Vai esat dzirdējuši par biokoku? Lielākajai daļai dārznieku šis ir jauns termins, arī man. Manā acīs iekrīt angliski rakstīta raksts par biokoku Biochar, kur šis mēslojums tika aprakstīts kā brīnums, kas tuksnesi pārvērš Edena dārzos. Tas pievērsa manu uzmanību. Uzreiz sāku meklēt pētījumus par biokoku ar pierādījumiem par tā efektivitāti. Izrādījās, ka pētījumu nav daudz, tāpēc es spēju pārskatīt gandrīz visus, kas saistīti ar augsnes uzlabošanu (par biokoka cīņu ar globālās sasilšanas sekām es nesniegšu pārskatu šajā rakstā).
Kas ir biokoks?
Tas ir īpaši sagatavots koksnes ogles veids, ko pievieno augsnei, lai uzlabotu tās auglību. Oglekli lauksaimniecībā tradicionāli izmanto Rietumāfrikas pamatiedzīvotāji un, pēc dažiem neuzticamiem datiem, tropu mežos Amazonē. Pastāv hipotēze, ka biokoks spēj būtiski palielināt augsnes ražību un tajā pašā laikā samazināt oglekļa dioksīda līmeni planētas atmosfērā.
Kā biokoks uzlabo augsni?
Ja īsi:
- Bioglužu pievienošana uzlabo augsnes fiziski ķīmiskās īpašības (pH palielinājums no 3,9 līdz 5,1, kationu apmaiņas kapacitātes pieaugums no 7.41 līdz 10.8 cmol(+)kg−1, kationu procentuālais daudzums no 6,40 līdz 26,0%, un biomasas (MVS) no 835 līdz 1262 mg/kg-1).
- Vidējā kobalta diametra (MWD) pieaugums no 2,6 cm līdz 4,0 cm);
- Erozijas ātrums samazinās par <50%. Dati iegūti, pievienojot 5% biokoka no kopējā zemes apjoma ( CATENA Soil Science , Ķīna, 2013)
Biokoka kristāliskā struktūra
Pastāv pierādījumi, ka augsne, ko uzlabojuši jau pirmskolumbiskie lauksaimnieki Amazones reģionā, joprojām ir auglīga un satur līdz 35% no sava organiskā oglekļa biokoka formā. Mākslīgi bagātinātās bioglužu augsnes, kas tika veidotas pirms 2000 gadiem, satur vairāk ūdens un barības vielu viegli pieejamā veidā augiem. Iespējams, ka Amazones melnzemēs (terra preta) mēslošanas sastāvs ir bijis šāds: ogles + kauli + mēsli (Plašāka informācija par Amazones augsnēm un to pirmskolumbisko biokoku ir pieejama šeit ).
Biokoks ir superporains materiāls, kuru efektivitātes ziņā var salīdzināt ar perlītu saglabājot ūdeni. Tā poras kļūst par veselīgu apdzīvošanas vidi augsnes mikroorganismiem, un tā pievienošana var būt viens no “terraformēšanas” posmiem. Oglekļa biokokā ir ļoti stabils un tas paliek augsnē tūkstošiem gadu, sasaistot un saglabājot mikroelementus un minerālvielas, kamēr tas neatdod tos augu saknēm, izmantojot simbiotiskās baktērijas. Vietās ar spēcīgiem lietiem šī īpašība ir nenovērtējama mēslošanai, kopā ar erozijas un pazemes ūdeņu piesārņojuma novēršanu.
Kā tiek ražots biokoks?
Organizācija, kas nodrošina vides standartus biokokam, International Biochar Initiative, ražošanas procesu dēvē par “lauku atkritumu pārvēršanu augsnes uzlabotājā”. Biokoks tiek radīts arī dabiskā ugunsgrēka rezultātā vai mākslīgi veicot pirolīzi:
“Organiskie atkritumi, piemēram, skaidas un zari, lauksaimniecības blakusprodukti tiek sadedzināti bez skābekļa kamerās, radot eļļu, sintētisko gāzi un cietu atkritumu, kas līdzīgs oglei. Augsti porains ogles veids, kas darbojas kā filtrs, lai absorbētu kaitīgas ķīmiskas vielas un savienojumus, un caurlaidīgs labvēlīgām barības vielām.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Īsa biokoka vēsture
Bez vēsturiska ekskursija šeit nevar iztikt. Oglekļa izmantošana Rietumāfrikas zemēs vienmēr ir bijusi otrais efektīvais augsnes veidošanas elements, līdzās mēsliem. Tas kļuva skaidrs, pēc plašiem antropoloģiskiem pētījumiem Libērijā un Gānā, kas tika veikti septiņus simtus gadu vecās augsnēs ( 1 ).
“Afrikāņu tumšās zemes” tika radītas mākslīgi, iebūvējot virtuves atkritumus, kaulus, pelnus un mēslošanas līdzekļus. Bez šiem komponentiem lauksaimniecība lielākajā daļā Rietumāfrikas reģionu būtu neiespējama. Interesanti, ka Amazones un Āfrikas iedzīvotāji neatkarīgi atklāja ogli kā mēslojumu - Amazones lauksaimnieki jau pirms 2500 gadiem iekļāva to augsnē, kamēr afrikāņi to darīja ap 700 gadiem. Iespējams, melns krāsa un biokoka struktūra darbojās pēc vienkāršas senatnes cilvēka loģikas - “ārstēt līdzīgu ar līdzīgu”…
Dati par zinātniskajiem pētījumiem par biokoksni
Lauku pētījumi par biokoksni Austrijā
Šobrīd biokoksni uzskata par perspektīvu ģeoinženierijas ideju, tāpēc lielmēroga pētījumi ir saistīti vairāk ar siltumnīcefekta gāzu emisiju kompensāciju, ražojot biokoksni, kā arī ar pirolīzes procesa pilnveidošanu tās ražošanā: degošie gāzes un eļļas var faktiski tikt izmantoti kā degviela, lai aktivizētu pirolīzes reakciju. Taču joprojām trūkst eksperimenti augu un augsnes ekosistēmu līmenī, kuru atgriezeniskās saites pilnībā nav iespējams imitēt laboratorijā. Tāpēc praktiski visi dati ir diezgan spekulatīvas rakstura.
Atbalstītāji norāda uz divām galvenajām priekšrocībām: spēju saglabāt oglekli stabilā formā, novēršot CO2 izdalīšanos no organiskajiem materiāliem atmosfērā, un augsnes bagātināšanu. Tomēr ar otro priekšrocību saistīto labu lauka pētījumu ir maz. Neskatoties uz to:
tiek nepārprotami atzīts, ka biokoksne saglabā ūdeni, samazina augsnes skābumu, uzlabo skābekļa pieejamību un nodrošina ideālās dzīves apstākļus augsnes mikroorganismiem.
Praktiski nav lauka pētījumu, kas pētītu biokoksnes ietekmi uz barības vielu zudumu.
Ogļskābā gāze arī ir pierādīta. Biokoksnes ražošana, šķiet, samazina CO2 saturu atmosfērā: kad augi sadalās, tie izdala CO2, kuru galu galā uzņem citi augi, un cikls turpinās. Ogles stabilizē šo sadalošo vielu un piekļaujošo CO2, saglabājot to augsnē simtiem vai pat tūkstošiem gadu. Šī ideja, kas apstiprinātiem potenciālam palīdz novērst globālo sasilšanu, ir piesaistījusi ievērojamu biokoksnes atbalstītāju (un arī pretinieku, jo ekonomiskais potenciāls un “relatīvā lietderība” vēl ir jāpierāda).
Visi lauka pētījumi piedāvā pārāk “izplūdušus” secinājumus. Katram augsnes veidam un klimata apstākļiem ir nepieciešama individuāla ogles mēslojuma koncentrācija. Dažos gadījumos tas nemaz nav nepieciešams. Ķīmiskais sastāvs plaši svārstās atkarībā no izejvielas un pirolīzes apstākļiem. Ražas pieaugums tika novērots neizmantotās lauksaimniecības vietās, ja tika pievienota pelni un organiskie piedevas (!). Jo labāka ir augsne, jo pieticīgāki ir rezultāti. Lai biokoksne darbotos, ir nepieciešams pievienot P, K, Ca un Mg, ieviešot kompostu un mēslojumu (Terra Preta augsnes tika radītas, sajaucot apdedzinātos atlikumus ar cilvēku apmetnēm).
Empīrisku datu ir nepieklājīgi maz. Iekļaušu rezultātus dažu lauka pētījumu, kas man šķita noderīgi. Biokoksne tika pētīta rīsu laukos Laosas 2007. gadā: uzlabojās augsnes hidrocaurlaidība, palielinājās ražas ievērojamība zema fosfora pieejamības apstākļos, bet samazinājās slāpekļa pieejamība, kas izsauca nepieciešamību pēc papildu slāpekļa mēslojuma ( 2 ).
Brīnišķīgs publicējums par komposta un biokoksnes sinerģiju ir pie vācu biochemikamiem no Lauksaimniecības un uztura zinātņu institūta, augsnes biogeohīmijas . Rakstā īpaši noderīgi ir dati par melnā mēslojuma ilgstošumu - galvenā materiāla struktūra ir augsti izturīga pret degradāciju (apmēram 3000 gadu), kas ļauj to neievietot gruntī katru gadu, kā citus augsnes uzlabojošos līdzekļus. Arī norādīts uz atšķirībām biokoksnes kvalitātē atkarībā no iegūšanas temperatūras un izejvielas (biokoksne no zālēm, iegūta pie zemām temperatūrām 250-400°С, labāk mineralizē oglekli nekā no cietajiem koksnes veidiem un augstas temperatūras apstrādēm).
Biokoksnes avots - zāles
Visapjomīgākajā metaanalīzē pētījumiem par biokoksni ir brīdinājums:
Vairums apgalvojumu par biokoksni ir pārmērīgi entuziasma pilni. Apzināti tiek pārvērtēti potenciālie ieguvumi gan augsnes veidošanai, gan videi kopumā.
Uzstāšanās TEDx aerokosmiskajam inženierim, kas popularizē biokoksnes izmantošanu.
Solījumi vai standarti?
Par laimi, globālās biokoksnes ieviešanas problēmas mūs neskar. Mums būtu, kā Āfrikā, vienkārši jāpaaugstina dārza augsnes auglība. Un šajā posmā rodas problēmas. Mēs joprojām nezinām:
- Kādu pH mēs iegūsim gala rezultātā;
- Atsevišķu biokoksnes veidu ķīmiskās īpašības atkarībā no izejvielas un pagatavošanas veida;
- Uz kādas augsnes būtu vislabāk izmantot konkrēto produktu;
- Cik stabils tas ir augsnē (ir tikai teorētiski un netieši dati);
- Vai biokoksnes ražošana nesagādā lielāku kaitējumu videi nekā iespējamo labumu un vēl daudzi citi līdzīgi jautājumi.
Mēs joprojām nezinām, kas ir LABA biokoksne. Uzņēmumu, kas ražo biokoku, visā pasaulē ir jau vairāki simti, bet standartu joprojām nav. Tieši tāpēc sola mums burtiski zeltainas smiltis, bet devas norāda, paļaujoties tikai uz ražotāja iztēli un alkatību. Līdz šim nav izstrādāta ne normatīvā regulējuma bāze, ne valsts standarti biokokam. Lai tādi standarti tiktu izstrādāti, tie jābalsta uz normāliem lauka un laboratorijas pētījumiem, kuru ir ļoti maz, un visos publicētajos izmēģinājumos zinātnieki uzstāj uz turpmāku pētījumu un datu precizēšanu.
Balstoties uz aptuveni 100 biokoka paraugiem, kas atšķiras pēc izejvielām un ražošanas procesa, tika piedāvāti sekojoši elementu robežvērtības: O/C <0,4 un H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Biokoka tieša sajaukšana ar augsni, neieviešot organiskos piedevas, netiek pielietota un nav jēgas, taču par to ražotāji uz biokoka iepakojuma neraksta.
Secinājumi, kas izdarīti, pamatojoties uz metaanalīzi zinātniskajā žurnālā Plos One 2013. gadā:
- Biokoku pētīšana vēl ir ļoti jauna joma, kas atspoguļojas standartu trūkumā un pētījumu nevienmērīgā sadalījumā pa tematiskiem laukiem.
- Nepieciešami lauka izmēģinājumi mēslojuma stabilitātes atkarībā no klimata, augsnes sastāva un ogļu ražošanas metodes.
- Mēs vēl nezinām, kā ražošana, transportēšana un biokoka pielietošana ietekmē ekosistēmu kopumā.
- Optimistiski apgalvojumi par biokoka priekšrocībām videi asas kontrastē ar ierobežoto pētījumu skaitu par tā uzvedību un ietekmi.
- Nepietiek empīrisku datu, kas apstiprinātu apgalvojumus, ka biokarbonāta ieviešana augsnē būtiski mazinātu klimata izmaiņas vai ka tā nodrošina vispārīgus ekoloģiskos ieguvumus, vērtējot pēc pilna rādītāju kopuma.
Biokoka trūkumi, ko minējusi prof. Johan Six, Šveices Federālā tehniskā institūta Cīrihā:
- Dažos gadījumos ražas apjoms var samazināties biokoka ūdens un barības vielu sorbcijas dēļ, kas samazina šo resursu pieejamību lauksaimniecības kultūrām. Tika parādīts arī, ka biokoks kavē dīgtspēju.
- Pesticīdu un herbicīdu absorbēšana var samazināt to efektivitāti.
- Daži biokoki var kalpot par piesārņojumu avotiem, piemēram, smagajiem metāliem, volatīvajiem organiskajiem savienojumiem, policikliskajiem aromātiskajiem ogļūdeņražiem un izšķīdušo organisko oglekli.
- Augu atliekņu, piemēram, stublāju, lapu un sēklu kapsulu, noņemšana, kas tiks izmantota biokoka ražošanai, var pasliktināt augsnes kopējo stāvokli, samazinot augsnes mikroorganismu skaitu un traucējot iekšējo barības vielu apriti.
- Kationu apmaiņas kapacitātes palielināšana atkarīga no augsnes sastāva: tā ir minimāla augsnēs ar augstu māla vai organisko vielu saturu. Normālai augsnei biokarbonāta lietošana nav jēgpilna.
- Augstā pH (sārmainās) augsnēs pH paaugstināšanās ir nevēlama, jo lauksaimniecības kultūras panes tikai noteiktu augsnes pH diapazonu.
Man nav personīgu aizspriedumu attiecībā uz biokoku. Vajadzības gadījumā to var izveidot savā pagalmā:
Papildu literatūra
Izmantojot zemāk esošās saites, jūs varat iepazīties ar oriģinālajiem zinātniskajiem darbiem, kuros ir pilns pētījuma dizains ar grafikiem, aprēķiniem un secinājumiem.
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.
Jaunākais pārskats 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
