Влияние биочара из куриного помета на микроорганизмы и растения
Институты и факультеты
Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Влияние биочара из куриного помета на микроорганизмы и растения

Г.Ш. Галиева1, П.А. Курынцева1, П.Ю. Галицкая1, М.Ш. Тагиров2, С.Ю. Селивановская1

1Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

2Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420059, Россия

 

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2021.2.221-237

Для цитирования: Галиева Г.Ш., Курынцева П.А., Галицкая П.Ю., Тагиров М.Ш., Селивановская С.Ю. Влияние биочара из куриного помета на микроорганизмы и растения // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2021. – Т. 163, кн. 2. – С. 221–237. – doi: 10.26907/2542-064X.2021.2.221-237.

For citation: Galieva G.S., Kuryntseva P.A., Galitskaya P.Yu., Tagirov M.Sh., Selivanov­skaya S.Yu. Influence of chiken manure biochar on microorganisms and plants. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2021, vol. 163, no. 2, pp. 221–237. doi: 10.26907/2542-064X.2021.2.221-237. (In Russian)

Аннотация

Анализ влияния биочаров, полученных из куриного помета при разных температурах, определил, что увеличение температуры пиролиза с 300 °С до 700 °С привело к увеличению удельной площади поверхности биочара в 15 раз и к снижению содержания азота в 1.4 раза. Внесение обоих видов биочара (B300 и B700) в почву в дозе 1% привело к значительному увеличению содержания Pподв в 9.5 и 11.5 раз соответственно, тогда как увеличение содержания Nобщ и Kподв оказалось существенно меньшим (в среднем в 1.6 раз). Показано, что внесение биочара обоих типов не привело к изменению в почве количества грибов и бактерий, оцененных на основе анализа бактериальных 16S рРНК и грибных 18S рРНК генов, а также респираторной и метаболической активности сообществ, установленной с использованием системы Biolog EcoPlate. Анализ растений ячменя и пшеницы выявил, что, во-первых, ячмень оказался более отзывчивым на внесение биочара по сравнению с пшеницей, во-вторых, максимальный эффект на ячмень оказывал биочар, полученный при 700 °С, в-третьих, указанный биочар вызывал увеличение биомассы растений ячменя. Скорее всего, эффекты, производимые изученными биочарами (В300 и В700), отличаются в связи с неодинаковой площадью их поверхности: внесение в почву биочара с большей удельной площадью поверхности увеличивает влагоудерживающую способность почвы и, в свою очередь, благоприятно для растений.

Ключевые слова: биочар, зерновые культуры, почвенные микробные сообщества, респираторная активность, Biolog EcoPlate

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-29-25054).

Литература

  1. Степанова Л.П., Цыганок Е.Н., Тихойкина И.М. Экологические проблемы земледелия // Вестн. аграрной науки. – 2012. – Т. 1, Вып. 12. – С. 11–18.
  2. Wang H., Xu J., Liu X., Zhang D., Li L., Li W., Sheng L. Effects of long-term application of organic fertilizer on improving organic matter content and retarding acidity in red soil from China // Soil Tillage Res. – 2019. – V. 195, No 3. – Art. 104382, P. 1–9. – doi: 10.1016/j.still.2019.104382.
  3. Song D., Xi X., Huang S., Liang G., Sun J., Zhou W., Wang X. Short-term responses of soil respiration and C-cycle enzyme activities to additions of biochar and urea in a calcareous soil // PLoS ONE. – 2016. – V. 11, No 9. – Art. e0161694, P. 1–18. – doi: 10.1371/journal.pone.0161694.
  4. Hassan M., Liu Y., Naidu R., Parikh S.J., Du J., Qi F., Willett I.R. Influences of feedstock sources and pyrolysis temperature on the properties of biochar and functionality as adsorbents: A meta-analysis // Sci. Total Environ. – 2020. – V. 744. – Art. 140714, P. 1–15. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140714.
  5. Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: A critical review // Energy Fuels. – 2006. – V. 20, No 3. – P. 848–889. – doi: 10.1021/ef0502397.
  6. Weber K., Quicker P. Properties of biochar // Fuel. – 2018. – V. 217. – P. 240–261. – doi: 10.1021/ef0502397.
  7. Akhtar S.S., Li G., Andersen M.N., Liu F. Biochar enhances yield and quality of tomato under reduced irrigation // Agric. Water Manage. – 2014. – V. 138. – P. 37–44. – doi: 10.1016/j.agwat.2014.02.016.
  8. Tian J., Wang J., Dippold M., Gao Y., Blagodatskaya E., Kuzyakov Y. Biochar affects soil organic matter cycling and microbial functions but does not alter microbial community structure in a paddy soil // Sci. Total Environ. – 2016. – V. 556. – P. 89–97. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.03.010.
  9. Qambrani N.A., Rahman M.M., Won S., Shim S., Ra C. Biochar properties and eco-friendly applications for climate change mitigation, waste management, and wastewater treatment: A review // Renewable Sustainable Energy Rev. – 2017. – V. 79. – P. 255–273. – doi: 10.1016/j.rser.2017.05.057.
  10. Lehmann J., Kuzyakov Y., Pan G., Ok Y.S. Biochars and the plant-soil interface // Plant Soil. – 2015. – V. 395. – P. 1–5. – doi: 10.1007/s11104-015-2658-3.
  11. Yuan J.-H., Xu R.-K., Zhang H. The forms of alkalis in the biochar produced from crop residues at different temperatures // Bioresour. Technol. – 2011. – V. 102, No 3. – P. 3488–3497. – doi: 10.1016/j.biortech.2010.11.018.
  12. Dai Z., Zhang X., Tang C., Muhammad N., Wu J., Brookes P.C., Xu J. Potential role of biochars in decreasing soil acidification – A critical review // Sci. Total Environ. – 2017. – V. 581–582. – P. 601–611. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.12.169.
  13. Haefele S.M., Konboon Y., Wongboon W., Amarante S., Maarifat A.A., Pfeiffer E.M., Knoblauch C. Effects and fate of biochar from rice residues in rice-based systems // Field Crops Res. – 2011. – V. 121, No 3. – P. 430–440. – doi: 10.1016/j.fcr.2011.01.014.
  14. Wardle D.A., Nilsson M.C., Zackrisson O. Fire-derived charcoal causes loss of forest humus // Science. – 2008. – V. 320, No 5876. – P. 629. – doi: 10.1126/science.1154960.
  15. Jiang L., Han G., Lan Y., Liu S., Gao J., Yang X., Meng J., Chen W. Corn cob biochar increases soil culturable bacterial abundance without enhancing their capacities in utilizing carbon sources in Biolog Eco-plates // J. Integr. Agric. – 2017. – V. 16, No 3. – P. 713–724. – doi: 10.1016/S2095-3119(16)61338-2.
  16. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. – URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-17-4-4-02-84.
  17. Roth P.J., Lehndorff E., Brodowski S., Bornemann L., Sanchez-García L., Gustafsson Ö., Amelung W. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives // Org. Geochem. – 2012. – V. 46. – P. 66–75. – doi: 10.1016/j.orggeochem.2012.01.012.
  18. ГОСТ Р ИСО 27085-2012 Корма для животных. Определения содержания кальция, натрия, фосфора, магния, калия, железа, цинка, меди, марганца, кобальта, молибдена, мышьяка, свинца и кадмия методом ИСП-АЭС (Переиздание), ГОСТ Р от 29 нояб. 2012 г. № ИСО 27085-2012. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200098799.
  19. Lima I.M., Marshall W.E. Pyrolytic products from poultry manure: United States Patent. – Patent No. US 7 794 601 B1. – Date of Patent: Sep. 14, 2010.
  20. ISO 14240-1:1997. Soil quality – Determination of soil microbial biomass – Part 1: Substrate-induced respiration method. – URL: https://www.iso.org/standard/21530.html.
  21. Rutgers M., Wouterse M., Drost S.M., Breure A.M., Mulder C., Stone D., Creamer R.E., Winding A., Bloem J. Monitoring soil bacteria with community-level physiological profiles using BiologTM ECO-plates in the Netherlands and Europe // Appl. Soil Ecol. – 2016. – V. 97. – P. 23–35. – doi: 10.1016/j.apsoil.2015.06.007.
  22. Smits T.H., Devenoges C., Szynalski K., Maillard J., Holliger C. Development of a real-time PCR method for quantification of the three genera Dehalobacter, Dehalococcoides, and Desulfitobacterium in microbial communities // J. Microbiol. Methods. – 2004. – V. 57, No 3. – P. 369–378. – doi: 10.1016/j.mimet.2004.02.003.
  23. Maza-Márquez P., Vílchez-Vargas R., González-Martínez A., González-López J., Rodelas B. Assessing the abundance of fungal populations in a full-scale membrane bioreactor (MBR) treating urban wastewater by using quantitative PCR (qPCR) // J. Environ. Manage. – 2018. – V. 223. – P. 1–8. – doi: 10.1016/j.jenvman.2018.05.093.
  24. Park J.W., Krumins V., Kjellerup B.V., Fennell D.E., Rodenburg L.A., Sowers K.R., Kerkhof L.J., Häggblom M.M. The effect of co-substrate activation on indigenous and  bioaugmented PCB dechlorinating bacterial communities in sediment microcosms // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2011. – V. 89, No 6. – P. 2005–2017. – doi: 10.1007/s00253-010-2958-8.
  25. Cerovic Z.G., Masdoumier G., Ghozlen N.B., Latouche G. A new optical leaf-clip meter for simultaneous non-destructive assessment of leaf chlorophyll and epidermal flavonoids // Physiol. Plant. – 2012. – V. 146, No 3. – P. 251–260. – doi: 10.1111/j.1399-3054.2012.01639.x.
  26. Yandell B.S. Practical Data Analysis for Designed Experiments. – London: Chapman & Hall, 1997. – 440 p.
  27. Кидин В.В., Трошин С.П. Агрохимия. – М.: Проспект, 2016. – 608 с.
  28. Liang H., Chen L., Liu G., Zheng H. Surface morphology properties of biochars produced from different feedstocks // Proc. 2016 Int. Conf. on Civil, Transportation and Environment – Atlantis Press, 2016. – P. 1205–1208. – doi: 10.2991/iccte-16.2016.210.
  29. Cely P., Gascó G., Paz-Ferreiro J., Méndez A. Agronomic properties of biochars from different manure wastes // J. Anal. Appl. Pyrolysis. – 2015. – V. 111. – P. 173–182. – doi: 10.1016/j.jaap.2014.11.014.
  30. Wang D., Jiang P., Zhang H., Yuan W. Biochar production and applications in agro and forestry systems: A review // Sci. Total Environ. – 2020. – V. 723. – Art. 137775, P. 1–14. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.137775.
  31. Xu L., Yao Q., Zhang Y., Fu Y. Integrated production of aromatic amines and N-doped carbon from lignin via ex situ catalytic fast pyrolysis in the presence of ammonia over zeolites // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2017. – V. 5, No 4. – P. 2960–2969. – doi: 10.1021/acssuschemeng.6b02542.
  32. Song W., Guo M. Quality variations of poultry litter biochar generated at  different  pyrolysis temperatures // J. Anal. Appl. Pyrolysis. – 2012. – V. 94. – P. 138–145. – doi: 10.1016/j.jaap.2011.11.018.
  33. Pariyar P., Kumari K., Jain M.K., Jadhao P.S. Evaluation of change in biochar properties derived from different feedstock and pyrolysis temperature for environmental and agricultural application // Sci. Total Environ. – 2020. – V. 713. – Art. 136433, P. 1–16. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.136433.
  34. Méndez A., Terradillos M., Gascó G. Physicochemical and agronomic properties of biochar from sewage sludge pyrolysed at different temperatures // J. Anal. Appl. Pyrolysis. – 2013. – V. 102. – P. 124–130. – doi: 10.1016/j.jaap.2013.03.006.
  35. Biederman L.A., Harpole W.S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: A meta-analysis // GCB Bioenergy. – 2013. – V. 5, No 2. – P. 202–214. – doi: 10.1111/gcbb.12037.
  36. Селивановская С.Ю. Активность и структура микробных сообществ при обработке почвы нетрадиционными мелиорантами // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств науки. – 2009. – Т. 151, кн. 1. – С. 115–132.
  37. Железова А.Д., Кутовая О.В., Дмитренко В.Н., Тхакахова А.К., Хохлов С.Ф. Оценка количества ДНК разных групп микроорганизмов в генетических горизонтах темно-серой почвы // Бюл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. – 2015. – № 78. – С. 87–98. – doi: 10.19047/0136-1694-2015-78-87-98.
  38. Gao L., Wang R., Shen G., Zhang J., Meng G., Zhang J. Effects of biochar on nutrients and the microbial community structure of tobacco-planting soils // J. Soil Sci. Plant Nutr. – 2017. – V. 17, No 4. – P. 884–896. – doi: 10.4067/S0718-95162017000400004.
  39. Ke G.-R., Lai C.-M., Liu Y.-Y., Yang S.-S. Inoculation of food waste with the thermo-tolerant lipolytic actinomycete Thermoactinomyces vulgaris A31 and maturity evaluation of the compost // Bioresour. Technol. – 2010. – V. 101, No 19. – P. 7424–7431. – doi: 10.1016/j.biortech.2010.04.051.
  40. Jones D.L., Murphy D.V., Khalid M., Ahmad W., Edwards-Jones G., DeLuca T.H.   Short-term biochar-induced increase in soil CO2 release is both biotically and abiotically mediated // Soil Biol. Biochem. – 2011. – V. 43, No 8. – P. 1723–1731. – doi: 10.1016/j.soilbio.2011.04.018.
  41. Wahbi A., Sinclair T.R. Simulation analysis of relative yield advantage of barley and wheat in an eastern Mediterranean climate // Field Crops Res. – 2005. – V. 91, No 2–3. – P. 287–296. – doi: 10.1016/j.fcr.2004.07.020.

Поступила в редакцию

23.10.2020

 

Галиева Гульназ Шайхинуровна, научный сотрудник НИЛ «Биоконтроль» Института экологии и природопользования

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: goolnaz@rambler.ru

Курынцева Полина Александровна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: polinazwerewa@yandex.ru

Галицкая Полина Юрьевна, доктор биологических наук, профессор кафедры прикладной экологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: gpolina33@yandex.ru

Тагиров Марсель Шарипзянович, доктор сельскохозяйственных наук, директор

Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Оренбургский тракт, д. 48, г. Казань, 420059, Россия

E-mail: tatniva@mail.ru

Селивановская Светлана Юрьевна, доктор биологических наук, директор Института экологии и природопользования

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: svetlana.selivanovskaya@kpfu.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

 


Версия для печати Версия для печати
Ключевые слова: Галиева, Ученые записки
Вход в личный кабинет
Ваш логин
Ваш пароль
Забыли пароль? Регистрация