Применение биоугля для снижения выбросов парниковых газов в сельском и лесном хозяйстве требует индивидуального подхода в зависимости от типа почвы. К такому выводу пришла группа исследователей, чья работа опубликована в научном журнале «Biochar». Ученые установили, что этот мелиорант влияет на выделение закиси азота (N2O) – одного из основных парниковых газов – крайне неравномерно и в некоторых случаях может повышать чувствительность почвенных систем к глобальному потеплению.
Закись азота образуется в процессе жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и активно выделяется при ведении интенсивного сельского хозяйства. Использование биоугля, получаемого термическим разложением биомассы без доступа кислорода, рассматривается как перспективный способ связывания углерода и сокращения выбросов. Однако авторы нового исследования доказали, что реакция почвенной среды на подобные добавки зависит от происхождения угля, его дозировки и характеристик конкретного грунта.
В ходе экспериментов биологи изучили два типа сред: интенсивно обрабатываемую пахотную почву и богатую питательными веществами лесную почву. В образцы добавляли биоуголь из древесины и рисовой шелухи в концентрациях 1% и 3%, после чего инкубировали их при температурах 10, 20 и 30 градусов Цельсия. Главным критерием оценки стала температурная чувствительность выбросов закиси азота, выраженная через коэффициент Q10, который показывает изменение скорости биологического процесса при росте температуры на каждые 10 градусов.
Результаты показали, что при нагревании объемы выбросов закиси азота увеличивались во всех образцах, но реакция почв существенно различалась. Лесная почва оказалась значительно более чувствительной к потеплению: ее показатель Q10 составил от 1,63 до 2,84, тогда как для сельскохозяйственных угодий этот диапазон находился в пределах от 1,13 до 1,63. Это указывает на то, что экосистемы с активным круговоротом азота и высокой доступностью питательных веществ могут интенсивнее реагировать на рост температур.
Наиболее заметное влияние на чувствительность выбросов оказало внесение древесного биоугля в максимальной концентрации 3%, однако эффект оказался противоположным для разных типов почв. В сельскохозяйственном грунте такая добавка снизила коэффициент Q10, ослабив зависимость эмиссии газов от нагрева. Это произошло из-за резкого сокращения доступности нитратов, необходимых почвенным бактериям для выработки закиси азота.
Напротив, в лесной почве применение того же древесного биоугля привело к росту температурной чувствительности, хотя общий объем выбросов парникового газа снизился. Ученые полагают, что в лесной среде уголь изменил краткосрочное удержание нитратов и активизировал микробные процессы, сделав систему более восприимчивой к колебаниям температур.
По словам ведущего автора исследования Сию Ло, общая величина сокращения выбросов и их температурная чувствительность представляют собой две разные цели, которые необходимо оценивать одновременно. Мелиоранты могут снижать базовый уровень эмиссии газов, но одновременно повышать чувствительность системы к потеплению климата.
Математическое моделирование подтвердило, что температура остается главным фактором, определяющим объемы выбросов закиси азота, тогда как биоуголь выступает важным вторичным регулятором. Он меняет микросреду обитания бактерий, косвенно влияя на процессы нитрификации и денитрификации.
Как подчеркивает соавтор работы Сяолинь Ляо, для эффективного применения биоугля необходимо отказаться от единых шаблонов. Дозировку и тип добавки требуется подбирать под климатические цели конкретного региона и локальные свойства почв. Это позволит сбалансировать снижение объемов выбросов и контроль над их реакцией на потепление.