Влияние биоугля на фракции неорганического фосфора в сельскохозяйственных почвах

Неорганический фосфор (P) является ключевым компонентом пулов почвенного P, влияя на их доступность и мобильность. Хотя исследования влияния биоугля на фракции неорганического P в различных почвах растут, критический обзор этих результатов отсутствует. В данной работе мы провели количественный метаанализ 74 рецензируемых наборов данных, сделав общие выводы и подтвердив отсутствие систематической ошибки публикации с помощью статистики воронкообразной диаграммы. 

Результаты показали, что биоуголь может влиять на фракции неорганического фосфора в почве, причем его эффект зависит от свойств биоугля (таких как исходное сырье, температура и время пиролиза, соотношение C:N, pH, содержание золы и фосфора) и свойств почвы (таких как pH, гранулометрический состав, содержание P). В частности, добавление биоугля значительно усиливало различные фракции неорганического фосфора в почве и доступность P (что показано по Olsen-P). Только биоугли, полученные из древесных остатков и имеющие высокое отношение C/N (>200), не приводили к значительному увеличению лабильных фракций фосфора (водорастворимого почвенного фосфора (H₂O-P), Olsen-P и фосфора, связанного с соединениями кальция в почве (Ca₂-P)). Применение биоугля, полученного из растительных остатков, значительно увеличивало содержание в почве фосфора, связанного с оксидами железа и алюминия, в то время как не было обнаружено значительного эффекта для биоугля из навозных и древесных остатков. Кроме того, применение низкотемпературного биоугля и биоугля из навозных остатков могло увеличивать доли высокостабильного фосфора в почве. Мы выявили пробелы в знаниях относительно производства биоугля и его потенциала для регулирования фосфора в почве. Из-за сложных процессов, с помощью которых биоуголь влияет на почвы, необходимы более систематические оценки и прогностические методы (например, моделирование, машинное обучение) для поддержки устойчивых сельскохозяйственных и экологических практик.

Фосфор (P) играет роль в развитии клеток всех организмов как незаменимый элемент [1]. Обеспечение почвы фосфором имеет важное значение как для природных, так и для управляемых экосистем, поскольку фосфор часто лимитирует первичную продуктивность [2,3]. Это связано с тем, что лишь небольшая часть (<1%, преимущественно в форме ортофосфат-аниона) от общего фосфора в почвенном растворе легко доступна для усвоения растениями [3–5]. Для удовлетворения потребностей растений в фосфоре использовались различные материалы, содержащие фосфор, в качестве почвенных мелиорантов для улучшения доступности почвенного фосфора, среди которых использование фосфорных удобрений, получаемых из невозобновляемых фосфоритов, быстро возросло и стало доминирующим с 1950-х годов [6–8]. В то время как ежегодно в мире в сельскохозяйственные почвы вносится около 15 миллионов тонн фосфорных удобрений [9], менее 30% фосфора из удобрений может быть поглощено сельскохозяйственными культурами в год после внесения [10]. Таким образом, требуется более эффективное управление фосфором в агроэкосистемах, поскольку запасы фосфора ограничены, а потери избыточного фосфора в природную среду могут вызывать негативные последствия, такие как эвтрофикация [11] и изменение биоразнообразия [12].

Почвенный фосфор может поступать не только из минеральных удобрений, но и из органических материалов из таких источников, как агролесоводство, животноводческая отрасль и места обитания человека. Переработка этих ресурсов фосфора имеет большой потенциал для дополнения или замены традиционных удобрений, способствуя более устойчивому сельскому хозяйству [9,13]. Среди этих потенциальных новых стратегий биоуголь приобрел значительный интерес в последние годы благодаря своим улучшениям в управлении фосфором и многим другим достоинствам для повышения качества почвы [14–16]. Биоуголь — это богатый углеродом материал, производимый путем пиролиза, который включает нагревание органической биомассы — такой как растительные остатки, древесина, навоз или другие растительные материалы — в условиях низкого содержания кислорода. Также стоит упомянуть, что как углеродно-нейтральные и экологически безопасные технологии, производство и применение биоугля также соответствуют тенденции использования отходов в соответствии с концепцией «от отходов к богатству» и тесно связаны с темами целей устойчивого развития (ЦУР) [17,18].

Многочисленные исследования продемонстрировали, что биоуголь обладает потенциалом для повышения доступности фосфора в почвах [19–23]. Сам биоуголь является относительно богатым фосфором продуктом из-за сохранения и обогащения фосфором в процессе термохимической обработки и, таким образом, проявляет удобрительный эффект, подобный фосфорному удобрению медленного действия [24]. Сообщалось, что общий фосфор в биоугле, произведенном из костей животных, может достигать 152,0 г·кг⁻¹, а водорастворимый фосфор — 6,6 г·кг⁻¹ [25]. С другой стороны, доступность почвенного фосфора контролируется динамикой различных процессов трансформации (например, сорбция/десорбция, осаждение/растворение, иммобилизация/минерализация) между различными формами фосфора, на которые применение биоугля может влиять прямыми и косвенными путями [26–30]. Биоуголь может высвобождать фосфор из оксидов и гидроксидов железа и алюминия, карбоната кальция (CaCO₃) и фосфатов кальция, железа и алюминия [31]. Фосфаты, связанные со свободными катионами, такими как Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ и Al³⁺, также обладают большим потенциалом для пополнения пула доступного фосфора через процессы растворения, стимулируемые применением биоугля [9]. Хотя усиление пула доступного почвенного фосфора под действием биоугля хорошо документировано и рассмотрено в обзорах [7,9,23,32,33], лучшее понимание динамики фосфора, определяющей его доступность при применении биоугля, требует отдельных исследований различных форм фосфора в почвах.

Почвенный фосфор присутствует в неорганической и органической формах, обе из которых связаны с вышеупомянутыми элементами или соединениями [28]. По сравнению с природными почвами, такими как луга и леса, пулы неорганического фосфора и процессы их трансформации являются доминирующими для снабжения фосфором в сельскохозяйственных почвах [4]. Таким образом, исследованию различных фракций неорганического фосфора в сельскохозяйственных почвах при применении биоугля уделяется больше внимания. Например, предыдущие исследования показали, что биоуголь из соломы увеличивает долю лабильного фосфора в латеритных почвах [34,35], в то время как соломенный биоуголь способствует трансформации лабильного фосфора в умеренно стабильный почвенный фосфор в карбонатной почве [36]. Подобное явление также было обнаружено в случаях применения навозного биоугля. Трой и соавт. [37] заявили, что 10 г·кг⁻¹ биоугля из свиного навоза может увеличить содержание фосфора по Моргану в почве и общее выщелачивание фосфора, но Лэйрд и соавт. [38] продемонстрировали, что обработка 20 г·кг⁻¹ биоугля из свиного навоза увеличивала долю умеренно стабильного фосфора и снижала общее выщелачивание растворенного фосфора на 69%. Вышеупомянутые случаи подразумевают, что эффект применения биоугля на неорганический фосфор в почве может варьироваться в зависимости от свойств биоугля и почвы. Примечательно, что биоугли производятся из различных видов сырья с использованием разнообразных термохимических условий (например, продолжительность, температура пиролиза, атмосфера) и обладают разнообразными свойствами (например, pH, гидрофильность, ароматичность, содержание питательных веществ) [39]. Также почвы сильно различаются по основным свойствам (т.е. pH, гранулометрический состав) и исходному статусу фосфора, что может существенно опосредовать влияние биоугля на фракции неорганического фосфора.

На сегодняшний день две статьи с мета-анализом раскрыли влияние биоугля на доступность почвенного фосфора [7,23], в то время как результаты, касающиеся влияния биоугля на различные фракции неорганического фосфора в разных почвах, еще не были критически рассмотрены. Здесь мы ставим научный вопрос: как свойства и исходное сырье биоугля влияют на фракции почвенного фосфора и, в конечном счете, на доступность фосфора? Следовательно, необходим количественный обзор, чтобы заполнить этот пробел в знаниях. Мета-анализ является эффективным инструментом для получения общих выводов, поскольку это статистический метод, используемый для систематической интеграции опубликованных результатов. Используя этот метод, с помощью комплексного анализа данных, полученных из 74 собранных статей (включая 673 независимых наблюдения), опубликованных с 1980 по 2022 год, мы стремимся (i) определить влияние биоугля на концентрацию фосфора в различных фракциях P; (ii) объяснить взаимосвязи между доступностью P, содержанием фракций и свойствами почвы; и (iii) раскрыть потенциальные механизмы процессов трансформации фракций почвенного фосфора под влиянием применения биоугля. Это исследование важно для оптимизации роли биоугля в улучшении доступности почвенного фосфора, повышении эффективности использования питательных веществ и содействии устойчивым сельскохозяйственным практикам при одновременном снижении воздействия на окружающую среду.

2.1. База данных и критерии сбора данных

Целевые публикации были собраны с использованием Web of Science (WOS), Google Scholar (GS) и Китайской национальной инфраструктуры знаний (CNKI). В эти базы данных были включены статьи, опубликованные с 1980 по 2022 год. Поисковые ключевые слова включали: soil AND phosph* AND avail* AND *char. Собранные публикации были дополнительно отобраны путем принятия следующих категорий: (i) статьи, в которых в качестве контроля использовалась необработанная почва; (ii) статьи, в которых все обработки проводились без добавления фосфорных удобрений; (iii) статьи, в которых рассматривались только сельскохозяйственные почвы; и (iv) статьи, в которых каждая обработка имела как минимум три повторности, а данные имели стандартные ошибки. В результате всего для дальнейшего анализа было собрано 74 статьи. Программа GetData (версия 2.24) была использована для извлечения данных, представленных на столбчатых диаграммах. Данные по почвенным переменным, измеренным в этих исследованиях (Olsen-P, H₂O-P, Al-P, Fe-P, Ca₂-P, Ca₈-P, Ca₁₀-P, Остаточный P (R-P)), были получены из публикаций и включали средние значения и стандартные ошибки для всех обработок. «Olsen-P» относится к фосфору, экстрагируемому NaHCO₃. Olsen-P в основном представляет доступный фосфор, который относится к фосфору в почве, слабо связанному с почвенными частицами и легко доступному для поглощения растениями. Тест Olsen-P извлекает кальций-связанный P (Ca-P), алюминий-связанный P (Al-P) и некоторое количество железа-связанного P (Fe-P), которые являются активными формами неорганического фосфора, легко усваиваемыми растениями [36]. Для лабильного P: «H₂O-P» относится к водорастворимому P; «Ca₂-P» относится к фосфору, связанному с кальцием в низкой степени окисления. Для умеренно лабильного P: «Al-P» относится к фосфору, связанному с алюминием; «Fe-P» относится к фосфору, связанному с железом; и «Ca₈-P» относится к фосфору, связанному с кальцием в средней степени окисления. Для высокостабильного P: «Ca₁₀-P» относится к фосфору, связанному с кальцием в высокой степени окисления, а «Остаточный P (R-P)» относится к фосфору, который нелегко экстрагируется методами, перечисленными выше [40]. В частности, в этом мета-анализе были категоризированы всего 6 фракций P, представляющих низкостабильный почвенный P (H₂O-P, Ca₂-P), умеренно стабильный почвенный P (Al-P, Fe-P, Ca₈-P) и высокостабильный почвенный P (Ca₁₀-P, R-P). Помимо доступности почвенного P и содержания различных фракций P, в базу данных мета-анализа тщательно записывались свойства почвы (т.е. гранулометрический состав, pH, Olsen-P), продолжительность эксперимента и свойства биоугля (т.е. продолжительность пиролиза, температура пиролиза, тип сырья, соотношение C/N, pH, содержание золы, норма внесения биоугля и продолжительность). В то время как общие свойства биоугля, такие как тип сырья и условия пиролиза, сообщались в исследованиях, конкретные данные о химическом составе для типов биоугля были недоступны. Примечательно, что количества P в этом мета-анализе относятся к содержанию P в почвах, обработанных (или необработанных) биоуглем. Изменения P отражают как исходное содержание в почве, так и P, добавленный через биоуголь, захватывая общее влияние биоугля на уровни P. Его влияние на динамику P оценивается с учетом как почвенного, так и полученного из биоугля фосфора.

Данные были нормализованы к одним и тем же единицам для сравнения. Используя объемную плотность почвы и глубину внесения биоугля, данные о норме внесения биоугля были преобразованы в массовое процентное содержание (%). Подгруппы были сгруппированы следующим образом. Используемые критерии классификации в основном основывались на предыдущих мета-анализах (например, Glaser et al. [7]; Yuan et al. [39]; Jeffery et al. [41]; Gao et al. [42]) и были адаптированы для согласования с набором данных, полученным в этом исследовании. Сырье для биоугля было: (1) растительные остатки; (2) навозные остатки; и (3) древесные остатки. Температуры пиролиза были: (1) <400 °C; (2) 400–500 °C; и (3) >500 °C. Соотношение C:N биоугля было: (1) <50; (2) 50–200; и (3) >200. pH почвы был: (1) <5; (2) 5–7; и (3) >7. Норма внесения была: (1) <1%; (2) 1–2,5%; и (3) >2,5%. Продолжительность эксперимента составляла: (1) <3 месяца; (2) от 3 месяцев до 2 лет; и (3) >2 лет. Время пиролиза было: (1) <1 ч; (2) 1–2 ч; и (3) >2 ч. pH биоугля был: (1) <6; (2) 6–8; и (3) >8. Содержание золы в биоугле было: (1) <15%; (2) 5–30%; и (3) >30%. Почвенный Olsen-P был: (1) <9 ppm; (2) 9–40 ppm; и (3) >40 ppm. Гранулометрический состав почвы был: (1) грубый (супесь, суглинок песчаный, суглинок); (2) средний (глинистый суглинок, суглинок, суглинок пылевато-глинистый, пылеватый или суглинок пылеватый); и (3) тонкий (глина, глина пылеватая, глина песчаная).

2.2. Мета-анализ

Коэффициент отклика (RR) был использован для оценки влияния внесения биоугля на доступность P и содержание различных фракций почвенного P, который представляет собой среднее значение для почвы, обработанной биоуглем, деленное на среднее значение для контрольной группы без биоугля. Кроме того, чтобы избежать плохих статистических свойств отношений, было выполнено преобразование RR в натуральный логарифм коэффициента отклика (ln(RR)) как:

где XE и XC представляют средние значения для группы обработки (с применением биоугля) и контроля (без применения биоугля) соответственно.

  Размер эффекта был преобразован в % изменения с помощью следующего уравнения [39]:  

Размеры эффекта и 95% доверительные интервалы  (CIs) были рассчитаны с использованием программного обеспечения Metawin 2.1 для всех категориальных групп с моделью случайных эффектов. Всего в тестах ресэмплинга было выполнено 9999 итераций [41]. Мы оценили потенциальную систематическую ошибку публикации и стабильность результатов нашего мета-анализа с помощью теста Эггера и теста fail-safe N, как подробно описано в Таблице S1 [39,43]. Важность и взаимодействия переменных, объясняющих изменения в каждой фракции почвенного P (показаны в таблицах S3–S10), были рассчитаны с использованием модели бустинговых регрессионных деревьев (BRT), реализованной с помощью пакета ‘gbm’ в R Studio версии 1.2.5042 [44].

3.1. Общая тенденция

В целом, применение биоугля заметно усиливало содержание различных фракций неорганического фосфора в почве, за исключением R-P, Ca₈-P и Ca₁₀-P (Рисунок 1). Поскольку R-P, Ca₈-P и Ca₁₀-P являются относительно стабильными формами P в почве, так как они обычно соединяются с кальцием с образованием нерастворимых минералов, они менее подвержены влиянию добавления биоугля в краткосрочной перспективе. Биоуголь может в большей степени влиять на водорастворимый P и P, слабо связанный с оксидами металлов [30,31]. Чтобы получить более глубокое понимание критических факторов, влияющих на доступность и фракции почвенного P, были использованы результаты модели BRT для обработки данных In RR (Таблица 1). Результаты показали, что содержание P в биоугле и pH почвы были важными факторами, влияющими на почвенный Olsen-P и H₂O-P соответственно. Далее, в отношении умеренно лабильного почвенного P, на Al-P в основном влияла продолжительность применения, в то время как на Fe-P и Ca₂-P значительно влияли время пиролиза и pH биоугля соответственно. Наконец, температура пиролиза, pH биоугля и pH почвы были наиболее важными факторами, вызывающими изменения в стабильном P (Ca₈-P, Ca₁₀-P и R-P соответственно).

Кроме того, результаты статистики воронкообразного графика показали, что в целом не было систематической ошибки публикации, что позволяет предположить, что результаты не были искажены избирательной отчетностью. Дополнительно, значения fail-safe numbers, превышающие 5N + 10 для всех подгрупп, дополнительно подтвердили надежность и достоверность мета-анализа (Таблица S1) [43].

Конкретно, процентное содержание (%) H₂O-P значительно увеличилось (Рисунок 1), поскольку биоуголь обладает определенной щелочностью и может вносить в почву анионы, такие как гидроксид и хлорид, чтобы конкурировать с P за сайты адсорбции P в почве [35]. С другой стороны, активность P-растворяющих микроорганизмов (например, Lysobacter), усиленная применением биоугля, могла способствовать превращению органического P в водорастворимый фосфат [6,35]. Как показано на Рисунке 1, процентное изменение умеренно стабильного почвенного P (Al-P, Fe-P, Ca₈-P) и высокостабильного почвенного P (Ca₁₀-P, R-P) было меньше, чем у более лабильных фракций, таких как H₂O-P и Olsen-P, причем изменение, как правило, уменьшалось по мере увеличения стабильности фракции P. Olsen-P является наиболее распространенным показателем доступности почвенного P. Наши результаты показывают, что биоуголь значительно повышает доступность почвенного P, что согласуется с предыдущими мета-анализами [23,34].

Хотя некоторые исследования были сосредоточены на применениях биоугля для улучшения содержания доступного для растений P [36,45], текущие исследования подчеркивают потенциальные превращения между фракциями неорганического фосфора. Биоуголь влияет на почвенный P как прямо, так и косвенно. Прямо он влияет на доступность P через содержание питательных веществ, которое может быть результатом минеральных изменений во время производства (например, образование витлокита) и постепенно высвобождается в почву. Косвенно, биоуголь может изменять свойства почвы, такие как pH, емкость катионного обмена (ЕКО) и концентрации металлов, что, в свою очередь, влияет на доступность P. Однако эти процессы воздействия могут быть сложными в зависимости от экспериментальных условий, включая свойства биоугля и почвы, и продолжительности экспериментов (Рисунок 2, Таблица S2), что будет дополнительно обсуждено в следующих разделах.

3.2. Свойства биоугля

3.2.1. Сырье

Наши результаты показали, что биоуголь из древесных остатков, по сравнению с биоуглем из растительных и навозных остатков, не давал значительного улучшения H₂O-P и Olsen-P (Рисунок 2). Это может быть связано с более низким содержанием золы и большей удельной поверхностью биоугля из древесных остатков, что означает, что он может проявлять более высокую способность к адсорбции и фиксации водорастворимого фосфата [33]. Среди этих трех типов сырья для биоугля, биоуголь из навозных остатков в наибольшей степени усиливал H₂O-P и Olsen-P. Это может быть связано с высоким содержанием P в навозе, который может сохраняться в биоугле в процессе пиролиза [46]. Другие исследования также сообщали, что по сравнению с биоуглем из хлопковой соломы и кукурузных початков, биоуголь из куриного помета оказывает значительно большее влияние на улучшение содержания H₂O-P и Olsen-P в почве [47,48]. Ван и соавт. [49] указали, что биоуголь из навоза сам содержит большое количество растворимого P, и применение 1% биоугля из свиного навоза может увеличить почвенный Olsen-P в 1,89 раза. Кроме того, они обнаружили, что содержание Olsen-P постепенно увеличивается в течение 30-дневного периода культивирования, что связано с высвобождением P из биоугля.

Биоуголь из растительных остатков значительно улучшал Al-P и Fe-P, вероятно, из-за более высокого содержания неорганических элементов, таких как Al, Fe и Mg, которые способствуют образованию этих соединений в почве [50–52]. Также было обнаружено, что все типы биоугля могут значительно улучшать содержание остаточного P (R-P), причем наиболее очевидный эффект улучшения был у биоугля из навозных остатков (Рисунок 2). Это можно объяснить относительно высокой концентрацией P и большим количеством сайтов для сорбции P в биоугле из навозных остатков. Кроме того, применение биоугля из навозных остатков может стимулировать микробную фиксацию P в почве, поскольку они могут обеспечивать благоприятные условия pH и питательных веществ, а также больше мест обитания для микроорганизмов [53,54].

Вышеупомянутые результаты указывают на то, что сырье действительно оказывает большое влияние на фракции почвенного P. Это может происходить даже в пределах определенного типа сырья. Например, Хан и соавт. [55] показали, что биоуголь, произведенный из стручков сои и соломы, но не биоуголь из кукурузных початков, может значительно улучшить содержание H₂O-P в почве, потому что биоуголь из кукурузных початков имеет большую удельную поверхность и более сильные анионообменные свойства. Учитывая разнообразие органических отходов и влияние биоугля на почвенный P, будущее производство биоугля для сельского хозяйства должно балансировать как экономические, так и экологические выгоды.

Рисунок 2. Влияние объясняющих переменных на содержание Olsen-P (a), H₂O-P (b), Al-P (c), Fe-P (d), Ca₂-P (e), Ca₈-P (f), Ca₁₀-P (g) и R-P (h) в почве. Символы указывают на среднее % изменение размера эффекта с 95% доверительным интервалом. Число после названия группы указывает количество парных сравнений. Красная пунктирная линия указывает на нулевую линию. Оранжевые, синие и серые точки представляют положительные, отрицательные и незначительные эффекты соответственно.

3.2.2. Температура и продолжительность пиролиза

Биоуголь, полученный при относительно низких и средних температурах (<500 °C), был более благоприятным для улучшения почвенного H₂O-P, а биоуголь средней температуры (400–500 °C) имел наилучший эффект улучшения на Olsen-P (Рисунок 2). Поскольку P летучится около 700 °C, а биоуголь обычно производится при более низких температурах, P, содержащийся в биоугле, остается схожим с исходным сырьем [56]. Примечательно, что эти процессы трансформации P при разных температурах пиролиза также зависят от времени (Рисунок 2). Наши результаты показали, что с увеличением времени пиролиза процентное содержание Al-связанного P в почве уменьшалось, в то время как почвенные H₂O-P и R-P увеличивались. Это позволяет предположить, что процессы трансформации P, содержащегося в биоугле, могут происходить между различными пулами, и эти процессы зависят от температуры и времени пиролиза. Наши результаты показали, что биоуголь, приготовленный при относительно низкой температуре, может более эффективно усиливать доступный P в почве, что может быть связано с тем, что при более высоких температурах пиролиза из других «лабильных» фракций P образуются относительно стабильные соединения P. Кроме того, биоуголь, изготовленный при высоких температурах пиролиза, может проявлять высокую силу связывания ионов за счет химической адсорбции, что может иммобилизовать питательные вещества в непригодные для использования формы [57]. Биоугли, произведенные при низких и средних температурах, имеют больше кислородсодержащих функциональных групп (например, гидроксильных, карбоксильных, карбонильных) и более высокую емкость катионного обмена (ЕКО), что облегчает им высвобождение P в пул доступного P почвы [55,58]. Наше исследование подчеркивает значительную роль условий пиролиза биоугля в опосредовании доступности P в почве, поскольку они сильно влияют на свойства биоугля и, в свою очередь, влияют на пулы и динамику P в почве после применения прямыми и косвенными путями.

3.2.3. Соотношение C/N

Биоуголь с более низким соотношением C/N показал лучший эффект улучшения на Olsen-P и H₂O-P (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что биоуголь с низким соотношением C/N обычно имеет более высокое содержание питательных веществ, что может способствовать высвобождению P [59]. Кроме того, биоуголь с низким соотношением C/N может способствовать разложению органического вещества и минерализации органического P, что приводит к увеличению доступного P [60]. Однако биоуголь с высоким соотношением C/N (>200) не приводил к значительному увеличению H₂O-P, Olsen-P и Ca₂-P (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что биоуголь с высоким соотношением C/N обычно имеет более высокую стабильность и более низкую скорость разложения, что ограничивает высвобождение P [61]. Кроме того, биоуголь с высоким соотношением C/N может иммобилизовать питательные вещества в почве, что приводит к снижению доступности P [62].

3.2.4. pH и содержание золы

Биоуголь с более высоким pH (>8) показал лучший эффект улучшения на Olsen-P и H₂O-P (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что щелочной биоуголь может увеличивать pH почвы, что способствует высвобождению P из почвенных минералов [63]. Кроме того, щелочной биоуголь может обеспечивать больше анионов (например, OH⁻, CO₃²⁻), которые конкурируют с P за сайты адсорбции, тем самым уменьшая фиксацию P и увеличивая доступность P [64]. Напротив, кислый биоуголь (pH <6) может снижать pH почвы, что может увеличивать адсорбцию P почвенными минералами, такими как оксиды железа и алюминия, тем самым уменьшая доступность P [65].

Биоуголь с высоким содержанием золы (>30%) показал лучший эффект улучшения на Olsen-P и H₂O-P (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что зола содержит значительное количество P и других питательных веществ, которые могут быть высвобождены в почву [66]. Кроме того, зола может увеличивать pH почвы и обеспечивать анионы, которые конкурируют с P за сайты адсорбции, тем самым увеличивая доступность P [67]. Напротив, биоуголь с низким содержанием золы (<15%) может иметь ограниченный эффект на доступность P из-за более низкого содержания питательных веществ и меньшего влияния на свойства почвы.

3.2.5. Норма внесения и продолжительность применения

Более высокие нормы внесения биоугля (>2,5%) показали лучший эффект улучшения на Olsen-P и H₂O-P (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что более высокие нормы внесения обеспечивают больше P и оказывают большее влияние на свойства почвы, такие как pH и ЕКО, что способствует высвобождению и доступности P [68]. Однако чрезмерно высокие нормы внесения могут привести к насыщению сайтов адсорбции P и потенциальному выщелачиванию P, что может иметь негативные экологические последствия [69]. Поэтому необходимо оптимизировать норму внесения биоугля для баланса между агрономическими выгодами и экологическими рисками.

Продолжительность применения биоугля также влияла на фракции почвенного P. Наши результаты показали, что краткосрочное применение (<3 месяца) имело более сильный эффект на H₂O-P и Olsen-P, в то время как долгосрочное применение (>2 лет) привело к увеличению более стабильных фракций P, таких как Al-P и Fe-P (Рисунок 2). Это позволяет предположить, что со временем P, высвобожденный из биоугля, может трансформироваться в более стабильные формы через процессы сорбции и осаждения [70]. Кроме того, долгосрочное применение биоугля может изменить микробное сообщество почвы и активность, что может повлиять на превращение P [71].

3.3. Свойства почвы

3.3.1. pH почвы

pH почвы был важным фактором, влияющим на фракции почвенного P при применении биоугля (Таблица 1). Наши результаты показали, что применение биоугля увеличивало Olsen-P и H₂O-P во всех диапазонах pH почвы, но эффект был наиболее выраженным в кислых почвах (pH <5) (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что биоуголь увеличивает pH кислых почв, что снижает адсорбцию P оксидами железа и алюминия и увеличивает доступность P [72]. В щелочных почвах (pH >7) биоуголь также увеличивал доступность P, но в меньшей степени, вероятно, из-за осаждения P с кальцием [73].

3.3.2. Гранулометрический состав почвы

Гранулометрический состав почвы влиял на эффект биоугля на фракции почвенного P (Таблица 1). Наши результаты показали, что применение биоугля увеличивало Olsen-P и H₂O-P во всех текстурах почвы, но эффект был наиболее выраженным в почвах с тонкой текстурой (глинистых) (Рисунок 2). Это может быть связано с тем, что глинистые почвы имеют более высокую емкость сорбции P, и биоуголь может уменьшать адсорбцию P за счет конкуренции с анионами и увеличения pH, тем самым высвобождая больше P в раствор [74]. В песчаных почвах с низкой емкостью сорбции биоуголь может увеличивать удержание P и уменьшать выщелачивание, тем самым увеличивая доступность P для растений [75].

3.3.3. Исходное содержание Olsen-P в почве

Исходное содержание Olsen-P в почве влияло на эффект биоугля на доступность P (Таблица 1). Наши результаты показали, что применение биоугля увеличивало Olsen-P во всех диапазонах исходного содержания Olsen-P, но эффект был наиболее выраженным в почвах с низким исходным содержанием Olsen-P (<9 ppm) (Рисунок 2). Это позволяет предположить, что биоуголь может быть особенно полезным для улучшения доступности P в бедных фосфором почвах [76]. В почвах с высоким исходным содержанием Olsen-P (>40 ppm) эффект биоугля был менее выраженным, вероятно, из-за насыщения пула доступного P [77].

Этот мета-анализ предоставляет всестороннюю количественную оценку влияния применения биоугля на фракции неорганического фосфора в сельскохозяйственных почвах. Наши результаты показывают, что биоуголь в целом увеличивает доступность почвенного фосфора и содержание различных фракций неорганического фосфора, причем эффекты зависят от свойств биоугля и почвы. Ключевые выводы включают:

1.       Биоуголь из навозных остатков был наиболее эффективен в увеличении лабильных фракций фосфора (H₂O-P, Olsen-P), в то время как биоуголь из растительных остатков значительно увеличивал фракции, связанные с алюминием и железом (Al-P, Fe-P).

2.       Биоуголь, полученный при низких и средних температурах пиролиза (<500 °C) и с более коротким временем пиролиза, был более эффективен в увеличении доступного фосфора.

3.       Биоуголь с низким соотношением C/N, высоким pH и высоким содержанием золы оказывал более сильное положительное влияние на доступность фосфора.

4.       Более высокие нормы внесения биоугля приводили к большему увеличению доступного фосфора, но необходимо учитывать потенциальные экологические риски.

5.       Эффект биоугля был более выраженным в кислых и глинистых почвах с низким исходным содержанием доступного фосфора.

Эти выводы подчеркивают потенциал биоугля как стратегии управления фосфором для улучшения доступности фосфора в почве и содействия устойчивому сельскому хозяйству. Однако необходимы дальнейшие исследования для оптимизации производства и применения биоугля в зависимости от конкретных почвенных условий и сельскохозяйственных практик. Будущие исследования должны также изучить долгосрочное влияние биоугля на круговорот фосфора в почве и экосистемные функции, а также интегрировать передовые методы моделирования и анализа данных для прогнозирования и оптимизации эффектов биоугля.

Дополнительные материалы: Следующие вспомогательные материалы можно загрузить по адресу: https://www.mdpi.com/article/10.3390/agriculture15010103/s1, Таблица S1: Результаты теста Эггера и fail-safe numbers для различных фракций почвенного P; Таблица S2: Полная база данных, использованная в мета-анализе; Таблицы S3-S10: Результаты модели бустинговых регрессионных деревьев (BRT) для различных фракций почвенного P.

Финансирование: Это исследование было поддержано Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (грант № 2022YFD1901501), Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 42107031) и Фондом естественных наук провинции Гуандун (грант № 2023A1515012881).

Заявление институционального контрольного совета: Не применимо.

Информированное согласие: Не применимо.

Заявление о доступности данных: Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу у соответствующего автора.

Благодарности: Мы благодарим всех исследователей, чьи работы были включены в этот мета-анализ.

Конфликты интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1.    Wrage, N.; Chapuis-Lardy, L.; Isselstein, J. Phosphorus, Plant Biodiversity and Climate Change. In Sociology, Organic Farming, Climate Change and Soil Science; Lichtfouse, E., Ed.; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2010; Volume 3. [Google Scholar]

2.    Westheimer, F.H. Why nature chose phosphates. Science 1987, 235, 1173–1178. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

3.    Peñuelas, J.; Poulter, B.; Sardans, J.; Ciais, P.; van der Velde, M.; Bopp, L.; Boucher, O.; Godderis, Y.; Hinsinger, P.; Llusia, J.; et al. Human-induced nitrogen-phosphorus imbalances alter natural and managed ecosystems across the globe. Nat. Commun. 2013, 4, 2934. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

4.    Bünemann, E.K. Assessment of gross and net mineralization rates of soil organic phosphorus-A review. Soil Biol. Biochem. 2015, 89, 82–98. [Google Scholar] [CrossRef]

5.    Zhu, J.; Li, M.; Whelan, M. Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review. Sci. Total Environ. 2018, 612, 522–537. [Google Scholar] [CrossRef]

6.    Chen, S.; Zhang, S.; Yan, Z.; Peng, Y.; Chen, Q. Differences in main processes to transform phosphorus influenced by ammonium nitrogen in flooded intensive agricultural and steppe soils. Chemosphere 2019, 226, 192–200. [Google Scholar] [CrossRef]

7.    Glaser, B.; Lehr, V.-I. Biochar effects on phosphorus availability in agricultural soils: A meta-analysis. Sci. Rep. 2019, 9, 9338. [Google Scholar] [CrossRef]

8.    Li, H.; Cui, S.; Tan, Y.; Peng, Y.; Gao, X.; Yang, X.; Ma, Y.; He, X.; Fan, B.; Yang, S. Synergistic effects of ball-milled biochar-supported exfoliated LDHs on phosphate adsorption: Insights into role of fine biochar support. Environ. Pollut. 2021, 294, 118592. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

9.    Zhang, H.; Chen, C.; Gray, E.M.; Boyd, S.E.; Yang, H.; Zhang, D. Roles of biochar in improving phosphorus availability in soils: A phosphate adsorbent and a source of available phosphorus. Geoderma 2016, 276, 1–6. [Google Scholar] [CrossRef]

10. Price, G. Australian Soil Fertility Manual, 3rd ed.; CSIRO Pub: Collingwood, Australia, 2006. [Google Scholar]

11. Carpenter, S.R. Eutrophication of aquatic ecosystems: Bistability and soil phosphorus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 10002–10005. [Google Scholar] [CrossRef]

12. Ceulemans, T.; Merckx, R.; Hens, M.; Honnay, O. A trait-based analysis of the role of phosphorus vs. nitrogen enrichment in plant species loss across Northwest European grasslands. J. Appl. Ecol. 2011, 48, 1155–1163. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Martiny, T.R.; Avila, L.B.; Rodrigues, T.L.; Tholozan, L.V.; Meili, L.; de Almeida, A.R.F.; da Rosa, G.S. From waste to wealth: Exploring biochar’s role in environmental remediation and resource optimization. J. Clean. Prod. 2024, 453, 142237. [Google Scholar] [CrossRef]

14. Purakayastha, T.J.; Bera, T.; Bhaduri, D.; Sarkar, B.; Mandal, S.; Wade, P.; Kumari, S.; Biswas, S.; Menon, M.; Pathak, H.; et al. A review on biochar modulated soil condition improvements and nutrient dynamics concerning crop yield: Pathways to climate change mitigation and global food security. Chemosphere 2019, 227, 345–365. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

15. Hossain, M.Z.; Bahar, M.M.; Sarkar, B.; Donne, S.W.; Ok, Y.S.; Palansooriya, K.N.; Kirkham, M.B.; Chowdhry, S.; Bolan, N. Biochar and its importance on nutrient dynamics in soil and plant. Biochar 2020, 2, 379–420. [Google Scholar] [CrossRef]

16. Qian, S.X.; Zhou, X.R.; Fu, Y.K.; Song, B.; Yan, H.C.; Chen, Z.X.; Sun, Q.; Ye, H.Y.; Qin, L.; Lai, C. Biochar-compost as a new option for soil improvement: Application in various problem soils. Sci. Total Environ. 2023, 870, 162024. [Google Scholar] [CrossRef]

17. Ghorbani, M.; Amirahmadi, E.; Cornelis, W.; Zoroufchi, B.K. Understanding the physicochemical structure of biochar affected by feedstock, pyrolysis conditions, and post-pyrolysis modification methods–A meta-analysis. J. Environ. Chem. Eng. 2024, 12, 114885. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Xu, Q.; Zhang, T.; Niu, Y.Q.; Mukherjee, S.; Abou-Elwafa, S.F.; Nguyen, N.S.H.; Aboud, N.M.A.; Wang, Y.K.; Pu, M.J.; Zhang, Y.R.; et al. A comprehensive review on agricultural waste utilization through sustainable conversion techniques, with a focus on the additives effect on the fate of phosphorus and toxic elements during composting. Sci. Total Environ. 2024, 942, 173567. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

19. Wang, T.; Camps-Arbestain, M.; Hedley, M.; Bishop, P. Predicting phosphorus bioavailability from high-ash biochars. Plant Soil 2012, 357, 173–187. [Google Scholar] [CrossRef]

20. Liang, Y.; Cao, X.; Zhao, L.; Xu, X.; Harri, W. Phosphorus release from dairy manure, the manure-derived biochar, and their amended soil: Effects of phosphorus nature and soil property. J. Environ. Qual. 2014, 43, 1504. [Google Scholar] [CrossRef]

21. Uchimiya, M.; Hiradate, S.; Antal, M.J. Dissolved phosphorus speciation of flash carbonization, slow pyrolysis, and fast pyrolysis biochars. ACS Sustain. Chem. Eng. 2015, 3, 1642–1649. [Google Scholar] [CrossRef]

22. Zhao, L.; Cao, X.D.; Zheng, W.; Scott, J.W.; Sharma, B.K.; Chen, X. Copyrolysis of biomass with phosphate fertilizers to improve biochar carbon retention, slow nutrient release, and stabilize heavy metals in soil. ACS Sustain. Chem. Eng. 2016, 4, 1630–1636. [Google Scholar] [CrossRef]

23. Gao, S.; DeLuca, T.H.; Cleveland, C.C. Biochar additions alter phosphorus and nitrogen availability in agricultural ecosystems: A meta-analysis. Sci. Total Environ. 2019, 654, 463–472. [Google Scholar] [CrossRef]

24. Wang, Y.; Lin, Y.; Chiu, P.C.; Imhoff, P.T.; Guo, M. Phosphorus release behaviors of poultry litter biochar as a soil amendment. Sci. Total Environ. 2015, 512, 454–463. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

25. Siebers, N.; Leinweber, P. Bone char: A clean and renewable phosphorus fertilizer with cadmium immobilization capability. J. Environ. Qual. 2013, 42, 405–411. [Google Scholar] [CrossRef]

26. Frossard, E.; Condron, L.M.; Oberson, A.; Sinaj, S.; Fardeau, J.C. Processes governing phosphorus availability in temperate soils. J. Environ. Qual. 2000, 29, 15–23. [Google Scholar] [CrossRef]

27. Turner, B.L. Storage-induced changes in phosphorus solubility of air-dried soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 2005, 29, 630–633. [Google Scholar] [CrossRef]

28. Tiessen, H.; Moir, O. Characterization of available P by sequential extraction. In Soil Sampling and Methods of Analysis, 2nd ed.; Carter, M.R., Gregorich, E.G., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 1993; pp. 293–306. [Google Scholar]

29. Vitousek, P.M.; Porder, S.; Houlton, B.Z.; Chadwick, O.A. Terrestrial phosphorus limitation: Mechanisms, implications, and nitrogen-phosphorus interactions. Ecol. Appl. 2010, 20, 5–15. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

30. Barrow, N. A mechanistic model for describing the sorption and desorption of phosphate by soil. Eur. J. Soil Sci. 2015, 66, 9–18. [Google Scholar] [CrossRef]

31. Mehlich, A. Amodification of Mehlich 2 extractant. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 1984, 15, 1409–1416. [Google Scholar] [CrossRef]

32. Gul, S.; Whalen, J.K.; Thomas, B.W.; Sachdeva, V.; Deng, H. Physico-chemical properties and microbial responses in biochar-amended soils: Mechanisms and future directions. Agric. Ecosyst. Environ. 2015, 206, 46–59. [Google Scholar] [CrossRef]

33. Gao, S.; DeLuca, T.H. Wood biochar impacts soil phosphorus dynamics and microbial communities in organically-managed croplands. Soil Biol. Biochem. 2018, 126, 144–150. [Google Scholar] [CrossRef]

34. Zhang, B.; Yin, R.; Wei, Q.; Qin, S.; Peng, Y.; Zhang, B. Effects of Combined Applications of Biogas Slurry and Biochar on Phosphorus Leaching and Fractionations in Lateritic Soil. Sustainability 2022, 14, 7924. [Google Scholar] [CrossRef]

35. Peng, Y.; Zhang, B.; Guan, C.-Y.; Jiang, X.; Tan, J.; Li, X. Identifying biotic and abiotic processes of reversing biochar-induced soil phosphorus leaching through biochar modification with MgAl layered (hydr)oxides. Sci. Total Environ. 2022, 843, 157037. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

36. Peng, Y.; Sun, Y.; Fan, B.; Zhang, S.; Bolan, N.S.; Chen, Q.; Tsang, D.C. Fe/Al (hydr) oxides engineered biochar for reducing phosphorus leaching from a fertile calcareous soil. J. Clean. Prod. 2021, 279, 123877. [Google Scholar] [CrossRef]

37. Troy, S.M.; Lawlor, P.G.; O’Flynn, C.J.; Healy, M.G. The impact of biochar addition on nutrient leaching and soil properties from tillage soil amended with pig manure. Water Air Soil Poll. 2014, 225, 1900. [Google Scholar] [CrossRef]

38. Laird, D.; Fleming, P.; Wang, B.; Horton, R.; Karlen, D. Biochar impact on nutrient leaching from a Midwestern agricultural soil. Geoderma 2010, 158, 436–442. [Google Scholar] [CrossRef]

39. Yuan, C.; Gao, B.; Peng, Y.; Gao, X.; Fan, B.; Chen, Q. A meta-analysis of heavy metal bioavailability response to biochar aging: Importance of soil and biochar properties. Sci. Total Environ. 2021, 756, 144058. [Google Scholar] [CrossRef]

40. Zhang, S.; Wei, L.; Trakal, L.; Wang, S.; Shaheen, S.M.; Rinklebe, J.; Chen, Q. Pyrolytic and hydrothermal carbonization affect the transformation of phosphorus fractions in the biochar and hydrochar derived from organic materials: A meta-analysis study. Sci. Total Environ. 2024, 906, 167418. [Google Scholar] [CrossRef]

41. Jeffery, S.; Verheijen, F.G.A.; Kammann, C.; Abalos, D. Biochar effects on methane emissions from soils: A meta-analysis. Soil Biol. Biochem. 2016, 101, 251–258. [Google Scholar] [CrossRef]

42. Gao, X.; Peng, Y.; Guo, L.; Wang, Q.; Guan, C.-Y.; Yang, F.; Chen, Q. Arsenic adsorption on layered double hydroxides biochars and their amended red and calcareous soils. J. Environ. Manag. 2020, 271, 111045. [Google Scholar] [CrossRef]

43. Rosenthal, R.; Rosnow, R.L. Essentials of Behavioral Research: Methods and Data Analysis; McGraw-Hill: New York, NY, USA, 2008. [Google Scholar]

44. Elith, J.; Leathwick, J.R.; Hastie, T. A working guide to boosted regression trees. J. Anim. Ecol. 2008, 77, 802–813. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

45. Parvage, M.M.; Ulén, B.; Eriksson, J.; Strock, J.; Kirchmann, H. Phosphorus availability in soils amended with wheat residue char. Biol. Fert. Soils 2013, 49, 245–250. [Google Scholar] [CrossRef]

46. Jin, Y.; Liang, X.; He, M.; Liu, Y.; Tian, G.; Shi, J. Manure biochar influence upon soil properties, phosphorus distribution and phosphatase activities: A microcosm incubation study. Chemosphere 2016, 142, 128–135. [Google Scholar] [CrossRef]

47. Bohara, H.; Dodla, S.; Wang, J.J.; Darapuneni, M.; Kongchum, M.; Fromme, D.D.; Harrell, D. Impacts of N-stabilizers and biochar on nitrogen losses, nitrogen phytoavailability, and cotton yield in poultry litter-fertilized soils. Agron. J. 2018, 110, 2016–2024. [Google Scholar] [CrossRef]

48. Ahmad, S.; Ghaffar, A.; Rahman, M.H.U.; Hussain, I.; Iqbal, R.; Haider, G.; Khan, M.A.; Ikram, R.M.; Hussnain, H.; Bashir, M.S. Effect of application of biochar, poultry and farmyard manures in combination with synthetic fertilizers on soil fertility and cotton productivity under arid environment. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 2021, 52, 2018–2031. [Google Scholar] [CrossRef]

49. Wang, Z.; Chen, L.; Liu, C.; Jin, Y.; Li, F.; Khan, S.; Liang, X. Reduced colloidal phosphorus loss potential and enhanced phosphorus availability by manure-derived biochar addition to paddy soils. Geoderma 2021, 402, 115348. [Google Scholar] [CrossRef]

50. Liu, L.; Tan, Z.; Gong, H.; Huang, Q. Migration and transformation mechanisms of nutrient elements (N, P, K) within biochar in straw–biochar–soil–plant systems: A review. ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 7, 22–32. [Google Scholar] [CrossRef]

51. Jing, Y.; Zhang, Y.; Han, I.; Wang, P.; Mei, Q.; Huang, Y. Effects of different straw biochars on soil organic carbon, nitrogen, available phosphorus, and enzyme activity in paddy soil. Sci. Rep. 2020, 10, 8837. [Google Scholar] [CrossRef]

52. Yang, C.; Lu, S. The dynamic changes of phosphorus availability in straw/biochar-amended soils during the rice growth revealed by a combination of chemical extraction and DGT technique. J. Soil. Sediments 2022, 22, 957–967. [Google Scholar] [CrossRef]

53. Wu, H.; Zhang, J.; Li, C.; Fan, J.; Zou, Y. Mass balance study on phosphorus removal in constructed wetland microcosms treating polluted river water. CLEAN–Soil Air Water 2013, 41, 844–850. [Google Scholar] [CrossRef]

54. Akmal, M.; Maqbool, Z.; Khan, K.S.; Hussain, Q.; Ijaz, S.S.; Iqbal, M.; Aziz, I.; Hussain, A.; Abbas, M.S.; Rafa, H.U. Integrated use of biochar and compost to improve soil microbial activity, nutrient availability, and plant growth in arid soil. Arab. J. Geosci. 2019, 12, 232. [Google Scholar] [CrossRef]

55. Han, Y.; Chen, X.; Wang, E.; Xia, X. Optimum biochar preparations enhance phosphorus availability in amended Mollisols of Northeast China. Chil. J. Agr. Res. 2019, 79, 153–164. [Google Scholar] [CrossRef]

56. Li, F.; Liang, X.; Niyungeko, C.; Sun, T.; Liu, F.; Arai, Y. Effects of biochar amendments on soil phosphorus transformation in agricultural soils. Adv. Agron. 2019, 158, 131–172. [Google Scholar]

57. Peng, Y.; Sun, Y.; Hanif, A.; Shang, J.; Shen, Z.; Hou, D.; Zhou, Y.; Chen, Q.; Ok, Y.S.; Tsang, D.C.W. Design and fabrication of exfoliated Mg/Al layered double hydroxides on biochar support. J. Clean. Prod. 2021, 289, 125142. [Google Scholar] [CrossRef]

58. Yu, L.U.O.; Jiao, Y.-j.; Zhao, X.-r.; Li, G.-t.; Zhao, L.-x.; Meng, H.-b. Improvement to maize growth caused by biochars derived from six feedstocks prepared at three different temperatures. J. Integr. Agr. 2014, 13, 533–540. [Google Scholar]

59. Azeem, M.; Hassan, T.U.; Tahir, M.I.; Ali, A.; Jeyasundar, P.G.S.A.; Hussain, Q.; Bashir, S.; Mehmood, S.; Zhang, Z. Tea leaves biochar as a carrier of Bacillus cereus improves the soil function and crop productivity. Appl. Soil Ecol. 2021, 157, 103732. [Google Scholar] [CrossRef]

60. Li, Y.; Zhao, Y.; Cheng, K.; Yang, F. Effects of biochar on transport and retention of phosphorus in porous media: Laboratory test and modeling. Environ. Pollut. 2022, 297, 118788. [Google Scholar] [CrossRef]

61. Silber, A.; Levkovitch, I.; Graber, E.R. PH-dependent mineral release and surface properties of cornstraw biochar: Agronomic implications. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 9318–9323. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

62. Jia, M.; Wang, F.; Bian, Y.; Jin, X.; Song, Y.; Kengara, F.O.; Xu, R.; Jiang, X. Effects of pH and metal ions on oxytetracycline sorption to maize-straw-derived biochar. Bioresour. Technol. 2013, 136, 87–93. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

63. Zhou, C.; Heal, K.; Tigabu, M.; Xia, L.; Hu, H.; Yin, D.; Ma, X. Biochar addition to forest plantation soil enhances phosphorus availability and soil bacterial community diversity. Forest Ecol. Manag. 2020, 455, 117635. [Google Scholar] [CrossRef]

64. Xu, G.; Sun, J.; Shao, H.; Chang, S.X. Biochar had effects on phosphorus sorption and desorption in three soils with differing acidity. Ecol. Eng. 2014, 62, 54–60. [Google Scholar] [CrossRef]

65. Lv, Y.; Zhao, X.; Shu, Y.; Chang, H.; Zhao, S.; Liu, S. Effect of biochar on the migration and leaching of phosphorus in black soil. Paddy Water Environ 2021, 19, 1–9. [Google Scholar] [CrossRef]

66. Ippolito, J.A.; Ducey, T.F.; Cantrell, K.B.; Novak, J.M.; Lentz, R.D. Designer, acidic biochar influences calcareous soil characteristics. Chemosphere 2016, 142, 184–191. [Google Scholar] [CrossRef]

67. Wei, W.; Zhang, S.; Wu, L.; Cui, D.; Ding, X. Biochar and phosphorus fertilization improved soil quality and inorganic phosphorus fractions in saline-alkaline soils. Arch. Agron. Soil Sci. 2021, 67, 1177–1190. [Google Scholar] [CrossRef]

68. Gao, T.; Gao, M.; Peng, J.; Li, N. Effects of different amount of biochar on nitrogen, phosphorus and potassium nutrients in soil. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2018, 394, 022043. [Google Scholar] [CrossRef]

69. Gao, X.; Peng, Y.; Zhou, Y.; Adeel, M.; Chen, Q. Effects of magnesium ferrite biochar on the cadmium passivation in acidic soil and bioavailability for packoi (Brassica chinensis L.). J. Environ. Manag. 2019, 251, 109610. [Google Scholar] [CrossRef]

70. Peng, Y.; Zhang, T.; Tang, B.; Li, X.; Cui, S.; Guan, C.-Y.; Zhang, B.; Chen, Q. Interception of fertile soil phosphorus leaching with immobilization materials: Recent progresses, opportunities and challenges. Chemosphere 2022, 308, 136337. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

71. Palansooriya, K.N.; Wong, J.T.F.; Hashimoto, Y.; Huang, L.; Rinklebe, J.; Chang, S.X.; Bolan, N.; Wang, H.; Ok, Y.S.J.B. Response of microbial communities to biochar-amended soils: A critical review. Biochar 2019, 1, 3–22. [Google Scholar] [CrossRef]

72. Richards, B.K.; Steenhuis, T.S.; Peverly, J.H.; McBride, M.B. Effect of sludge-processing mode, soil texture and soil pH on metal mobility in undisturbed soil columns under accelerated loading. Environ. Pollut. 2000, 109, 327–346. [Google Scholar] [CrossRef]

73. Burrell, L.D.; Zehetner, F.; Rampazzo, N.; Wimmer, B.; Soja, G. Long-term effects of biochar on soil physical properties. Geoderma 2016, 282, 96–102. [Google Scholar] [CrossRef]

74. Adhikari, S.; Gascó, G.; Méndez, A.; Surapaneni, A.; Jegatheesan, V.; Shah, K.; Paz-Ferreiro, J. Influence of pyrolysis parameters on phosphorus fractions of biosolids derived biochar. Sci. Total Environ. 2019, 695, 133846. [Google Scholar] [CrossRef]

Влияние внесения биоугля на фракции неорганического фосфора в сельскохозяйственных почвах

Ливэнь Линь¹, Ютао Пэн^1,2, Линь Чжоу², Байге Чжан³, Цин Чен² и Хао Чен¹

¹  Школа сельского хозяйства и биотехнологий, кампус Университета Сунь Ятсена в Шэньчжэне, Шэньчжэнь 518107, Китай

²  Пекинская ключевая лаборатория по предотвращению, контролю и восстановлению загрязнения почвы фермерских хозяйств, Колледж ресурсов и наук об окружающей среде, Китайский сельскохозяйственный университет, Пекин 100193, Китай

³  Научно-исследовательский институт овощеводства, Гуандунская академия сельскохозяйственных наук, Гуанчжоу 510640, Китай

Lin L, Peng Y, Zhou L, Zhang B, Chen Q, Chen H. Impacts of Biochar Application on Inorganic Phosphorus Fractions in Agricultural Soils. Agriculture. 2025; 15(1):103.

Перевод статьи «Impacts of Biochar Application on Inorganic Phosphorus Fractions in Agricultural Soils» авторов Lin L, Peng Y, Zhou L, Zhang B, Chen Q, Chen H., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык