Как действует биоуголь и когда он не работает: обзор механизмов, определяющих реакцию почвы и растений на внесение биоугля

Мы обобщили результаты 20-летних исследований, чтобы объяснить взаимосвязанные процессы, определяющие реакцию почвы и растений на биоуголь. Свойства биоугля и его воздействие в агроэкосистемах в значительной степени зависят от сырья и условий пиролиза. Мы описываем три стадии превращений биоугля в почве: растворение (1–3 недели), формирование реакционноспособной поверхности (1–6 месяцев) и старение (более 6 месяцев). По мере старения биоуголь включается в почвенные агрегаты, защищая углерод биоугля и способствуя стабилизации ризодепозитов и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Углерод биоугля сохраняется в почве от сотен до тысяч лет. Повышая pH, пористость и доступность воды, биоугли могут создавать благоприятные условия для развития корней и функционирования микроорганизмов. Биоугли способны катализировать биотические и абиотические реакции, особенно в ризосфере, что увеличивает поступление питательных веществ и их поглощение растениями, снижает содержание фитотоксикантов, стимулирует развитие растений и повышает устойчивость к болезням и факторам окружающей среды. Согласно метаанализам, в среднем биоугли повышают доступность фосфора в 4,6 раза, снижают концентрацию тяжёлых металлов в тканях растений на 17–39%, увеличивают содержание органического углерода почвы за счёт отрицательного прайминга на 3,8% (диапазон от −21% до +20%) и сокращают выбросы парниковых газов из почвы, не относящихся к CO2, на 12–50%. Метаанализы показывают, что внесение биоугля в среднем повышает урожайность сельскохозяйственных культур на 10–42%; наибольший эффект наблюдается на кислых почвах с низким содержанием питательных веществ и высокой сорбцией фосфора (распространённых в тропиках), а также на песчаных почвах засушливых регионов благодаря повышению удержания питательных веществ и водоудерживающей способности. Исследования выявляют широкий диапазон реакций растений на биоугли вследствие разнообразия самих биоуглей и условий их применения. Урожайность существенно возрастает, если специфические для участка ограничения, а также дефицит питательных веществ и воды устраняются с помощью подходящих составов биоугля. Биоугли можно адаптировать к условиям участка посредством выбора сырья и модификации пирол…