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 Sediments, 16, 939-953

Artiola, J. F., Rasmussen, C., & Freitas, R. (2012). Effects of a biochar-amended alkaline soil on romaine lettuce and bermudagrass growth. Soil Science, 177(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 Aspects, 436, 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 geochemistry, 37(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. Biochar, 3, 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 Earth, 5(2), 953-962

Głodowska, M., Schwinghamer, T., Husk, B., & Smith, D. (2017). Biochar-based inoculants improve soybean growth and nodulation. Agricultural Sciences, 8(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 Science, 121, 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. Biochar, 2, 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. Catena, 110, 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 Environment, 886, 163891

Leogrande, R., & Vitti, C. (2019). Use of organic amendments to reclaim saline and sodic soils: a review. Arid Land Research and Management, 33(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 Geology, 305, 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 Sediments, 22(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 technology, 51(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 Minerals, 53(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 Letters, 8(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 Review, 22(4), 531-543

Sides, G., & Barden, L. (1971). The microstructure of dispersed and flocculated samples of kaolinite, illite, and montmorillonite. Canadian Geotechnical Journal, 8(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. Catena, 182, 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 Waste, 24(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 Geology, 251, 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. Desalination, 420, 99-105

This post is also available in: English (Английский)