Hnojivo z biocharu: je jeho účinnost prokázána?

Slyšeli jste někdy o biocharu? Pro většinu zahradníků je to nový pojem, pro mě nevyjímaje. Narazila jsem na anglický článek o biocharu, kde byl popsán jako zázračné hnojivo, které přemění poušť v zahrady Edenu. Zaujalo mě to. Hned jsem začala hledat výzkumy o biocharu, které by prokazovaly jeho účinnost. Výzkumů nebylo příliš mnoho, takže jsem měla možnost přehlédnout téměř všechny, které se týkají zlepšení půdy (problematiku související s globálním oteplováním jsem do tohoto přehledu nezahrnula).

Co je to biochar?

Jedná se o speciálně připravené dřevěné uhlí, které se přidává do půdy za účelem zvýšení její úrodnosti. Uhlí v zemědělství tradičně používají domorodé národy západní Afriky a podle některých nepřímých důkazů i v tropických deštných lesích Amazonie. Existuje hypotéza, že biochar může významně zvýšit úrodnost půdy a zároveň snížit množství oxidu uhličitého v atmosféře planety.

Jak biochar zlepšuje půdu?

Stručně:

Přidání biocharu zlepšuje fyzikálně-chemické vlastnosti půdy (zvýšení pH z 3,9 na 5,1, kationtové výměnné kapacity z 7,41 na 10,8 cmol(+)kg−1, procentuální obsah kationtů z 6,40 na 26,0 % a biomasy (MBC) z 835 na 1262 mg/kg-1).
Zvýšení průměrného váženého průměru (MWD) půdních agregátů z 2,6 cm na 4,0 cm;
Rychlost eroze je snížena o <50 %. Data byla získána při aplikaci 5 % biocharu z celkové hmotnosti půdy ( CATENA Soil Science , Čína, 2013).

Krystalická mřížka biocharu

Existují důkazy, že půdy zlepšené již předkolumbovými farmáři v Amazonii jsou dodnes úrodné a obsahují až 35 % svého organického uhlíku ve formě biocharu. Uměle obohacené půdy biocharěm staré 2000 let obsahují více vody i živin ve snadno dostupné formě pro rostliny. Složení hnojiva v tzv. amazonských černozemích terra preta bylo pravděpodobně následující: uhlí + kosti + hnůj (podrobněji o amazonských půdách a jejich předkolumbovém biocharu se můžete dočíst zde ).

Biochar je superporézní materiál, který může být díky své schopnosti zadržovat vodu srovnatelný s perlitem. Jeho póry se stávají zdravým prostředím pro půdní biotu a jeho aplikace může být jedním z kroků tzv. „terraformování“. Uhlík v biocharu je velmi stabilní a zůstává v půdě tisíce let, přičemž váže a zadržuje mikroprvky a minerály, dokud je neodevzdá kořenům rostlin prostřednictvím symbiotických bakterií. V oblastech s hustými dešti je toto vlastnost hnojiva neocenitelná, a to spolu s omezením eroze a znečištění podzemních vod.

Jak se biochar vyrábí?

Organizace, která zajišťuje ekologické standardy pro biochar, International Biochar Initiative, nazývá proces jeho výroby „přeměnou zemědělských odpadů na půdní kondicionér“. Biochar vzniká také přirozenými požáry nebo umělě pyrolytickým procesem:

„Organický odpad, jako jsou větve a štěpka, vedlejší produkty zemědělství, jsou spalovány v bezkyslíkových komorách, čímž vzniká olej, syntetický plyn a pevný zbytek připomínající dřevěné uhlí. Vysoce porézní druh dřevěného uhlí, který funguje jako filtr pro pohlcování škodlivých chemických látek a sloučenin a zároveň propouští užitečné živiny.“ The Yale School of Forestry & Environmental Studies

Stručná historie biocharu

Bez historického kontextu se nelze obejít. Uhlí bylo vždy druhým nejefektivnějším prvkem při formování půdy v západní Africe, hned po hnoji. Toto bylo zjištěno po rozsáhlých antropologických výzkumech v Libérii a Ghaně na půdách starých sedm století ( 1 ).

„Afričtí černí země“ byly uměle vytvořené přidáváním kuchyňského odpadu, kostí, popela a hnoje. Bez těchto složek by zemědělství ve většině oblastí západní Afriky nebylo možné. Zajímavé je, že obyvatelé Amazonie i Afriky objevili uhlí jako hnojivo naprosto nezávisle – amazonské farmáři jej začali používat již před 2500 lety, Afričané asi před 700 lety. Pravděpodobně černá barva a struktura biocharu odpovídaly jednoduché logice starověkého člověka – „léčit podobné podobným“…

Data z vědeckých výzkumů o biocharu

Polní výzkumy biocharu v Rakousku

Biochar je dnes považován za perspektivní geo-inženýrskou myšlenku, proto jsou rozsáhlé výzkumy zaměřeny především na kompenzaci emisí skleníkových plynů prostřednictvím výroby biocharu a také na zdokonalování pyrolytického procesu při jeho výrobě: plyn a oleje uvolněné při spalování mohou být ve skutečnosti použity jako palivo pro zahájení pyrolýzní reakce. Stále však chybí experimenty na úrovni rostlinně-půdních ekosystémů, kde zpětné vazby nelze plně simulovat v laboratorních podmínkách. Proto jsou téměř všechna data spíše spekulativního charakteru.

Stoupenci hnojiva zdůrazňují zejména 2 hlavní výhody: schopnost uchovávat uhlík ve stabilní formě, čímž se brání uvolňování CO2 z organických látek do atmosféry, a obohacování půdy. O druhé výhodě však existuje méně pozitivních polních výzkumů. Přesto:

není zpochybňováno, že biochar zadržuje vodu, snižuje kyselost půdy, zlepšuje přístup kyslíku a poskytuje ideální prostředí pro půdní mikroorganismy.

Téměř chybí polní výzkumy, které by zkoumaly vliv biocharu na ztrátu živin.

Uchovávání oxidu uhličitého bylo rovněž prokázáno. Zdá se, že výroba biocharu snižuje obsah CO2 v atmosféře: když se rostliny rozkládají, uvolňují CO2, který je nakonec absorbován jinými rostlinami, a cyklus pokračuje. Uhlí stabilizuje toto rozkládající se organické materiály a doprovázející CO2, přičemž je uchovává v půdě po stovky až tisíce let. Tato myšlenka, která má podle odhadů velký potenciál přispět ke zpomalení globálního oteplování, přitáhla značný počet stoupenců biocharu (a rovněž odpůrců, protože ekonomický potenciál a „relativní užitečnost“ je stále třeba prokázat).

Závěry všech polních výzkumů jsou příliš „nejasné“. Pro každý typ půdy a klimatických podmínek je nutné určit konkrétní koncentraci uhlíkového hnojiva. V některých případech dokonce není vůbec potřeba. Chemické složení se výrazně liší v závislosti na původním materiálu a podmínkách pyrolýzy. Zvýšení výnosnosti bylo zaznamenáno na neúrodných zemědělských půdách za předpokladu použití popela a organických přísad (!). Čím kvalitnější je půda, tím skromnější jsou výsledky. Aby biochar fungoval, je nutné přidávat P, K, Ca a Mg, prostřednictvím kompostu a hnoje (půdy Terra Preta byly vytvořeny z uhlíkových zbytků smíchaných s odpady lidských osad).

Empirických dat je kriticky málo. Uvedu několik výsledků polních studií, které mi přišly užitečné. Biochar byl zkoumán na rýžových polích v Laosu v roce 2007: zlepšila se propustnost půdy pro vodu, zvýšila se výnosnost v podmínkách nízké dostupnosti fosforu, avšak snížila se dostupnost dusíku, což vedlo k potřebě dodatečně aplikovat dusíkatá hnojiva ( 2 ).

Němečtí biochemici z Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry publikovali skvělý článek o synergii kompostu a biocharu. Článek je zvláště užitečný pro informace o dlouhověkosti černého hnojiva – základní struktura materiálu je vysoce odolná vůči degradaci (asi 3000 let), což znamená, že není třeba jej každoročně aplikovat na půdu, jako je tomu u jiných půdních zlepšováků. Upozorňuje také na rozdíly v kvalitě biocharů v závislosti na výrobní teplotě a na původním materiálu (biochar z trávy vyprodukovaný při nízkých teplotách 250–400 °C lépe mineralizuje uhlík než biochar z tvrdých dřevin a vysokoteplotní úpravy).

Zdroj biocharu - trávy

Největší metaanalýza studií o biocharu obsahuje varování:

Většina tvrzení o biocharu je příliš optimistická. Potenciální přínosy hnojiva pro tvorbu půdy a životní prostředí jako celek jsou záměrně nadhodnoceny.

Přednáška na TEDx leteckého a kosmického inženýra, který propaguje použití biocharu.

Sliby nebo standardy?

Naštěstí se nás problémy globálního zavádění biocharu netýkají. Naším cílem by mohlo být, podobně jako v Africe, jednoduše zvýšit úrodnost zahradních půd. Už v této fázi však vznikají problémy. Zatím nevíme:

Jaké pH nakonec získáme;
Chemické vlastnosti jednotlivých typů biocharu v závislosti na surovině a způsobu výroby;
Na jakých půdách je nejlepší použít konkrétní produkt;
Jak stabilní je v půdě (máme pouze teoretická a nepřímá data);
Zda výroba biocharu nezpůsobuje větší škody pro životní prostředí než potenciální přínosy, a i řadu dalších otázek.

Zatím nevíme, co je to DOBRÝ biochar. Společností vyrábějících biouhel dnes existují po celém světě stovky, avšak standardy pro tuto oblast zatím chybí. Proto nám výrobci slibují doslova zlaté hory a dávkování si určují pouze podle vlastní představivosti a chamtivosti. Zatím nebyla vytvořena ani právní norma, ani standardy (například GOST) pro biouhel. Aby mohly být takové standardy vypracovány, je potřeba je podložit seriózním terénním a laboratorním výzkumem, kterého je zatím velmi málo. V publikovaných studiích sami vědci důrazně doporučují pokračování v dalším výzkumu a v upřesňování údajů.

Na základě přibližně 100 vzorků biouhlu, které se liší podle použité suroviny a výrobního procesu, byly navrženy následující hraniční hodnoty prvků: O/C <0,4 a H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Směs biouhlu přímo s půdou, bez přidání organických doplňků, se nepoužívá a nemá smysl, avšak o tom výrobci na baleních biouhlu nepíší.

Závěry formulované na základě metaanalýzy vědeckého časopisu Plos One z roku 2013:

Výzkum biouhlu je stále velmi mladá oblast, což se odráží v absenci standardů a nerovnoměrném rozdělení výzkumu podle tematických oblastí.
Jsou zapotřebí terénní zkoušky, aby byla zajištěna stabilita hnojení v závislosti na klimatu, složení půdy a způsobu výroby uhlí.
Dosud nevíme, jak výroba, přeprava a využití biouhlu ovlivňují ekosystém jako celek.
Optimistická tvrzení o přínosech biouhlu pro životní prostředí ostře kontrastují s omezeným množstvím výzkumů jeho chování a dopadů.
Neexistuje dostatek empirických dat potvrzujících tvrzení, že aplikace biouhlu na půdu významně zmírňuje změny klimatu nebo přináší celkové přínosy pro životní prostředí při hodnocení všech parametrů.

Nevýhody biouhlu, jak je uvedl prof. Johan Six ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu:

V některých případech může dojít ke snížení výnosu plodin, a to kvůli sorpci vody a živin biouhlem, což snižuje jejich dostupnost pro zemědělské plodiny. Rovněž bylo prokázáno, že biouhel zpomaluje klíčení semen.
Absorpce pesticidů a herbicidů může snížit jejich účinnost.
Některé biouhly mohou fungovat jako zdroj kontaminace, například těžkými kovy, těkavými organickými sloučeninami, polycyklickými aromatickými uhlovodíky a rozpuštěným organickým uhlíkem.
Odstranění rostlinných zbytků, jako jsou stonky, listy a semenné tobolky, které se používají k výrobě biouhlu, může zhoršit celkový stav půdy, snížit množství půdních mikroorganismů a narušit koloběh vnitřních živin.
Zvýšení kationtové výměnné kapacity závisí na složení půdy: v půdách s vysokým obsahem jílu nebo organických látek je toto zvýšení minimální. Pro běžné půdy nemá použití biouhlu velký význam.
V půdách s vysokým pH (zásaditých) není zvýšení pH žádoucí, protože zemědělské plodiny tolerují pouze určitý rozsah pH půdy.

Nemám žádné osobní předsudky vůči biouhlu. Chcete-li, můžete si ho vytvořit přímo na svém dvorku: