Модифицированный монтмориллонит показал себя как отличный адсорбент, который может использоваться для экологизации выращивания пшеницы наравне с глубокой заделкой азотных удобрений.
Пшеница является одной из важнейших основных культур в мире, и ее производство вносит большой вклад в продовольственную безопасность.
Рост и урожайность пшеницы в значительной степени зависят от внесения азотных удобрений (N).
Однако азотные удобрения, вносимые в почву, могут теряться несколькими путями, такими как выбросы аммиака (NH 3), что вредит экосистеме и окружающей среде.
Выбросы аммиака способствуют образованию закиси азота (N 2 O, мощного парникового газа), а затем способствуют глобальному изменению климата. Кроме того, выбросы аммиака способствуют закислению почвы, эвтрофикации воды и потере биоразнообразия. Поэтому сокращение выбросов NH 3 важно для повышения производительности пшеницы и защиты окружающей среды и здоровья человека.
Выбросы NH 3 обусловлены многими факторами, такими как концентрация аммония в почве (NH 4 + ), pH, температура и влажность.
Эти факторы можно изменить, внедрив подходящие полевые практики, например, оптимизацию глубины внесения N и применение синергистов удобрений.
Увеличение глубины внесения N в почвенный слой приводит к снижению выбросов NH 3 в поле, и поэтому для снижения выбросов аммиака в поле при производстве сельскохозяйственных культур рекомендуется глубокое внесение азота.
Синергисты удобрений состоят из многих типов, таких как биостимуляторы растений (например, гуминовая кислота), материалы с медленным высвобождением питательных веществ (например, глинистые минералы) и ингибиторы трансформации N. Эти материалы могут снижать потери питательных веществ, улучшать биодоступность питательных веществ и способствовать усвоению питательных веществ культурами.
Среди глинистых минералов монтмориллонит является материалом с большой адсорбционной способностью и использовался в сельском хозяйстве для повышения эффективности использования удобрений.
Некоторые исследования пытались улучшить адсорбционную способность монтмориллонита по отношению к ионам и обнаружили, что монтмориллонит, модифицированный гуминовой кислотой, имел большую адсорбционную способность ионов (например, NH 4 + ).
Почвенный NH 4 + является источником выбросов NH, и, таким образом, модифицированный гуминовой кислотой монтмориллонит может использоваться в качестве адсорбента для снижения выбросов NH 3 на сельскохозяйственных угодьях. Однако на сегодняшний день мало что известно о комбинированном влиянии глубины внесения азота и применения адсорбента на выбросы NH 3 на пшеничных полях.
Команда ученых Китайской академии наук провела исследование, цель которого заключались в следующем:
(i) оценить комбинированное воздействие внесения адсорбента (монтмориллонита, модифицированного гуминовой кислотой) и глубины внесения азота на выбросы NH 3 и урожайность пшеницы;
(ii) выявить взаимосвязи между почвенными факторами и выбросами NH 3 ;
(iii) выяснить задействованные механизмы.
Трехлетний полевой эксперимент проводился в 2020–2023 годах.
Девять вариантов обработки включали контрольный тест – внесение азота без адсорбента и с ним на разную глубину почвы в слои 0-10-20 см. По итогам, внесение адсорбента снизило выбросы NH 3 на 2,0-42,3 %, поскольку оно увеличило адсорбцию NH 4 + почвой.
Глубокое внесение N снизило pH почвы и концентрацию NH 4 + в слоях 0–10 см, а затем снизило выбросы NH 3 на 20,0–50,1 % (p < 0,05).
Интересно, что сочетание внесения адсорбента и поверхностного внесения N привело к аналогичным выбросам NH 3, как и при глубоком внесении N, а также привело к большей урожайности зерна пшеницы и биомассе. Это говорит о том, что даже при неглубокой вспашке синергист удобрений приносит пользу.
Выбросы NH 3 были на 13,5%−51,5% ниже в обработке N2A2 - внесение азота и адсорбента в слой 10-20 см, чем при других обработках с применением N.
В целом, применение адсорбента и глубокое внесение N снизили выбросы NH 3 и повысили производительность пшеницы, и, таким образом, являются перспективной практикой в производстве пшеницы.
Механизмы снижения выбросов аммиака при использовании адсорбента.
Автор изображения: Йе Ян, Инженерно-исследовательский центр экологически чистых и эффективных удобрений и пестицидов провинции Аньхой, Хэфэйский институт физических наук, Китайская академия наук.
Данное исследование было поддержано Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Фондом естественных наук провинции Аньхой и Проектом внедрения талантов Аньхойского сельскохозяйственного университета.
Источник: Chinese Academy of Sciences.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.