На протяжении поколений фермеры использовали природные материалы, такие как известь, гипс и навоз, для улучшения почвы и выращивания сельскохозяйственных культур. Теперь группа исследователей под руководством Университета Миссури придаёт новое значение давно известному материалу — биоуглю, веществу, похожему на древесный уголь, изготавливаемому из остатков растений, — и показывает, как он может решить проблемы, с которыми сталкиваются современные хлопководы.
Несмотря на то, что биоуголь используется в различных формах сельского хозяйства уже тысячи лет, в этом исследовании основное внимание уделялось тому, как он может помочь фермерам, выращивающим хлопчатник в регионе дельты реки Миссисипи в Соединенных Штатах.
В нижней дельте реки Миссисипи производится 80 % сельскохозяйственных культур, выращиваемых в штате Миссисипи, включая хлопчатник, кукурузу, сою и рис.
Однако интенсивная обработка почвы и нерациональные методы ведения сельского хозяйства отрицательно повлияли на здоровье почвы и долгосрочную устойчивость производства сельскохозяйственных культур.
Традиционная обработка почвы в регионе включает подготовку почвы осенью с помощью глубокорыхлителей, дискование, культивацию, окучивание и прикатывание для формирования гряды. За этим следуют методы окучивания и обработки почвы весной для выравнивания семенного ложа перед посадкой. Эти методы направлены на создание мелкого семенного ложа, оптимизацию плотности почвы и улучшение борьбы с сорняками, но они сделали сельскохозяйственные поля уязвимыми к стоку, эрозии почвы и потере питательных веществ.
Традиционная обработка почвы напрямую влияет на стабильность почвенных агрегатов, нарушая макроагрегаты, что косвенно изменяет химические и биологические свойства. Это приводит к ухудшению качества почвы и потере питательных веществ, хранящихся в макро- и микроагрегатах почвы. Еще одна проблема - чрезмерная обработка почвы приводит к образованию непроницаемых твердых подпочв, которые ограничивают движение воды и питательных веществ и ограничивают рост корней, что в конечном итоге может снизить урожайность сельхозкультур.
Исследователи под руководством Гурбира Сингха, доцента кафедры растениеводства в Колледже сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов Университета Миссури и специалиста по сельскохозяйственному консультированию, обратились к багассе — волокнистому органическому материалу, остающемуся после отжима сока из сахарного тростника. Биоуголь, полученный из него и добавленный в почву, улучшил способность почвы удерживать питательные вещества и влагу, что дало хлопчатнику больше шансов на крепкий и здоровый рост.
«Хлопчатник обычно выращивают на песчаных и супесчаных почвах, которые характеризуются низким содержанием органических веществ, меньшей водоудерживающей способностью и слабой агрегатной устойчивостью. Эти почвы плохо удерживают воду и питательные вещества и требуют большего количества орошения, что затрудняет управление производством хлопка. Биоуголь предлагает решение этих специфических проблем», - заявляет Гурбир Сингх.
Ученые обнаружили одно неожиданное преимущество использования биоугля: он может способствовать улучшению качества воды, предотвращая попадание нитратного азота — распространённого компонента удобрений — в грунтовые воды. Нитраты могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.
«Биоуголь может дольше удерживать нитраты, что позволяет им оставаться в почве и не допускать попадания в воду», - сказал Сингх.
В полевом эксперименте оценивалось влияние норм внесения биоугля (0, 10, 20 и 40 мг на га) на свойства почвы и химический состав почвенного раствора в системах производства богарного хлопчатника в нижней части дельты Миссисипи с 2020 по 2022 год.
Внесение 40 мг на гектар значительно снизило плотность насыпи и увеличило содержание воды в слое 0–15 см по сравнению с другими нормами и глубиной. Биоуголь повысил агрегатную устойчивость по сравнению с контролем в верхнем слое почвы для фракций агрегатов размером 0,5–1 мм и 1–2 мм в 2021 году. Внесение биоугля в дозировке 20 и 40 мг на гектар снизило концентрацию NO 3 –N в почве на 63% и 53% соответственно по сравнению с контролем на глубине 0–15 см в 2021 году. Внесение биоугля снизило потери нитрата из почвенного раствора на 49–87% и 42–102% в течение парового периода по сравнению с контролем на глубине 46 и 81 см соответственно.
В перспективе Сингх и его коллеги планируют выйти за рамки небольших опытных участков и применить свои результаты на действующих фермах. Следующий шаг - сотрудничество с фермерами, имеющими доступ к биоуглю, чтобы увидеть, как результаты будут применяться в реальных условиях выращивания.
Сингх также надеется применить полученные знания к другим культурам, таким как кукуруза и соя. Хотя тип биоугля и его количество будут различаться в зависимости от других культур, он хочет проверить, сможет ли базовый подход команды обеспечить аналогичные преимущества.
Данное исследование было проведено в Центре исследований и распространения знаний «Дельта» при Университете штата Миссисипи совместно с Исследовательским отделом систем производства сельскохозяйственных культур Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Стоунвилле, штат Миссисипи. Опубликовано в Journal of Environmental Management (2025). DOI: 10.1016/j.jenvman.2025.125660
Источник: University of Missouri. Автор: Эрик Стэнн.
