Pupuk dari Biochar: Apakah Efektivitasnya Sudah Terbukti?

Apakah Anda sudah mendengar tentang biochar? Untuk sebagian besar tukang kebun, ini adalah istilah baru, termasuk bagi saya. Saya menemukan artikel berbahasa Inggris tentang biochar, yang dijelaskan sebagai pupuk ajaib yang mengubah gurun menjadi taman Eden. Itu menarik perhatian saya. Saya segera mencari penelitian tentang biochar dengan bukti efektivitasnya. Ternyata, tidak banyak penelitian yang tersedia, sehingga saya bisa meninjau hampir semua yang berkaitan dengan perbaikan tanah (saya tidak memasukkan tentang bagaimana biochar melawan dampak pemanasan global dalam tinjauan ini).

Apa itu Biochar?

Biochar adalah arang yang diproduksi dengan cara khusus, yang ditambahkan ke tanah untuk meningkatkan kesuburan. Arang telah digunakan dalam pertanian secara tradisional oleh suku asli di Afrika Barat dan, menurut beberapa data yang tidak dapat dipercaya, di hutan tropis Amazon. Ada hipotesis bahwa biochar dapat secara signifikan meningkatkan hasil tanah dan secara bersamaan mengurangi jumlah karbon dioksida di atmosfer planet ini.

Bagaimana Biochar Meningkatkan Tanah?

Secara singkat:

Penambahan biokarbon meningkatkan sifat fisik dan kimia tanah (peningkatan pH dari 3,9 menjadi 5,1, kapasitas tukar kation dari 7,41 menjadi 10,8 cmol(+)kg−1, persentase kation dari 6,40 menjadi 26,0%, dan biomassa (MVS) dari 835 menjadi 1262 mg/kg-1).
Peningkatan diameter rata-rata tertimbang (MWD) agregat tanah dari 2,6 cm menjadi 4,0 cm;
Kecepatan erosi menurun lebih dari 50%. Data ini diperoleh dari penambahan 5% biochar dari total massa tanah ( CATENA Soil Science , China, 2013)

Struktur kristalin biochar

Ada bukti bahwa tanah yang diperbaiki oleh petani prakolonial di Amazon masih subur dan mengandung hingga 35% karbon organiknya dalam bentuk biochar. Tanah yang secara artifisial diperkaya biochar 2000 tahun lalu mengandung lebih banyak air dan nutrisi dalam bentuk yang lebih mudah diakses bagi tanaman. Komposisi pupuk di tanah hitam Amazon, terra preta, diperkirakan seperti ini: arang + tulang + pupuk kandang (Informasi lebih lanjut tentang tanah Amazon dan biochar prakonsepsi dapat ditemukan di sini ).

Biochar adalah material sangat berpori yang dapat dibandingkan dengan perlit dalam efisiensinya dalam menahan air. Porinya menjadi lingkungan hidup yang sehat bagi biota tanah, dan penambahannya bisa menjadi salah satu tahap “terrafarming”. Karbon dalam biochar sangat stabil dan dapat bertahan di tanah selama ribuan tahun, mengikat dan menahan mikroelemen serta mineral, sampai memberikan mereka kembali kepada akar tanaman melalui bakteri simbiotik. Di daerah dengan curah hujan tinggi, sifat ini menjadi sangat berharga untuk pupuk, bersamaan dengan pencegahan erosi dan pencemaran air tanah.

Bagaimana Biochar Diproduksi?

Organisasi yang menetapkan standar lingkungan untuk biochar, International Biochar Initiative, menyebut proses produksinya “mengubah limbah pertanian menjadi penguat tanah”. Biochar juga terbentuk akibat kebakaran alami, atau melalui pirolisis yang dibuat secara artifisial:

“Limbah organik, seperti serutan kayu dan ranting, hasil sampingan dari pertanian, dibakar dalam ruang tanpa oksigen, menghasilkan minyak, gas sintetis, dan residu padat yang mirip dengan arang. Jenis arang yang sangat berpori, berfungsi sebagai filter untuk menyerap bahan kimia dan senyawa berbahaya, sambil tetap memungkinkan nutrisi yang berguna mengalir.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies

Sejarah Singkat Biochar

Tanpa menyentuh sejarah, tidak ada salahnya. Arang selalu menjadi elemen pembentuk tanah yang efektif kedua di tanah Afrika Barat, bersama dengan pupuk kandang. Hal ini terungkap setelah penelitian antropologis besar di Liberia dan Ghana pada tanah berusia tujuh ratus tahun ( 1 ).

“Tanah gelap Afrika” diciptakan secara artifisial dengan menambahkan limbah dapur, tulang, abu, dan pupuk kandang. Tanpa komponen tersebut, pertanian di sebagian besar daerah Afrika Barat akan sulit dilakukan. Menariknya, penduduk Amazon dan Afrika menemukan arang sebagai pupuk secara mandiri - petani Amazon sudah menambahkannya ke tanah sekitar 2500 tahun yang lalu, sedangkan di Afrika sekitar 700 tahun yang lalu. Mungkin, warna hitam dan struktur biochar bekerja sesuai dengan logika sederhana manusia purba - “mengobati yang serupa dengan yang serupa”…

Data Penelitian Ilmiah tentang Biochar

Penelitian lapangan tentang biochar di Austria

Saat ini, biochar dianggap sebagai ide rekayasa geo yang menjanjikan, sehingga penelitian berskala besar lebih terkait dengan kompensasi emisi gas rumah kaca melalui produksi biochar, serta penyempurnaan proses pirolisis dalam produksinya: gas dan minyak yang dihasilkan dari pembakaran dapat secara efektif digunakan sebagai bahan bakar untuk memulai reaksi pirolisis. Namun, eksperimen di tingkat ekosistem tumbuhan-tanah masih sangat kurang, dengan umpan balik yang tidak dapat sepenuhnya diimitasi di laboratorium. Oleh karena itu, hampir semua data memiliki sifat yang cukup spekulatif.

Pendukung pupuk ini terutama mencatat dua keuntungan: kemampuan untuk menyimpan karbon dalam bentuk yang stabil, mencegah keluarnya CO2 dari bahan organik ke atmosfer, dan memperkaya tanah. Akan tetapi, tidak banyak penelitian lapangan yang baik terkait keuntungan kedua. Meskipun demikian:

tidak dapat disangkal bahwa biochar menahan air, mengurangi keasaman tanah, meningkatkan ketersediaan oksigen, dan memberikan kondisi ideal untuk habitat mikroorganisme tanah.

Hampir tidak ada penelitian lapangan yang mempelajari pengaruh biochar terhadap kehilangan unsur hara.

Retensi karbon dioksida juga telah dibuktikan. Produksi biochar tampaknya mengurangi kandungan CO2 di atmosfer: ketika tanaman terurai, mereka melepaskan CO2 yang pada akhirnya diserap oleh tanaman lain, dan siklus ini berlanjut. Arang menstabilkan bahan yang terurai ini dan CO2 yang menyertainya serta mengawetkan keduanya di dalam tanah selama ratusan atau bahkan ribuan tahun. Ide ini, yang memiliki potensi besar dalam membantu memperlambat pemanasan global, telah menarik dukungan yang signifikan untuk biochar (dan juga para penentangnya, karena potensi ekonomi dan “manfaat relatif” masih perlu dibuktikan).

Semua penelitian lapangan memiliki kesimpulan yang terlalu “kabur.” Setiap jenis tanah dan kondisi iklim memerlukan konsentrasi pupuk arang yang berbeda. Dalam beberapa kasus, pupuk tersebut sama sekali tidak diperlukan. Komposisi kimia beragam secara luas, tergantung pada bahan baku dan kondisi pirolisis. Peningkatan hasil panen tercatat di daerah yang tidak cocok untuk pertanian, dengan syarat adanya penambahan abu dan bahan organik (!). Semakin baik tanah, semakin rendah hasilnya. Agar biochar berfungsi, perlu dilakukan penambahan P, K, Ca, dan Mg, melalui penambahan kompos dan pupuk kandang (tanah Terra Preta dibentuk dari sisa-sisa yang dibakar dicampur dengan limbah dari pemukiman manusia).

Data empiris sangat sedikit. Saya akan mengungkapkan hasil beberapa penelitian lapangan yang menurut saya berguna. Biochar diteliti pada ladang padi di Laos pada tahun 2007: konduktivitas hidraulik tanah meningkat, hasil panen meningkat dalam kondisi fosfor yang sulit diakses, tetapi ketersediaan nitrogen menurun, yang mengakibatkan kebutuhan akan penambahan pupuk nitrogen ( 2 ).

Ada publikasi yang sangat baik mengenai sinergi kompos dan biochar yang ditulis oleh ahli biokimia Jerman dari Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . Dalam artikel tersebut, informasi tentang daya tahan pupuk hitam sangat bermanfaat - struktur utama material ini memiliki ketahanan tinggi terhadap degradasi (sekitar 3000 tahun), sehingga tidak perlu ditambahkan setiap tahun, seperti perbaikan tanah lainnya. Selain itu, terdapat juga perbedaan kualitas biochar tergantung pada suhu pengolahan dan bahan baku (biochar dari rumput yang diolah pada suhu rendah 250-400°C lebih baik dalam mineralisasi karbon dibandingkan dengan dari kayu keras dan pengolahan suhu tinggi).

Sumber biochar - rumput

Dalam meta-analisis penelitian biochar yang paling besar, ada peringatan:

Sebagian besar klaim tentang biochar sangat berlebihan. Manfaat potensial dari pupuk ini untuk pembentukan tanah dan lingkungan secara keseluruhan secara sadar dilebih-lebihkan.

Presentasi di TEDx oleh insinyur aerospace yang mempromosikan penggunaan biochar.

Janji atau Standar?

Untungnya, masalah penerapan biochar secara global tidak menjadi perhatian kita. Kita, seperti di Afrika, hanya perlu meningkatkan kesuburan tanah kebun. Dan pada tahap ini, muncullah masalah. Kita masih belum tahu:

Apa pH yang akan kita dapatkan pada akhirnya;
Sifat kimia dari berbagai jenis biochar tergantung pada bahan baku dan metode persiapannya;
Tanah jenis apa yang paling baik menggunakan produk tertentu;
Seberapa stabilnya ia di dalam tanah (hanya ada data teoritis dan tidak langsung);
Apakah produksi biochar memberikan dampak negatif yang lebih besar pada lingkungan dibandingkan potensi manfaatnya, dan masih banyak pertanyaan serupa lainnya.

Kita masih belum tahu apa itu biochar YANG BAIK. Perusahaan yang memproduksi biochar sudah ada beberapa ratus di seluruh dunia, tetapi standar masih belum ada. Itulah sebabnya kita dijanjikan hasil yang luar biasa, sementara dosis hanya ditentukan berdasarkan imajinasi dan keserakahan produsen. Hingga saat ini, belum ada kerangka hukum maupun GOST untuk biochar. Untuk mengembangkan standar seperti itu, diperlukan penelitian lapangan dan laboratorium yang memadai, yang sangat sedikit, dan dalam semua uji coba yang dipublikasikan, para ilmuwan menekankan perlunya studi dan klarifikasi lebih lanjut.

Berdasarkan sekitar 100 sampel biochar yang berbeda dalam bahan mentah dan proses pembuatannya, nilai ambang unsur yang diusulkan adalah: O/C <0,4 dan H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Pencampuran biochar langsung dengan tanah, tanpa penambahan bahan organik, tidak diterapkan dan tidak masuk akal, tetapi hal ini tidak dituliskan oleh produsen pada kemasan biochar.

Kesimpulan yang dibentuk berdasarkan meta-analisis yang diterbitkan di jurnal ilmiah Plos One pada tahun 2013:

Penelitian tentang biochar merupakan bidang yang sangat muda, yang tercermin dari tidak adanya standar dan distribusi penelitian yang tidak merata dalam bidang thematic.
Diperlukan uji lapangan untuk stabilitas pupuk tergantung pada iklim, komposisi tanah, dan metode produksi arang.
Kita masih belum mengetahui bagaimana produksi, transportasi, dan penerapan biochar mempengaruhi ekosistem secara keseluruhan.
Pernyataan optimis mengenai manfaat biochar bagi lingkungan sangat kontras dengan jumlah terbatas penelitian tentang perilaku dan dampaknya.
Data empiris yang mendukung klaim bahwa penambahan biochar ke tanah dapat secara signifikan mengurangi perubahan iklim atau memberikan manfaat ekologis secara umum berdasarkan kumpulan indikator yang lengkap masih kurang.

Kekurangan biochar, diungkapkan oleh Prof. Johan Six dari Swiss Federal Institute of Technology Zurich:

Dalam beberapa kasus, produktivitas dapat menurun akibat absorpsi air dan nutrisi oleh biochar, yang mengurangi ketersediaan sumber daya ini untuk tanaman pertanian. Biochar juga telah terbukti memperlambat perkecambahan.
Absorpsi pestisida dan herbisida dapat mengurangi efektivitasnya.
Beberapa biochar dapat menjadi sumber pencemaran, seperti logam berat, senyawa organik volattil, hidrokarbon aromatik polisiklik, dan karbon organik terlarut.
Penghapusan sisa tanaman, seperti batang, daun, dan kapsul biji, yang akan digunakan untuk memproduksi biochar, dapat memperburuk kondisi tanah secara keseluruhan dengan mengurangi jumlah mikroorganisme tanah dan mengganggu sirkulasi nutrisi internal.
Peningkatan kapasitas pertukaran kation bergantung pada komposisi tanah: secara minimal terjadi pada tanah dengan kandungan lempung atau bahan organik tinggi. Untuk tanah biasa, penerapan biochar tidak terlalu bermakna.
Di tanah dengan pH tinggi (alkalin), peningkatan pH tidak diinginkan, karena tanaman pertanian hanya dapat mentolerir rentang pH tanah tertentu.

Saya tidak memiliki prasangka pribadi terhadap biochar. Jika diinginkan, biochar dapat dibuat di halaman belakang: