Естественные процессы промерзания и оттаивания почв могут стать эффективным инструментом в очистке сельскохозяйственных угодий от мышьяка. Согласно результатам исследования, опубликованного в научном журнале Biochar, температурные колебания значительно усиливают способность модифицированного биоугля удерживать токсичные соединения, ограничивая их миграцию в экосистеме. Этот механизм открывает новые возможности для восстановления земель и обеспечения безопасности продовольственного сырья.
Исследователи разработали специализированный сорбент на основе биоугля, обогащенного церием и марганцем. Эти элементы были выбраны из–за их способности катализировать окислительно–восстановительные процессы и эффективно поглощать загрязняющие вещества. Эффективность разработки проверялась на двух типах грунта: красноземах, содержащих значительное количество оксидов железа, и богатых органикой черноземах. В ходе экспериментов имитировались различные сценарии старения почвы, включая естественные условия, циклы увлажнения и замораживания.
Наилучшие показатели фиксации мышьяка зафиксированы в почвах, подвергшихся воздействию отрицательных температур. Концентрация водорастворимых форм токсина в них сократилась на 94–99% относительно контрольных образцов. На наноуровне циклическое промерзание способствует образованию структурных связей между частицами биоугля и минеральной составляющей почвы. Подобные соединения надежно закрепляют молекулы мышьяка, переводя их в стабильное состояние, при котором риск их вымывания в грунтовые воды или поглощения растениями сводится к минимуму.
Химический анализ подтвердил, что присутствие церия и марганца ускоряет трансформацию мышьяка в менее подвижные формы. При этом эффективность мелиорации напрямую зависит от типа почвы. В железистых красноземах связи между сорбентом и минералами оказались более прочными и долговечными, чем в органических черноземах. Это указывает на необходимость адаптации технологий очистки под конкретные региональные особенности состава земель и их минералогические характеристики.
Помимо нейтрализации загрязнений, применение модифицированного биоугля в сочетании с природными циклами положительно влияет на общее состояние почв. Ученые зафиксировали рост концентрации растворимого органического углерода, необходимого для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, и повышение доступности фосфора. По словам одного из авторов работы Лианьфана Ли, использование естественных факторов старения почв позволяет создавать устойчивые методы борьбы с загрязнением, которые работают в синергии с климатическими процессами и способствуют долгосрочному сохранению плодородия.