Ключевой биохимический механизм, который поддерживает плодородие сельскохозяйственных земель, разрушается, что ведет к их деградации. Группа почвоведов считает, что восстановить истощенные почвы можно с помощью специально обработанных промышленных отходов. Такие выводы представлены в обзоре, опубликованном в журнале Discover Soil.
По данным авторов, естественный круговорот серы нарушают засоление, загрязнение и потеря органического углерода. В здоровой экосистеме микроорганизмы перерабатывают органические соединения и снабжают растения сульфатами – основной доступной для них формой серы. Когда этот механизм дает сбой, сульфаты вымываются из корневой зоны вместе с кальцием и магнием. Из-за этого микробные сообщества деградируют, а качество почвы постоянно ухудшается. Проблема особенно остро стоит в засушливых регионах: например, исследования в Индии показывают повсеместный дефицит серы.
Универсального решения нет, и для каждого типа почвы требуется свой подход, отмечают исследователи. Одним из самых перспективных материалов они называют промышленный гипс – побочный продукт работы угольных электростанций и химических производств. Наиболее изучен гипс, получаемый при очистке дымовых газов. Он на 95% состоит из сульфата кальция и имеет низкую радиоактивность, что позволяет использовать его в сельском хозяйстве. В засоленных почвах его кальций вытесняет натрий, что улучшает структуру и водопроницаемость грунта.
В то же время использование фосфогипса, отхода производства фосфорных удобрений, во многих странах запрещено. Этот материал содержит радий-226, хотя, по данным исследований, концентрация радионуклидов в дренажных водах не превышает питьевых норм. Это расхождение между нормативными требованиями и научными данными ученые называют серьезной нерешенной проблемой.
Более сложное решение – «дизайнерский биоуголь». Этот материал получают из биомассы и модифицируют для конкретных задач: его поверхность активируют, а химическая обработка позволяет ему связывать тяжелые металлы и другие загрязнители. Еще эффективнее работают гибридные композиты. Например, смесь биоугля и гипса одновременно разрыхляет почву, поставляет ей питательные вещества и поглощает органические токсины. Другие композиты способны улавливать мышьяк и хром, а также создавать условия для микробов, которые переводят тяжелые металлы в нерастворимые соединения.
Однако у новых технологий есть риски. Ученые обнаружили, что стойкие загрязнители, известные как «вечные химикаты» (ПФАС), могут напрямую вмешиваться в метаболизм почвенных микробов, отвечающих за круговорот серы. Это означает, что задачи по восстановлению плодородия и очистке от загрязнений нельзя решать в отрыве друг от друга. Кроме того, у каждого метода есть побочные эффекты: например, внесение гипса может временно повысить соленость почвенной влаги.
Авторы обзора считают, что научная база подтверждает перспективность этих методов, но пока не гарантирует их долгосрочную эффективность и безопасность. Прежде чем технологии можно будет применять в промышленных масштабах, необходимо провести многолетние полевые испытания, разработать точные модели поведения веществ в почве и оценить полный жизненный цикл материалов с учетом всех экологических факторов.