The Impact of Biochar and Biochar-Based Plant Composts on the Microbiological Activity of Agrosoddy-Podzolic Soil
- Authors: Smirnova K.A.1, Shaohui S.1, Orlova E.E.1, Abakumov E.V.1, Orlova N.E.1, Chukov S.N.1
-
Affiliations:
- Saint-Petersburg State University
- Issue: No 9 (2025)
- Pages: 1163-1174
- Section: БИОЛОГИЯ ПОЧВ
- URL: https://kazanmedjournal.ru/0032-180X/article/view/690730
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X25090052
- EDN: https://elibrary.ru/jbkrlm
- ID: 690730
Cite item
Abstract
About the authors
K. A. Smirnova
Saint-Petersburg State University
Email: ks.smirnova.98@mail.ru
16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
S. Shaohui
Saint-Petersburg State University16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
E. E. Orlova
Saint-Petersburg State University16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
E. V. Abakumov
Saint-Petersburg State University16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
N. E. Orlova
Saint-Petersburg State University16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
S. N. Chukov
Saint-Petersburg State University16th Line of Vasilyevsky Island, 29, Saint-Petersburg, 199178 Russia
References
- Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.
- Ананьева Н.Д., Хатит Р.Ю., Иващенко К.В., Сушко С.В., Горбачева А.Ю., Долгих А.В., Кадулин М.С., Сотникова Ю.Л., Васенев В.И., Комарова А.Е., Юдина А.В., Довлетярова Э.А. Биофильные элементы (СNР) и дыхательная активность микробного сообщества почв городских лесопарков Москвы и пригородных лесов // Почвоведение. 2023. № 1. С. 102–117.
- Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
- Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. Ереван: Айастан. 1974. 274 с.
- Дубровина И. А., Юркевич М. Г., Сидорова В. А. Влияние биоугля и удобрений на развитие растений ячменя и агрохимические показатели дерново-подзолистых почв в вегетационном опыте // Тр. КарНЦ РАН. 2020. № 3. С. 31–44. https://doi.org/10.17076/eb1087
- Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабьева И.П., Мирчинк Г.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1980. 223 с.
- Звягинцев Д.Г., Добровольская Т.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М., Лысак Л.В., Марфенина О.Е. Роль микроорганизмов в биогеоценотических функциях почв // Почвоведение. 1992. № 6. С. 63–77.
- Иващенко К.В., Ананьева Н.Д., Васенев В.И., Кудеяров В.Н., Валентини Р. Биомасса и дыхательная активность почвенных микроорганизмов в антропогенно-измененных экосистемах (Московская область) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1077–1088.
- Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев II.С., Орлов Д.С. Титлянова А.А., Фокин А.Д. Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах. М.: Изд-во МСХА, 1993. 96 с.
- Крейер К.Г., Банкина Т.А., Орлова Н.Е., Юрьева Г.М. Практикум по агрохимическому анализу почв. Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 88 с.
- Малюкова Л.С., Рогожина Е.В. Информативность показателей общей метаболической активности микробоценоза почв субтропиков России в оценке степени их агрогенных изменений // Субтропическое и декоративное садоводство. 2022. № 81. С. 151–161. https://doi.org/10.31360/2225-3068-2022-81-151-160
- Маслов М.Н., Маслова О.А., Поздняков Л.А., Копеина Е.И. Биологическая активность почв горно-тундровых экосистем при постпирогенном восстановлении // Почвоведение. 2018. № 6. С. 728–737. https://doi.org/10.7868/s0032180x18060096
- Минеев В.Г., Сычев В.Г., Амельянчик О.А., Болышева Т.Н., Гормонова Н.Ф., Дурынина Е.П., Егоров В.С. и др. Практикум по агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
- Овчинникова М.Ф. Признаки природной устойчивости и агрогенной трансформации гумуса почв // Почвоведение. 2013. № 12. С. 1449–1463. https://doi.org/10.7868/S0032180X18060059
- Орлова Е.Е. Практикум по агроэкологии. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2011. 148 с.
- Рижия Е.Я., Бучкина Н.П., Мухина И.М. Применение биоугля в сельском хозяйстве Российской Федерации. СПб.: АФИ, 2014. 28 с.
- Рижия Е.Я., Мухина И.М., Вертебный В.Е., Хорак Я., Конончук П.Ю., Хомяков Ю.В. Ферментативная активность и эмиссия закиси азота из дерново-подзолистой супесчаной почвы с биоуглем // Сельскохозяйственная биология. 2017. № 3. С. 464–470. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.3.464rus
- Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
- Семенов М.В., Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В. Структура микробного сообщества почвы катены Правобережья р. Оки // Известия РАН. Серия биологическая. 2013. № 3. С. 299–308.
- Смирнова Е.В., Гиниятуллинa К.Г., Окуневa Р.В., Валеева А. А., Рязанов С.С. Оценка направленности и механизмов влияния внесения биоугля на субстрат-индуцированное дыхание почв в длительном лабораторном эксперименте // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1190–1202. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600312
- Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.
- Хазиев Ф.Х. Экологические связи ферментативной активности почв // Экобиотех. 2018. Т. 1. № 2. С. 80–92. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2018-1-2-80-92
- Чуков С.Н. Структурно-функциональные параметры органического вещества в условиях антропогенного воздействия. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2001. 216 с.
- Шахназарова В.Ю., Орлова Н.Е., Орлова Е.Е., Банкина Т.А., Якконен К.Л., Рижия Е.Я., Кичко А.А. Изменение таксономического состава и структуры прокариотного сообщества агродерново-подзолистой почвы при внесении биоугля // Сельскохозяйственная биология. 2020. Т. 55. 1. С. 163–173. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.1.163rus
- Шевцова Л.К., Черников В.А., Сычев В.Г., Беличенко М.В., Рухович О.В., Иванова О.И. Влияние длительного применения удобрений на состав, свойства и структурные характеристики гумусовых кислот основных типов почв // Агрохимия. 2019. № 10. С. 3–15. https://doi.org/10.1134/S0002188119100120
- Щербакова Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества. Минск: Наука и техника, 1983. 222 с.
- Anderson J.P.E., Domsch K.H. A phisiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. P. 215–221. https://doi.org/10.1016/0038-0717(78)90099-8
- Anderson T.-H. Microbial eco-physiological indicators to assess soil quality // Agric. Ecosyst. Environ. 2003. V. 98. P. 285–293. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(03)00088-4
- Antonangelo J.A., Sun X., Zhang H. The roles of co-composted biochar (COMBI) in improving soil quality, crop productivity, and toxic metal amelioration // J. Environ. Manage. 2021. V. 277. P. 111443. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111443
- Awad Y.M., Ok Y.S., Abrigata J., Beiyuan J., Beckers F., Tsang D.C., Rinklebe J. Pine sawdust biomass and biochars at different pyrolysis temperatures change soil redox processes // Sci. Total Environ. 2018. V. 625. P. 147–154. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.194
- Awasthi M.K., Awasthi S.K., Wang Q., Wang, Z., Lahori A.H., Ren X., Chen H., Wang M., Zhao J., Zhang Z. Influence of biochar on volatile fatty acids accumulation and microbial community succession during biosolids composting // Bioresour. Technol. 2018. V. 251. P. 158–164. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.12.037
- Beusch C. Biochar as a soil ameliorant: how biochar properties benefit soil fertility – a review // J. Geosci. Environ. Protection. 2021. V. 9. № 10. P. 28–46. https://doi.org/10.4236/gep. 2021.910003
- Blagodatskaya E., Kuzyakov Y. Active microorganisms in soil: Critical review of estimation criteria and approaches // Soil Biol. Biochem. 2013. V. 67. P. 192–211. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.08.024
- Chugunova M.V., Bakina L.G., Mayachkina N.V., Polyak Y.M., Gerasimov A.O. Features of the processes of detoxification and self-restoration of oil-contaminated soils – a field study // J. Soils Sediments. 2022. V. 22. № 12. Р. 3087–3105. https://doi.org/10.1007/s11368-022-03272-2
- Dai Z., Xiong X., Zhu H., Xu H., Leng P., Li J., Tang C., Xu J. Association of biochar properties with changes in soil bacterial, fungal and fauna communities and nutrient cycling processes // Biochar. 2021. V. 3. P. 239–254. https://doi.org/10.1007/s42773-021-00099-x
- Du J., Zhang Y., Qu M., Yin Y., Fan K., H, B., Zhang H., Wei M., Ma C. Effects of biochar on the microbial activity and community structure during sewage sludge composting // Bioresour. Technol. 2019. V. 272. P. 171–179. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.10.020
- Godlewska P., Schmidt H.P., Ok Y.S., Oleszczuk P. Biochar for composting improvement and contaminants reduction. A Review // Bioresour. Technol. 2017. V. 246. P. 193–202. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.07.095
- Gonçalves Lopes E.M.G., Reis M.M., Frazão L.A., da Mata Terra L.M., Lopes E.F., dos Santos M.M., Fernandes L.A. Biochar increases enzyme activity and total microbial quality of soil grown with sugarcane // Environ. Technol. Innov. 2021. V. 21. P. 101270. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101270
- Gross A., Bromm T., Glaser B. Soil Organic Carbon Sequestration after Biochar Application: A Global MetaAnalysis // Agronomy. 2021. V. 11. P. 2474. https://doi.org/10.3390/agronomy11122474
- Grossman J.M., J’Neil B.E., Tsai S.M., Liang B., Neves E., Lehmann J., Thies J.E. Amazonian Anthrosols support similar microbial communities that differ distinctly from those extant in adjacent, unmodified soils of the same mineralogy // Microb. Ecol. 2010. V. 60. P. 192–205. https://doi.org/10.1007/s00248-010-9689-3
- Guo X.-x., Liu H.-t., Zhang J. The role of biochar in organic waste composting and soil improvement: a review // Waste Manag. 2020. V. 102. P. 884–899. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.12.003
- Hussain S., Siddique T., Saleem M., Arshad M., Khalid A. Chapter 5 Impact of Pesticides on Soil Microbial Diversity, Enzymes, and Biochemical Reactions // Adv. Agron. 2009. V. 102. P. 160–190. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(09)01005-0
- Igalavithana A.D., Lee S.E., Lee Y.H., Tsang D.C., Rinklebe J., Kwon E.E., Ok Y.S. Heavy metal immobilization and microbial community abundance by vegetable waste and pine cone biochar of agricultural soils // Chemosphere. 2017. V. 174. P. 593–603. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.01.148
- Jindo K., Sonoki T., Matsumoto K., Canellas L., Roig A., Sanchez-Monedero M.A. Influence of biochar addition on the humic substances of composting manures // Waste Manag. 2016. V. 49. P. 545–552. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.01.007
- Jindo K., Sánchez-Monedero M.A., Matsumoto K., Sonoki T. The efficiency of a low dose of biochar in enhancing the aromaticity of humic-like substance extracted from poultry manure compost // Agronomy. 2019. V. 9. P. 248. https://doi.org/10.3390/agronomy9050248
- Kocsis T., Ringer M., Biró B. Characteristics and Applications of Biochar in Soil–Plant Systems: A Short Review of Benefits and Potential Drawbacks // Appl. Sci. 2022. V. 12. № 8. P. 4051. https://doi.org/10.3390/app12084051
- Lehman J., Rilling M.C., Tiers J., Masiello C.A., Hockaday W.C., Crowley D. Biochar effects on soil biota – A review // Soil Biol. Biochem. 2011. P. 1812–1836. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.04.022
- Lehmann J., Cowie A., Masiello C., Kammann C., Woolf D., Amonette J., Cayuela M., Camps-Arbestain M., Whitman T. Biochar in climate change mitigation // Nat. Geosci. 2021. V. 14. P. 883–892. https://doi.org/10.1142/9781848166561_0018
- Maestrini B., Nannipieri P., Abiven S. A meta-analysis on pyrogenic organic matter induced priming effect // Glob. Chang. Biol. Bioenergy. 2015. V. 7. P. 577–590. https://doi.org/10.1111/gcbb.12194
- Orlova N., Abakumov E., Orlova E., Yakkonen K., Shahnazarova V. Soil organic matter alteration under biochar amendment: study in the incubation experiment on the Podzol soils of the Leningrad region // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. Р. 2708–2716. https://doi.org/10.1007/s11368-019-02256-z
- Orlova N., Orlova E., Abakumov E., Smirnova K., Chukov S. humic acids formation during compositing of plant remnants in presence of calcium carbonate and biochar // Agronomy. 2022. V. 12. № 10. P. 2275. https://doi.org/10.3390/agronomy12102275
- Palansooriya K.N., Wong J.T.F., Hashimoto Y., Huang L., Rinklebe J., Chang S.X., Bolan N., Wang H., Ok Y.S. Response of microbial communities to biochar-amended soils: a critical review // Biochar. 2019. V. 1. P. 3–22. https://doi.org/10.1007/s42773-019-00009-2
- Pepper I.L., Gerba C.P., Brendecke J.W. Environmental microbiology: a laboratory manual. N. Y.: Academic Press Inc., 1995. 175 p.
- Pietikäinen J., Kiikkilä O., Fritze H. Charcoal as a habitat for microbes and its effect on the microbial community of the underlying humus // Oikos. 2000. V. 89. № 2. P. 231–242. https://doi.org/10.1034/j.1600-0706.2000.890203.x
- Piotrowska-Dlugosz A., Lemanowicz J., Dlugosz J. The spatial pattern and seasonal changes in the soil phosphorus content in relation to the phosphatase activity: a case study of Luvisols // Arch. Agron. Soil Sci. 2020. V. 66. №. 11. P. 1583– 1597. https://doi.org/10.1080/03650340.2020.1759798
- Rizhiya E.Y., Buchkina N.P., Mukhina I.M., Belinets A.S., Balashov E.V. Effect of biochar on the properties of loamy sand spodosol soil samples with different fertility levels: a laboratory experiment // Eurasian Soil Sci. 2015. V. 48. № 2. P. 192–200. https://doi.org/10.1134/s1064229314120084
- Shiade G.S.R., Fathi A., Minkina T., Wong M.H., Rajput V.D. Biochar application in agroecosystems: a review of potential benefits and limitations // Environ. Dev. Sustain. 2024. V. 26. P. 19231–19255. https://doi.org/10.1007/s10668-023-03470-z
- Sun Y., Wang X., Yang C., Xin X., Zheng J., Zong T., Dou C. Effects of Biochar on Gaseous Carbon and Nitrogen Emissions in Paddy Fields: A Review // Agronomy. 2024. V. 14. № 7. P. 1461. https://doi.org/10.3390/agronomy14071461
- Taraqqi-A-Kamal A., Atkinson C.J., Khan A., Zhang K., Sun P., Akther S., Zhang Y. Biochar remediation of soil: linking biochar production with function in heavy metal contaminated soils: Review // Plant Soil Environ. 2021. V. 67. № 4. P. 83–201. https://doi.org/10.17221/544/2020-PSE
- Upadhyay V., Choudhary K.K., Agrawa S.B. Use of biochar as a sustainable agronomic tool, its limitations and impact on environment: a review // Discov. Agric. 2024. V. 2. https://doi.org/10.1007/s44279-024-00033-2
- Wang N., Ren L., Zhang J., Awasthi M., Yan B., Zhang L., Wan F., Luo L., Huang H., Zhao K. Activities of functional enzymes involved in C, N, and P conversion and their stoichiometry during agricultural waste composting with biochar and biogas residue amendments // Bioresour. Technol. 2022. V. 345. P. 126489. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126489
- Wang S.P., Wang L., Sun Z.Y., Wang S.T., Shen C.H., Tang Y.Q., Kida K. Biochar addition reduces nitrogen loss and accelerates composting process by affecting the core microbial community during distilled grain waste composting // Bioresour. Technol. 2021. V. 337. P. 125492. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125492
- Wardle D.A., Ghani A. A critique of the microbial metabolic quotient qCO2 as a bioindicator of disturbance and ecosystem development // Soil Biol. Biochem. 1995. V. 27. P. 1601–1610. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00093-T
- Wei L., Shutao W., Jin Z., Ton, X. Biochar influences the microbial community structure during tomato stalk composting with chicken manure. Bioresour. Technol. 2014. V. 154. P. 148–154. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.12.022
- Yang Ch., Dou S., Guo D., Zhao H. The Application of Biochar Enhances Soil Organic Carbon and Rice Yields // Agronomy. 2024 V. 14. P. 455. https://doi.org/10.3390/agronomy14030455
- Zhang F, Wei Z, Wang J. Integrated application effects of biochar and plant residue on ammonia loss, heavy metal immobilization, and estrogen dissipation during the composting of poultry manure // Waste Manag. 2021. V. 131. P. 117–125. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.05.037
- Zhang J., Lü F., Shao L., He P. The use of biochar-amended composting to improve the humification and degradation of sewage sludge // Bioresour. Technol. 2014. V. 168. P. 252–258. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.02.080
Supplementary files
