Сельскохозяйственные почвы по всему миру всё больше загрязняются тяжёлыми металлами, такими как кадмий, свинец, хром и мышьяк. Эти токсичные элементы, часто попадающие в почву с промышленными сточными водами, удобрениями и навозом, могут накапливаться в сельскохозяйственных культурах и угрожать здоровью человека через пищевую цепочку. Длительное воздействие этих веществ приводит к повреждению почек, остеопорозу и даже раку. Поэтому защита почвы и безопасности пищевых продуктов стала актуальной глобальной задачей.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Agricultural Ecology and Environment, учёные рассмотрели перспективную стратегию борьбы с этим кризисом: использование биоугля с легирующими элементами для нейтрализации токсичных металлов в почвах сельскохозяйственных угодий.
Биоуголь — материал, похожий на древесный уголь, который получают из растительных остатков, таких как рисовая шелуха или кожура фруктов, — уже давно зарекомендовал себя как недорогая и экологичная добавка для почвы. Однако «обычный» биоуголь не всегда хорошо справляется с поглощением тяжёлых металлов. Чтобы преодолеть это, учёные улучшают биоуголь, дополняя его такими элементами, как азот, кислород, сера и фосфор. Эти легированные версии имеют на своей поверхности специальные химические группы, которые обеспечивают дополнительные места связывания для тяжёлых металлов, повышая их способность удерживать загрязняющие вещества в почве и снижая их подвижность.
«Изменяя структуру биоугля, мы можем значительно улучшить его способность стабилизировать тяжёлые металлы, делая сельскохозяйственные угодья более безопасными, а урожай — здоровым», — говорит автор исследования Ин Чжан.
В статье рассказывается о том, как работают различные легирующие добавки:
- Биоуголь, легированный азотом содержит активные азотные группы, которые образуют прочные связи с такими металлами, как кадмий.
- Биоуголь, обогащённый кислородом увеличивает количество карбоксильных и гидроксильных групп, которые притягивают свинец и хром.
- Биоуголь, легированный серой связывает ртуть и кадмий за счёт стабильных серо-металлических взаимодействий.
- Биоуголь, обогащённый фосфором не только связывает токсичные металлы, но и помогает растениям получать необходимые питательные вещества.
Помимо лабораторных исследований, обнадеживающие результаты были получены при применении в полевых условиях. Например, биоуголь, обогащенный фосфором, снижает вымывание свинца и кадмия из почвы, а многоэлементное обогащение способствует росту сельскохозяйственных культур за счет снижения токсичности металлов.
Авторы подчёркивают, что обогащённый элементами биоуголь — это не просто временное решение, а практичный и масштабируемый инструмент для устойчивого сельского хозяйства. Превращая сельскохозяйственные отходы в ценные почвенные добавки, этот подход также способствует переработке, снижает уровень загрязнения и продвигает экономику замкнутого цикла.
Исследователи призывают к проведению дополнительных испытаний в реальных условиях, чтобы оценить долгосрочную стабильность биоугля в различных сельскохозяйственных условиях. Они также предлагают изучить возможности многоэлементной модификации для дальнейшего повышения эффективности. «Технология способна превратить загрязнённые сельскохозяйственные угодья в безопасные и плодородные почвы, — сказал Чжан. — Это шаг вперёд в обеспечении продовольственной безопасности и экологической устойчивости».
