Оптимизация дозы биоугля для снижения выноса питательных веществ со стоком

Оптимизация концентрации биоугля для снижения потерь питательных веществ в поверхностном стоке: исследование улучшения качества почвы и снижения диффузного загрязнения.

Поверхностный сток, образующийся при выпадении осадков, может приводить к ухудшению качества почв и рассредоточенному загрязнению, поскольку вымывает из верхнего слоя почвы питательные вещества, не усвоенные растениями. Использование биоугля является эффективным методом решения этой проблемы. Целью данного исследования было определение оптимальной концентрации вносимого биоугля для снижения потерь почвенных частиц, аммонийного (AN) и нитратного (NN) азота, а также общего фосфора (TP). Кроме того, с помощью ИК-Фурье спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии были выявлены механизмы подавления, с помощью которых биоуголь снижает потери питательных веществ. По сравнению с контрольной группой, добавление 2% биоугля привело к снижению показателей AN, NN, TP и скорости эрозии почвы на 57,08%, 4,25%, 30,37% и 22,78% соответственно; скорость выщелачивания AN и NN снизилась на 6,4% и 9,87% соответственно. Однако следует отметить, что использование биоугля привело к увеличению потерь почвенных частиц размером менее 20 мкм, в то время как потери частиц размером более 20 мкм уменьшились. Процессы адсорбции на бензольном кольце, возможно, привели к исчезновению пика поглощения около 1600 см⁻¹ после адсорбции. Пористая структура биоугля и наличие гидрофильных групп (таких как гидроксильные) способствуют протеканию адсорбционных реакций. Оптимальная концентрация вносимого биоугля составила 2%.

Фосфор и азот являются двумя незаменимыми питательными веществами для всех живых организмов на Земле [1]. Они естественным образом присутствуют в различных типах почв, причем азот существует в разных формах и может легко транспортироваться и трансформироваться. В отличие от него, фосфор — это минеральный ресурс, crucial для поддержания сельскохозяйственной продуктивности [2]. Что касается роста растений, то азот и фосфор являются необходимыми питательными веществами, играющими важнейшую роль в выращивании сельскохозяйственных культур и поддержании плодородия [3,4]. Поверхностный сток возникает, когда интенсивность дождя превышает скорость инфильтрации воды в почву; этот поток уносит частицы почвы, а также азот и фосфор из верхнего слоя почвы. Накопление этих питательных веществ в водной среде вызывает эвтрофикацию. Потеря почвы не только сокращает площадь пахотных земель, но и повышает уровень воды в реках и озерах, негативно влияя на выращивание культур. Дренаж поверхностных вод и процессы выщелачивания могут вызывать чрезмерные потери органического фосфора, что усугубляет связанные с этим проблемы и создает риски для здоровья и средств к существованию человека [2]. Фосфор легко мигрирует с поверхностным стоком, поскольку может соединяться с другими ионами с образованием нерастворимых соединений и затем осаждаться из раствора [5]. Избыток азота в воде может быть вреден для рыб и даже вызывать их массовую гибель. Кроме того, растущие объемы стока фосфора с сельскохозяйственных угодий и потерь от выщелачивания вызывают озабоченность по поводу загрязнения воды [6]. С другой стороны, осадки могут вызывать выщелачивание фосфатов и азота. Ранее считалось, что выщелачивание фосфора через почвенный профиль незначительно или происходит редко. Однако чрезмерное использование удобрений может привести к накоплению фосфора в почве, который затем вымывается во время орошения или дождя [7]. Поэтому важно разрабатывать эффективные стратегии для снижения потерь почвы, фосфатов и азота.

Внесение сорбционных материалов в почву часто применяется due to своей низкой стоимости, высокой эффективности и простоты использования [8]. Биоуголь — стабильный пористый углеродистый твердый материал, получаемый из биомассы путем термохимического преобразования в среде с ограниченным содержанием кислорода, — обладает потенциалом для повышения плодородия почвы и стимулирования активности почвенных микроорганизмов [9,10]. Он обладает высоким содержанием углерода, большой удельной поверхностью, сложной pore структурой, поверхностными функциональными группами, сильной адсорбционной способностью и стабильными физико-химическими свойствами. Благодаря этим характеристикам он привлек значительное внимание due to своей excellent эффективности в улучшении почв, секвестрации углерода, сокращении выбросов и восстановлении окружающей среды [11]. Таким образом, он играет vital роль в снижении диффузного загрязнения от сельского хозяйства [7]. Согласно Zhang et al. (2021), внесение биоугля может снизить потери аммонийного азота [12]. Различные виды сырья, такие как древесные материалы, сельскохозяйственные отходы, различные травы и навоз/осадки сточных вод, могут быть использованы для производства биоугля. Разное сырье может вызывать значительные различия в элементном и минеральном составе биоугля [13]. Китай ежегодно производит approximately 900 000 тонн сельскохозяйственной соломы, причем на долю кукурузной соломы приходится 32,5% [3]. Yadav et al. (2019) suggested, что преобразование органических отходов в биоуголь является viable методом снижения потерь питательных веществ, сокращения затрат и повышения продуктивности растений [14]. Однако crucial appropriately добавлять биоуголь для снижения стока питательных веществ и потерь от выщелачивания. Норма внесения биоугля варьируется в зависимости от типа почвы. Li et al. (2022) обнаружили положительную корреляцию между нормой внесения биоугля и снижением выщелачивания азота [3]. Некоторые исследования показали, что почва, обработанная биоуглем, может увеличивать удержание P и снижать риск потерь P [2,6,15,16,17]. Кроме того, добавление биоугля может эффективно снижать эрозию почвы [18,19]. Однако неправильное внесение биоугля также может увеличить риск потери питательных веществ. Чрезмерное внесение биоугля может привести к выщелачиванию азота, как сообщили C. Zhang et al. (2021) [20]. Li et al. (2019) обнаружили, что более высокие нормы внесения биоугля (≥5%) способствовали потере почвы, в то время как более низкие нормы (≥3%) имели ограниченный эффект [21].

В естественных условиях влияние биоугля на эрозию является complex [22]. В настоящее время многие исследования сосредоточены на способности биоугля ингибировать потери азота и фосфора. Однако few исследований изучили его способность simultaneously снижать потери азота, фосфора и почвенных частиц со стоком, а также потери азота и фосфатов due to выщелачивания из почвы. В данном исследовании были проведены эксперименты по моделированию склона и эксперименты по выщелачивания почвенных колонок, сопровождаемые SEM и FT-IR анализами, для изучения влияния механизмов адсорбции биоугля на потери питательных веществ. Следовательно, целью исследования было найти подходящие концентрации биоугля для снижения потерь AN, NN, TP и почвенных частиц due to стока и потерь AN, NN и TP due to выщелачивания. Кроме того, в этом исследовании изучалось влияние различных количеств вносимого биоугля на размер частиц эродированной почвы и выяснялись involved механизмы и функциональные группы, involved в адсорбции биоугля.

В качестве сырья для производства биоугля использовалась солома кукурузы. Процесс involved нагрев при ограниченном содержании кислорода при температуре 500 °C и был проведен компанией Henan Lize Environmental Protection Technology Co., LTD. Биоуголь проходил через сито с размером ячеек 100 mesh. Образцы почвы были отобраны в районе возделывания, расположенном по координатам 117.99555° в.д. и 36.81088° с.ш. в Цзыбо, провинция Шаньдун, Китай, с использованием метода пятиточечного отбора проб, описанного в [23]. Основным типом землепользования в этом районе являются листопадные широколиственные леса. Текстура почвы — silt sand. Образцы почвы были отобраны летом с расстояния 1–20 см от поверхностного слоя [24]. После удаления видимых камней, корней растений и другого мусора почву высушивали на воздухе в прохладном и хорошо проветриваемом помещении. Все эксперименты проводились с использованием анализа environmental science. Физико-химические свойства почвы и биоугля представлены в таблицах 1 и 2 соответственно. Содержание NN определяли с помощью ультрафиолетовой спектрофотометрии, в то время как для определения содержания AN использовали фотометрию. pH почвы измеряли с помощью pH-метра при соотношении почвы к воде 1:1, а уровни TP определяли с использованием метода персульфатного digestion. Образцы почвы окисляли дихроматом калия и анализировали с помощью спектрофотометрии для определения содержания органического вещества [25]. Размер частиц почвы анализировали с помощью лазерного анализатора размера частиц (лазерный анализатор размера частиц RTse2006).

Таблица 1. Исходные физико-химические свойства почв, использованных в данном исследовании.

Таблица 2. Исходные физико-химические свойства биоугля, использованного в данном исследовании.

2.1. Эксперимент по моделированию склона

Для исследования оптимальной концентрации биоугля для снижения потерь AN, NN, TP и почвенных частиц со стоком были созданы три экспериментальные группы: SBC0, SBC2 и SBC4 (количество вносимого биоугля в эксперименте на склоне составило 0%, 2% и 4%). Зарегистрированные данные можно найти в таблице 3. В эксперименте на склоне использовались водяной бак (0,4 м × 0,35 м × 0,3 м) и почвенный ящик (0,9 м × 0,4 м × 0,25 м) (Рисунок 1a). Во-первых, на дно ящика для растений был добавлен 10-сантиметровый слой гальки для облегчения дренажа воды. Распылитель использовался для равномерного распыления воды на смеси и доведения влажности до 12% (м%). Смеси помещали в почвенный ящик на глубину 15 см для достижения объемной плотности, similar to естественной пахотному слою. Затем почвенный ящик устанавливали под углом 4° и оставляли для естественного оседания на 24 ч. Для контроля скорости потока на уровне 3 л/мин использовали водяной насос, и в водяной бак добавляли деионизированную воду. Воду и осадок собирали в пластиковое ведро каждую минуту в течение 15 минут. После отстаивания пластикового ведра в течение 24 ч жидкость фильтровали и хранили в холодильнике при 4 °C. Концентрацию аммонийного азота в водном растворе определяли с помощью спектрофотометрии с реактивом Несслера [26], в то время как концентрацию NN измеряли с помощью спектрофотометрии после обработки макропористой адсорбционной смолой [27]. После фильтрации через мембранный фильтр 0,45 мкм концентрацию TP определяли с использованием иодно-синего колориметрического метода с окислением персульфатом калия [28]. Осадок высушивали, взвешивали и анализировали на размер частиц с помощью методов лазерной гранулометрии. Каждая экспериментальная группа была повторена три раза. Содержание каждой части рассчитывали по уравнению (1). После эксперимента биоуголь экстрагировали [29] и характеризовали. Микроморфологические признаки биоугля до и после эксперимента исследовали с помощью СЭМ, в то время как FT-IR спектроскопию использовали для идентификации поверхностных функциональных групп.

Рисунок 1. Установка для проведения эксперимента по моделированию склона (a) и установка для эксперимента по выщелачиванию почвенной колонки (b).

Таблица 3. Количество биоугля, добавленного в эксперименте на горизонтальном склоне и эксперименте по выщелачиванию почвенной колонки.

2.2. Эксперимент по выщелачиванию почвенной колонки

Для исследования оптимальной концентрации биоугля для предотвращения потерь AN, NN и TP due to выщелачивания были проведены три эксперимента: VBC0, VBC2 и VBC4 (количество вносимого биоугля в эксперименте по выщелачиванию составило 0%, 2% и 4%). Зарегистрированные данные доступны в таблице 3. ПВХ труба имела высоту 50 см и диаметр 9 см. Несколько небольших отверстий диаметром 0,5 см были равномерно distributed на дне ПВХ трубы (Рисунок 1b). Чтобы уменьшить краевые эффекты, мы нанесли слой вазелина на внутреннюю стенку экспериментальной установки. Мы выстлали устройство кусочком фильтровальной бумаги на дне, чтобы предотвратить просачивание почвы. Затем мы добавили смесь в устройство, заполнив его на глубину 15 см. Мы отрегулировали влажность до 12% (м%) и накрыли верх пластиковой пленкой. Наконец, мы оставили смесь на 24 ч. Деионизированную воду медленно добавляли вдоль внутренней стенки устройства, поддерживая уровень жидкости примерно на 1 см выше смеси. На дне устройства помещали стакан для сбора фильтрата, причем каждый стакан получал около 150 мл для каждой группы; всего было 15 групп. После сбора 15 проб воды (всего 2250 мл) регистрировали затраченное время. Эксперимент повторяли три раза. Концентрации AN, NN и TP в водном растворе определяли с использованием той же процедуры, что и выше. Содержания рассчитывали по уравнению (1). Данные, полученные в этом эксперименте, были значительными и использовались для дальнейшего анализа. Анализируя кумулятивные потери питательных веществ, можно определить эффективность добавления биоугля.

где M — содержание AN, NN или TP в растворе; C — концентрация AN, NN или TP в растворе (мкг/мл); и V — объем раствора (мл).

2.3. Характеризация

Морфологию поверхности биоугля исследовали с помощью FE-SEM (Apreo SEM, Thermo Fisher Scientific, Switzerland). Для анализа и характеристики химических поверхностных функциональных групп биоугля использовали FTIR спектроскопию (Thermo Electron Nicolet 5700, Thermoelectric Nickel Instruments, USA) [30]. Спектральные измерения охватывали диапазон волн 650–4000 см−1, обеспечивая comprehensive исследование химических свойств биоугля [31].

2.4. Статистический анализ

В исследовании использовали однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) для оценки вариаций между различными обработками. Для определения значимых различий (p < 0,05) использовали метод наименьших значимых разностей (LSD). Статистический анализ проводили с использованием SPSS 22.0 и Origin 2021. SPSS 22.0 использовали для анализа значимости; Origin 2021 использовали для построения графиков.

3.1. Характеризация биоугля

Чтобы прояснить механизм адсорбции биоугля из кукурузной соломы, в данном исследовании для характеризации использовали СЭМ и FT-IR спектроскопию. На рисунке 2a показаны поверхностные характеристики до адсорбции, а на рисунках 2b–d показаны результаты сканирования биоугля из кукурузной соломы после процесса адсорбции. Поверхность биоугля exhibited многочисленные мелкие частицы, что привело к шероховатой текстуре. Эта шероховатая текстура может быть attributed to адсорбции ионов и почвенных частиц. Биоуголь, полученный из кукурузной соломы, имеет briquette-подобную структуру, обеспечивая большую площадь поверхности, которая эффективно адсорбирует азот, фосфор и почвенные частицы.

Функциональные группы, присутствующие на поверхности биоугля, были исследованы с помощью FTIR спектроскопии в диапазоне волновых чисел 650–4000 см−1, как показано на спектрах на рисунке 3 [32].

3.2. Потери аммонийного азота, нитратного азота и общего фосфора со стоком

На основе данных, представленных на рисунке 4a, концентрация аммонийного азота (AN) в SBC0, SBC2 и SBC4 достигла пика на третьей минуте (3,52 мг), первой минуте (1,85 мг) и первой минуте (3,69 мг) соответственно. Добавление биоугля привело к снижению потерь AN, в то время как в контрольной группе наблюдалось увеличение потерь AN. В течение 15-минутного периода времени совокупные потери AN в SBC0, SBC2 и SBC4 составили 36,04 мг, 15,47 мг и 27,96 мг соответственно (Рисунок 5a). SBC2 показал снижение потерь AN на 57,08% по сравнению с SBC0, в то время как SBC4 experienced снижение на 22,42%. Как показано в таблице 4, добавление биоугля может significantly снизить кумулятивные потери аммонийного азота.

Рисунок 4. Содержание AN, NN, TP (a–c) и почвенных частиц (d) в водном растворе в эксперименте на склоне; содержание AN, NN и TP (e–g) в водном растворе в эксперименте по выщелачиванию почвы.

Рисунок 5. Кумулятивные потери AN, NN, TP (a–c) и почвенных частиц (d) из водного раствора в эксперименте на склоне; кумулятивные потери AN, NN и TP (e–g) из водного раствора в эксперименте по выщелачиванию почвы.

Таблица 4. Анализ значимости кумулятивных потерь в эксперименте по моделированию склона и эксперименте по выщелачиванию.

Согласно данным, представленным на рисунке 4b, содержание NN достигло своей highest точки на первой минуте для SBC0 (2,33 мг), третьей минуте для SBC2 (4,52 мг) и тринадцатой минуте для SBC4 (5,54 мг). Кумулятивные потери NN в SBC0, SBC2 и SBC4 составили 23,04 мг, 22,06 мг и 41,81 мг соответственно в течение 15-минутного периода стока (Рисунок 5c). Добавление 2% биоугля привело к снижению потерь NN на 4,25%, в то время как включение 4% биоугля привело к увеличению потерь NN со стоком на 81,47% по сравнению с контрольной группой без обработки биоуглем.

На рисунке 4c показано, что highest содержание TP наблюдалось на первой минуте для SBC0 (0,27 мг), второй минуте для SBC2 (0,20 мг) и шестой минуте для SBC4 (0,24 мг). Согласно данным, представленным на рисунке 5b, кумулятивные потери TP в SBC0, SBC2 и SBC4 составили 3,26 мг, 2,27 мг и 2,82 мг соответственно в течение 15-минутного периода стока. Включение 2% биоугля привело к снижению потерь TP на 30,37%, в то время как добавление 4% биоугля привело только к снижению на 13,50% по сравнению с контрольной группой. Как показано в таблице 4, добавление биоугля может significantly снизить кумулятивные потери TP со стоком. Следовательно, добавление 2% биоугля было более эффективным в ингибировании потерь AN, NN и TP со стоком, чем добавление 4% биоугля.

3.3. Потери AN, NN и TP due to выщелачивания

Время, необходимое для тестов на выщелачивание, варьировалось при различных обработках: VBC0, VBC2 и VBC4 заняли 176,6 мин, 295,8 мин и 568 мин соответственно. После добавления биоугля скорость инфильтрации воды greatly замедлилась, и чем больше биоугля было добавлено, тем медленнее была скорость. На основе данных, представленных на рисунке 4e, VBC0, VBC2 и VBC4 имели highest концентрации AN в третьей, первой и первой группах соответственно, со значениями 0,35 мг, 0,39 мг и 0,73 мг. Стоит отметить, что наблюдалось consistent снижение потерь AN due to выщелачивания с течением времени. В пределах 15 групп кумулятивные потери AN в VBC0, VBC2 и VBC4 составили 2,20 мг, 2,06 мг и 2,27 мг соответственно (Рисунок 5e). По сравнению с VBC0, кумулятивные потери AN снизились на 6,4% в VBC2, в то время как они увеличились на 3,2% в VBC4. Добавление 2% биоугля может significantly снизить потери AN due to выщелачивания (Таблица 4). Эти результаты демонстрируют, что добавление биоугля при оптимальной концентрации может эффективно ограничивать выщелачивание AN из почвы, тогда как excessive концентрация биоугля может усугубить выщелачивание.

На рисунке 4f показана тенденция к снижению потерь нитратного азота (NN) с течением времени для каждой обработки. Самые высокие содержания нитратов составили 1,04 мг в первой группе, 0,86 мг во второй группе и 0,98 мг в третьей группе для VBC0, VBC2 и VBC4 соответственно. Стоит отметить, что VBC0 имел highest кумулятивные потери NN в 4,66 мг, в то время как VBC2 имел lowest потери NN, всего 4,20 мг (Рисунок 5f). По сравнению с VBC0, потери NN снизились на 7,51% в VBC4 (4,31 мг) и на 9,87% в VBC2. Добавление биоугля significantly снизило потери NN due to выщелачивания (Таблица 4).

Самые высокие содержания общего фосфора в VBC0, VBC2 и VBC4 составили 10,87 мкг в 10-й группе, 24,23 мкг в 12-й группе и 35,12 мкг в 14-й группе соответственно. На рисунке 4g показано, что потери TP в каждой обработке увеличивались с течением времени. Примечательно, что VBC4 имел highest кумулятивные потери TP due to выщелачивания, достигшие 0,43 мг, в то время как VBC2 зафиксировал кумулятивные потери 0,30 мг (Рисунок 5g). Напротив, VBC0 имел lowest потери TP, достигшие всего 0,12 мг. Результаты показывают, что потери TP в VBC4 увеличились на 258,33% по сравнению с VBC0, а в VBC2 — на 150,00%. Эти findings предполагают, что добавление биоугля может увеличить риск потерь TP due to выщелачивания.

3.4. Потери почвы со стоком и размеры почвенных частиц

На основе данных, представленных на рисунке 4d, как SBC0, так и SBC2 имели highest скорость потерь твердых веществ на первой минуте, в то время как SBC4 достиг своего пика на второй минуте. Скорость потерь твердых веществ во всех трех группах gradually снижалась с течением времени. SBC4 имел highest накопление потерь твердых веществ, достигшее 31,45 г, что было significant увеличением по сравнению с SBC0, составлявшим 8,69 г (Рисунок 5d). Напротив, SBC2 exhibited lowest количество потерь твердых веществ, составляющее всего 6,71 г, что представляет собой снижение на 22,78% по сравнению с SBC0.

На рисунке 6 показано, что введение биоугля в почву оказало противоположное effects на потери почвенных частиц со стоком в зависимости от их размера. Потери со стоком увеличились для почвенных частиц размером около 2–20 мкм, в то время как они уменьшились для почвенных частиц размером около 20–200 мкм. Эти findings предполагают, что добавление биоугля привело к снижению потерь более крупных почвенных частиц.

4.1. Влияние биоугля из кукурузной соломы на адсорбцию питательных веществ и почвенных частиц в экспериментах на склоне

В течение 15-минутного периода концентрация AN в растворе снизилась. Применение биоугля enhanced удержание NH4+-N [33]. Было показано, что биоуголь significantly увеличивает ЕКО почв с песчаной текстурой [34], позволяя ему адсорбировать и удерживать NH4+-N [35]. Адсорбционная способность биоугля для NH4+-N в первую очередь due to его большому количеству кислотных функциональных групп [35]. Эти группы имеют отрицательный заряд и притягивают NH4+ посредством электростатических сил [36]. Кроме того, присутствие -OH в биоугле из кукурузной соломы может усиливать удержание NH4+-N. Обмен катионов также является contributing фактором [37]. Однако норма внесения 4% была менее эффективной в контроле потерь NH4+-N по сравнению с 2%. Это может быть due to тому, что сам биоуголь богат азотом, и его добавление вносит NH4+-N в почву. В целом, добавление биоугля significantly снизило потери AN. Включение 2% биоугля exhibited superior ингибирующие effects на потери AN по сравнению с 4% биоуглем, showcasing его потенциал в снижении потерь AN на склоновых территориях, подверженных воздействию осадков.

Это исследование показало, что добавление 2% биоугля снизило потери NO3− -N на 4,25%, в то время как добавление 4% биоугля увеличило потери NO3− -N на 81,47%. Важно использовать appropriate норму внесения биоугля [38]. Биоуголь имеет several преимуществ, включая способность адсорбировать ингибиторы нитрификации из почвы, нести больше отрицательных поверхностных зарядов, чем положительных [36], усиливать микробную биомассу [37] и адсорбировать фенолы [39], которые стимулируют нитрификацию. Однако следует отметить, что биоуголь все еще может сорбировать нитраты через bridge bonding, как продемонстрировали Mukherjee et al. (2011) [40]. Кроме того, использование почвы с low плодородием и биоугля из кукурузной соломы, полученного при 500 °C в этом эксперименте, может привести к увеличению потерь NO3− -N со стоком, как сообщили Kanthle et al. (2016) [41] и Yao et al. (2012) [42]. Еще одним crucial фактором, влияющим на потери NO3− -N со стоком, является значение pH, которое, как было обнаружено, положительно коррелирует с концентрацией нитратов [23]. Добавление биоугля в почву significantly увеличивает pH, как сообщили Chen et al. (2021) [37]. Это явление также ослабляет ингибирующий эффект биоугля на потери NO3−-N по мере увеличения количества вносимого биоугля.

По сравнению с SBC0, SBC2 показал снижение потерь TP со стоком на 30,37%, что было superior по сравнению с SBC4. Добавление биоугля significantly увеличило значение pH почвы. Когда значение pH превышало 7, фосфор мог осаждаться с Ca2+ и адсорбироваться на поверхности Fe3+ и Al3+ [14]. Однако увеличение концентрации OH− привело к конкуренции между ионами OH− и фосфатом, что привело к снижению адсорбции P [43]. В этом исследовании было обнаружено, что добавление биоугля привело к снижению адсорбции фосфора, приводя к его десорбции [44]. Однако следует отметить, что фосфор, присутствующий в почве, может мигрировать в более глубокие слои [4], что приводит к снижению потерь общего фосфора со стоком после добавления биоугля.

По сравнению с SBC0, добавление 2% биоугля снизило потери почвы, тем самым сохраняя почву и воду. Однако добавление 4% биоугля привело к увеличению потерь почвы. Это явление может быть attributed to характеристикам почвы [21] и нормам внесения биоугля. Wu et al. (2016) [45] обнаружили, что только добавление 3% биоугля снизило потери почвы со стоком, в то время как добавление 5% и 7% биоугля увеличило эрозию почвы на склоне. Добавление биоугля из кукурузной соломы в почву может увеличить пористость почвы, тем самым снижая объемную плотность почвы [13,46]. Однако excessive добавление биоугля может привести к excessively рыхлой поверхностной почве, что приводит к быстрой потере почвы при воздействии деионизированной воды в течение 15-минутного периода наблюдения. Эффективность добавления 2% биоугля в снижении потерь твердых веществ может быть attributed to адсорбционной способности биоугля. Биоуголь образует органо-минеральные комплексы с почвенными минералами, как показало исследование Naggar et al. (2019a) [47], тем самым снижая их потери со стоком. Необходимы дальнейшие исследования для изучения адсорбции почвенных частиц биоуглем.

4.2. Влияние адсорбции питательных веществ биоуглем из кукурузной соломы в экспериментах по выщелачиванию колонок

Кумулятивные потери AN due to выщелачивания в VBC2 были significantly снижены на 6,4% по сравнению с VBC0. Однако добавление 4% биоугля увеличило потери AN на 3,2%. Это явление может быть attributed to тому, что биоуголь promotes преобразование NN в AN [48]. Процесс аммонификации в почве является complex, поскольку он коррелирует с pH почвы, WHC и активностью микроорганизмов. Среди этих факторов почвенные микроорганизмы играют leading роль [34]. Кроме того, потери AN due to выщелачивания были mitigated добавлением биоугля; это было attributed to конкурирующим катионам [9]. Присутствие конкурирующих катионов может препятствовать процессу ионного обмена. Кроме того, эффективность биоугля в снижении потерь AN due to выщелачивания varies зависит от нормы внесения биоугля. Zhang et al. (2022) [49] обнаружили, что добавление 2–4% тростникового биоугля дало positive результаты в снижении потерь AN. Однако в нашем конкретном исследовании добавление 4% биоугля из кукурузной соломы не было эффективным.

В начале эксперимента по выщелачиванию почвы многие ионы NO3−-N уносились деионизированной водой, что вызывало большие потери NN due to выщелачивания. Однако на потери NO3−-N due to выщелачивания significantly влияло время [50], и в 15 группах наблюдалась тенденция к снижению, поскольку биоуголь адсорбировал эти ионы [51] и нитрификация была ограничена [52]. Адсорбция NO3−-N была возможна через следующие механизмы: (1) прямая адсорбция; (2) нетрадиционная H-связь между NO3− и поверхностью биоугля [36]; (3) bridge bonding с двухвалентными катионами [53]; и (4) способность функциональных групп усиливать адсорбцию азота через specific взаимодействия между донорами и акцепторами электронов [54]. Другим фактором, влияющим на адсорбцию NO3− -N, было значение pH. Добавление биоугля увеличивало значение pH почвы, и pH почвы увеличивался по мере увеличения доли вносимого биоугля. Эффект биоугля на снижение выщелачивания N ослабевал при нормах внесения 2% и 4% [38]. Более того, бактерии, вероятно, увеличиваются с увеличением pH, в то время как грибы могут снижать свой рост при более высоких значениях pH (pH > 7) [39].

P присутствует в биоугле из кукурузной соломы. Следовательно, добавление биоугля может увеличить содержание P в почве [54]. По сравнению с VBC0, кумулятивные потери TP due to выщелачивания увеличились на 146,05% (VBC2) и 249,94% (VBC4) в эксперименте по выщелачиванию почвенной колонки. Due to отрицательно заряженной поверхности биоугля, ему трудно адсорбировать фосфат-ионы [30]. Биоуголь может даже release фосфат [42,55], и добавление биоугля может снизить фиксацию P в почве [10,45], увеличить содержание доступного P [5] и способствовать потерям due to выщелачивания растворимого фосфора [33,56,57]. В нашем исследовании внесение биоугля способствовало увеличению выщелачивания фосфатов из почвы, причем величина выщелачивания была proportional количеству добавленного биоугля. Кроме того, внесение биоугля имеет potential изменить значение pH почвы. Повышенные уровни pH могут снизить адсорбционную способность фосфатов, делая их более растворимыми и подверженными выщелачиванию в почвенный раствор. Со временем потери TP due to выщелачивания показали тенденцию к увеличению, поскольку биоуголь был способен достичь своей maximum адсорбционной емкости [58].

Регулирование потерь питательных веществ в эксперименте на склоне и эксперименте по выщелачиванию почвы было разным, что может быть related к продолжительности эксперимента и содержанию воды в почве. На pH и содержание воды в почве также влияло добавление биоугля. Crucial признать, что регулирование потерь питательных веществ со стоком и due to выщелачивания может варьироваться в зависимости от некоторых important факторов, таких как агротипы, виды биоугля и нормы внесения, а также времени.

4.3. Механизм контроля сопротивления на основе анализов SEM и FT-IR

Биоуголь из кукурузной соломы характеризовали до и после адсорбции, чтобы проанализировать любые изменения в его форме и функциональных группах (Рисунок 3). В частности, Gillingham et al. (2022) [59] observed, что биоуголь, полученный из сельскохозяйственных культур, показал улучшенную поверхностную функциональность. Результаты СЭМ подтвердили наличие abundant пор и excellent адсорбционные характеристики биоугля из кукурузной соломы. Биоуголь, извлеченный из почвы, прилипает ко многим мелким частицам, что оказывает certain эффект на предотвращение потерь питательных веществ. Feng et al. (2022) [60] discovered, что группы -OH на биоугле могут адсорбировать NH4+ на поверхности биоугля через электростатическое притяжение, тем самым играя роль в иммобилизации почвенного AN. Исчезновение пика поглощения, associated с бензольным кольцом (Рисунок 6), можно интерпретировать как адсорбцию питательных веществ или почвенных частиц. Пик около 1600 см−1 соответствует связи C-C и деформационным колебаниям группы -OH, associated с гидроксидами металлов и межслойной водой [61]. Как показано на рисунке 3, биоуголь изначально имел пик около 3200 см−1, который можно attributed to поглощению групп -OH, указывая на наличие первичных спиртов, и пик около 1600 см−1, который является characteristic ароматических соединений, указывая на наличие бензольных колец. Пик при 1411 см−1 соответствует деформационным колебаниям C-H в алкане, в то время как пик при 1050 см−1 указывает на валентные колебания C-O. Пики, появляющиеся между 750 и 880 см−1, были assigned к неплоским деформационным колебаниям бензольного кольца. Таким образом, до адсорбции биоуголь содержал бензольные кольца, первичные спирты и алкановые группы. После адсорбции пик около 3600 см−1 является characteristic поглощения O-H в спиртах, указывая на наличие -OH в биоугле. Пик поглощения при 1010 см−1 представляет связи C-C, а другой при 1417 см−1 указывает на наличие алкановых групп. Пики около 690 см−1 и 1630 см−1 соответствуют неплоским деформационным колебаниям олефина, указывая на наличие ненасыщенных двойных связей на биоугле. Кроме того, пик при 786 см−1 представляет деформационные колебания C-H олефина. Таким образом, после адсорбции на биоугле присутствовали олефиновые группы. Результаты FT-IR indicated наличие алкеновых и гидроксильных групп в биоугле, и присутствие кислородсодержащих функциональных групп делает активированный уголь гидрофильным, thereby способствуя адсорбционным реакциям.

В этом исследовании ингибирующие effects биоугля на потери AN, NN, TP и почвы были исследованы с помощью экспериментов на склоне и по выщелачиванию почвенных колонок. Кроме того, биоуголь был охарактеризован, чтобы получить представление о его механизме адсорбции. В экспериментах на склоне добавление 2% биоугля привело к снижению потерь AN, NN, TP и почвенных частиц due to стока по сравнению с добавлением 4%. Это снижение было primarily attributed to снижению потерь почвенных частиц с диаметром более 20 микрон. Аналогично, добавление 2% биоугля было эффективным в снижении потерь AN и NN due to выщелачивания. Однако в процессе выщелачивания почвы потери общего фосфора были potentially усилены добавлением 2% биоугля. Важно отметить, что потери TP due to выщелачивания influenced several факторами, которые need быть further исследованы в будущих исследованиях. Ячеистая структура биоугля из кукурузной соломы, полученного путем высокотемпературного анаэробного пиролиза, является фактором due to его большой удельной поверхности. Кроме того, присутствие гидроксильных групп на поверхности биоугля сделало его гидрофильным, что увеличило его адсорбционную способность. Исчезновение пика поглощения, related к бензольному кольцу, можно attributed to возникновению адсорбционных реакций. Кроме того, добавление 2% биоугля является более экономичным. В summary, оптимальной концентрацией для этого эксперимента было 2% биоугля. Однако это исследование было сосредоточено только на моделировании эффекта ингибирования азота и фосфора одного типа биоугля в течение короткого временного масштаба, и результаты могут иметь limitations с точки зрения кластеризации и районов concentrated стока. В future мы будем продолжать уделять внимание процессу контроля и related механизмам различных типов биоугля в условиях естественных осадков, а также мы будем искать более comprehensive экспериментальный план.

Ссылки

1.    He, Q.; Li, X.; Ren, Y. Analysis of the simultaneous adsorption mechanism of ammonium and phosphate on meganesium-modified biochar and the slow release effect of fertiliser. Biochar 2022, 4, 25. [Google Scholar] [CrossRef]

2.    Zhao, D.; Qiu, S.; Li, M.; Luo, Y.; Zhang, L.; Feng, M.; Yuan, M.; Zhang, K.; Wang, F. Modified biochar improves the storage capacity and adsorption affinity of organic phosphorus in soil. Environ. Res. 2022, 205, 112455. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

3.    Li, L.; Chen, Q.; Zhao, C.; Guo, B.; Xu, X.; Liu, T.; Zhao, L. A novel chitosan modified magnesium impregnated corn straw biochar for ammonium and phosphate removal from simulated livestock wastewater. Environ. Technol. Innov. 2022, 26, 102519. [Google Scholar] [CrossRef]

4.    Xue, P.; Hou, R.; Fu, Q.; Li, T.; Wang, J.; Zhou, W.; Shen, W.; Su, Z.; Wang, Y. Potentially migrating and residual components of biochar: Effects on phosphorus adsorption performance and storage capacity of black soil. Chemosphere 2023, 336, 139250. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

5.    Zhang, W.; Yang, Y.; Wu, J.; Zhong, Z. Research on the Growth and Nutrient Migration and Transformation Models of Watershed Plants. J. China Inst. Water Resour. Hydropower Res. 2011, 9, 143–150. (In Chinese) [Google Scholar]

6.    Wang, Y.; Zhang, Y.; Zhao, H.; Hu, W.; Zhang, H.; Zhou, X.; Luo, G. The effectiveness of reed-biochar in mitigating phosphorus losses and enhancing microbially-driven phosphorus dynamics in paddy soil. J. Environ. Manag. 2022, 314, 115087. [Google Scholar] [CrossRef]

7.    Zhou, K.; Sui, Y.; Xu, X.; Zhang, J.; Chen, Y.; Hou, M.; Jiao, X. The effects of biochar addition on phosphorus transfer and water utilization efficiency in a vegetable field in Northeast China. Agric. Water Manag. 2018, 210, 324–329. [Google Scholar] [CrossRef]

8.    Xu, L.; Wu, C.; Chai, C.; Cao, S.; Bai, X.; Ma, K.; Jin, X.; Shi, X.; Jin, P. Adsorption of micropollutants from wastewater using iron and nitrogen co-doped biochar: Performance, kinetics and mechanism studies. J. Hazard. Mater. 2022, 424, 127606. [Google Scholar] [CrossRef]

9.    Li, H.; Ren, R.; Zhang, H.; Zhang, G.; He, Q.; Han, Z.; Meng, S.; Zhang, Y.; Zhang, X. Factors regulating interaction among inorganic nitrogen and phosphorus species, plant uptake, and relevant cycling genes in a weakly alkaline soil treated with biochar and inorganic fertilizer. Sci. Total Environ. 2023, 905, 167280. [Google Scholar] [CrossRef]

10. Sui, L.; Tang, C.; Cheng, K.; Yang, F. Biochar addition regulates soil phosphorus fractions and improves release of available phosphorus under freezing-thawing cycles. Sci. Total Environ. 2022, 848, 157748. [Google Scholar] [CrossRef]

11. Zhang, C.; Huang, X.; Zhang, X.; Wan, L.; Wang, Z. Effects of biochar application on soil nitrogen and phosphorous leaching loss and oil peony growth. Agric. Water Manag. 2021, 255, 107022. [Google Scholar] [CrossRef]

12. Lan, Z.M.; Lin, X.J.; Wang, F.; Zhang, H.; Chen, C.R. Phosphorus availability and rice grain yield in a paddy soil in response to long-term fertilization. Biol. Fertil. Soils 2012, 48, 579–588. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Lu, Y.; Gu, K.; Shen, Z.; Tang, C.-S.; Shi, B.; Zhou, Q. Biochar implications for the engineering properties of soils: A review. Sci. Total Environ. 2023, 888, 164185. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

14. Yadav, V.; Karak, T.; Singh, S.; Singh, A.K.; Khare, P. Benefits of biochar over other organic amendments: Responses for plant productivity (Pelargonium graveolens L.) and nitrogen and phosphorus losses. Ind. Crops Prod. 2019, 131, 96–105. [Google Scholar] [CrossRef]

15. Jin, J.; Fang, Y.; He, S.; Liu, Y.; Liu, C.; Li, F.; Khan, S.; Eltohamy, K.M.; Liu, B.; Liang, X. Improved phosphorus availability and reduced degree of phosphorus saturation by biochar-blended organic fertilizer addition to agricultural field soils. Chemosphere 2023, 317, 137809. [Google Scholar] [CrossRef]

16. Li, F.; Jin, Y.; He, S.; Jin, J.; Wang, Z.; Khan, S.; Tian, G.; Liang, X. Use of polyacrylamide modified biochar coupled with organic and chemical fertilizers for reducing phosphorus loss under different cropping systems. Agric. Ecosyst. Environ. 2021, 310, 107306. [Google Scholar] [CrossRef]

17. Wu, L.; Zhang, S.; Chen, M.; Liu, J.; Ding, X. A sustainable option: Biochar addition can improve soil phosphorus retention and rice yield in a saline–alkaline soil. Environ. Technol. Innov. 2021, 24, 102070. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Chen, X.; Zhou, B.; Wang, Q.; Tao, W.; Lin, H. Nano-biochar reduced soil erosion and nitrate loss in sloping fields on the Loess Plateau of China. Catena 2020, 187, 104346. [Google Scholar] [CrossRef]

19. Gholamahmadi, B.; Jeffery, S.; Gonzalez-Pelayo, O.; Prats, S.A.; Bastos, A.C.; Keizer, J.J.; Verheijen, F.G.A. Biochar impacts on runoff and soil erosion by water: A systematic global scale meta-analysis. Sci. Total Environ. 2023, 871, 161860. [Google Scholar] [CrossRef]

20. Haider, G.; Steffens, D.; Moser, G.; Müller, C.; Kammann, C.I. Biochar reduced nitrate leaching and improved soil moisture content without yield improvements in a four-year field study. Agric. Ecosyst. Environ. 2017, 237, 80–94. [Google Scholar] [CrossRef]

21. Li, Y.; Zhang, F.; Yang, M.; Zhang, J.; Xie, Y. Impacts of biochar application rates and particle sizes on runoff and soil loss in small cultivated loess plots under simulated rainfall. Sci. Total Environ. 2019, 649, 1403–1413. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

22. Yin, X.; Zhao, L.; Fang, Q.; Zi, R.; Fang, F.; Fan, C.; Ding, G. Effects of biochar on runoff generation, soil and nutrient loss at the surface and underground on the soil-mantled karst slopes. Sci. Total Environ. 2023, 889, 164081. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

23. Cui, S.; Kong, F.; Li, Y.; Jiang, Z.; Xi, M. Effect of mineral loaded biochar on the leaching performances of nitrate and phosphate in two contrasting soils from the coastal estuary area. Sci. Total Environ. 2021, 779, 146346. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

24. HJ/T 166-2004; Technical Specification for Soil Environmental Monitoring. Ministry of Ecology and Environment of the People’ s Republic of China: Beijing, China, 2004.

25. Bao, S. Soil and Agricultural Chemistry Analysis; China Agricultural Press: Beijing, China, 2000. (In Chinese) [Google Scholar]

26. HJ 535-2009; Water quality—Determination of Ammonia Nitrogen—Nessler’s Reagent Spectrophotometric Method. Ministry of Ecology and Environment of the People’ s Republic of China: Beijing, China, 2009.

27. HJ/T 346-2007; Determination of Nitrate Nitrogen in Water Quality by UV Spectrophotometry (Trial). Ministry of Ecology and Environment of the People’ s Republic of China: Beijing, China, 2007.

28. GB 11893-89; Determination of Total Phosphorus in Water Quality—Ammonium Molybdate Spectrophotometric Method. Ministry of Ecology and Environment of the People’ s Republic of China: Beijing, China, 1990.

29. Chi, J.; Ding, Z.; Sun, N. A Method for Separating Biochar from Soil and Its Application. CN110964582 A, 4 July 2020. [Google Scholar]

30. Yao, Y.; Gao, B.; Inyang, M.; Zimmerman, A.R.; Cao, X.; Pullammanappallil, P.; Yang, L. Biochar derived from anaerobically digested sugar beet tailings: Characterization and phosphate removal potential. Bioresour. Technol. 2011, 102, 62736278. [Google Scholar] [CrossRef]

31. Han, H.; Chen, T.; Liu, C.; Zhang, F.; Sun, Y.; Bai, Y.; Meng, J.; Chi, D.; Chen, W. Effects of acid modified biochar on potassium uptake, leaching and balance in an alternate wetting and drying paddy ecosystem. Sci. Total Environ. 2023, 900, 166344. [Google Scholar] [CrossRef]

32. Yang, C.; Liu, C.; Yan, Y.; Lu, L.; Ma, R.; Xiao, X.; Yu, Y.; Zhao, Y.; Yu, Y.; Li, L. Efficient removal of Tris(2-chloroethyl) phosphate by biochar derived from shrimp shell: Adsorption performance and mechanism study. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023, 254, 114728. [Google Scholar] [CrossRef]

33. Maisyarah, S.; Chen, J.-Y.; Hseu, Z.-Y.; Jien, S.-H. Retention and loss pathways of soluble nutrients in biochar-treated slope land soil based on a rainfall simulator. Soil Environ. Health 2023, 1, 100021. [Google Scholar] [CrossRef]

34. El-Naggar, A.; Lee, S.S.; Rinklebe, J.; Farooq, M.; Song, H.; Sarmah, A.K.; Zimmerman, A.R.; Ahmad, M.; Shaheen, S.M.; Ok, Y.S. Biochar application to low fertility soils: A review of current status, and future prospects. Geoderma 2019, 337, 536554. [Google Scholar] [CrossRef]

35. Kastner, J.R.; Miller, J.; Das, K.C. Pyrolysis conditions and ozone oxidation effects on ammonia adsorption in biomass generated chars. J. Hazard. Mater. 2009, 164, 14201427. (In Chinese) [Google Scholar] [CrossRef]

36. Nguyen, T.T.N.; Xu, C.-Y.; Tahmasbian, I.; Che, R.; Xu, Z.; Zhou, X.; Wallace, H.M.; Bai, S.H. Effects of biochar on soil available inorganic nitrogen: A review and meta-analysis. Geoderma 2017, 288, 79–96. [Google Scholar] [CrossRef]

37. Chen, P.; Liu, Y.; Mo, C.; Jiang, Z.; Yang, J.; Lin, J. Microbial mechanism of biochar addition on nitrogen leaching and retention in tea soils from different plantation ages. Sci. Total Environ. 2021, 757, 143817. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

38. Sun, H.; Lu, H.; Chu, L.; Shao, H.; Shi, W. Biochar applied with appropriate rates can reduce N leaching, keep N retention and not increase NH3 volatilization in a coastal saline soil. Sci. Total Environ. 2017, 575, 820–825. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

39. Lehmann, J.; Rillig, M.C.; Thies, J.; Masiello, C.A.; Hockaday, W.C.; Crowley, D. Biochar effects on soil biota—A review. Soil Biol. Biochem. 2011, 43, 18121836. [Google Scholar] [CrossRef]

40. Mukherjee, A.; Zimmerman, R.; Harris, W. Surface chemistry variations among a series of laboratory-produced biochars. Geoderma 2011, 163, 247255. [Google Scholar] [CrossRef]

41. Kanthle, A.K.; Lenka, N.K.; Lenka, S.; Tedia, K. Biochar impact on nitrate leaching as influenced by native soil organic carbon in an Inceptisol of central India. Soil Tillage Res. 2016, 157, 65–72. [Google Scholar] [CrossRef]

42. Yao, Y.; Gao, B.; Zhang, M.; Inyang, M.; Zimmerman, A.R. Effect of biochar amendment on sorption and leaching of nitrate, ammonium, and phosphate in a sandy soil. Chemosphere 2012, 89, 1467–1471. [Google Scholar] [CrossRef]

43. Zhang, C.; Dong, Y.; Liu, W.; Yang, D.; Liu, J.; Lu, Y.; Lin, H. Enhanced adsorption of phosphate from pickling wastewater by Fe-N co-pyrolysis biochar: Performance, mechanism and reusability. Bioresour. Technol. 2023, 369, 128263. [Google Scholar] [CrossRef]

44. Ilori, A.O.A.; Ogbonnaya, O.U.; Asaolu, J.I.; Shittu, O.S.; Fasina, A.S. Characterization of biochar and phosphorus adsorption in charnockite-originated soils. J. Saudi Soc. Agric. Sci. 2023, 22, 54–61. [Google Scholar] [CrossRef]

45. Wu, Y.; Yang, M.; Zhang, F.; Zhang, J.; Zhao, T.; Liu, M. Effect of Biochar Application on Erodibility of Plow Layer Soil on Loess Slopes. Acta Pedol. Sin. 2016, 53, 8192. (In Chinese) [Google Scholar]

46. Li, Y.; Liang, J.; Wang, X.; Yang, Z.; Fan, X. The Most Appropriate Biochar Application Rate for Improving Soil Physicochemical Properties and Crop Germination Rates. Acta Pedol. Sin. 2024, 61, 64–76. (In Chinese) [Google Scholar]

47. El-Naggar, A.; El-Naggar, A.H.; Shaheen, S.M.; Sarkar, B.; Chang, S.X.; Tsang, D.C.W.; Rinklebe, J.; Ok, Y.S. Biochar composition-dependent impacts on soil nutrient release, carbon mineralization, and potential environmental risk: A review. J. Environ. Manag. 2019, 241, 458467. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

48. Feng, W.; Yang, F.; Cen, R.; Liu, J.; Qu, Z.; Miao, Q.; Chen, H. Effects of straw biochar application on soil temperature, available nitrogen and growth of corn. J. Environ. Manag. 2021, 277, 111331. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

49. Zhang, Y.; Zhao, H.; Hu, W.; Wang, Y.; Zhang, H.; Zhou, X.; Fei, J.; Luo, G. Understanding how reed-biochar application mitigates nitrogen losses in paddy soil: Insight into microbially-driven nitrogen dynamics. Chemosphere 2022, 295, 133904. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

50. Singh, B.P.; Hatton, B.J.; Singh, B.; Cowie, A.L.; Kathuria, A. Influence of Biochars on Nitrous Oxide Emission and Nitrogen Leaching from Two Contrasting Soils. J. Environ. Qual. 2010, 39, 1224–1235. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

51. Kanthle, A.K.; Lenka, N.K.; Tedia, K. Land use and biochar effect on nitrate leaching in a Typic Haplustert of central India. Catena 2018, 167, 422–428. [Google Scholar] [CrossRef]

52. Berglund, L.M.; DeLuca, T.H.; Zackrisson, O. Activated carbon amendments to soil alters nitrification rates in Scots pine forests. Soil Biol. Biochem. 2004, 36, 20672073. [Google Scholar] [CrossRef]

53. Ventura, M.; Sorrenti, G.; Panzacchi, P.; George, E.; Tonon, G. Biochar Reduces Short-Term Nitrate Leaching from A Horizon in an Apple Orchard. J. Environ. Qual. 2013, 42, 76–82. [Google Scholar] [CrossRef]

54. Chu, J.; Xue, J.; Jin, M.; Wu, Y. Review of Researches on Effects of Biochar in Reducing Nitrogen and Phosphorus Losses with Agricultural Non-Point Source Pollution. J. Ecol. Rural. Environ. 2014, 30, 409–415. (In Chinese) [Google Scholar]

55. Zhang, Q.; Song, Y.; Wu, Z.; Yan, X.; Gunina, A.; Kuzyakov, Y.; Xiong, Z. Effects of six-year biochar amendment on soil aggregation, crop growth, and nitrogen and phosphorus use efficiencies in a rice-wheat rotation. J. Clean. Prod. 2020, 242, 118435. [Google Scholar] [CrossRef]

56. Xie, Z.; Yang, X.; Sun, X.; Huang, L.; Li, S.; Hu, Z. Effects of biochar application and irrigation rate on the soil phosphorus leaching risk of fluvisol profiles in open vegetable fields. Sci. Total Environ. 2021, 789, 147973. [Google Scholar] [CrossRef]

57. Wu, W.; Xu, Y.; Xing, S.; Ma, F.; Chen, N.; Ma, Y. The impact of biochar on nitrogen and phosphorus transformation and loss in soil. J. Agric. 2018, 8, 20–26. (In Chinese) [Google Scholar]

58. Jílková, V.; Angst, G. Biochar and compost amendments to a coarse-textured temperate agricultural soil lead to nutrient leaching. Appl. Soil Ecol. 2022, 173, 104393. [Google Scholar] [CrossRef]

59. Gillingham, M.D.; Gomes, R.L.; Ferrari, R.; West, H.M. Sorption, separation and recycling of ammonium in agricultural soils: A viable application for magnetic biochar? Sci. Total Environ. 2022, 812, 151440. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

60. Feng, Q.; Chen, M.; Wu, P.; Zhang, X.; Wang, S.; Yu, Z.; Wang, B. Simultaneous reclaiming phosphate and ammonium from aqueous solutions by calcium alginate-biochar composite: Sorption performance and governing mechanisms. Chem. Eng. J. 2022, 429, 132166. [Google Scholar] [CrossRef]

61. Bian, H.; Wang, M.; Han, J.; Hu, X.; Xia, H.; Wang, L.; Fang, C.; Shen, C.; Man, Y.B.; Wong, M.H.; et al. MgFe-LDH@biochars for removing ammonia nitrogen and phosphorus from biogas slurry: Synthesis routes, composite performance, and adsorption mechanisms. Chemosphere 2023, 324, 138333. [Google Scholar] [CrossRef]

Xing L, Niu X, Yin X, Duan Z, Liu A, Ma Y, Gao P. Optimizing Biochar Concentration for Mitigating Nutrient Losses in Runoff: An Investigation into Soil Quality Improvement and Non-Point Source Pollution Reduction. Agriculture. 2025; 15(1):45. https://doi.org/10.3390/agriculture15010045

Перевод статьи «Optimizing Biochar Concentration for Mitigating Nutrient Losses in Runoff: An Investigation into Soil Quality Improvement and Non-Point Source Pollution Reduction» авторов Xing L, Niu X, Yin X, Duan Z, Liu A, Ma Y, Gao P., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык