바이오차 비료: 효과가 입증되었나요?

바이오차에 대해 들어본 적이 있나요? 대부분의 정원사에게 이것은 새로운 용어입니다. 저에게도 마찬가지이고요. 바이오차에 대한 영어 기사가 눈에 띄었는데, 이 비료가 사막을 에덴의 정원으로 바꾸는 기적이라고 설명되어 있었습니다. 흥미롭더군요. 즉시 바이오차의 효과를 입증하는 연구를 찾기 시작했습니다. 연구 결과는 많지 않았고, 제가 토양 개선과 관련된 모든 연구를 거의 살펴볼 수 있었습니다 (지구 온난화의 결과에 대한 바이오차의 영향을 다루는 것은 이 리뷰에 포함하지 않았습니다).

바이오차란 무엇인가요?

바이오차는 특수하게 준비된 나무 숯으로, 토양의 비옥도를 개선하기 위해 첨가됩니다. 숯은 서부 아프리카의 원주민들이 농업에서 전통적으로 사용하고 있으며, 일부 불확실한 자료에 따르면 아마존 열대 우림에서도 사용되고 있습니다. 바이오차가 토양의 수확량을 상당히 높이고 지구 대기의 이산화탄소 양을 줄일 수 있다는 가설이 있습니다.

바이오차가 토양을 어떻게 개선하나요?

간단히 말하자면:

바이오 탄소를 추가하면 토양의 물리화학적 성질이 개선됩니다 (pH가 3.9에서 5.1로 증가하고, 양이온 교환 용량이 7.41에서 10.8 cmol(+)kg−1로 증가하며, 양이온 비율이 6.40%에서 26.0%로 상승하고, 생물량(MVS)이 835에서 1262 mg/kg-1로 증가합니다).
토양 집합체의 평균 지름(MWD)이 2.6cm에서 4.0cm로 증가합니다.
침식 속도가 50% 미만으로 감소합니다. 데이터는 전체 토양 질량의 5% 바이오차를 투입했을 때 얻은 것입니다 ( CATENA Soil Science , 중국, 2013)

바이오차의 결정체 구조

콜럼버스 이전에 아마존 농민들이 개선한 토양이 여전히 비옥하며 최대 35%의 유기 탄소를 바이오차 형태로 포함하고 있다는 증거가 있습니다. 2000년 전 바이오 탄소로 인위적으로 풍부해진 토양은 식물에 쉽게 접근할 수 있는 형태로 더 많은 물과 영양소를 포함하고 있습니다. 아마존의 흑토인 테라 프레타의 비료 조성은 추정컨대 다음과 같았습니다: 숯 + 뼈 + 가축 비료 (아마존 토양과 그들의 콜럼버스 이전 바이오차에 대해서는 여기서 더 자세히 알아볼 수 있습니다).

바이오차는 물을 유지하는 효율성 면에서 퍼라이트와 견줄 수 있는 초다공성 물질입니다. 그 포는 토양 생물군의 건강한 서식지가 되며, 그 투입은 “테라포밍"의 한 단계가 될 수 있습니다. 바이오차의 탄소는 매우 안정적이며 수천 년 동안 토양에 남아 미량 원소와 광물을 결합하여 보유하며, 이는 공생 박테리아를 통해 식물의 뿌리에 전달됩니다. 집중적인 비가 내리는 곳에서는 침식을 방지하고 지하수 오염을 막는 이 비료의 소중한 속성이 있습니다.

바이오차는 어떻게 생산되나요?

바이오차에 대한 환경 기준을 제공하는 조직인 국제 바이오차 이니셔티브는 그 생산 과정을 “농업 폐기물을 토양 강화를 향하는 과정"이라고 부릅니다. 바이오차는 자연 화재의 결과로 생성되기도 하며, 인위적으로 생성하는 파이로리시스에 의해 만들어집니다:

“나무 조각과 가지, 농업의 부산물과 같은 유기 폐기물이 산소가 없는 챔버에서 연소되어 기름, 합성 가스 및 나무 숯을 연상케 하는 고형 잔여물을 형성합니다. 이 고다공성 형태의 나무 숯은 유해 화학 물질 및 화합물을 흡수하기 위한 필터 역할을 하며, 유익한 영양소를 통과시킵니다.” 예일 대학교 임업 및 환경 연구소

바이오차의 간략한 역사

역사적인 관점을 배제할 수 없습니다. 서부 아프리카 지역에서는 숯이 항상 가축 비료와 더불어 두 번째로 효과적인 토양 형성 요소로 자리잡아 왔습니다. 이는 리비아와 가나에서 700년 된 토양에 대한 대규모 인류학적 연구를 통해 명확해졌습니다 ( 1 ).

“아프리카의 어두운 토양"은 주방 폐기물, 뼈, 재, 가축 비료를 첨가하여 인위적으로 만들어졌습니다. 이러한 성분 없이는 대부분의 서부 아프리카 지역에서 농업이 불가능했을 것입니다. 흥미롭게도 아마존과 아프리카의 주민들은 독립적으로 숯을 비료로 발견했습니다 - 아마존 농민들은 이미 2500년 전부터 숯을 토양에 첨가했으며, 아프리카인들은 약 700년 전에 사용했습니다. 어쩌면 바이오차의 검은색과 구조는 고대 인간의 간단한 논리인 “유사해 보이는 것으로 치료한다"는 원리를 작용했을 수도 있습니다…

바이오차에 대한 과학 연구 데이터

오스트리아에서의 바이오차 현장 연구

현재 바이오차는 유망한 지구 공학 아이디어로 여겨지고 있으며, 따라서 대규모 연구는 바이오차 생산을 통한 온실가스 배출 보상과 생산 과정에서의 열분해 개선에 주로 집중되고 있습니다. 연소 과정에서 방출되는 가스와 기름은 사실상 열분해 반응을 시작하기 위한 연료로 사용될 수 있습니다. 그러나 식물-토양 생태계 수준에서의 실험은 여전히 부족합니다. 이러한 생태계의 피드백은 실험실에서 완전히 모방할 수 없습니다. 따라서 거의 모든 데이터는 다소 투기적인 성격을 띠고 있습니다.

비료의 지지자들은 주로 두 가지 장점에 주목합니다: 안정적인 형태로 탄소를 저장하여 유기물에서의 CO2 방출을 방지하는 능력과 토양의 비옥 함을 증가시키는 것입니다. 그러나 두 번째 장점과 관련된 좋은 현장 연구는 많지 않습니다. 그럼에도 불구하고:

바이오차가 물을 유지하고, 토양의 산도를 감소시키며, 산소의 접근성을 개선하고, 토양 미생물의 서식에 이상적인 조건을 제공하는 것은 논쟁의 여지가 없습니다.

바이오차가 영양소 손실에 미치는 영향을 연구한 현장 연구는 거의 없습니다.

이산화탄소 유지 능력 또한 입증되었습니다. 바이오차 생산은 대기 중 CO2 농도를 감소시키는 것으로 보이며, 식물이 분해될 때 CO2를 방출하고 최종적으로 다른 식물에 의해 흡수되어 이는 계속되는 순환 구조입니다. 숯은 이 분해되는 물질과 그에 동반되는 CO2를 안정화시키고 수백 년 또는 수천 년 동안 토양에 보존합니다. 이러한 아이디어는 지구 온난화를 늦추는 데 도움을 줄 것으로 추정되는 막대한 잠재력을 가지고 있으며, 많은 바이오차 지지자들을 끌어들였습니다(그리고 또한 경제적 잠재력과 “상대적 유용성"은 아직 입증해야 하므로 반대자들도 있습니다).

모든 현장 연구는 너무 “모호한” 결론을 가지고 있습니다. 각 토양 유형과 기후 조건에 맞는 개별적인 바이오차 비율이 필요합니다. 일부 경우에는 전혀 필요하지 않을 수도 있습니다. 화학 조성은 원재료와 열분해 조건에 따라 널리 다양합니다. 농업에 부적합한 장소에서는 재와 유기물 추가를 통해 수확량이 증가했으나 (!), 토양이 좋을수록 결과는 겸손해집니다. 바이오차가 제대로 작용하기 위해서는 P, K, Ca 및 Mg를 추가해야 하며, 이는 퇴비와 거름을 첨가하는 방법으로 이루어집니다(테라 프레타 토양은 탄화된 잔여물과 인간 정착지의 폐기물이 혼합되어 형성되었습니다).

경험적 데이터는 매우 부족합니다. 제가 유용하다고 생각하는 몇 가지 현장 연구 결과를 소개합니다. 2007년에 라오스의 논에서 바이오차가 연구되었으며: 토양의 수분 전도성이 개선되었고, 낮은 인 접근 조건에서도 수확량이 증가했으나 질소 접근성이 감소하여 추가 질소 비료가 필요해졌습니다 ( 2 ).

독일의 생화학자들이 쓴 흥미로운 연구 결과가 있습니다 Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . 이 논문에서는 검은 비료의 내구성에 대한 정보가 특히 유용하며, 이 물질의 기본 구조가 약 3000년의 높은 안정성을 가지고 있어 다른 토양 개선제처럼 매년 토양에 추가할 필요가 없다는 점이 강조됩니다. 또한 바이오차의 품질은 원료와 제조 온도에 따라 다르다고 언급되어 있습니다(저온 250-400℃에서 얻어진 풀로 만든 바이오차가 고온에서 가공된 경질 목재보다 탄소를 더 잘 미네랄화합니다).

바이오차의 원천 - 풀

가장 대규모의 메타 분석 에서 바이오차에 대한 연구에 대한 경고가 있습니다:

바이오차에 대한 대부분의 주장들은 지나치게 낙관적입니다. 비료의 잠재적 이점이 토양 형성 및 환경 전반에 걸쳐 고의적으로 과대 평가되고 있습니다.

바이오차 사용을 홍보하는 항공우주 엔지니어의 TEDx 발표.

약속 또는 기준?

다행히도 바이오차의 전 세계적인 도입 문제는 우리와 상관이 없습니다. 우리는 아프리카처럼 정원 토양의 비옥도를 단순히 올리면 됩니다. 그리고 이 단계에서 문제가 발생합니다. 우리는 아직 모르고 있습니다:

최종적으로 어떤 pH를 얻을지;
원료와 조리 방법에 따라 바이오차의 화학적 성질;
어떤 토양에서 특정 제품을 사용하는 것이 더 좋은지;
토양에서 얼마나 안정적인지 (이론적 및 간접 데이터만 있을 뿐);
바이오차 제조가 잠재적인 이점보다 환경에 더 해를 끼치는지 여부와 같은 많은 질문이 더 있습니다.

우리는 여전히 “좋은” 바이오차가 무엇인지 모릅니다. 바이오차를 생산하는 회사는 전 세계에 수백 개 이상 있지만, 여전히 표준이 없습니다. 그렇기 때문에 우리는 문자 그대로 황금의 광산을 약속받고 있으며, 투여 용량에 대해서는 제조업체의 상상력과 탐욕으로 제한되고 있습니다. 현재 바이오차에 대한 규정이나 GOST 표준이 개발되지 않았습니다. 이러한 표준을 개발하려면 정상적인 현장 및 실험실 연구를 통해 이를 정당화해야 하지만, 이러한 연구는 매우 부족하며, 발표된 모든 실험에서 연구자들은 추가 연구와 데이터 확인을 요구하고 있습니다.

약 100개의 바이오차 샘플을 기반으로 원료와 생산 공정에 따라 다음과 같은 요소의 임계값이 제안되었습니다: O/C <0.4 및 H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). 바이오차를 유기물 추가 없이 토양과 직접 혼합하는 것은 사용되지 않으며 의미가 없지만, 제조업체는 바이오차 포장에 이러한 내용을 표시하지 않습니다.

2013년 Plos One 과학 저널에 발표된 메타 분석에서 정리된 결론:

바이오차 연구는 아직 매우 젊은 분야이며, 이는 표준의 부재와 연구 주제 배분의 불균형으로 반영됩니다.
기후, 토양 구성 및 탄소 생산 방식에 따라 비료의 안정성을 필드 테스트할 필요가 있습니다.
우리는 여전히 바이오차의 생산, 운송 및 투입이 생태계 전반에 미치는 영향을 알지 못합니다.
바이오차가 환경에 미치는 이점에 대한 낙관적인 주장은 바이오차의 행동 및 영향에 대한 연구가 제한적이라는 것과 극명한 대조를 이룹니다.
토양에 바이오탄소를 투입하는 것이 기후 변화 완화에 크게 기여한다는 주장이나, 전체 지표 세트에 대한 평가에서 일반적인 생태적 이점을 보장한다는 주장을 뒷받침하는 경험적 데이터가 부족합니다.

바이오차의 단점, 스위스 연방공과대학교(Zurich ETH)의 요한 식 교수에 의해 언급됨:

특정 경우에 바이오차가 물과 영양소를 흡착하여 수확량이 감소할 수 있으며, 이는 농작물의 자원 접근성을 낮춥니다. 또한 바이오차가 발아를 늦춘다는 것이 밝혀졌습니다.
살충제와 제초제의 흡착은 그 효능을 낮출 수 있습니다.
일부 바이오차는 중금속, 휘발성 유기 화합물, 다환 방향족 탄화수소 및 용해된 유기 탄소와 같은 오염 물질의 출처가 될 수 있습니다.
바이오차 생산에 사용될 식물 잔여물(줄기, 잎, 씨앗 상자 등)의 제거는 토양 상태를 악화시켜 토양 미생물의 수를 줄이고 영양소 순환을 방해할 수 있습니다.
양이온 교환 용량의 증가는 토양 구성에 따라 다르며, 점토나 유기 물질의 함량이 높은 토양에서는 최소한입니다. 일반적인 토양에서는 바이오탄소의 적용이 큰 의미가 없습니다.
높은 pH(알카리성) 토양에서 pH의 증가는 바람직하지 않으며, 농작물은 특정 pH 범위만을 견딜 수 있습니다.

바이오차에 대한 개인적인 편견은 없습니다. 원한다면, 뒷마당에서 바이오차를 만들 수 있습니다: