דשן בעיוח: האם הוכחה היעילות?

שמעתם פעם על בעיוח? עבור רוב הגננים זהו מונח חדש, ואני ביניהם. נתקלתי במאמר באנגלית על בעיוח Biochar, שבו הדשן הזה תואר כפלא, הממיר מדבר לגן עדן. זה משך אותי. מיהרתי לחפש מחקרים על בעיוח עם הוכחות ליעילותו. התברר שאין הרבה מחקרים, ולכן יכולתי לעבור כמעט על כל מה שקשור לשיפור הקרקעות (לא כללתי סקירה על מאבק בעיוח עם תוצאות ההתחממות הגלובלית).

מהו בעיוח?

זהו פחם מעץ שמוכן באופן מיוחד, שמוסיפים לאדמה כדי לשפר את פוריותה. פחם בשיטות חקלאיות נמצא בשימוש על ידי עמים ילידים במערב אפריקה ומעל כמה נתונים לא אמינים, גם ביערות הגשם של האמזונס. ישנה השערה שברקע בעיוח יש יכולת להעלות את התפוקה של הקרקעות ולצמצם את כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה של כדור הארץ.

כיצד בעיוח משפר את הקרקע?

בקצרה:

• הוספת פחם ביולוגי משפרת את התכונות הפיזיקליות-כימיות של האדמה (עליית pH מ-3.9 ל-5.1, קיבולת חילופי קטיונים מ-7.41 ל-10.8 cmol(+)kg−1, אחוז הקטיונים מ-6.40 ל-26.0%, וביומסה (MVS) מ-835 ל-1262 mg/kg);
• עלייה בממוצע קוטר האגרגטים של האדמה (MWD) מ-2.6 ס"מ ל-4.0 ס"מ);
• מהירות הסחף מופחתת ב-<50%. הנתונים התקבלו כאשר הוסיפו 5% בעיוח מתוך המסה הכללית של האדמה ( CATENA Soil Science , סין, 2013)

רשת קריסטלית של בעיוח

יש עדויות לכך שהקרקעות ששופר עדיין על ידי חקלאים לפני קולומבוס באמזוניה עדיין פוריות ומכילות עד 35% מהפחמן האורגני שלהן בצורה של בעיוח. קרקעות שהופרדו בעיוח לפני 2000 שנה מכילות יותר מים ומזינים בצורה נוחה לצמחייה. הרכב הדשן בשחורים של אמזונס terra preta היה ככל הנראה: פחם+עצמות+זבל (על קרקעות האמזונס וביוח שלהם לפני קולומבוס ניתן ללמוד יותר כאן ).

בעיוח הוא חומר בעל צפיפות גבוהה מאד, שניתן לשים אותו באותו קו עם פרלייט ביעילות שימור המים. חריציו מהווים סביבה בריאה עבור ביוטה של האדמה, והוספתו יכולה להיות אחת מהשלבים של “טראפורמציה”. הפחמן בבעיוח מאוד יציב ונשאר באדמה במשך אלפי שנים, קושר ומחזיק במיקרו-אלמנטים ומינרלים, עד שיחזיר אותם לשורשי הצמחים בעזרת חיידקים סימביוטיים. באזורים עם גשמים שוטפים, תכונה זו היא נכס יקר לדשנים, לצד מניעת סחף וזיהום מי תהום.

כיצד מיוצר בעיוח?

הארגון שמספק תקנים סביבתיים לבעיוח International Biochar Initiative, מכנה את תהליך יצורו “הפיכת פסולת חקלאית למגביר קרקע”. בעיוח נוצר גם כתוצאה מאש טבעית, או מפירוליזה שנוצרה באופן מלאכותי:

“פסולת אורגנית, כמו שברים וענפים, תוצרי משנה חקלאיים, נשרפים בחדרים ללא חמצן, מה שמייצר שמן, גז סינתטי ושרידים מוצקים, הדומים לפחם. סוג הפחם הבעל פורים גבוהים, פועל כמו מסנן לספיגת כימיקלים מזיקים ומקשרים, ומאפשר חומרים מזינים מועילים.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies

היסטורית בעיוח בקצרה

בלי סיור בהיסטוריה לא ניתן לעבור. פחם עבור אדמות מערב אפריקה תמיד היה מרכיב יעיל שני ביצירת האדמה, לצד זבל. זה התברר לאחר מחקרים אנתרופולוגיים רחבים בליבריה ובגאנה באדמה בת 700 השנים ( 1 ).

“אדמות אפריקאיות כהות” נוצרו באופן מלאכותי על ידי הוספת שאריות מזון, עצמות, אפר וזבל. ללא מרכיבים אלו, חקלאות ברוב האזורים של מערב אפריקה הייתה בלתי אפשרית. מעניין, תושבי האמזונס ואפריקה גילו את הפחם כדשן לחלוטין באופן עצמאי - חקלאים באמזונס כבר השתמשו בו באדמה לפני 2500 שנה, ואפריקאים בערך לפני 700 שנה. ייתכן שהצבע השחור ומבנה בעיוח עבדו לפי הלוגיקה הפשוטה של האדם הקדמון - “לטפל בדומה לדומה”…

נתוני מחקר מדעי על ביואגל

מחקרי שדה על ביואגל באוסטריה

כיום ביואגל נחשב לרעיון גיאו-מהנדסי מבטיח, לכן מחקרים בקנה מידה גדול קשורים יותר לפיצוי על פליטת גזי חממה באמצעות ייצור ביואגל, ולשיפור תהליך הפירוליזה במהלך ייצורו: הגזים והשמנים המשתחררים בעת השרפה יכולים לשמש למעשה כדלק לפתיחת תגובת הפירוליזה. אך עדיין חסרים ניסויים ברמת אקוסיסטמות צמחים-קרקע, שהמשוב בהן לא ניתן לדמות במלואו במעבדה. לכן כמעט כל הנתונים נושאים אופי ספקולטיבי למדי.

תומכי הדשן מצביעים בעיקר על שני יתרונות: היכולת לאחסן פחמן בצורה יציבה, מה שמונע את שחרור ה-CO2 מהאורגני לאטמוספירה, והעשרת הקרקע. עם זאת, על היתרון השני לא קיימים כל כך הרבה מחקרי שדה טובים. עם זאת:

אין עוררין על כך שביואגל שומר על מים, מפחית את חומציות הקרקע, משפר את זמינות החמצן ומספק תנאים אידיאליים למחיה של מיקרואורגניזמים קרקעיים.

כמעט ואין מחקרי שדה החוקרים את השפעת הביואגל על אובדן חומרים מזינים.

גם שמירת דו-חמצן הפחמן הוכחה. ייצור ביואגל, ככל הנראה, מפחית את רמת ה-CO2 באטמוספירה: כאשר צמחים מתכלים, הם משחררים CO2, אשר בסופו של דבר נספג על ידי צמחים אחרים, והמחזור נמשך. הפחם מ stabilizes את החומר המתכלה הזה ואת ה-CO2 המשתלשל ממנו ושומר אותו באדמה במשך מאות או אפילו אלפי שנים. הרעיון הזה, שביכולתו הפוטנציאלית העצומה להאט את ההתחממות הגלובלית, משך מספר מרשים של תומכי ביואגל (וגם מתנגדים, שכן הפוטנציאל הכלכלי וה"יתרון היחסי" עדיין צריכים להיבדק).

כל מחקרי השדה מכילים מסקנות “מאוד מעורפלות”. לכל סוגי הקרקע ותנאי האקלים נדרשת ריכוזת דשנים פחמניים ייחודית. במקרים מסוימים הוא לא נדרש כלל. הרכב הכימיקלים משתנה בצורה רחבה, תלוי בחומר הגלם ובתנאי הפירוליזה. עלייה בתשואה נצפתה באזורים שאינם מתאימים לחקלאות, בהנחה של הוספת אפר ותוספות אורגניות (!). ככל שהקרקע טובה יותר, התוצאות צנועות יותר. כדי שהביואגל יעבוד, יש להוסיף P, K, Ca ו-Mg, על ידי הוספת קומפוסט וזבל (האדמות טERRA פרטה נוצרו משאריות מבושלות בשילוב עם פסולת מהיישובים האנושיים).

נתונים אמפיריים חסרים במידה בלתי מתקבלת על הדעת. אני אספק את תוצאות מספר מחקרים בשדות, שנראו לי מועילים. ביואגל נחקר בשדות אורז בלוס בשנת 2007: השיפור ביכולת ההולכה ההידרולוגית של הקרקע, עלייה בתשואה בתנאים של פוספט נמוך, אך ירידה בזמינות החנקן, מה שהוביל לצורך בהוספת דשנים חנקניים נוספים ( 2 ).

פpublication מעולה על הסינרגיה של קומפוסט וביואגל קיימת אצל ביוכימאים גרמנים מ Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . במאמר ישנן במיוחד מידע מועיל על עמידות הדשן השחור - המבנה העיקרי של החומר הוא בעל עמידות גבוהה להרס (כ-3000 שנים), מה שמאפשר לא להוסיף אותו לקרקע כל שנה, כמו שאר משדרי הקרקע. כמו כן, מצוינים ההבדלים באיכות הביואגלים בהתאם לטמפרטורת הייצור ולחומר הגלם (ביואגל מצמחים המופק בטמפרטורות נמוכות של 250-400°צ מפחית טוב יותר את הפחמן מאשר מעץ קשה ועיבוד בטמפרטורות גבוהות).

מקור הביואגל - צמחים

ב מ-meta-analysis הנרחב ביותר על מחקרי ביואגל יש אזהרה:

רוב ההצהרות על ביואגל הן מופרזות מאוד. היתרונות הפוטנציאליים של הדשן הן ליצירת קרקע והן לסביבה באופן כללי מוגזמים במכוון.

מצגת ב-TEDx של מהנדס טיסה מטאורולוגי, המפרסם את השימוש בביואגל.

הבטחות או סטנדרטים?

למזלנו, בעיות ההטמעה הגלובליות של ביואגל לא נוגעות לנו. אנו רק צריכים, כמו באפריקה, לשפר את הפוריות של קרקעי הגן. ובשלב זה מתעוררות בעיות. אנו עדיין לא יודעים:

• מהו ה-pH שנשיג בסופו של דבר;
• התכונות הכימיות של סוגי הביואגל השונים בהתאם לחומר הגלם ואופן ההכנה;
• באילו קרקעות עדיף להשתמש במוצר מסוים;
• כמה הוא יציב בקרקע (יש רק נתונים תיאורטיים ועקיפים);
• האם ייצור הביואגל גורם לנזק סביבתי גדול מההועיל האפשרי ועוד שאלות רבות דומות.

אנו עדיין לא יודעים מהו ביואגל טוב. חברות המייצרות ביואש כבר כמה מאות ברחבי העולם, אך עדיין אין תקנים. לכן מבטיחים לנו буквально גבעות של זהב, והמנהגות נכתבות, כאשר הן מוגבלות רק לדמיון ולחמדנות של היצרן. עד כה לא פותחה לא המסגרת המשפטית ולא התקנים עבור הביואש. כדי לפתח תקנים כאלה, יש לנמק אותם עם מחקרי שדה ומעבדה נורמליים, אשר אין מהם רבים, ובכל הניסויים שפורסמו מדגישים החוקרים את הצורך במחקר נוסף ובדיוק המידעים.

בהתבסס על כ-100 דגימות ביואש, המגוונות בחומרי גלם ובתהליכי ייצור, הוצעו הערכים הסופיים הבאים עבור היסודות: O/C <0.4 ו-H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). תערובת של ביואש ישירות עם האדמה, ללא הוספת תוספים אורגניים, אינה מיושמת ואין לה משמעות, אך על כך לא כותבים היצרנים על אריזות הביואש.

המסקנות שנוצרו על בסיס מטא-אנליזה במגזין המדעי Plos One 2013:

• חקר הביואש הוא עדיין תחום מאוד צעיר, מה שנראה בחוסר התקנים ובחלוקת המחקרים הלא אחידה לפי תחומים נושאיים.
• יש צורך בניסויים בשדה לגבי יציבות הדשן בהתאם לאקלים, הרכב האדמות ואופן ייצור הפחם.
• אנחנו עדיין לא יודעים כיצד ההפקה, השינוע וההוספה של ביואש משפיעים על האקולוגיה באופן כללי.
• האמירות האופטימיות לגבי יתרונות הביואש לסביבה בניגוד חד למספר המוגבל של מחקרים על התנהגותו והשפעתו.
• אין מספיק נתונים אמפיריים המאשרים את הטענות שההוספה של ביואח לעמק значית מקלה על שינויי האקלים או שהיא מספקת יתרונות אקולוגיים כלליים כאשר נשקלת לפי מכלול של מדדים.

חסרונות הביואש, כפי שנקבו פרופ’ יוהן סיקס, המכון הטכנולוגי הגבוה של ציריך:

1. במקרים מסוימים, התשואה עשויה לירד עקב ספיגת מים ומינרלים על ידי הביואש, מה שמפחית את זמינות המשאבים הללו לגידולים חקלאיים. כמו כן, הוכח כי הביואש מעכב את הנביטה.
2. הספיגה של קוטלי עשבים וחומרי הדברה עשויה להפחית את יעילותם.
3. חלק מהביואשים עשויים לשמש כמקור לזיהומים, כגון מתכות כבדות, תרכובות אורגניות נדיפות, הידרוקARBונים ארומטיים פוליציקליים ופחמן אורגני המומס.
4. הסרת שאריות צמחיות, כגון גבעולים, עלים וזרעים, אשר ישמשו לייצור הביואש, עשויה להחמיר את מצב האדמה הכללי, להקטין את מספר המיקרואורגניזמים באדמה ולפגוע במעגל הפנימי של החומרים המזינים.
5. הגדלת קיבולת הספיגה הקטיון תלויה בהרכב האדמה: היא מינימלית באדמות בעלות תכולת חרסית גבוהה או חומרים אורגניים. לאדמה רגילה, השימוש בביואח אינו מביא לתועלת רבה.
6. באדמות עם pH גבוה (בסיסיות), עלייה ב-pH אינה רצויה, מכיוון שגידולים חקלאיים מסוגלים לשרוד רק בטווח מסוים של pH.

אין לי שום דעות אישיות לגבי הביואש. אם רוצים, אפשר לייצר אותו בחצר האחורית:

ספרות נוספת

בעקבות הקישורים למטה תוכלו להכיר את העבודות המדעיות המקוריות, שבהן מופיע עיצוב מחקר מלא עם גרפים, חישובים ומסקנות.

Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: An Alfisol and an Andisol . Geoderma Volumes 209–210, נובמבר 2013, صفحات 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.

סקירה עדכנית 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .