CC BY
46
УДК 631.8
1С.С. Рязанов, 2А.Н. Грачев, 1В.И. Кулагина, 1А.М. Хайруллина
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected] 2Казанский национальный исследовательский технологический университет,
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ ПРИ ВНЕСЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ БИОУГЛЕЙ В СЕРУЮ
ЛЕСНУЮ ПОЧВУ
Проблема утилизации осадков сточных вод в РФ является одним из наиболее актуальных вопросов обеспечения экологической безопасности территорий. Прямое использование их в качестве удобрений приводит к долговременному загрязнению почв тяжелыми металлами и, как следствие, несоответствию сельскохозяйственной продукции санитарным нормам. Пиролизация в процессе получения биоугля способствует переходу тяжелых металлов в недоступные для растений формы и признается перспективным способом утилизации осадков сточных вод. Цель работы состояла в оценке влияния добавления различных видов биоугля на содержание тяжелых металлов (Сг, Си, Ре, Мп, N1 и в вегетативной биомассе горчицы белой и овса посевного. Результаты показали, добавление в почву низкотемпературного биоугля из осадков сточных вод приводит к значимому повышению концентраций Си, Мп и Zn в горчице и овсе, а добавление высокотемпературного биоугля - к повышенному содержанию Мп. Березовый биоуголь не показал значимого влияния на содержание металлов в тестируемых растениях.
Ключевые слова: биоуголь; почва; тяжелые металлы; безопасность сельскохозяйственной продукции.
Б01: 10.24411/2411-7374-2020-10023
Введение
Внесение биоугля в почву в настоящее время рассматривается как одно из перспективных направлений увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, позволяющее улучшить качество почв, уменьшить эмиссию азота и углекислого газа в атмосферу (Рижия и др., 2015). В США древесный биоуголь разрешен для применения в органическом земледелии (Major, 2010). Между тем, древесные отходы все больше находят экономически выгодное применение и помимо переработки их в уголь. Зато остро встает вопрос об утилизации отходов другого рода, например, осадков городских сточных вод. Требования для применения осадков сточных вод в качестве органических или комплексных удобрений достаточно низкие. Так, допустимое валовое содержание тяжелых металлов в зависимости от категории осадков составляет: РЬ - 250-500 мг/кг, Cd - 1530 мг/кг, Ni - 200-400 мг/кг, Сг - 500-1000 мг/кг, Zn - 1750-3500 мг/кг, Си - 750-1500 мг/кг (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001). Прямое внесение осадков, даже удовлетворяющих требованиям ГОСТ по содержанию металлов, в почву может привести к тому, что их содержание в культурных растениях будет превышать ПДК даже спустя 25 лет после внесе-
ния. Урожайность при этом может быть высокой, однако продукция не будет соответствовать требованиям безопасности (Плеханова, 2017).
Переработка ОСВ в биоуголь перед внесением в почву, по данным некоторых исследователей, может решить данную проблему. Валовые концентрации тяжелых металлов в биоугле выше, чем в исходном сырье, но подвижных форм, обладающих способностью к выщелачиванию, в биоугле существенно меньше (Рязанов и др., 2018; Jin et al., 2016). При этом, биоуголь из ОСВ богат углеродом и питательными веществами, что определяет интерес к нему как к почвенному удобрению. Отмечается значительный прирост продуктивности сельскохозяйственных культур при внесении биоугля из ОСВ (Song et al, 2014).
В России использование ОСВ в качестве удобрения и технического грунта регулируется законодательством и допускается только после установления класса опасности (токсичности) в соответствии с СанПиН 2.1.7.1386-03 и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. При внесении в почву осадков и продуктов из них качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции должно соответствовать требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.
Цель настоящей работы - оценить влияние
Таблица 1. Свойства продуктов пиролиза
Свойства Единицы измерения Биоуголь из иловых осадков Биоуголь из древесных остатков
Зольность % 19.3 2.4
Содержание % 12.0 25.5
летучих веществ
Содержание
нелетучего % 68.7 72.1
углерода
Высшая теплота кДж/кг 25335 31123
сгорания
внесения различных доз биоугля из ОСВ и березовых опилок на содержание тяжелых металлов в растениях горчицы белой и овса посевного в условиях вегетационного опыта.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлся биоуголь, полученный с применением установки быстрого пиролиза БРР02 - запатентованной разработки компании ООО «Энерголеспром» г. Казань (Грачев и др., 2009). Производственный комплекс БРР02 предназначен для термохимической переработки и утилизации биомассы и других органических полимерных отходов с получением жидких органических продуктов и мелкодисперсного угля.
Сырье для биоугля перерабатывалась при температурах 300±20°С - 500±20°С. Твёрдым продуктом пиролиза является углистый остаток, представляющий собой мелкодисперсный чёрный порошок. Для определения его свойств были проведены исследования согласно ГОСТ Р 53357-2013. Результаты представлены в таблице 1.
Изучались три вида биоугля: 1) биоуголь из ОСВ, полученный при температуре 300±20°С (ОСВЗОО); 2) биоуголь из ОСВ, полученный при 500±20°С (ОСВ500); 3) древесный биоуголь из березовых опилок, пиролизированный при 500±20°С (БУ500). Древесный биоуголь использовался для сравнения биоуглей из ОСВ с экологически чистым и безопасным биоуглем.
Для эксперимента использовали образец пахотного горизонта залежной серой лесной средне-мощной средне суглинистой почвы на делювиальных отложениях из Верхнеуслонского района Республики Татарстан. Содержание гумуса в почве 4.3%, рНссш 5.6. Перед опытом почва была высушена, растерта и просеяна через сито с отверстиями 1 мм.
В вегетационные сосуды помещалось по 400 г смеси почвы и биоугля с содержанием 2%, 5%
и 10% по весу. В качестве контроля использовалась почва без биоугля. В одну половину вегетационных сосудов были высажены семена горчицы белой (Sinápis alba) по 20 шт. на сосуд, во вторую - овса посевного (Avéna sativa) по 12 штук на сосуд. После высаживания растений сосуды содержались в вегетационной камере с контролируемой температурой и освещением. Влажность почвы поддерживалась на уровне 60% от полной влагоемкости. Эксперимент проведен в 3-кратной по-вторности. Растения выращивались до 42 дня, после чего они были срезаны и использовались для определения содержания металлов.
Оценка содержания подвижных форм тяжелых металлов в биоугле и почве проводилась после экстракции ацетатно-аммонийными буферным раствором (ААБ) с рН 4.8 (РД 52.18.289-90). Оценка валового содержания металлов проведена двумя методами: (1) путем экстракции с 5М HN03 (РД 52.18.191-89), и (2) путем экстракции царской водкой (ISO 11466:1995).
Определение содержания тяжелых металлов в растениях горчицы и овса выполнено после мокрого озоления смесью концентрированной HN03 и H2O2 (ПНД Ф 16.2.2.2.3.71-2011).
Конечное определение металлов в экстрактах проводилось атомно-абсорбционным методом с пламенной атомизацией на приборе Analyst-700 «Perkin Elmer» (США).
Результаты и их обсуждение
Содержание тяжелых металлов в почве и биоуглях
В таблице 2 представлены результаты определения валового содержания и подвижных форм тяжелых металлов в почве и трех видах биоугля.
Валовое содержание тяжелых металлов в исследуемой почве соответствует санитарным нормам (ГН 2.1.7.2511-09; ГН 2.1.7.2041-06). Массовая доля металлов, извлеченных царской водкой, закономерно выше, чем при использовании 5М HN03 - разница достигает 40 и 47% в случае Си и Fe. Однако, статистическая достоверность различий между двумя способами экстракции металлов из почвы, согласно t-критерию Уэлча, наблюдается только для Fe (p=0.05). Из всех металлов, для которых установлены нормативы для подвижных форм, в почве наблюдается повышенное содержание Мп - 109.7 мг/кг при ПДК 80 мг/кг.
Биоуголь из березовых опилок характеризуется наиболее низким валовым содержанием большинства тяжелых металлов (табл. 2). В сравнении с
30
РЮШШРМ1Ё1111
Таблица 2. Содержание (М± ё) тяжелых металлов в почве и биоуглях, мг/кг
Вытяжка
Fe
Mn
N1
Zn
Почва ААБ 0.9±0.01 0.1±0.1 17.0±0.3 110.0±6.0 2.3±1.2 4.0±0.1
5М НЫ03 16.4±0.4 10.8±4.3 7860±112 1361±103 23.5±0.1 47±3
Aqua regia 26.8±2.3 20.4±0.3 15030±864 1348±60 28.5±2.3 53±2
ОСВЗОО ААБ 5.9±1.5 2.6±0.7 1263±203 382±95 7.3±1.1 241±11
5М НЫОЗ 66.0±1.1 3.9±0.1 13683±129 457±13 27.3±0.5 320±8
Aqua regia 132.6±22.1 172.0±20.5 13701±2673 492±34 74.3±10.1 492±122
ОСВ500 ААБ 4.3±0.17 1.6±0.1 150±14 150±14 5.7±0.3 157±6
5М НЫ03 20.3±6.18 1.6±0 12490±236 550±9 25.7±1.6 320±4
Aqua regia 155.8±6.26 206.0±10.8 19183±1255 678±56 116.2±2.6 429±6
БУ500 ААБ 0.8±0.2 7.7±4.4 145±4 145±4 0.1±0.2 11±1
5М НЫ03 3.8±0.25 2.6±0.6 207±20 207±20 5.9±0.5 35±2
Aqua regia 51.1±4.6 27.2±2.6 2603±637 251±26 41.6±5.8 39±2
ПДК ^ вал 1500
ОДК 132 80 110
ПДК ^^ подв 6 3 80 4 23
почвами, для угля разница между методами экстракции валовых форм тяжелых металлов значительно больше. Так, наибольшая разница между применением царской водки и 5М НК03 наблюдается для Сг, Си, Бе и N1 - эффективность извлечения царской водкой больше на 92.5%, 90.3%, 92.1% и 85.7%, соответственно. Концентрации таких элементов как Си и N1 (экстракция царской водкой) в березовом биоугле статистически не отличается от их содержания в почве согласно кри-
терию Уэлча при а=95%. В почве больше содержание Бе (р=0.005), Мп (р=0.009), Тп (р=0.0'8); содержание Сг (р=0.044), напротив, больше в березовом биоугле. Содержание металлов, извлекаемых ААБ, в березовом биоугле статистически значимо не отличается от почвы, за исключением Бе (р=0.0'2) и Мп (р=0.027).
Как и березовый биоуголь, низкотемпературный уголь из ОСВ характеризуется низкой эффективностью извлечения тяжелых металлов 5М
Таблица 3. Дисперсионный анализ влияния типа биоугля, его дозы и их взаимодействия на содержание металлов в горчице и овсе
Факторы и их взаимодействие
Горчица Овёс
Тип биоугля Доза Тип х Доза Тип биоугля Доза Тип х Доза
Сг 3 2 4 3 2 4
Б 3.37 0.46 1.04 1.54 0.34 1.62
Р 0.039* 0.640 0.410 0.238 0.716 0.214
Си ^ 3 2 4 3 2 4
Б 4.47 2.06 2.03 12.35 3.54 5.99
Р 0.015* 0.15 0.13 < 0.001* 0.048* 0.002*
Бе ^ 3 2 4 3 2 4
Б 5.02 6.46 1.03 0.13 1.16 1.65
Р 0.009* 0.007* 0.42 0.94 0.33 0.2
Мп ^ 3 2 4 3 2 4
Б 37.21 148.43 25.00 5.69 8.62 3.21
р < 0.001* < 0.001* < 0.001* 0.006* 0.002* 0.034*
N1 3 2 4 3 2 4
Б 1.35 3.80 0.90 1.74 0.40 0.70
р 0.290 0.041* 0.48 0.19 0.67 0.601
Ъп 3 2 4 3 2 4
Б 5.60 2.57 0.89 4.65 2.24 1.64
р 0.006* 0.101 0.49 0.013* 0.133 0.203
*р < 0.05.
ihlii ■Hi hui
шЛыш. шНЫ тшлл
* j"
у/
У
f <Г о
\Ил iiiriii1 bdiiii
icdflu E ädittiAf Li
ICIIcm
# jf
У / ✓ -
Доза внесения;
Рис. Содержание металлов в растениях при добавлении биоуглей, мг/кг
НК03: концентрации Сг, Си и N1 были ниже на 50.2%, 97.7% и 63.3%, соответственно. При сравнении с почвой в ОСВЗОО статистически значимо более низкое содержание Мп ^=0.008). При сравнении с березовым биоуглем, значимые различия наблюдаются для Си 0.05) и Мп 0.019). Концентрации подвижных форм металлов отличаются от почвы в случае N1 0.05) и Хп ^=0.022).
Распределение форм металлов в высокотемпературном угле схоже с ОСВЗОО (табл. 2). Экстракция тяжелых металлов с помощью 5М НК03 способна извлечь на 87.0%, 99.2% и 77.9% меньше Сг, Си и N1 соответственно. Среднее содержание валовых форм тяжелых металлов, извлекаемых царской водкой, в высокотемпературном угле выше, чем в угле, полученном при 300оС, вследствие более полного сжигания органики (табл. 2). При этом, из-за большой вариабельности значений, разница не значима ни для одного из исследованных элементов. При этом, высокотемпературный уголь характеризуется меньшим содержанием подвижных форм тяжелых металлов, в сравнении с ОСВЗОО, значимость различий подтверждена для Со ^=0.05) и Тп ^=0.026).
Содержание тяжелых металлов в растениях
Результаты попарного сравнения при помощи двухфакторного дисперсионного анализа с последующим попарным сравнением по критерию Тью-ки (Тикеу Н8Б) показали (табл. 3), что содержание металлов в растениях, выращенных с добавлением березового биоугля статистически значимо не отличается от контроля, что подтверждает его безопасность для использования в качестве почвенной добавки (рис.).
Добавление низкотемпературного биоугля из
осадков сточных вод (ОСВЗОО) в почву привело к повышению среднего содержания Си, Мп и Ъл в горчице белой в сравнении с контролем на 0.24 мг/кг ^=0.010), 43.6 мг/кг ф<0.001) и 6.8 мг/ кг ф=0.019), соответственно. В овсе посевном, выращенном при добавлении ОСВЗОО, наблюдается повышенное содержание Си и Хп\ среднее содержание данных металлов выше чем в контроле на 0.49 мг/кг 0.001) и 9.12 мг/ кг ф=0.035).
В целом, повышение дозы внесения ОСВЗОО приводит к соответствующему повышению содержания металлов в растениях (рис.). При этом, различия по содержанию металлов в растениях между дозами внесения значимы только для Мп: в горчице — между всеми вариантами внесения, в овсе — только между 10% и 2%.
Содержание Мп и Ъл в горчице при добавлении ОСВЗОО больше чем в растениях, выращенных с добавлением березового угля, на 34.49 мг/кг
0.001) и 5.06 мг/кг ^=0.012), соответственно. В овсе на ОСВЗОО в сравнении с БУ500 больше Си и гп на 0.28 мг/кг ^=0.004) и 6.84 мг/кг ф=0.024) соответственно.
В сравнении с контролем внесение высокотемпературного биоугля из ОСВ привело к более высокому содержанию Мп в горчице и овсе — на 24.77 мг/кг ф< 0.001) и 50.60 мг/кг ф=0.031) соответственно (рис.). Также, в овсе содержание Си больше чем в контроле на 0.47 мг/кг 0.001).
Как и в случае ОСВЗОО, значимые различия между дозами внесения высокотемпературного угла наблюдались только для Мп, содержание которого в горчице увеличивалось вместе с увеличением содержания угля; для овса разница наблюдалась только между 2% и 10% биоугля. Причем, среднее содержание Мп в горчице выращенной с добавлением ОСВ500 меньше, чем при использовании ОСВЗОО на 18.79 мг/кг ф<0.001).
При сравнении с березовым биоуглем добавление в почву ОСВ500 приводит к более высокому содержанию Сг и Мп в горчице (на 0.15 мг/кг ф=0.023) и 15.61 мг/кг ф=0.002)) и Си с Мп в овсе (на 0.25 мг/кг ^=0.010) и 43.14 мг/кг ф=0.007)).
Заключение
Хотя применение 5-молярной азотной кислоты с кипячением является аттестованным методом оценки содержания тяжелых металлов при мониторинге техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий, данный метод показал свою
32
РЮШШРШРШЁШИ!
низкую эффективность при определении валового содержания металлов в биоуглях, произведенных из различного органического сырья. Экстракция царской водкой позволяет извлечь в 1.5-2 раза больше Бе, Мп и Ъл, чем 5-молярная азотная кислота. Для N1 и Сг эта разница достигает 7-13 раз. Наибольшие различия между методами экстракции наблюдались для меди - в 43 и 129 раз для ОСВЗОО и ОСВ500, соответственно. Такие значительные различия объясняются резким снижением содержания кислоторастворимой и восстановленной фракции металлов в процессе пиролиза и их переходе в окисляемую и остаточную фракцию, которые не способна полностью извлечь 5М НШ3 (виШей & а1., 2017).
Результаты вегетационного опыта подтвердили безопасность использования биоугля из березовых опилок в качестве почвенной добавки. Внесение БУ500 в почву даже в количестве 10% по массе не приводит к значимому повышению содержания металлов в горчице белой и овсе посевном в сравнении с контролем. Биоуголь, произведенный из осадков сточных вод, характеризуется более высокими концентрациями подвижных форм тяжелых металлов в сравнении с углем из березовых остатков, что, как следствие, отразилось на их повышенном содержании в растениях. В частности, растения, выращенные на биоугле из осадков сточных вод, полученном при 300оС, характеризуются более высоким содержанием меди, марганца и цинка. Полученные результаты указывают на снижение содержания подвижных форм металлов при увеличении температуры пиролиза осадков сточных вод до 500оС. При этом, овёс и горчица, выращенные с добавлением ОСВ500, характеризовались значительно более высоким валовым содержанием марганца в сравнении с контролем.
Список литературы
1. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.
2. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
3. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений.
4. Грачев А.Н., Башкиров В.Н., Забелкин С.А., Макаров А.А., Тунцев Д.В., Хисматов Р.Г. Патент РФ №2395559. Способ термической переработки органо содержащего сырья.
6 Плеханова И.О. Степень самоочищения агродерно-во-подзолистых супесчаных почв, удобренных осадком сточных вод II Почвоведение. 2017. №4. С. 506-512. Б01: 10.7868/ 80032180X17040086.
7. ПНД Ф 16.2.2.2.3.71-2011. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами.
8. РД 52.18.191-89. Методика выполнения измерений мас-
совой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбци-онным анализом.
9. РД 52.18.289-90. Методика выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом.
10. Рижия Е.Я., Бучкина Н.П., Мухина И.М., Белинец А.С., Балашов Е.В. Влияние биоугля на свойства образцов дерново-подзолистой супесчаной почвы с разной степенью окультуренности (лабораторный эксперимент) II Почвоведение. 2015. №2. С. 211-220. DOI: 10.7868/S0032180X14120089.
11. Рязанов С.С., Кулагина В.И., Грачев А.Н., Солоднико-ва О.М., Сунгатуллина Л.М. Влияние температуры пиролиза осадков муниципальных сточных вод на формы тяжелых металлов (Си, Ni, Pb) II Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности / Сборник статей по материалам Международной научной экологической конференции. Краснодар: КубГАУ, 2018. С. 31-33.
12. Song X.D., Xue X.Y., Chen D.Z., Не P.J., Dai Х.Н. Application of biochar from sewage sludge to plant cultivation: Influence of pyrolysis temperature and biochar-to-soil ratio on yield and heavy metal accumulation II Chemosphere. 2014. V. 109. P. 213-220. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.01.070.
13. ISO 11466:1995. Soil quality - Extraction of trace elements soluble in aqua regia.
14. Jin J., Li Y., Zhang J., Wu S., Cao Y., Liang P., Zhang J., Wong M.H., Wang M., Shan S., Christie P. Influence of pyrolysis temperature on properties and environmental safety of heavy metals in biochars derived from municipal sewage sludge II Journal of Hazardous Materials. 2016. V. 320. P. 417-426. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2016.08.050.
15. Major J. Guidelines on Practical Aspects of Biochar Application to Pield Soil in Various Soil Management Systems. International Biochar Initiative, 2010. 23 p.
16. Gunten K. von, Alam Md.S., Hubmann M., Ok Y. S., Kon-hauser K.O., Alessi D.S. Modified sequential extraction for biochar and petroleum coke: Metal release potential and its environmental implications II Bioresource Technology. 2017. Vol. 236. P. 106-110. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.03.162.
References
1. GN 2.1.7.2041-06. Predel'no dopustimye kontsentratsii (PDK) khimicheskikh veshchestv v pochve: Gigienicheskie nor-mativy [Maximum Permissible Concentrations (MPC) of Chemicals in Soil: Hygienic Regulations],
2. GN 2.1.7.2511-09. Orientirovochno dopustimye kontsentratsii (ODK) khimicheskikh veshchestv v pochve: Gigienicheskie normativy. [Approximate Acceptable Concentrations (AAC) of Chemicals in Soil: Hygienic Regulations],
3. GOSTR 17.4.3.07-2001. Okhrana prirody. Pochvy. Trebo-vaniya k svoystvam osadkov stochnykh vod pri ispol'zovanii ikh v kachestve udobreniy [Nature protection. Soils. Requirements for the properties of sewage sludge when used as fertilizer],
4. Grachev A.N., Bashkirov V.N., Zabelkin S.A., Makarov A.A., Tuntsev D.V., Khismatov R.G. Patent RT №2395559. Sposob termicheskoy pererabotki organosoderzhashchego syr'ya. [The patent of the Russian Бederation №2395559. Method of thermal processing of organ-containing raw materials],
6. Plekhanova I.O. Stepen' samoochishcheniya agrodrno-vo-podzolistykh supeschanykh pochv, udobrennykh osadkom stochnykh vod [Degree of self-purification of agrarian sod-podzolic sandy loam soils fertilized with sewage sludge] II Poch-vovedenie [Soil Science], 2017. No 4. P. 506-512. DOI: 10.7868/ S0032180X17040086.
7. PND Б 16.2.2.2.3.71-2011. Kolichestvennyy khimicheskiy
3/2020
33
analiz pochv. Metodika izmereniy massovykh doley metallov v osadkakh stochnykh vod, donnykh otlozheniyakh, obraztsakh rastitel'nogo proiskhozhdeniya spektral'nymi metodami. [Quantitative chemical analysis of soils. Methods of measuring mass fraction of metals in sewage sludge, sediments, samples of plant origin by spectral methods],
8. RD 52.18.191-89. Metodika vypolneniya izmereniy mass-ovoy doli kislotorastvorimykh form metallov (medi, svintsa, tsin-ka, nikelya, kalmiya) v probakh pochvy atomno-absorbtsionnym analizom. [Methods of measuring the mass fraction of acid-soluble forms of metals (copper, lead, zinc, nickel, calcium) in soil samples by atomic absorption analysis],
9. RD 52.18.289-90. Metodika vypolneniya izmereniy mass-ovoy doli podvizhnykh form metallov (medi, svintsa, tsinka, nikelya, kadmiya, kobal'ta, khroma, margantsa) v probakh pochvy atomno-absorbtsionnym analizom [Methods for measuring the mass fraction of mobile metal forms (copper, lead, zinc, nickel, cadmium, cobalt, chromium, manganese) in soil samples by atomic absorption analysis],
10. Rizhiya E.Ya., Buchkina N.R, Mukhina I.M., Belinets A.S., Balashov E.V. Vliyanie biouglya na svoystva obraztsov dernovo-podzolistoy supeschanoy pochvy s raznoy stepen'yu okul'turennosti (laboratornyy eksperiment) [Influence of biochar on the properties of samples of sod-podzolic sandy loam soil with different degree of cultivation (laboratory experiment)] // Poch-vovedenie [Soil Science], 2015. No 2. R 211-220. DOI: 10.7868/ S0032180X14120089.
11. Ryazanov S.S., Kulagina V.I., Grachev A.N., Solodnikova O.M., Sungatullina L.M. Vliyanie temperatury piroliza osadkov munitsipal'nykh stochnykh vod na formy tyazhelykh metallov (Cu, Ni, Pb) [Influence of pyrolysis temperature of municipal sewage sludge on heavy metal forms (Cu, Ni, Pb)] // Ekologich-eskie problemy razvitiya agrolandshaftov i sposoby povysheniya ikh produktivnosti [Environmental problems of agro-landscape development and ways to increase their productivity] / Sbornik statey po materialam Mezhdunarodnoi nauchoi ekologicheskoi konferencii. Krasnodar: KubGAU, 2018. S. 31-33.
12. Song X.D., Xue X.Y., Chen D.Z., He P.J., Dai X.H. Application of biochar from sewage sludge to plant cultivation: Influence of pyrolysis temperature and biochar-to-soil ratio on yield and heavy metal accumulation // Chemosphere. 2014. Vol. 109. P. 213-220. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.01.070.
13. ISO 11466:1995. Soil quality - Extraction of trace elements soluble in aqua regia.
14. Jin J., Li Y., Zhang J., Wu S., Cao Y., Liang P., Zhang J., Wong M.H., Wang M., Shan S., Christie P. Influence of pyrolysis
temperature on properties and environmental safety of heavy metals in biochars derived from municipal sewage sludge // Journal of hazardous materials. 2016. Vol. 320. P. 417-426. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2016.08.050.
15. Major J. Guidelines on Practical Aspects of Biochar Application to Field Soil in Various Soil Management Systems. International Biochar Initiative, 2010. 23 p.
16. Gunten K. von, Alam Md.S., Hubmann M., Ok Y. S., Kon-hauser K.O., Alessi D.S. Modified sequential extraction for biochar and petroleum coke: Metal release potential and its environmental implications // Bioresource Technology. 2017. Vol. 236. P. 106-110. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.03.162.
Ryazanov S.S., Grachev A.N., Kulagina V.I., Khayrullina A.M. Heavy metals content in plants after an application of different types of biochar into the grey forest soil.
The issue of sewage sludge disposal in Russian Federation is one of the most urgent problems of ensuring environmental safety of the territories. Their direct use as fertilizers leads to long-term contamination of soil with heavy metals and, as a result, agricultural products do not meet sanitary standards. Pyrolysis in the process of biochar production contributes to the transition of heavy metals to stable forms and is recognized as a promising way of sewage sludge disposal. The aim was to assess the impact of adding different doses of three types of biochar on the heavy metals content (Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, and Zn) in vegetative biomass of mustard and oat plants. The results showed that the addition of low-temperature biochar from sewage sludge into soil leads to a significant increase in the concentrations of Cu, Mn and Zn in mustard and oat, and the addition of high-temperature biochar - to an increased content of Mn. Birch biochar did not show any significant effect on metal content in the plants under test.
Keywords: biochar; soil; heavy metals; safety of agricultural products.
Информация об авторах
Рязанов Станислав Сергеевич, кандидат биологических наук, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Грачев Андрей Николаевич, доктор технических наук, профессор, Казанский национальный исследовательский технологический университет, 420015, Россия, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68, E-mail: [email protected].
Кулагина Валентина Ивановна, кандидат биологических наук, зав. лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Хайруллина Алина Маратовна, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Stanislav S. Ryazanov, Ph.D. in Biology, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Ta-tarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, Russia, 420087, E-mail: [email protected].
Andrey N. Grachev, D. Sei. in Technology, Professor, Kazan National Research Technological University, 68, Karl Marx st., Kazan, Russia, 420015, E-mail: [email protected].
Valentina I. Kulagina, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, Russia, 420087, E-mail: [email protected].
Alina M. Khayrullina, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, Russia, 420087, E-mail: [email protected].
3i РЮШШРШР1Ё1111
