите окружающей среды.
Диатомит признан эффективным средством для улучшения почвенных свойств, которое улучшает физические характеристики почвы. Его применение повышает стабильность почвенных агрегатов и содержание воды при полевой влагоемкости в илистых суглинках и песчаных почвах. Однако его эффективность в улучшении свойств почвы зависит от исходных факторов почвы, условий и текстуры.
Было признано, что размер частиц диатомита играет важную роль в улучшении физических свойств почвы: использование более крупных частиц диатомита увеличивает водопоглощающую способность почвы. Однако дробление диатомита может привести к потере значительной части его внутренней пористости.
Биоуголь является продуктом пиролиза органических отходов при высоких температурах с ограниченным доступом кислорода. Исследования показали его значительное влияние на физические, химические и биологические свойства почвы.
Он был признан весьма перспективным почвенным улучшителем и компонентом компоста, в частности, биоуголь улучшает физические свойства песчаной почвы, увеличивая объем макро- и мезопор, усиливая аэрацию почвы и улучшая доступность воды для сельскохозяйственных культур. Это улучшение объясняется высокой межпористостью и большой площадью поверхности биоугля.
Доломит широко используется в качестве известкового материала в сельском хозяйстве. Он не только корректирует кислотность почвы, но и обеспечивает почву Ca и Mg. Ca 2+ создает мост между глинистыми частицами и органическим веществом и, таким образом, стабилизирует макро- и микроагрегаты.
Применение доломита изменяет систему пор почвы, уменьшая объем макропор, одновременно увеличивая общую пористость и объем микропор. Структура и пористость почвы необходимы для инфильтрации и удержания воды. Однако воздействие доломита на физические свойства почвы может различаться и иногда давать противоречивые результаты.
Бентонит, состоящий из глинистых минералов, используется в различных промышленных целях, например, в качестве охлаждающего агента, герметика и химического абсорбента.
В сельском хозяйстве он влияет на свойства почвы, повышая катионообменную способность, уровень органического углерода и содержание макро- и микроэлементов.
Было показано, что добавление бентонита в песчаную почву снижает потери воды, предотвращает выщелачивание питательных веществ и улучшает способность удерживать воду.
Влияние частиц диатомита на химические и биологические свойства почвы хорошо документировано. Однако исследований его влияния на физические свойства почвы, особенно в отношении размера частиц, других минеральных добавок и норм внесения, недостаточно. Изучение этих аспектов может дать ценную информацию об оптимизации эффективности диатомита в почвенных средах посредством корректировки методов грануляции.
Целью данного исследования было изучение влияния диатомита в сочетании с различными добавками, размерами частиц и нормами внесения на физическое качество песчаной почвы с акцентом на характеристики удержания воды.
Научная работа согласуется с миссией ЕС «A Soil Deal for Europe» («Почвенная сделка для Европы»), которая направлена на предотвращение эрозии, улучшение структуры почвы, снижение загрязнения почвы и улучшение восстановления. Эти результаты внесут вклад в теоретическую основу физики почвы и пористых сред.
В эксперименте с использованием полностью рандомизированного дизайна изучались три фракции размера частиц диатомита, смешанные с добавками (биоуголь, доломит и бентонит).
В исследовании использовались три фракции размера частиц диатомита: 0–0,01 мм (DT001), 0–0,5 мм (DT05) и 0–1,0 мм (DT1).
Диатомит смешивался с дополнительными компонентами: биоуглем (BC), доломитом (DL) или бентонитом (BN) в весовой пропорции 3:1. Кроме того, в качестве обработки также использовался диатомит без каких-либо добавок (DT). Смеси диатомита и почвы были приготовлены в марте 2022 года с тремя нормами: 0,5, 1,0, 2,0 и 4,0% w/w (веса к весу). Для каждой обработки было приготовлено шесть повторов, включая контроль, почву без диатомита (CTR).
Оценивались характеристики удержания воды в почве и дифференциальная пористость.
Ожидалось, что использование добавок к диатомиту приведет к взаимодействию, которое увеличит удержание воды. Поэтому были выбраны материалы, ранее описанные как улучшающие физические свойства почвы.
В текущем эксперименте не все добавки дали ожидаемый эффект – это касается доломита. Ранее в исследованиях сообщалось, что применение доломита улучшает физические свойства почвы. Повышение водоудерживающей способности почв, обработанных доломитом или известью, объясняется цементирующими соединениями между почвенными агрегатами, уменьшающими как размер пор, так и взаимосвязанность. В этом исследовании доломит в качестве добавки к диатомиту не сыграл значительной роли. Он привел только к увеличению объема ограничивающих пор без какого-либо влияния на водоудержание почвы.
Результаты показали, что внесение диатомита увеличило объемную плотность почвы и улучшило способность удержания воды, особенно при использовании добавок.
Добавление бентонита к диатомиту привело к наивысшей доступной влагоемкости.
Добавление биоугля значительно улучшило более широкие характеристики удержания воды, что привело к более высокой полевой влагоемкости и доступной для растений влагоемкости.
Исследование показало, что размер частиц диатомита не оказал существенного влияния на физические свойства почвы, за исключением его влияния на доступную влагоемкость, где более мелкие частицы показали небольшие преимущества. Применение диатомита не привело к водоотталкиванию почвы.
В целом, результаты показывают, что сочетание диатомита с биоуглем обещает улучшить удержание воды в песчаных почвах, что может иметь значительные последствия для сельскохозяйственной практики, особенно в регионах, подверженных засухе. Дальнейшие исследования синергических эффектов диатомита и биоугля, а также их долгосрочного воздействия на здоровье почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, необходимы для полного использования их потенциала для устойчивого управления почвой в условиях изменения климата.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.