Het jy al ooit gehoor van biochar? Vir die meeste tuiniers is dit ’n nuwe term, ook vir my. Ek het afgekom op ’n Engelstalige artikel oor biohoutskool (Biochar) waarin hierdie bemesting beskryf is as ’n wondermiddel wat ’n woestyn in die Tuin van Eden kan omskep. Dit het my aandag getrek. Ek het dadelik begin soek na navorsing oor biochar wat die doeltreffendheid daarvan bewys. Daar is nie baie studies beskikbaar nie, en ek kon amper al die relevante navorsing oor grondverbetering deurkyk (ek het nie studies ingesluit oor hoe biochar die gevolge van klimaatsverandering help beperk nie).
Wat is biochar?
Biochar is houtskool wat op ’n spesiale manier voorberei word en wat by grond gevoeg word om vrugbaarheid te verbeter. Houtskool is tradisioneel deur inheemse mense in Wes-Afrika gebruik in landbou, en volgens sommige onbewese bewerings, ook in die reënwoude van die Amasone. Daar is ’n hipotese dat biochar grond se opbrengs aansienlik kan verhoog en terselfdertyd die hoeveelheid koolstofdioksied in die atmosfeer van die planeet kan verminder.
Hoe verbeter biochar grond?
In kort:
- Die byvoeging van biohoutskool verbeter die fisies-chemiese eienskappe van die grond (verhoging van pH van 3,9 na 5,1, kation-uitruilkapasiteit van 7,41 na 10,8 cmol(+)kg−1, die persentasie katione van 6,40 na 26,0%, en mikrobiologiese biomassa (MBC) van 835 na 1262 mg/kg−1).
- Verhoging van die gemiddeld geweegde diameter (MWD) van grondaggregaatdeeltjies van 2,6 cm tot 4,0 cm.
- Die tempo van erosie word verminder met <50%. Hierdie data is verkry deur 5% biochar van die totale grondmassa toe te dien ( CATENA Soil Science , China, 2013).
Kristalrooster van biohoutskool
Daar is bewyse dat gronde wat deur pre-Columbiese boere in die Amasone verbeter is, steeds vrugbaar is en tot 35% van hul organiese koolstof in biohoutskoolvorm bevat. Gronde wat 2 000 jaar gelede kunsmatig verryk is met biohoutskool hou meer water en voedingstowwe in ’n maklik toeganklike vorm vir plante. Die samestelling van bemesting in die Amasone se terra preta (swart aarde) was vermoedelik: houtskool + bene + mis (Lees meer oor die Amasone se gronde en hul historiese biochar-verrykende praktyke hier ).
Biohoutskool is ’n super-poreuse materiaal, soortgelyk aan perliet in sy vermoë om water vas te hou. Die porieë vorm ’n gesonde habitat vir grondmikro-organismes, en die toepassing daarvan kan deel wees van ’n “terreinvormingsprojek”. Die koolstof in biochar is uiters stabiel en bly vir duisende jare in die grond, waar dit mikro-elemente en minerale vasvang en dit vrylaat aan plantwortels met behulp van simbiotiese bakterieë. In gebiede met swaar reënval is hierdie eienskap van biochar onontbeerlik, tesame met die vermoë om erosie en besoedeling van grondwater te voorkom.
Hoe word biohoutskool vervaardig?
Die organisasie wat ekologiese standaarde vir biochar definieer, die International Biochar Initiative, beskryf die produksieproses as “die omskakeling van landbou-afval in ’n grondverbeteringsmiddel.” Biochar ontstaan ook in natuurlike brande of deur kunsmatige pirolise:
“Organiese afval, soos houtskyfies en takke, byprodukte van landbou, word in suurstofvrye kamers verbrand om olie, sintetiese gas en ’n vaste residu wat soos houtskool lyk, te vorm. Hierdie hoogs poreuse koolstof werk as ’n filter om skadelike chemiese elemente te absorbeer en laat bruikbare voedingstowwe deur.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Kort geskiedenis van biohoutskool
’n Bietjie geskiedenis is onvermydelik. Houtskool was vir Wes-Afrikaanse grond al lank die tweede mees effektiewe grondvormende element, saam met mis. Dit is vasgestel deur omvangryke antropologiese studies op 700-jarige grond in Liberië en Ghana ( 1 ).
Die sogenaamde “Afrikaanse donker gronde” is kunsmatig geskep deur kombuisafval, bene, as en mis by die grond te voeg. Sonder hierdie bestanddele sou landbou in die meeste Wes-Afrikaanse streke onmoontlik wees. Dit is interessant dat mense in die Amasone en Afrika onafhanklik van mekaar ontdek het dat koolstof as bemesting gebruik kan word – Amasone-boere het dit reeds 2 500 jaar gelede gebruik, terwyl Afrikane daarmee begin het sowat 700 jaar gelede. Miskien was die swart kleur en poreuse struktuur van biochar vir antieke mense ’n eenvoudige logiese inspirasie: “genees soos met soos”…
Data van Wetenskaplike Navorsing oor Biochar
Veldstudies oor biochar in Oostenryk
Biochar word tans beskou as ’n belowende geo-ingenieurswese-idee, vandaar dat grootskaalse navorsing hoofsaaklik gerig is op die vermindering van kweekhuisgasvrystellings deur die produksie van biochar, sowel as die verbetering van die pirolise-proses tydens die vervaardiging daarvan. Die gasse en olies wat tydens die verbranding uitgestoot word, kan in werklikheid as brandstof gebruik word om die pirolise-reaksie aan te dryf. Daar is egter steeds ’n tekort aan eksperimente op die vlak van plante-grond-ekosisteme, wat interaksies het wat nie ten volle in ’n laboratorium nageboots kan word nie. Derhalwe is byna al die data redelik spekulatief van aard.
Voorstanders van biochar as bemesting wys hoofsaaklik op twee voordele: die vermoë om koolstof in ’n stabiele vorm te stoor, wat voorkom dat CO2 uit organiese materiaal in die atmosfeer uitgestraal word, en die verryking van grond. Daar is egter nie so baie goeie veldstudies wat met laasgenoemde voordeel verband hou nie. Nietemin:
dis nie te betwis dat biochar water behou, die suurheid van die grond verminder, die beskikbaarheid van suurstof verbeter en ideale toestande skep vir die oorlewing van grondmikroörganismes nie.
Daar is bykans geen veldstudies wat die invloed van biochar op die verlies van voedingstowwe ondersoek nie.
Die vaslegging van koolstofdioksied is ook bewys. Die produksie van biochar blyk die hoeveelheid CO2 in die atmosfeer te verminder: wanneer plante ontbind, stel hulle CO2 vry, wat uiteindelik deur ander plante opgeneem word sodat die siklus voortduur. Biochar stabiliseer hierdie ontbindende stof en die gepaardgaande CO2 en stoor dit in die grond vir honderde of selfs duisende jare. Hierdie potensieel kragtige idee, wat kan help om globale verwarming te vertraag, het ’n indrukwekkende groep ondersteuners vir biochar gelok (maar ook teenstanders, aangesien die ekonomiese potensiaal en relatiewe voordele nog bewys moet word).
Alle veldstudies bied aansienlik “vaag” resultate. Vir elke soort grond en klimaattoestande is ’n spesifieke konsentrasie van hierdie koolstofbemesting nodig. In sommige gevalle is dit glad nie nodig nie. Die chemiese samestelling van biochar wissel wyd, afhangend van die oorspronklike materiaal en die pirolisetoestande. Hoër opbrengste is waargeneem op grond wat ongeskik is vir landbou, mits as en organiese toevoegings bygevoeg word (!). Hoe beter die grond, hoe minder opvallend is die resultate. Vir biochar om effektief te wees, is dit noodsaaklik om P, K, Ca, en Mg deur kompos en mis toe te voeg (die Terra Preta-gronde is geskep uit verkoolde reste gemeng met afval van menslike nedersettings).
Empiriese data is skandalig skraps. Hier is ’n paar veldstudies waarvan die resultate vir my nuttig gelyk het. Biochar is in 2007 op ryslande in Laos bestudeer: dit het die grond se waterdeurlaatbaarheid verbeter en die opbrengs verhoog in toestande van lae fosforbeskikbaarheid, maar het die beskikbaarheid van stikstof verminder, wat ’n behoefte aan bykomende stikstofbemesting tot gevolg gehad het ( 2 ).
’n Uitstekende publikasie oor die sinergie tussen kompos en biochar is beskikbaar van Duitse biochemici van die Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . Die artikel is veral nuttig wat betref die duursaamheid van biochar—die basiese struktuur van die materiaal is baie bestand teen degradasie (ongeveer 3000 jaar), wat beteken dat dit nie jaarliks toegepas hoef te word soos ander grondverbeteraars nie. Daar word ook gewys op verskille in die gehalte van biochar, afhangend van die temperatuur waarteen dit vervaardig word en die oorspronklike materiaal (biochar vervaardig uit grasse by lae temperature van 250-400°C mineraliseer koolstof beter as dié uit harde houtsoorte en hoë-temperatuurverwerking).
Bron van biochar - grasse
Die mees omvattende meta-analise oor biochar-navorsing sluit ’n waarskuwing in:
Die meeste bewerings oor biochar is oordrewe. Die potensiële voordele van die bemesting vir grondvorming sowel as die omgewing word doelbewus opgehemel.
Toespraak tydens TEDx deur ’n lugvaart-ingenieur wat die gebruik van biochar bevorder.
Belofte of Standaarde?
Gelukkig raak die globale implementeringsprobleme van biochar ons nie direk nie. Soos in Afrika, hoef ons net die vrugbaarheid van tuinbougrond te verbeter. Maar selfs op hierdie stadium is daar probleme. Ons weet nog nie:
- Watter pH-uitkomstes behaal sal word;
- Die chemiese eienskappe van verskillende soorte biochar afhanklik van oorsprongsmateriaal en vervaardigingsmetodes;
- Watter soorte grond die spesifieke produk die beste ondersteun;
- Hoe stabiel biochar in grond is (slegs teoretiese en indirekte data bestaan);
- Of die produksie van biochar meer skade aan die omgewing veroorsaak as wat dit voordele bied, en nog baie ander soortgelyke vrae.
Ons weet nog nie wat GOEIE biochar is nie. Daar is reeds honderde maatskappye wêreldwyd wat biochar produseer, maar standaarde bestaan steeds nie. Om hierdie rede word daar letterlik goue berge belowe, en doserings word gegee wat slegs deur die verbeelding en hebsug van vervaardigers beperk word. Tot op hede is daar geen regulatoriese raamwerk of standaarde vir biochar ontwikkel nie. Om sulke standaarde te ontwikkel, is behoorlike veld- en laboratoriumstudies nodig, maar daar is nog baie min daarvan, en in al die gepubliseerde studies beklemtoon navorsers die behoefte aan verdere ondersoek en data-verfyning.
Op grond van ongeveer 100 monsters biochar, wat wissel in rou materiaal en produksieproses, is die volgende drempelwaardes vir elemente voorgestel: O/C <0,4 en H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Direkte vermenging van biochar met grond, sonder die byvoeging van organiese bymiddels, word nie toegepas nie en het geen sin nie, maar vervaardigers meld dit nie op hul verpakking nie.
Gevolgtrekkings gebaseer op ’n meta-analise in die wetenskaplike tydskrif Plos One (2013):
- Die studie van biochar is steeds ’n baie jong navorsingsveld, soos weerspieël in die gebrek aan standaarde en die ongelyke verspreiding van navorsing oor verskillende tematiese fokusareas.
- Veldtoetse is nodig om die stabiliteit van bemesting afhangende van klimaat, grondsamestelling en die metode van houtskoolproduksie te bepaal.
- Ons weet steeds nie hoe die produksie, vervoer en toepassing van biochar die ekosisteem as ’n geheel beïnvloed nie.
- Optimistiese stellings oor die voordele van biochar vir die omgewing staan in skerp kontras met die beperkte aantal studies oor die gedrag en impak daarvan.
- Daar is nie genoeg empiriese data wat die bewerings ondersteun dat die toevoeging van biochar tot grond klimaatsverandering beduidend versag of algehele ekologiese voordele bied as dit teen ’n volledige stel kriteria beoordeel word nie.
Nadele van biochar, geopper deur prof. Johan Six van die Switserse Federale Instituut vir Tegnologie in Zürich:
- In sommige gevalle kan opbrengste verminder weens die sorpsie van water en voedingstowwe deur biochar, wat die beskikbaarheid van hierdie hulpbronne vir gewasse beperk. Dit is ook bewys dat biochar ontkieming vertraag.
- Die absorpsie van plaagdoders en onkruiddoders kan hul doeltreffendheid verminder.
- Sommige soorte biochar kan bronne van besoedeling wees, soos swaar metale, vlugtige organiese verbindings, polikloniese aromatiese koolwaterstowwe, en opgeloste organiese koolstof.
- Die verwydering van plantreste, soos stingels, blare en saadpeule, wat vir biochar-produksie gebruik word, kan die algemene toestand van die grond verswak deur die hoeveelheid grondmikroörganismes te verminder en die herwinning van interne voedingstowwe te ontwrig.
- ’n Toename in katioonuitruilkapasiteit hang af van die samestelling van die grond: dit is minimaal in gronde met ’n hoë klei- of organiese inhoud. Vir gewone grond het die toepassing van biochar min sin.
- In gronde met ’n hoë pH-waarde (alkalies) is ’n verdere verhoging in pH ongewens, aangesien landbougewasse slegs ’n sekere pH-reeks van grond kan verdra.
Ek het geen persoonlike vooroordele teenoor biochar nie. Indien verkies, kan dit in jou agterplaas geskep word:
Bykomende Literatuur
Onder die volgende skakels kan jy die oorspronklike wetenskaplike studies raadpleeg wat volledige navorsingsontwerpe met grafieke, berekeninge en gevolgtrekkings bevat.
Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: An Alfisol and an Andisol . Geoderma Volumes 209–210, November 2013, Pages 188-197.
Recent developments in biochar as an effective tool for agricultural soil management: a review . Journal of the Science of Food and Agriculture, 96(15), 4840–4849.
’n Resensie uit 2018: Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
