Jeste li čuli za biougljen? Za većinu vrtlara ovo je novi pojam, a tako i za mene. Našao sam članak na engleskom jeziku o biougljenu Biochar, u kojem je to gnojivo opisano kao čudo koje pretvara pustinju u edenske vrtove. Zaintrigiralo me. Odmah sam počeo tražiti istraživanja o biougljenu s dokazima o njegovoj učinkovitosti. Istraživanja nije bilo mnogo, pa sam uspio pregledati doslovno sve što se tiče poboljšanja tla (o borbi biougljena s posljedicama globalnog zatopljenja nisam odlučio uključiti u ovaj pregled).
Što je biougljen?
To je posebno prerađen drvni ugljen koji se dodaje u tlo kako bi se poboljšala plodnost. Ugljen se u poljoprivredi tradicionalno koristi među autohtonim narodima zapadne Afrike, a prema nekim nepouzdanim podacima, i u tropskim šumama Amazone. Postoji hipoteza da biougljen može značajno povećati prinos tla i istovremeno smanjiti količinu ugljičnog dioksida u atmosferi planeta.
Kako biougljen poboljšava tlo?
Ako ukratko:
- Uvođenje biougljena poboljšava fizičko-kemijska svojstva tla (povećanje pH s 3,9 na 5,1, kationsku izmjenu s 7,41 na 10,8 cmol(+)kg−1, postotak kationa s 6,40 na 26,0%, i biomase (MVS) od 835 do 1262 mg/kg-1).
- Povećanje prosječnog promjera (MWD) čestica tla s 2,6 cm na 4,0 cm);
- Brzina erozije se smanjuje za <50%. Podaci su prikupljeni pri uvođenju 5% biougljena od ukupne mase tla ( CATENA Soil Science , Kina, 2013)
Kristalna rešetka biougljena
Postoje dokazi da su tla Amazone, poboljšana još prije Columbove ere, još uvijek plodna i sadrže do 35% svog organski vezanog ugljika u obliku biougljena. Umjetno obogaćena biougljenom prije 2000 godina, tla sadrže više vode i hranjivih tvari u lako dostupnom obliku za biljke. Sastav gnojiva u amazonskim crnicama terra preta pretpostavlja se da je bio: ugljen + kosti + gnoj (O amazonskim tlima i njihovom predkolumbovskom biougljenu možete saznati više ovdje ).
Biougljen je ultraporozni materijal koji se može staviti u red s perlitom po učinkovitosti zadržavanja vode. Njegove pore postaju zdravo stanište za tlo biotu, a njegovo uvođenje može biti jedan od koraka “terraformiranja”. Ugljik u biougljenu je vrlo stabilan i ostaje u tlu tisućama godina, vežući i zadržavajući mikroelemente i minerale, sve dok ih ne preda korijenima biljaka putem simbiotskih bakterija. Na mjestima s obilnim kišama ovo svojstvo je neprocjenjivo za gnojivo, uz sprječavanje erozije i zagađenja podzemnih voda.
Kako se proizvodi biougljen?
Organizacija koja osigurava ekološke standarde za biougljen, International Biochar Initiative, naziva proces njegove proizvodnje “pretvorbom poljoprivrednog otpada u pojačivač tla”. Biougljen se takođер stvara kao posljedica prirodnih požara ili umjetno stvorene pirolize:
“Organski otpad, poput drvenih sječka i grana, nusproizvodi poljoprivrede, spaljuje se u bezkisikovnim komorama, stvarajući ulje, sintetički plin i čvrsti ostatak koji podsjeća na drveni ugljen. Visoko porozna vrsta drvenog ugljena djeluje kao filtr koji apsorbira štetne kemikalije i spojeve, dok propušta korisne hranjive tvari.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Kratak pregled povijesti biougljena
Bez izleta u povijest ne može se. Ugljen za zapadnoafrička tla uvijek je bio drugi učinkoviti element za stvaranje tla, zajedno s gnojom. To je postalo jasno nakon opsežnih antropoloških istraživanja u Liberiji i Gani na tlima stara sedam stotina godina ( 1 ).
“Afričke tamne zemlje” stvarane su umjetno, unošenjem kuhinjskog otpada, kostiju, pepela i gnojiva. Bez ovih sastojaka, poljoprivreda u većini zapadnoafričkih područja bila bi nemoguća. Zanimljivo je da su stanovnici Amazone i Afrike neovisno otkrili ugljen kao gnojivo - amazonski farmeri su ga već prije 2500 godina unosili u tlo, dok Afrikanci to rade već oko 700 godina. Možda su crna boja i struktura biougljena podsticale jednostavnu logiku drevnog čovjeka - “liječiti slično sličnim”…
Podaci znanstvenih istraživanja o biouglju
Terenska istraživanja biočar u Austriji
Trenutno se biouglje smatra perspektivnom geo-inženjerskom idejom, stoga su velika istraživanja više povezana s kompenzacijom emisija stakleničkih plinova putem proizvodnje biouglja, kao i usavršavanjem procesa pirolize pri njegovoj proizvodnji: plinovi i ulja koji se oslobađaju tijekom izgaranja zapravo se mogu koristiti kao gorivo za pokretanje pirolizne reakcije. No, još uvijek nedostaju eksperimentima na razini biljnih i zemljišnih ekosustava, čije povratne informacije se ne mogu potpuno imitirati u laboratoriju. Stoga gotovo svi podaci nose prilično spekulativan karakter.
Zagovornici gnojiva ističu uglavnom 2 prednosti: sposobnost skladištenja ugljika u stabilnom obliku, sprečavajući emisiju CO2 iz organske tvari u atmosferu i obogaćivanje tla. Međutim, s drugim prednostima nije izvedeno mnogo dobrih terenskih istraživanja. Ipak:
ne osporava se da biouglje zadržava vodu, smanjuje kiselost tla, poboljšava dostupnost kisika i stvara idealne uvjete za život mikroorganizama u tlu.
Skoro da ne postoje terenska istraživanja koja proučavaju utjecaj biouglja na gubitak hranjivih tvari.
Zadržavanje ugljikovog dioksida također je dokazano. Proizvodnja biouglja, čini se, smanjuje sadržaj CO2 u atmosferi: kada se biljke razgrade, oslobađaju CO2 koji na kraju apsorbiraju druge biljke, a ciklus se nastavlja. Ugljen stabilizira ovu raspadajuću tvar i prateći CO2 i konzervira ga u tlu stotinama ili čak tisućama godina. Ova ideja, koja ima potencijal da značajno uspori globalno zagrijavanje, privukla je značajan broj zagovornika biouglja (ali i protivnika, budući da se ekonomski potencijal i “relativna korisnost” još uvijek moraju dokazati).
Svi terenski podaci imaju previše “nejasne” zaključke. Za svaku vrstu tla i klimatskih uvjeta potrebna je individualna koncentracija ugljenog gnojiva. U nekim slučajevima to gnojivo uopće nije potrebno. Kemijski sastav široko varira, ovisno o sirovini i uvjetima pirolize. Povećanje prinosa zabilježeno je na neplodnim poljoprivrednim područjima, pod uvjetom unošenja pepela i organskih dodataka (!). Što je tlo bolje, to su rezultati skromniji. Da bi biouglje funkcionirao, potrebno je dodati P, K, Ca i Mg, dodavanjem komposta i stajskog gnojiva (zemlja Terra Preta nastala je od ugljenisanih ostataka u smjesi s otpadom ljudskih naselja).
Empirijskih podataka je sramotno malo. Donosim rezultate nekoliko terenskih istraživanja koja su mi se činila korisnima. Biouglje je istraživan na rižinim poljima Laosa 2007. godine: poboljšana je hidropropusnost tla, povećan je prinos u uvjetima niske dostupnosti fosfora, ali je smanjena dostupnost dušika, što je dovelo do potrebe za dodatnim dodavanjem dušičnih gnojiva ( 2 ).
Sjajna publikacija o sinergiji komposta i biouglja dolazi od njemačkih biokemičara iz Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . U članku su posebno korisne informacije o trajnosti crnog gnojiva - osnovna struktura materijala ima visoku otpornost na degradaciju (oko 3000 godina), što omogućuje da ga ne unosimo u tlo svake godine, kao što je slučaj s drugim poboljšivačima tla. Također se ističu razlike u kvaliteti biouglja ovisno o temperaturi proizvodnje i sirovini (biouglje iz trave, proizveden pri niskim temperaturama 250-400°C bolje mineralizira ugljik nego onaj iz čvrstih drvenih vrsta i visoke temperature obrade).
Izvor biouglja - trava
U najvećem meta-analizu istraživanja o biouglju postoji upozorenje:
Većina izjava o biouglju je pretjerano optimistična. Svrhovito se preuveličavaju potencijalne prednosti gnojiva, kako za tlo, tako i za okoliš u cjelini.
Izlaganje na TEDx aeronautičkog inženjera koji promiče upotrebu biouglja.
Obveze ili standardi?
Srećom, problemi globalne implementacije biouglja nas ne pogađaju. Nama bi, kao u Africi, jednostavno trebala povećati plodnost povrtnjaka. I na ovoj točki nastaju problemi. Još uvijek ne znamo:
- Kakav pH ćemo dobiti u konačnici;
- Kemijska svojstva pojedinih vrsta biouglja ovisno o sirovini i načinu pripreme;
- Na kojim tlima je najbolje koristiti konkretan proizvod;
- Koliko je stabilan u tlu (imamo samo teoretske i posredne podatke);
- Nanosi li proizvodnja biouglja veću štetu okolišu nego što bi mogla donijeti koristi i još mnogo sličnih pitanja.
Još ne znamo što je DOBAR biouglje. Tvrtki koje proizvode biočar ima nekoliko stotina diljem svijeta, ali još uvijek nema standarda. Upravo zato obećavaju nam doslovno zlatne žlijezde, dok dozacije pišu ograničavajući se samo na maštu i pohlepu proizvođača. Dok nijedna pravna regulativa ili standardi za biočar nisu razvijeni, kako bi takvi standardi bili uspostavljeni, trebaju se temeljiti na normalnim terenskim i laboratorijskim istraživanjima, kojih ima vrlo malo, a u svim objavljenim ispitivanjima znanstvenici inzistiraju na daljnjem istraživanju i pojašnjenju podataka.
Na temelju otprilike 100 uzoraka biočara, koji se razlikuju po sirovini i procesu proizvodnje, predložene su sljedeće granične vrijednosti elemenata: O/C <0,4 i H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Miješanje biočara izravno s tlom, bez dodavanja organskih aditiva, se ne primjenjuje i nema smisla, ali o tome ne pišu proizvođači na pakiranjima biočara.
Zaključci formirani na temelju meta-analize u znanstvenom časopisu Plos One iz 2013. godine:
- Istraživanje biočara je još uvijek vrlo mlada oblast, što se odražava u nedostatku standarda i neujednačenom rasporedu istraživanja po tematskim područjima.
- Potrebna su terenska ispitivanja stabilnosti gnojiva ovisno o klimi, sastavu tla i načinu proizvodnje ugljena.
- Još uvijek ne znamo kako proizvodnja, transport i primjena biočara utječu na ekosustav u cjelini.
- Optimistične tvrdnje o koristi biočara za okoliš oštro kontrastiraju s ograničenim brojem istraživanja njegove ponašanje i utjecaja.
- Nedovoljno je empirijskih podataka koji potvrđuju tvrdnje da primjena biougleroda u tlo značajno ublažava klimatske promjene ili da osigurava opće ekološke koristi pri ocjeni prema cijelom skupu pokazatelja.
Nedostaci biočara, koje je iznio prof. Johan Six, Švicarska visoka tehnička škola u Zürichu:
- U nekim slučajevima prinos može opadati zbog sorpcije vode i hranjivih tvari biočarom, što smanjuje dostupnost tih resursa za poljoprivredne usjeve. Također je pokazano da biočar usporava klijanje.
- Apsorpcija pesticida i herbicida može smanjiti njihovu učinkovitost.
- Neki biočari mogu predstavljati izvor zagađenja, kao što su teški metali, isparljive organske tvari, policiklički aromatski ugljikovodici i otpušteni organski ugljik.
- Uklanjanje biljnih ostataka, kao što su stabljike, lišće i sjemenske kapice, koji će se koristiti za proizvodnju biočara, može pogoršati opće stanje tla, smanjujući broj mikroorganizama u tlu i ometajući ciklus unutarnjih hranjivih sastojaka.
- Povećanje kapaciteta cation exchange ovisi o sastavu tla: minimalno je u tlima s visokim sadržajem gline ili organskih tvari. Za normalnu zemlju primjena biougleroda nema velikog smisla.
- U tlima s visokim pH (alkalnim) povećanje pH nije poželjno, budući da poljoprivredne kulture podnose samo određeni raspon pH tla.
Nemam osobnih predrasuda o biočaru. Ako želite, možete ga stvoriti u svom dvorištu:
Dodatna literatura
Na dolje navedenim linkovima možete se upoznati s originalnim znanstvenim radovima koji uključuju cjelokupni dizajn istraživanja s grafikonima, proračunima i zaključcima.
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.
Najnoviji pregled iz 2018. Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
