Биоуголь как мелиорант для улучшения состояния обширных земель Центральной Азии

Анкит Гарг а*, Саи Кришна Акаш Раминени b, Нилима Сатьям b, Аскар Жусупбеков c

a Университет Сиань Цзяотун-Ливерпуль, Департамент здравоохранения и наук об окружающей среде, 11 Ren’ai Road, Suzhou Dushu Lake Science and Education Innovation District, Suzhou Industrial Park, Suzhou Industrial Park, Suzhou, 21512 China
b Индийский технологический институт г. Индор, г. Мадхья-Прадеш, 453552, Индия
c Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, ул. Сатпаева, г. Астана, 010000, Казахстан

Email: ankitshantou1988@gmail.com

Саи Кришна Акаш Раминени: ce210004041@iiti.ac.in: Нилима Сатьям: neelima.satyam@iiti.ac.in; Аскар Жусупбеков: astana-geostroi@mail.ru

https://doi.org/10.29258/CAJSCR/2025-R1.v4-1/1-12.eng

Тематический кластер: Ландшафт / Сельское хозяйство, Окружающая среда

Тип статьи: Научная статья

10 февраля, 2025

Аннотация

Засоленность почв в Центральной Азии негативно влияет на их структуру, что приводит к деградации земель и снижению инфильтрации воды. Это не только снижает производительность сельского хозяйства, но и делает земли менее пригодными для строительства ввиду их высокой подверженности деформации. Экологически чистые материалы, такие как биоуголь – вещество, богатое углеродом – потенциально могут снижать степень деформации засоленных почв. Однако механизмы, лежащие в основе эффективности данного подхода, еще не до конца изучены. Цель настоящего исследования заключалась в анализе диспергирования и седиментации соляных глин при различных уровнях минерализации поровой воды (0-10%). Содержание биоугля в почве на уровне 5% было выбрано, поскольку было обнаружено, что оно является оптимальным для роста растений и с точки зрения обеспечения устойчивости почвы к эрозии. В результате исследования было установлено, что биоуголь повышает агрегацию частиц почвы и усиливает флокуляцию, тем самым улучшая дисперсионные характеристики почвы. Биоуголь способствует агрегации частиц почвы за счет увеличения катионообменной способности. При более высоких уровнях солености поровой воды (5 и 10%) седиментационное поведение обработанных частиц почвы отклонялось от ожидаемого, демонстрируя более медленные скорости и более низкие степени седиментации. Это связано с тем, что ионы натрия адсорбируются биоуглем, что снижает влияние соли на дисперсию и осаждение. Результаты исследования показывают, что биоуголь способен эффективно повышать стабильность засоленных почв и, следовательно, может применяться для улучшения состояния почв в регионе Центральной Азии.


Скачать статью

Доступно на английском

Для цитирования: Garg, A., Ramineni, S., Satyam, N., Zhussupbekov, A. (2025). Biochar as an amendment material for improvement of expansive soil properties in Central Asia. Central Asian Journal of Sustainability and Climate Research, 4(1), 1-12. https://doi.org/10.29258/CAJSCR/2025-R1.v4-1/1-12.eng

Список литературы

Abdullaeva, Y., Dr, S., & Mankasingh, U. (2014). Biochar effects on fertility of saline and alkaline soils (Navoiy Region, Uzbekistan). United Nations University Land Restoration Training Programme: Reykjavik, Iceland

Amini, S., Ghadiri, H., Chen, C., & Marschner, P. (2016). Salt-affected soils, reclamation, carbon dynamics, and biochar: a review. Journal of Soils and Sediments16, 939-953

Artiola, J. F., Rasmussen, C., & Freitas, R. (2012). Effects of a biochar-amended alkaline soil on romaine lettuce and bermudagrass growth. Soil Science177(9), 561-570

ASTM D6572–21(2020) Standard Test Methods for Determining Dispersive Characteristics of Clayey Soils by the Crumb Test. ASTM International, West Conshohocken, PA, United  States. https://doi.org/10.1520/D6572-21

Au, P. I., & Leong, Y. K. (2013). Rheological and zeta potential behaviour of kaolin and bentonite composite slurries. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects436, 530-541

Cheng, C. H., Lehmann, J., Thies, J. E., Burton, S. D., & Engelhard, M. H. (2006). Oxidation of black carbon by biotic and abiotic processes. Organic geochemistry37(11), 1477-1488

dos Santos, W. M., Gonzaga, M. I. S., da Silva, J. A., de Almeida, A. Q., de Jesus Santos, J. C., Gonzaga, T. A. S., … & Araújo, E. M. (2021). Effectiveness of different biochars in remediating a salt-affected Luvisol in Northeast Brazil. Biochar3, 149-159

Garg, A., Rattan, B., & Sekharan, S. (2023). Comparison of various sustainable amendments on soil cracking in semi-arid regions. Central Asian Journal of Sustainability and Climate Research, 2(2):85-97. https://doi.org/10.29258/CAJSCR/2023-R1.v2-2/85-97.eng

Ghezzehei, T. A., Sarkhot, D. V., & Berhe, A. A. (2014). Biochar can capture essential nutrients from dairy wastewater and improve soil physico-chemical properties. Solid Earth5(2), 953-962

Głodowska, M., Schwinghamer, T., Husk, B., & Smith, D. (2017). Biochar-based inoculants improve soybean growth and nodulation. Agricultural Sciences8(9), 1048-1064

Goodarzi, A. R., Fateh, S. N., & Shekary, H. (2016). Impact of organic pollutants on the macro and microstructure responses of Na-bentonite. Applied Clay Science121, 17-28

Gorbunov, A. P., Yamnova, I. A., & Skvortsova, I. N. (2020). Salt composition of irrigated soils in the Aral Sea basin. Eurasian Soil Science, 53(8), 1089-1098. https://doi.org/10.1134/S1064229320080054

Gunarathne, V., Senadeera, A., Gunarathne, U., Biswas, J. K., Almaroai, Y. A., & Vithanage, M. (2020). The potential of biochar and organic amendments for reclamation of coastal acidic-salt affected soil. Biochar2, 107-120

Jabborova, D., Abdrakhmanov, T., Jabbarov, Z., Abdullaev, S., Azimov, A., Mohamed, I., … & Elkelish, A. (2023). Biochar improves the growth and physiological traits of alfalfa, amaranth and maise grown under salt stress: PeerJ, 11, e15684

Jien, S. H., & Wang, C. S. (2013). Effects of biochar on soil properties and erosion potential in a highly weathered soil. Catena110, 225-233

Kim, J. G., Kim, H. B., & Baek, K. (2023). A novel electrochemical method to activate biochar is derived from spent coffee grounds for enhanced adsorption of lead (Pb). Science of The Total Environment886, 163891

Leogrande, R., & Vitti, C. (2019). Use of organic amendments to reclaim saline and sodic soils: a review. Arid Land Research and Management33(1), 1-21

Lina, X., Weiling, C., Neelima, S., & Ankit, G. (2023). Effect of biochar produced from peach pit biomass on sedimentation, water retention, and volumetric shrinkage behaviour of saline kaolin clay. Biomass Conversion and Biorefinery, 1-15

Liu, X., Zhang, X., Kong, L., Wang, G., & Lu, J. (2022). Disintegration of granite residual soils with varying degrees of weathering. Engineering Geology305, 106723

Ma, S., Wang, X., Wang, S., & Feng, K. (2022). Effects of temperature on physicochemical properties of rice straw biochar and its passivation ability to Cu2+ in soil. Journal of Soils and Sediments22(5), 1418-1430

Mandal, S., Pu, S., Adhikari, S., Ma, H., Kim, D. H., Bai, Y., & Hou, D. (2021). Progress and prospects in biochar composites: Application and reflection in the soil environment. Critical reviews in environmental science and technology51(3), 219-271

Mitchell, J. K. (2001). The Fabric of Natural Clays and Its Relation to Engineering Properties. American Society of Civil Engineers.https://trid.trb.org/view/121606

Palomino, A. M., & Santamarina, J. C. (2005). Fabric map for kaolinite: Effects of pH and ionic concentration on behaviour. Clays and Clay Minerals53(3), 211-223

Rengasamy, P. (2010). Osmotic and ionic effects of various electrolytes on the growth of wheat. Soil Research, 48(2), 120-124

Qadir, M., Noble, A. D., Qureshi, A. S., Gupta, R. K., Yuldashev, T., & Karimov, A. (2009, May). Salt‐induced land and water degradation in the Aral Sea basin: A challenge to sustainable agriculture in Central Asia. In Natural resources forum (Vol. 33, No. 2, pp. 134-149). Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd

Qadir, M., Quillérou, E., Nangia, V., Murtaza, G., Singh, M., Thomas, R. J., … & Noble, A. D. (2021). Economics of salt-induced land degradation and restoration. Natural Resources Forum, 45(1), 3-18. https://doi.org/10.1111/1477-8947.12222

Rattan, B., Garg, A., Sekharan, S., & Sahoo, L. (2023). Developing an environmentally friendly approach for enhancing water retention with the amendment of water-absorbing polymer and fertilisers. Central Asian Journal of Water Research, 9(1), 113-129. https://doi.org/10.29258/CAJWR/2023-R1.v9-1/113-129.eng

Reddy, N. G., Rao, B. H., & Reddy, K. R. (2018). Biopolymer amendment is needed to mitigate the dispersive characteristics of red mud waste. Géotechnique Letters8(3), 201-207

Sansalvador, M. E., & Brotons, J. M. (2020). How environmental certification can affect the value of organizations? The case of Forest Stewardship Council certification. International Forestry Review22(4), 531-543

Sides, G., & Barden, L. (1971). The microstructure of dispersed and flocculated samples of kaolinite, illite, and montmorillonite. Canadian Geotechnical Journal8(3), 391-399

Yan, C., Xiao, L., Garg, A., & Sushkova, S. (2024). Effect of Pyrolyzed Peach Pit Biomass on Dispersion and Sedimentation Characteristics of Saline Clay. Indian Geotechnical Journal, 1-12

Wang, H., She, D., Fei, Y., & Tang, S. (2019). Synergic effects of biochar and polyacrylamide amendments on the mechanical properties of silt loam soil under coastal reclamation in China. Catena182, 104152

Wani, I., Sharma, A., Kushvaha, V., Madhushri, P., & Peng, L. (2020). Effect of pH, volatile content, and pyrolysis conditions on surface area and O/C and H/C ratios of biochar: towards understanding performance of biochar using simplified approach. Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste24(4), 04020048

Zhang, T., Deng, Y., Cui, Y., Lan, H., Zhang, F., & Zhang, H. (2019). Porewater salinity effect on flocculation and desiccation cracking behaviour of kaolin and bentonite considering working condition. Engineering Geology251, 11-23

Zhou, Y., Huang, M., Deng, Q., & Cai, T. (2017). Combination and performance of forward osmosis and membrane distillation (FO-MD) for treatment of high salinity landfill leachate. Desalination420, 99-105

This post is also available in: English (Английский)

Central Asia, Central Asia, биоуголь, биоуголь, седиментация (осаждение), седиментация (осаждение), соленость, соленость, углеродопоглощающий материал, углеродопоглощающий материал, Центральная Азия

Подписка на статьи: