Evaluation of Phytotoxicity of Common Chernozem in the Application of Bacillus sp. and Biochar for Stimulation of Decomposition of Winter Wheat Harvest Residues (Triticum aestivum L.)
- Авторлар: Minnikova T.V.1, Minin N.S.1, Kolesnikov S.I.1, Gorovtsov A.V.1, Chistyakov V.A.1
-
Мекемелер:
- Southern Federal University
- Шығарылым: № 5 (2023)
- Беттер: 60-69
- Бөлім: Experimental Articles. Ecotoxicology
- URL: https://archivog.com/0002-1881/article/view/647051
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188123050058
- EDN: https://elibrary.ru/URWPDQ
- ID: 647051
Дәйексөз келтіру
Аннотация
Stable functioning of agricultural lands is impossible without maintaining soil fertility. However, there are often a lot of crop residues in the fields, which decompose for a long time and turn into available organic matter. To increase the rate of decomposition of crop residues of grain crops (wheat, barley and others), it is necessary to introduce biostimulants. Biostimulants are a variety of substances that stimulate the decomposition of organic substances and have a beneficial effect on the soil microbiota. The article examines the influence of Bacillus sp. on the processes of decomposition of crop residues of wheat both independently and together with biochar. The aim of the study was to evaluate the phytotoxicity of ordinary chernozem during the decomposition of crop residues of winter wheat under the influence of Bacillus sp. and biochar. To assess the ecological state of the soil, the following research methods were used: assessment of the rate of decomposition of cellulose (determination of cellulolytic activity), assessment of the ecological state of the soil (intensity of CO2 emissions, changes in the intensity of initial growth and development of winter barley (Hordeum vulgare L.)). Introduction of Bacillus sp. × 100 and the joint use of biochar and Bacillus sp. it stimulated the decomposition of cellulose up to 14–15% of the background content. Inoculation of Bacillus sp. on the biochar, it was effective already at the recommended dose both for the decomposition of the cellulose web and for restoring the ecological state of the soil, demonstrating a synergistic effect. The results obtained should be used in carrying out measures to increase soil fertility of agricultural lands and environmental monitoring of soil conditions.
Авторлар туралы
T. Minnikova
Southern Federal University
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: loko261008@yandex.ru
Russia, 344006, Rostov-on-Don , ul. B. Sadovaya 105/42
N. Minin
Southern Federal University
Email: loko261008@yandex.ru
Russia, 344006, Rostov-on-Don , ul. B. Sadovaya 105/42
S. Kolesnikov
Southern Federal University
Email: loko261008@yandex.ru
Russia, 344006, Rostov-on-Don , ul. B. Sadovaya 105/42
A. Gorovtsov
Southern Federal University
Email: loko261008@yandex.ru
Russia, 344006, Rostov-on-Don , ul. B. Sadovaya 105/42
V. Chistyakov
Southern Federal University
Email: loko261008@yandex.ru
Russia, 344006, Rostov-on-Don , ul. B. Sadovaya 105/42
Әдебиет тізімі
- Докучаев В.В. Русский чернозем: Отчет Вольному экономическому обществу. СПб., 1883. 376 с.
- Kostić M.M., Rakić D.Z., Savin L.Ð., Dedović N.M., Simikić M.Ð. Application of an original soil tillage resistance sensor in spatial prediction of selected soil properties // Comput. Electron. Agric. 2016. V. 127. P. 615–624. https://doi.org/10.1016/j.compag.2016.07.027
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н. Проблема углерода в устойчивом земледелии: агрохимические аспекты // Агрохимия. 2015. № 11. С. 3–12.
- Минникова Т.В., Мокриков Г.В., Казеев К.Ш., Акименко Ю.В., Колесников С.И. Оценка зависимостей между гидротермическими показателями и ферментативной активностью черноземов Ростовской области при использовании различных агротехнологий // Агрофизика. 2018. № 1. С. 9–17. https://doi.org/10.25695/AGRPH.2018.01.02
- Ахметзянов М.Р., Таланов И.П. Влияние приемов основной обработки почвы и растительной биомассы на продуктивность культур в звене севооборота // Плодородие. 2019. № 5 (110). С. 41–45. https://doi.org/10.25680/S19948603.2019.110.12
- Конищев А.А., Перфильев Н.В., Гарифуллин И.И. Исследование взаимосвязи “оптимальной плотности сложения” с влажностью почвы и урожайностью ячменя // Агрофизика. 2019. № 2. С. 25–31. https://doi.org/10.25695/AGRPH.2019.02.04
- Сабитов М.М. Влияние многолетних трав на повышение плодородия почв и продуктивности зерновых культур // Агрохим. вестн. 2019. № 5. С. 50–54. https://doi.org/10.24411/0235-2516-2019-10075
- Митрофанов Д.В. Влияние влажности, целлюлозолитической активности почвы и макроэлементов питания на урожайность твердой пшеницы в степной зоне Оренбургской области // Вестн. Воронеж. ГАУ. 2022. Т. 15. № 1 (72). С. 90–100. https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2022_1_90
- Новиков А.А., Комарова О.П. Влияние состава культур севооборота на структурное состояние почвы // Плодородие. 2022. № 5 (128). С. 20–23. https://doi.org/10.25680/S19948603.2022.128.05
- Gregorich E.G., Janzen H., Ellert B.H., Helgason B.L., Qian B., Zebarth B.J., Angers D.A., Beyaert R.P., Drury C.F., Duguid S.D., May W.E., McConkey B.G., Dyck M.F. Litter decay controlled by temperature, not soil properties, affecting future soil carbon // Glob. Change Biol. 2017. V. 23. P. 1725–1734. https://doi.org/10.1111/gcb.13502
- Муромцев Н.А., Семенов Н.А., Анисимов К.Б. Особенности влагопотребления и влагообеспеченности растений различных экологических групп // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. № 82. С. 71–87. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2016-82-71-87
- Несмеянова М.А., Дедов А.В. Приемы повышения плодородия почвы и их эффективность при возделывании подсолнечника // Вестн. Курск. ГСХА. 2022. № 4. С. 16–22.
- Семыкин В.А., Картамышев Н.И., Мальцев В.Ф., Дедов А.В. Биологизация земледелия в основных земледельческих регионах России / Под ред. Картамышева Н.И. М.: Колосс, 2012. 471 с.
- Семенов В.М., Паутова Н.Б., Лебедева Т.Н., Хромычкина Д.П., Семенова Н.А., Лопес де Гереню В.О. Разложение растительных остатков и формирование активного органического вещества в почве инкубационных экспериментов // Почвоведение. 2019. № 10. С. 1172–1184. https://doi.org/10.1134/S0032180X19100113
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Паутова Н.Б., Хромычкина Д.П., Ковалев И.В., Ковалева Н.О. Взаимосвязь размера агрегатов, содержания дисперсного органического вещества и разложения растительных остатков в почве // Почвоведение. 2020. № 4. С. 430–443. https://doi.org/10.31857/S0032180X20040139
- Когут Б.М., Семенов В.М., Артемьева З.С., Данченко Н.Н. Дегумусирование и почвенная секвестрация углерода // Агрохимия. 2021. № 5. С. 3–13. https://doi.org/10.31857/S0002188121050070
- Кузнецова Т.В., Семенов А.В., Ходжаева А.К., Иванникова Л.А., Семенов В.М. Накопление азота в микробной биомассе серой лесной почвы при разложении растительных остатков // Агрохимия. 2003. № 10. С. 3–11.
- Дедов А.В., Несмеянова М.А., Хрюкин Н.Н. Приемы биологизации и воспроизводство плодородия черноземов // Земледелие. 2012. № 6. С. 4–6.
- Мальцева А.Н., Золотарева Б.Н., Пинский Д.Л. Трансформация растительных остатков кукурузы в суглинистом и песчаном субстратах // Почвоведение. 2013. № 10. С. 1239.
- Minnikova T., Mokrikov G., Kazeev K., Medvedeva A., Biryukova O., Keswani C., Minkina T., Sushkova S., Elgendy H., Kolesnikov S. Soil organic carbon dynamics in response to tillage practices in the steppe zone of Southern Russia // Processes. 2022. № 10. https://doi.org/10.3390/pr10020244
- Пинский Д.Л., Мальцева А.Н., Золотарева Б.Н., Дмитриева Е.Д. Кинетика трансформации растительных остатков кукурузы и клевера в минеральных субстратах различного состава // Почвоведение. 2017. № 6. С. 690–697. https://doi.org/10.7868/80032180X17060090
- Li H., Dai M., Dai S., Dong X. Current status and environment impact of direct straw return in China’s cropland – A review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018. V. 159. P. 293–300. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.05.014
- Yang H., Ma J., Rong Z., Zeng D., Wang Y., Hu S., Ye W., Zheng X. Wheat straw return influences nitrogen-cycling and pathogen associated soil microbiota in a wheat-soybean rotation system // Front. Microbiol. 2019. № 10. P. 1811. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01811
- Akhtar K., Wang W., Ren G., Khan A., Feng Y., Yang, Wang H. Integrated use of straw mulch with nitrogen fertilizer improves soil functionality and soybean production // Environ. Int. 2019. V. 132. Iss. 105092. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105092
- Marín-Benito J.M., Brown C.D., Herrero-Hernandez E., Arienzo M., Sánchez-Martín M.J., Rodríguez-Cruz M.S. Use of raw or incubated organic wastes as amendments in reducing pesticide leaching through soil columns // Sci. Total Environ. 2013. V. 463–464. P. 589–599. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.06.051
- Marín-Benito J.M., Sánchez-Martín M.J., Ordax J.M., Draoui K., Azejjel H., Rodríguez-Cruz M.S. Organic sorbents as barriers to decrease the mobility of herbicides in soils. Modelling of the leaching process // Geoderma. 2018. V. 313. P. 205–216. https://doi.org/10.1016/J.GEODERMA.2017.10.033
- Pérez-Lucas G., Aatik A.El., Vela N., Fenoll J., Navarro S. Exogenous organic matter as strategy to reduce pesticide leaching through the soil. Arch // Agron. Soil Sci. 2020. V. 67. P. 934–945. https://doi.org/10.1007/s002449900232
- Carpio M.J., Sánchez-Martín M.J., Rodríguez-Cruz M.S., Marín-Benito J.M. Effect of organic residues on pesticide behavior in soils: A review of laboratory research // Environments, 2021. V. 8. P. 28–32. https://doi.org/10.3390/environments8040032
- Marín-Benito J.M., Herrero-Hernández E., Ordax J.M., Sánchez-Martín M.J., Rodríguez-Cruz M.S. The role of two organic amendments to modify the environmental fate of S-metolachlor in agricultural soils // Environ. Res. 2021. V. 195. Iss. 11087. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110871
- Wang L., Qin T., Liu T., Guo L., Li C., Zhai Z. Inclusion of microbial inoculants with straw mulch enhances grain yields from rice fields in central China // Food Energy Secur. 2020. V. 9. P. 1–13. https://doi.org/10.1002/fes3.230
- Liu X., Tian F., Tian Y., Wu Y., Dong F., Xu J., Zheng Y. Isolation and identification of potential allelochemicals from aerial parts of Avena fatua L. and their allelopathic effect on wheat // J. Agric. Food Chem. 2016. V. 64. P. 3492–3500. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b05498
- Zhu H., Wang Z.X., Luo X.M., Song J.X., Huang B. Effects of straw incorporation on Rhizoctonia solaniinoculum in paddy soil and rice sheath blight severity // J. Agric. Sci. 2014. V. 152. P. 741–748. https://doi.org/10.1017/S002185961300035X
- Naeem K.N., Asghari M., Bano D., Babar A. Impacts of plant growth promoters and plant growth regulators on rain fed agriculture // PLoS ONE. 2020. V. 15 (4). P. 1–32. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231426
- Lehmann J., Kleber M., Pan G., Bhupinder P.S., Sohi S.P., Zimmerman A.R. Persistence of biochar in soil // Biochar for environmental management: Science, technology, and Implementation. 2nd ed. Earthscan Rutledge, 2015. P. 235–282.
- Bashir S., Zhu J., Fu Q., Hu H. Cadmium mobility, uptake and anti-oxidative response of water spinach (Ipomoea aquatic) under rice straw biochar, zeolite and rock phosphate as amendments // Chemosphere. 2018. V. 194. P. 579–587. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.162
- He M., Xiong X., Wang L., Hou D., Bolan N.S., Ok Y.S., Rinklebe J., Tsang D.C.W. A critical review on performance indicators for evaluating soil biota and soil health of biochar-amended soils // J. Hazard. Mater. 2021. V. 414. Iss. 125378. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125378
- Shaaban M., Van Zwieten L., Bashir S., Younas A., Nú˜nez-Delgado A., Chhajro M.A., Kubar K.A., Ali U., Rana M.S., Mehmood M.A., Hu R. A concise review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution // J. Environ. Manag. 2018. V. 228. P. 429–440. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.09.006
- Cooper J., Greenberg I., Ludwig B., Hippich L., Fischer D., Glaser B., Kaiser M. Effect of biochar and compost on soil properties and organic matter in aggregate size fractions under field conditions // Agric. Ecosyst. Environ. 2020. V. 295. Iss. 106882. https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.106882
- Lee M.-H., Chang E.-H., Lee C.-H., Chen J.-Y., Jien S.-H. Effects of biochar on soil aggregation and distribution of organic carbon fractions in aggregates // Processes. 2021. V. 9 (8). P. 1431. https://doi.org/10.3390/pr9081431
- 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. V. 206. P. 46–59. https://doi.org/10.1016/J.AGEE.2015.03.015
- Paris O., Zollfrank C., Zickler G.A. Decomposition and carbonisation of wood biopolymers – a microstructural study of softwood pyrolysis // Carbon. 2005. V. 43 (1). P. 53–66.
- Keiluweit M., Nico P.S., Johnson M.G., Kleber M. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar) // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44 (4). P. 1247–1253.
- Verheijen F., Jeffery S., Bastos A.C. Biochar application to soils: a critical scientific review of effects on soil properties, processes and functions // Publ. Off. 2010. P. 149.
- Baldock J.A., Smernik R.J. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (red pine) wood // Org. Geochem. 2002. V. 33 (9). P. 1093–1109.
- Lehmann J., Joseph S. Biochar for environmental management: an introduction // Biochar for environmental management: science, technology and implementation, Routledge, 2015. P. 1–13.
- Glaser B., Haumaier L., Guggenberger G., Zech W. The “Terra Preta” phenomenon: a model for sustainable agriculture in the humid tropics // Naturwissenschaften. 2000. V. 88. № 1. P. 37–41.
- Guo L.B., Gifford R.M. Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis // Glob. Change Biol. 2002. V. 8 (4). P. 345–360.
- Lehmann J. Bio-energy in the black // Front. Ecol. Environ. 2007. V. 5 (7). P. 381–387.
- Schmidt M.W., Torn M.S., Abiven S., Dittmar T., Guggenberger G., Janssens I.A., Kleber M., Kögel-Knabner I., Lehmann J., Manning D.A. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. V. 478 (7367). P. 49–56.
- Lehmann J., Rillig M.C., Thies J.E., Masiello C.A., Hockaday W.C., Crowley D.E. Biochar effects on soil biota – A review // Soil Biol. Biochem. 2011. V. 43. P. 1812–1836. https://doi.org/10.1016/J.SOILBIO.2011.04.022
- Bamdad H., Papari S., Lazarovits G., Berruti F. Soil amendments for sustainable agriculture: Microbial organic fertilizers // Soil Use Manag. 2021. V. 38. P. 120–194. https://doi.org/10.1111/sum.12762
- Wang Z., Chen H., Zhu Z., Fang Xing S., Guang Wang S., Chen B. Low-temperature straw biochar: Sustainable approach for sustaining higher survival of B. megaterium and managing phosphorus deficiency in the soil // Sci. Total Environ. 2022. V. 830. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154790
- Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов-н/Д., 2008. 275 с.
- Ogbonnaya U., Semple K. Impact of biochar on organic contaminants in soil: a tool for mitigating risk? // Agronomy. 2013. V. 3 (2). P. 349–375. https://doi.org/10.3390/agronomy3020349
- Šimanský V., Horák J., Igaz D., Balashov E., Jonczak J. Biochar and biochar with n fertilizer as a potential tool for improving soil sorption of nutrients // J. Soil. Sediment. 2018. V. 18. № 4. P. 1432–1440. https://doi.org/10.1007/s11368-017-1886-y
- Chi N.T.L., Pugazhendhi A., Anto S., Mathimani T., Ahamed T.S., Kumar S.S., Shanmugam S., Samuel M.S., Brindhadevi K. A review on biochar production techniques and biochar based catalyst for biofuel production from algae // Fuel. 2021. V. 287. Iss. 119411. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119411
- Taraqqi-A-kamal A., Khan A., Zhang K., Sun P., Akther S., Atkinson C.J., Zhang Y. Biochar remediation of soil: linking biochar production with function in heavy metal contaminated soils // Plant Soil Environ. 2021. V. 67. № 4. P. 183–201. https://doi.org/10.17221/544/2020-PSE
- Сушкова С.Н., Яковлева Е.В., Минкина Т.М., Габов Д.Н., Антоненко Е.М., Дудникова Т.С., Барбашев А.И., Минникова Т.В., Колесников С.И., Раджпут В.Д. Накопление бенз(а)пирена в растениях разных видов и органогенном горизонте почв степных фитоценозов при техногенном загрязнении // Изв. Томск. политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 12. С. 200–214.
- Яковлева Е.В., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М., Габов Д.Н., Василевич М.И. Биоаккумуляция полициклических ароматических углеводородов в системе почва–растение // Агрохимия. 2008. № 9. С. 66–74.
- Яковлева Е.В., Хабибуллина Ф.М., Виноградова Ю.А., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М. Микробиологическая активность почв, загрязненных бенз(a)пиреном // Агрохимия. 2010. № 11. С. 63–69.
- Кудеяров В.Н. Современное состояние углеродного баланса и предельная способность почв к поглощению углерода на территории России // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1049. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090087
- Петров А.М., Вершинин А.А., Акайкин Д.В., Юранец-Лужаева Р.Ч. Изменение токсикологических свойств и респираторной активности дерново-подзолистых почв в условиях длительного нефтяного загрязнения // Экол. и пром-ть России. 2015. Т. 19. № 1. С. 50–53. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2015-1-50-53
- Кудеяров В.Н. Дыхание почв и биогенный сток углекислого газа на территории России (аналитический обзор) // Почвоведение. 2018. № 6. С. 643–658. https://doi.org/10.7868/S0032180X18060011
- Кудеяров В.Н. Агрогеохимические циклы углерода и азота в современном земледелии России // Агрохимия. 2019. № 12. С. 3–15. https://doi.org/10.1134/S000218811912007X
- Сушко С.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Кудеяров В.Н. Эмиссия СО2, микробная биомасса и базальное дыхание чернозема при различном землепользовании // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1081–1091. https://doi.org/10.1134/S0032180X19090090
- Ahmad M., Wang X., Hilger T.H., Luqman M., Nazli F., Hussain A., Zahir Z.A., Latif M., Saeed Q., Malik H.A., Mustafa A. Evaluating biochar-microbe synergies for improved growth, yield of maize, and post-harvest soil characteristics in a semi-arid climate // Agronomy. 2020. № 10 (7). Iss. 1055. https://doi.org/10.3390/agronomy10071055
- Romero C., Hao X., Li C., Owens J., Schwinghamer T., McAllister T. A., Okine E. Nutrient retention, availability and greenhouse gas emissions from biochar-fertilized chernozems // CATENA. 2021. V. 198. Iss. 105046. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.105046
Қосымша файлдар
