バイオチャー肥料：その効果は証明されているか？

バイオチャーについて何か聞いたことがありますか？多くの園芸家にとって、この用語は新しいもので、私自身もそうです。バイオ炭についての英語の記事を目にしました。それにはこの肥料が砂漠をエデンの園に変える奇跡として説明されていました。興味をそそられました。すぐにバイオチャーに関する研究を探し、その効果に関する証拠を見つけることにしました。研究はあまり多くはなかったので、土壌改良に関するものはほぼすべてを確認することができました（地球温暖化の影響との闘いに関するバイオ炭についてはこのレビューには含めませんでした）。

バイオチャーとは？

バイオチャーは、土壌の肥沃度を改善するために特別な方法で調製された木炭です。農業における炭の使用は、西アフリカの先住民によって伝統的に行われており、一部の信頼性のないデータによれば、アマゾンの熱帯雨林でも使用されていると言われています。バイオチャーは土壌の収量を大幅に向上させ、同時に地球の大気中の二酸化炭素の量を減少させることができるという仮説があります。

バイオチャーはどのように土壌を改善するのか？

要約すると：

バイオ炭の投入は土壌の物理化学的特性を改善します（pHが3.9から5.1に上昇、カチオン交換容量が7.41から10.8 cmol(+)kg−1に増加、カチオンの割合が6.40%から26.0%に上昇し、バイオマス（MVS）が835から1262 mg/kg-1に）。
土壌団塊の平均直径（MWD）が2.6 cmから4.0 cmに増加。
侵食速度が50%未満に減少します。このデータは土壌の全体質量に対して5%のバイオチャーを投入した際に得られました（ CATENA Soil Science 、中国、2013年）。

バイオ炭の結晶格子

預言的なドコルン・アマゾニア農民が改善した土壌はまだ肥沃で、バイオ炭の形で最大35%の有機炭素を含んでいるという証拠があります。2000年前にバイオ炭で人工的に富化された土壌は、植物にとって利用可能な形でより多くの水と栄養素を保持しています。アマゾンの黒土であるテラ・プレタの肥料の組成は、おそらく次のようなものでした：炭+骨+肥料（アマゾンの土壌と彼らの先コロンブス時代のバイオチャーについては、こちらを参照してください）。

バイオ炭は、ペルライトに匹敵するほどの水保持能力を持つ超多孔質の材料です。その孔は土壌生物のための健康な生息環境となり、その投入は「テラフォーミング」の一環となり得ます。バイオチャーの炭素は非常に安定しており、数千年にわたって土壌内に留まり、微量元素や鉱物を結びつけ、植物の根に対して共生細菌を介してそれらを供給します。豪雨の多い地域では、これは侵食や地下水の汚染を防ぐのと同じくらい貴重な特性です。

バイオチャーはどのように製造されるのか？

バイオチャーの環境基準を確保する組織である国際バイオチャーイニシアティブは、その製造プロセスを「農業廃棄物を土壌改良剤に変えること」と呼んでいます。バイオチャーは自然発火の結果としても生成され、または人工的に作られた熱分解によって得られます。

“有機廃棄物、たとえばチップや枝、農業の副産物が酸素のない室で焼かれ、油、合成ガス、木炭に似た固体残留物が形成されます。高い多孔性の木炭は、有害な化学物質や化合物を吸収するフィルターの役割を果たし、有用な栄養素を通過させます。” イェール大学森林・環境学部

バイオチャーの簡単な歴史

歴史的な背景を抜きにすることはできません。西アフリカの土地にとって、炭は肥料の一つとして常に効率的な土壌形成要素であり、肥料はそうでありませんでした。これは、リベリアとガーナで行われた大規模な人類学的研究を通じて明らかになりました（ 1 ）。

「アフリカの黒土」は、厨房廃棄物、骨、灰、そして肥料を追加することによって人工的に作られました。これらの要素なしでは、西アフリカの多くの地域で農業は不可能でした。興味深いことに、アマゾンとアフリカの人々は、全く独立に肥料として炭を発見しました。アマゾンの農民は2500年以上前から土壌に炭を追加しており、アフリカの人々は約700年前からこの技術を持っていました。おそらく、バイオチャーの黒色と構造は、古代の人々の単純な論理「似たものを以て似たものを癒す」に作用したのかもしれません…。

バイオチャーに関する研究データ

オーストリアにおけるバイオチャーのフィールドリサーチ

現在、バイオチャーは有望なジオエンジニアリングのアイデアと見なされており、大規模な研究は主にバイオチャーの製造を通じて温室効果ガスの排出を補償すること、およびその製造過程における熱分解プロセスの改善に関連しています。焼却時に放出されるガスやオイルは、実際には熱分解反応を開始させるための燃料として使用される可能性があります。しかし、植物と土壌の生態系レベルでの実験はまだ存在せず、ラボでは完全に模倣できない相互作用があります。そのため、ほぼすべてのデータはかなり推測的な性格を持っています。

バイオチャーの支持者は主に2つの利点を指摘しています。1つは、安定した形で炭素を保存し、有機物からのCO2の放出を阻止する能力、そしてもう1つは土壌の栄養を豊かにすることです。しかし、この2つの利点について良好なフィールド研究はあまりありません。それにもかかわらず、

バイオチャーが水を保持し、土壌の酸性度を減少させ、酸素の可用性を改善し、土壌微生物にとって理想的な生息条件を提供することは争いの余地がありません。

バイオチャーが栄養素の喪失に与える影響を研究したフィールド研究はほとんどありません。

二酸化炭素の保持も確認されています。バイオチャーの製造は、大気中のCO2濃度を減少させるようです。植物が分解する際にCO2を放出し、最終的に他の植物がそれを吸収し、サイクルが続きます。炭はこの分解物と伴うCO2を安定化させ、土壌に数百年または数千年保存します。このアイデアは、グローバルな温暖化を遅らせるのに大きな可能性があるとされており、バイオチャーの支持者たちを引きつけています（経済的な可能性と「相対的な有用性」はまだ証明される必要がありますが）。

すべてのフィールド研究はあまりにも「不明瞭な」結論を持っています。土壌の種類や気候条件ごとに、特定の炭肥料の濃度が必要です。一部のケースでは全く必要ないこともあります。化学成分は出発原料や熱分解条件によって大きく変わります。耕作には不向きな場所で栄養素を加える条件下で収穫量の向上が報告されました（！）。土壌が良いほど、結果は控えめです。バイオチャーが機能するためには、堆肥や肥料を追加することでP、K、Ca、およびMgを供給する必要があります（テラ・プレタの土壌は、炭化された廃棄物と人間の定住地からの廃棄物の混合物から作成されました）。

経験的データは極めて少ないです。いくつかのフィールド研究の結果を挙げてみます。2007年にラオスの水田でバイオチャーが研究され、土壌の水分伝導性が改善され、低可用性のリン条件下で収穫量が増加しましたが、窒素の可用性が低下したため、追加の窒素肥料の投入が必要になりました（ 2 ）。

ドイツのバイオ化学者による素晴らしい出版物があり、バイオチャーと堆肥のシナジーに関する情報があります。 Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry の記事は、特に黒い肥料の耐久性に関する情報が役立ちます。材料の主要な構造は、劣化に対して非常に高い耐性を持ち（約3000年）、他の土壌改良剤のように毎年土壌に加える必要がありません。また、バイオチャーの質は、製造温度や原料に応じて異なることにも言及されています（250-400℃の低温で得られる草からのバイオチャーは、硬木からの高温処理製品よりも炭素の鉱化が優れています）。

バイオチャーの供給源 - 草

最も大規模なメタアナリシスによると、バイオチャー研究についての警告があります：

バイオチャーに関する多くの主張は過度に楽観的です。土壌生成と環境全体への肥料の潜在的な利益が意図的に過大評価されています。

バイオチャーの使用を促進する航空宇宙技術者のTEDxでの講演。

約束または基準？

幸いなことに、バイオチャーのグローバルな普及に関する問題は私たちには関係ありません。私たちは、アフリカのように、単に家庭菜園の土壌の肥沃度を高めたいと考えています。この段階で問題が発生します。私たちはまだ知らないのです：

最終的にどのようなpHを得るのか；
原料と調理法に応じた各種バイオチャーの化学特性；
どの土壌に特定の製品を使用するのが良いのか；
土壌中での安定性（理論的および間接データのみ存在しています）；
バイオチャーの製造が環境に悪影響を与える可能性があるのか、または得られる利益よりも害が大きいのか、他にも多くの類似の問題。

私たちはまだ「良い」バイオチャーとは何かを知りません。 バイオチャーを製造する企業は世界中に数百社存在しますが、まだ標準がありません。だからこそ、私たちは文字通り「金の砂」を約束されており、メーカーの想像力と貪欲さだけに基づいて用量が記載されています。バイオチャーに関する法的基盤やGOSTはまだ制定されていません。こうした標準を策定するには、適切なフィールドおよびラボ研究に基づく必要がありますが、それは非常に少なく、発表された試験のすべてにおいて研究者たちはさらなる検討とデータの精緻化が必要であると主張しています。

約100のバイオチャーサンプルを原材料と製造プロセスに応じて調査した結果、次のしきい値が提案されました：O/C <0.4およびH/C <0.6（Schimmelpfennig & Glaser, 2012）。バイオチャーを有機添加物なしで直接土壌と混合することは行われず、意味がありませんが、メーカーはバイオチャーのパッケージにそれについて記載していません。

2013年の科学雑誌『Plos One』のメタ分析に基づく結論：