Чували ли сте за биочар? За повечето градинари това е нов термин, за мен също. Попаднах на статия на английски за биовъглен Biochar, в която тази тор беше описана като чудо, превръщащо пустинята в градините на Едем. Заинтригува ме. Веднага започнах да търся изследвания за биочара с доказателства за неговата ефективност. Оказа се, че изследванията са малко, така че успях да прегледам буквално всички, свързани с подобряването на почвите (проучванията за борба с глобалното затопляне не съм включила в този обзор).
Какво е биочар?
Това е въглен, приготвен по специфичен начин, който се добавя в почвата за подобряване на плодородието. Въглен в земеделието традиционно се използва от местните народи в Западна Африка, а по някои непотвърдени данни — и в тропическите гори на Амазония. Съществува хипотеза, че биочар може значително да увеличи добива на земеделската почва и едновременно да намали количеството въглероден диоксид в атмосферата на планетата.
Как биочарът подобрява почвата?
Ако обобщим:
- Добавянето на биовъглерод подобрява физико-химичните свойства на почвата (повишаване на рН от 3,9 до 5,1, катионообменна способност от 7,41 до 10,8 cmol(+)kg−1, процентно съдържание на катиони от 6,40 до 26,0% и биомаса (МВС) от 835 до 1262 мг/кг-1).
- Увеличаване на средновзвешения диаметър (MWD) на почвените агрегати от 2,6 см до 4,0 см.
- Ерозията намалява с <50%. Данните са получени при добавяне на 5% биочар от общата маса на земята ( CATENA Soil Science , Китай, 2013).
Кристална структура на биовъглена
Има доказателства, че почвите, обогатени от доколумбови фермери в Амазония, все още са плодородни и съдържат до 35% от своя органичен въглерод под формата на биовъглен. Изкуствено обогатените почви с биовъглерод преди 2000 години задържат повече вода и са по-богати на хранителни вещества в лесно достъпна за растенията форма. Съставът на тора в черноземите terra preta на Амазония вероятно е бил следният: въглен + кости + тор (Повече за амазонските почви и техния доколумбов биочар може да прочетете тук ).
Биовъгленът е изключително порест материал, който се нарежда до перлита по ефективност в задържането на вода. Неговите пори се превръщат в здравословна среда за почвената биота и неговото добавяне може да бъде една от стъпките за “тераформиране”. Въглеродът в биочара е много стабилен и остава в почвата хиляди години, задържайки и освобождавайки микроелементи и минерали, като ги предоставя на корените на растенията с помощта на симбиотични бактерии. В региони с проливни дъждове това свойство на тора е безценно, наред с намаляването на ерозията и замърсяването на подземните води.
Как се произвежда биовъглен?
Организацията, която установява екологичните стандарти за биовъглена, International Biochar Initiative, описва процеса на неговото производство като “превръщане на селскостопанските отпадъци в подобрител за почвата”. Биочар може да се създаде естествено чрез пожари или изкуствено чрез пиролиза:
“Органичните отпадъци, като дървесни стърготини и клони — странични продукти от земеделието, се изгарят в безкислородни камери, като се образуват масло, синтетичен газ и твърд остатък, наподобяващ дървесен въглен. Това е много порест тип дървесен въглен, който действа като филтър за абсорбиране на вредни химикали и съединения, пропускащ полезни хранителни вещества.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Кратка история на биовъглена
Невъзможно е да не направим исторически екскурс. Въгленът винаги е бил вторият най-ефективен почвообразуващ елемент за земите на Западна Африка, редом с тора. Това става ясно след мащабни антропологически изследвания в Либерия и Гана върху почви на около 700 години ( 1 ).
“Африканските тъмни земи” се създавали изкуствено, чрез добавяне на кухненски отпадъци, кости, пепел и тор. Без тези съставки селското стопанство в повечето райони на Западна Африка би било невъзможно. Интересното е, че жителите на Амазония и Африка са открили въглена като тор напълно независимо — амазонските фермери го използвали преди 2500 години, а африканците — преди около 700 години. Възможно е, че черният цвят и структурата на биочара са действали според простата логика на древния човек — “да лекуваш подобното с подобно”…
Данни от научни изследвания за биовъглен
Полски изследвания на биовъглен в Австрия
Днес биовъгленът се разглежда като перспективна геоинженерна идея, затова мащабните изследвания са насочени главно към компенсация на емисиите на парникови газове чрез производство на биовъглен, както и към усъвършенстване на процеса на пиролиза при неговото производство: газът и маслата, които се отделят при изгарянето, могат фактически да се използват като гориво за поддържане на реакцията на пиролиза. Обаче все още липсват експерименти на ниво растително-почвени екосистеми, чиито обратни връзки не могат изцяло да се симулират в лабораторни условия. Ето защо почти всички данни са с доста спекулативен характер.
Привържениците на торовете акцентират предимно върху 2 основни предимства: способността на биовъглена да задържа въглерод в стабилна форма, предотвратявайки отделянето на CO2 от органичния материал в атмосферата, и възможността за обогатяване на почвата. Що се отнася до второто предимство, съществуват сравнително малко качествени полски изследвания. Въпреки това:
Безспорно е, че биовъгленът задържа вода, намалява киселинността на почвата, подобрява наличността на кислород и осигурява идеални условия за обитаване на почвените микроорганизми.
Почти липсват полски изследвания, изучаващи влиянието на биовъглена върху загубата на хранителни вещества.
Задържането на въглероден диоксид също е доказано. Производството на биовъглен изглежда намалява съдържанието на CO2 в атмосферата: когато растенията се разлагат, те отделят CO2, който впоследствие се абсорбира от други растения, като цикълът продължава. Биовъгленът стабилизира този разлагащ се материал и съпътстващия го CO2, като го консервира в почвата за стотици или дори хиляди години. Тази идея, предполагаемо с огромен потенциал за забавяне на глобалното затопляне, привлече значителен брой привърженици на биовъглена (а и противници, тъй като икономическият потенциал и „относителната полезност“ все още подлежат на доказване).
Всички полски изследвания имат твърде “размит” характер. За всеки тип почва и климатични условия е необходима индивидуална концентрация на въгленовия тор. В някои случаи той изобщо не е необходим. Химичният състав на биовъглена варира значително в зависимост от изходната суровина и условията на пиролиза. Увеличение на добива е отбелязано в непродуктивни за земеделие райони, при условие че се добавят пепел и органични добавки (!). Колкото по-плодородна е почвата, толкова по-скромни са резултатите. За да бъде биовъгленът ефективен, е необходимо добавяне на P, K, Ca и Mg чрез компост и оборски тор (почвите Terra Preta са създадени от обгорели органични остатъци, смесени с отпадъци от човешки селища).
Емпиричните данни са крайно недостатъчни. Ще дам пример с резултатите от няколко изследвания, които ми се сториха полезни. Биовъгленът е изследван върху оризови полета в Лаос през 2007 г.: подобрена е водопропускливостта на почвата, увеличен е добивът в условия на ниска достъпност на фосфор, но е намалена наличността на азот, което е довело до необходимост от допълнително внасяне на азотни торове ( 2 ).
Германските биохимици от Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry са публикували чудесен материал относно синергията между компост и биовъглен. В статията особено полезна е информацията за дълготрайността на черния тор - основната структура на материала е изключително устойчива на деградация (около 3000 години), което позволява да не се внася ежегодно, както други подобрители на почвата. Освен това се посочват разлики в качеството на биовъглените в зависимост от температурата на получаване и използваната суровина (биовъглен от треви, произведен при ниски температури 250-400°C, минерализира въглерод по-добре от този, произведен от твърда дървесина и при високи температури).
Източник на биовъглен – треви
Най-мащабният метаанализ на изследвания за биовъглен включва и предупреждение:
Повечето твърдения относно биовъглена са изключително оптимистични. Целенасочено се преувеличават потенциалните му предимства както за почвообразуването, така и за околната среда като цяло.
Презентация на TEDx от аерокосмически инженер в подкрепа на използването на биовъглен.
Обещания или стандарти?
За щастие, проблемите с глобалното внедряване на биовъглена не засягат пряко нас. За нас, като в Африка, би било достатъчно да увеличим плодородието на градинските почви. Но тук възникват проблеми. Все още не знаем:
- Какъв pH ще получим в крайна сметка;
- Химичните свойства на определени видове биовъглен в зависимост от суровината и начина на приготвяне;
- Върху кои почви е най-добре да се използва конкретен продукт;
- Колко стабилен е биовъгленът в почвата (има само теоретични и косвени данни);
- Дали производството на биовъглен нанася повече вреда на околната среда, отколкото осигурява ползи, и редица други подобни въпроси.
Все още не знаем какво е ДОБЪР биовъглен. Компании, които произвеждат биовъглен, вече са няколкостотин в целия свят, но стандарти все още няма. Именно поради това ни обещават буквално златни находища, а дозировките са написани, като се разчита единствено на фантазията и алчността на производителя. Все още не е разработена нито нормативна правна рамка, нито национални стандарти за биовъглена. За да бъдат разработени такива стандарти, те трябва да бъдат обосновани чрез нормални полеви и лабораторни изследвания, които за момента са много ограничени. Във всички публикувани изследвания учените настояват за по-нататъшно изучаване и уточняване на данните.
Въз основа на около 100 проби биовъглен, които се различават по суровина и процес на производство, бяха предложени следните прагови стойности за елементите: O/C <0.4 и H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Смесването на биовъглен директно с почвата, без добавяне на органични съставки, директно не се използва и няма смисъл, но производителите не посочват това върху опаковките си.
Изводи, формирани на базата на метаанализ, публикуван в научното списание Plos One от 2013 г.:
- Изучаването на биовъглена е все още много млада научна област, което се отразява в липсата на стандарти и неравномерното разпределение на изследванията по различни теми.
- Необходими са полеви изпитания за стабилността на тора в зависимост от климата, състава на почвите и метода на производство на въглена.
- Все още не знаем как производството, транспортирането и прилагането на биовъглена влияят на екосистемата като цяло.
- Оптимистичните твърдения за ползите от биовъглена за околната среда рязко контрастират с ограниченото количество изследвания на неговото поведение и въздействие.
- Липсват достатъчно емпирични данни, които да потвърдят, че добавянето на биовъглерод към почвата значително смекчава климатичните промени или носи цялостни екологични ползи, оценени по пълен набор от показатели.
Недостатъци на биовъглена, подчертани от проф. Johan Six, Федералния технически институт в Цюрих:
- В някои случаи добивите могат да се понижат, поради абсорбиращите свойства на биовъглена спрямо водата и хранителните вещества, което намалява тяхната достъпност за селскостопанските култури. Показано е също, че биовъгленът забавя покълването.
- Абсорбирането на пестициди и хербициди от биовъглена може да намали тяхната ефективност.
- Някои видове биовъглен могат да се окажат източник на замърсители като тежки метали, летливи органични съединения, полициклични ароматни въглеводороди и разтворен органичен въглерод.
- Премахването на растителни остатъци като стъбла, листа и шушулки, които могат да се използват за производството на биовъглен, може да влоши общото състояние на почвата, като намали количеството на почвените микроорганизми и наруши цикъла на вътрешните хранителни вещества.
- Увеличаването на капацитета на катионния обмен зависи от състава на почвата: то е минимално в почви с високо съдържание на глина или органични вещества. За стандартни видове почва използването на биовъглерод няма голям смисъл.
- В почви с високо pH (алкални) повишаването на pH е нежелателно, тъй като земеделските култури издържат на много тесен диапазон от pH стойности в почвата.
Не изпитвам никакви лични предубеждения към биовъглена. С малко усилия той може да се произведе и в задния двор:
Допълнителна литература
Чрез линковете по-долу можете да се запознаете с оригиналните научни трудове, където присъстват пълните дизайни на изследванията с графики, изчисления и изводи.
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.
Най-нов обзор от 2018 г.: Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
