जैवकोळशाचे खते बायोचार: प्रभावीपणा सिद्ध झाला आहे का?

तुम्ही कधी बायोचारबद्दल ऐकले आहे का? बहुतांश बागकाम करणाऱ्यांसाठी हा एक नवीन शब्द आहे, माझ्यासाठीही तसाच होता. मला एक इंग्रजी लेख सापडला ज्यामध्ये बायोकोळसा म्हणजे Biochar विषयी चर्चा होती, ज्यामध्ये या खताचे वर्णन एका चमत्कारासारखे केले गेले होते, जो वाळवंटाला नंदनवनात परिवर्तित करतो. माझे लक्ष वेधले गेले. लगेचच या बायोचारच्या प्रभावीतेच्या पुराव्यासाठी शास्त्रीय संशोधन शोधण्यास सुरुवात केली. संशोधन खूपसे नव्हते, त्यामुळे मी जराशी मेहनत करून जमेल ते सर्व संशोधन पाहिले, विशेषतः ज्या संशोधनांमध्ये जमिनीची सुधारणा हा मुद्दा होता (जैवकोळसा आणि जागतिक तापमानवाढीच्या परिणामांवर त्याचा प्रभाव याबद्दलच्या संशोधनांचा या आढाव्यात समावेश नाही).

बायोचार म्हणजे काय?

हे विशिष्ट पद्धतीने तयार केलेले लाकडाचे कोळशासारखे पदार्थ आहे, जे जमिनीत मिसळून तिची सुपीकता वाढवण्यासाठी वापरला जातो. कोळसा शेतीत पारंपरिक स्वरूपात पश्चिम आफ्रिकेतील स्थानिक लोक वापरतात आणि काही अपूर्ण माहितीप्रमाणे, हे अमेझॉनच्या उष्णकटिबंधीय जंगलांमध्येही वापरले गेले. अशी एक सिद्धांत आहे की बायोचार जमिनीची उत्पादनक्षमता खूप वाढवू शकतो आणि तसेच ग्रहाच्या वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडचे प्रमाण कमी करू शकतो.

बायोचार जमिनीला कसे सुधारतो?

थोडक्यात सांगायचे तर:

• जैवकोळसा जमिनीत मिसळल्याने भौतिक-रासायनिक गुणधर्म सुधारतात (pH 3.9 वरून 5.1 पर्यंत वाढते, कॅशियन एक्सचेंज कॅपेसिटी 7.41 वरून 10.8 cmol(+)kg−1 पर्यंत जाते, कॅशियनचे टक्केवारी 6.40 वरून 26% पर्यंत सुधारते आणि जैविक बायोमास (MVS) 835 वरून 1262 mg/kg-1 पर्यंत वाढते).
• जमिनीतल्या ढेकळांचा सरासरी व्यास (MWD) 2.6 सेमी वरून 4.0 सेमीपर्यंत वाढतो.
• जमिनीचे धूप (erosion) जवळजवळ 50% ने कमी होते. 5% जैवकोळसा (जमिनीच्या एकूण वजनाच्या आधारावर) मिसळल्यावर हे परिणाम दिसून आले आहेत. ( CATENA Soil Science , चीन, 2013)

जैवकोळशाचे क्रिस्टल स्वरूप.

दावे आहेत की, कोलंबपूर्व फार्मरांनी सुधारलेल्या अमेझॉनच्या जमिनी अजूनही सुपीक आहेत आणि त्यातील सुमारे 35% सजीव कार्बन जैवकोळसाच्या स्वरूपात साठवला गेला आहे. 2000 वर्षांपूर्वी जैवकोळसाने समृद्ध केल्या गेलेल्या जमिनी अधिक पाणी आणि पोषकतत्त्वे अधिक सुलभ स्वरूपात साठवतात. अमेझॉनच्या काळ्या जमिनींतील खताचे घटक असे असावेत असा अंदाज आहे: कोळसा + हाडे + शेण (अमेझॉन जमिनी आणि त्यांच्या जैवकोळश्याचा इतिहास येथे सविस्तर वाचा).

जैवकोळसा हा अति-अछिद्रयुक्त (सुपर-पोरोस) पदार्थ आहे, जो पाणी साठवण्याच्या गुणांमध्ये पर्लाइटच्या तोलामोलाचा आहे. त्याच्या छिद्रांमध्ये जमिनीतल्या सूक्ष्मजिवांसाठी एक उत्तम राहण्याचे ठिकाण तयार होते, आणि हा पदार्थ जमिनीला ‘टेराफॉर्म’ करण्याच्या प्रक्रियेत वापरला जाऊ शकतो. जैवकोळशात असणारा कार्बन अत्यंत स्थिर आहे आणि तो जमिनीत हजारो वर्षे टिकतो, सूक्ष्म घटक आणि खनिज घटकांसोबत बांधलेले राहतो आणि जमिनीतील लाभदायक जिवाणूंच्या साहाय्याने तो घटक वनस्पतींच्या मुळांना सोडतो. मुसळधार पावसाळ्याच्या प्रदेशात हे खताचे अमूल्य गुणधर्म ठरतात, तसेच हे घटक जमिनीतील धूप आणि जलप्रदूषण रोखण्यात मदत करतात.

जैवकोळसा कसा तयार होतो?

जैवकोळश्याच्या पर्यावरणीय मानकांवर लक्ष ठेवणारी संस्था International Biochar Initiative, जैवकोळसा तयार करण्याच्या प्रक्रियेला “शेतीतील कचऱ्याचे जमिनीसाठी उत्तम घटकात रूपांतर” असे म्हणते. जैवकोळसा जंगलातील नैसर्गिक आगींमुळे तयार होतो किंवा याचा कृत्रिमपणे पायरोलिसिस प्रक्रियेद्वारे निर्माण होतो:

“सेंद्रिय कचरा, जसे की लाकडाचे तुकडे, फांद्या, शेतीचे उपउत्पादन यांचे ऑक्सिजनविरहित कक्षांमध्ये जळण होते, ज्यामुळे तेल, सिंथेटिक वायू, आणि लाकडाच्या कोळशासारखा घन पदार्थ तयार होतो. हा अत्यंत-अछिद्रयुक्त अंगभूत लाकडी कोळसा, हानिकारक रसायनांच्या शोषणासाठी फिल्टर म्हणून कार्य करतो आणि मारक पोषकतत्त्वे झिरपण्यास मदत करतो.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies

जैवकोळशाचा संक्षिप्त इतिहास

इतिहासाशिवाय चर्चा पुरी होणार नाही. पश्चिम आफ्रिकेच्या जमिनीसाठी कोळसा नेहमीच शेणासोबत दुसऱ्या क्रमांकाचे प्रभावी मृद्गटक राहिला आहे. हे 700 वर्षे जुनी माती असलेल्या लायबेरिया आणि घानातील मोठ्या प्रमाणावर करण्यात आलेल्या मानववंशविद्यावरील संशोधनामध्ये समोर आले ( 1 ).

“आफ्रिकन काळ्या जमिनी” कृत्रिमपणे तयार केल्या गेल्या होत्या - स्वयंपाकाचा कचरा, हाडे, राख आणि शेण मिसळून. या घटकांशिवाय, जास्त गरम हवामानाच्या पश्चिम आफ्रिकेतील जमिनीत कोणतीही शेती शक्य झाली नसती. गंमत म्हणजे, अमेझॉन आणि आफ्रिकेतील लोकांनी वेगळ्या पद्धतीने कोळसा खत म्हणून शोधला. अमेझॉनमधील शेतकरी 2500 वर्षांपूर्वीच तो जमिनीत वापरत होते, परंतु आफ्रिकेतले लोक सुमारे 700 वर्षांपूर्वीपासून त्याचा वापर करत होते. कदाचित, जैवकोळश्याचा काळा रंग आणि रचना प्राचीन लोकांच्या साध्या तर्कामधून सुचले असावे - “समानाने समान उपचार…”

जैवकोळशाच्या वैज्ञानिक संशोधनातील डेटा

ऑस्ट्रियामधील जैवकोळश्याचे क्षेत्रीय संशोधन

सध्या जैवकोळसा ही भविष्यकालीन भूमंडलीय पर्यावरणीय उपाययोजना मानली जाते. त्यामुळे मोठ्या प्रमाणावर संशोधन हे प्रामुख्याने हरित वायूंच्या उत्सर्जनाची भरपाई करण्यासाठी आणि त्याचबरोबर जैवकोळश्याच्या निर्मिती प्रक्रियेत सुधारणा करण्यासाठी केंद्रित आहे. त्याला तयार करताना, जळणाऱ्या वायू व तेलाचा उपयोग प्रत्यक्षात पायरोलिसिस प्रतिक्रिया सुरू करण्यासाठी इंधन म्हणून होऊ शकतो. परंतु, अजूनही वनस्पती-मातीच्या परिसंस्थांच्या पातळीवर प्रयोगांची कमतरता आहे, ज्यामध्ये परस्पर प्रतिक्रिया पूर्णपणे प्रयोगशाळेत अनुकरण करता येत नाही. त्यामुळे जवळजवळ सर्व डेटा तुलनेने तर्काधारित स्वरूपाचा आहे.

जैवकोळस्याच्या उपयोगाला समर्थन देणारे दोन मोठे फायदे दाखवतात: स्थिर स्वरूपात कार्बन साठविण्याची क्षमता, ज्यामुळे सेंद्रिय रसायनांमधील CO2 वातावरणात जाण्यापासून रोखले जाते, आणि जमिनीसाठी पोषणद्रव्ये मिळविणे. मात्र, दुसऱ्या फायद्यासंदर्भात फार चांगली क्षेत्रीय संशोधने उपलब्ध नाहीत. तरीसुद्धा:

हे नाकारता येत नाही की जैवकोळसा पाणी धरून ठेवतो, मातीची आम्लता कमी करतो, ऑक्सिजनची उपलब्धता सुधारतो आणि जमिनीतील सूक्ष्मजीवांच्या राहाण्यासाठी उपयुक्तता प्रदान करतो.

मोजक्याच क्षेत्रीय संशोधनात जैवकोळश्याचा पोषणद्रव्यांच्या गळतीवर होणारा प्रभाव अभ्यासण्यात आला आहे.

कार्बन डायऑक्साइडच्या निवारणाचा प्रभाव देखील सिद्ध झाला आहे. जैवकोळश्याचे उत्पादन, असे दिसते की, वातावरणातील CO2 चे प्रमाण कमी करते: जेव्हा वनस्पती विघटित होतात, तेव्हा त्या CO2 सोडतात, जो नंतर इतर वनस्पती द्वारे शोषला जातो आणि हा चक्र कायम राहतो. कोळसा हे विघटनशील पदार्थ आणि सोबतच असणारा CO2 स्थिर करून मातीमध्ये शेकडो किंवा हजारो वर्षे साठवतो. ही कल्पना, जी जागतिक उष्णतेच्या प्रभावाला कमी करण्यात मदत करू शकणारी खूप मोठी क्षमता असल्याचे मानले जाते, तिने जैवकोळशाच्या प्रचारकांना (आणि विरोधकांनाही, कारण आर्थिक पतक आणि उपयुक्तता सुनिश्चित करायला हवी) आकर्षित केले आहे.

सर्व क्षेत्रीय संशोधनांमधील निष्कर्ष अतिशय “अस्पष्ट” आहेत. प्रत्येक प्रकारच्या मातीसाठी व हवामानासाठी जैवकोळशाचे योग्य प्रमाण वेगळे असते. काही प्रकरणांत, तो गरजेचा नसतो. त्याचा रासायनिक घटक मूळ कच्च्या मालावर आणि पायरोलिसिसच्या अटींवर अवलंबून मोठ्या प्रमाणावर वेगळा असतो. शेतीयोग्य नसलेल्या जमिनीत हवे असलेले परिणाम, अर्थातच राख व जैविक भर घालून दिसून येतात (!). माती जशी चांगली असेल, तशा परिणामांची तीव्रता साधारण राहते. जैवकोळसा प्रभावी होण्यासाठी P, K, Ca, आणि Mg ची भर टाकणे आवश्यक असते, जी कंपोस्ट आणि खतांमधून मिळते (जसे की, टेरा प्रेटा जमिनी जळालेल्या जैविक अवशेषांपासून, मानवी वस्तीतील कचऱ्याच्या मिश्रणाने निर्माण करण्यात आल्या होत्या).

प्रायोगिक डेटाची खूपच कमतरता आहे. काही उपयोगी वाटलेल्या क्षेत्रीय संशोधनांचा उल्लेख करतो. 2007 मध्ये लाओसच्या भात खाचरांवर जैवकोळशाचा अभ्यास केला गेला: मातीच्या जलप्रवाहीक्षमतेत सुधारणा झाली, कमी फॉस्फरसच्या उपलब्धतेच्या परिस्थितीत उत्पादकता वाढली, परंतु नायट्रोजनची उपलब्धता कमी झाल्याने अतिरिक्त नायट्रोजन खतांचा वापर अपरिहार्य झाला ( 2 ).

जर्मनीतील Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry या संस्थेतील जैवरसायनशास्त्रज्ञांनी कंपोस्ट व जैवकोळश्याच्या समन्वयावर एक उत्कृष्ट प्रकाशन केले आहे. या लेखात काळ्या खताच्या टिकाऊपणाबद्दल विशेषतः उपयुक्त माहिती आहे - साहित्याची मूलभूत रचना विघटनाला उच्च प्रतिकार करते (सुमारे 3000 वर्षे), ज्यामुळे इतर जमिनींच्या सुधारणांप्रमाणे दरवर्षी जमीन सुधारणा करणे आवश्यक नाही. तसेच, कच्च्या मालावर आणि उत्पादनासाठी लागणाऱ्या तापमानावर जैवकोळशाच्या गुणवत्तेतील फरक जाणवतो (250-400°C या कमी तापमानात गवतापासून तयार झालेला जैवकोळसा कार्बनचे खूप जास्त खननीकरण करतो, तुलनेने कडक लाकडापासून व उच्च तापमानात तयार होणाऱ्या कोळश्यापेक्षा).

जैवकोळश्याचा स्रोत - गवत

मेटा-अनालिसीस जैवकोळशाच्या संशोधनावर आधारित सर्वात मोठ्या विश्लेषणात चेतावणी दिली आहे:

जैवकोळशाविषयीच्या बहुतेक दावे अतिशयोक्त असतात. मातीच्या निर्मितीसाठी तसेच पर्यावरणासाठीही याच्या संभाव्य फायद्यांबद्दल मुद्दामतीने अतिवाढ केले जाते.

जैवकोळशाच्या वापराची वाढ केली पाहिजे, या दृष्टिकोनातून एक एरोस्पेस इंजिनियर TEDx वर दिलेले भाषण.

आश्वासने की मानक?

सुदैवाने, जैवकोळशाच्या जागतिक अंमलबजावणीच्या समस्या आपल्याशी संबंधित नाहीत. आपल्याला फक्त, आफ्रिकेप्रमाणे, बागांच्या जमिनीसाठी निर्माणक्षमता वाढवायची आहे. परंतु याच्या आरंभीच समस्या निर्माण होतात. आपण अद्याप खालील गोष्टींबद्दल अनभिज्ञ आहोत:

• शेवटी कोणता pH मिळेल;
• कच्चा माल व प्रक्रियेच्या प्रकारावर आधारित जैवकोळशाचे केमिकल गुणधर्म;
• कोणत्या जमिनीत विशिष्ट जैवकोळश्याचा वापर करणे सर्वोत्तम असते;
• जमिनीत तो किती स्थिर राहतो (फक्त सैद्धांतिक आणि अप्रत्यक्ष डेटा उपलब्ध आहे);
• जैवकोळशाच्या उत्पादनामुळे पर्यावरणाला होणारी हानी आणि त्याचा पर्यावरणपूरक फायदा यात फरक आहे की नाही, याचं अजून मूल्यमापन नाही.

आत्तापर्यंत, आम्हाला “चांगला जैवकोळसा” कसा असतो हे अजून कळलेलं नाही. जगभरात बायोचार तयार करणाऱ्या कंपन्या शेकड्यांच्या संख्येमध्ये आहेत, पण आजही कोणतेही मानक उपलब्ध नाहीत. त्यामुळेच उत्पादक आपल्याला प्रचंड फायदे देण्याचं वचन देतात आणि मात्राविषयी माहिती देताना केवळ त्यांचे कल्पनाशक्ती आणि लोभ मर्यादित ठेवतात. सध्या बायोचारसाठी कोणतेही नियामक कायदे किंवा मानके विकसित केलेली नाहीत. अशी मानके तयार करण्यासाठी, त्यासाठी सखोल शेतीसंबंधित आणि प्रयोगशाळेतील संशोधन आवश्यक आहे, परंतु त्याची संख्या अत्यल्प आहे. प्रकाशित झालेल्या सर्व प्रयोगांमध्ये संशोधक पुढील अभ्यासाची आणि आकड्यांची अचूकता तपासण्याची गरज असल्याचं म्हणतात.

सुमारे 100 नमुन्यांवर आधारित (जे उत्पादनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कच्च्या मालावर आणि उत्पादन प्रक्रियेवर आधारित वेगळेपण दाखवतात), पुढील घटकांचे मर्यादित मानक प्रस्तावित केले गेले: O/C <0.4 आणि H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). बायोचार थेट मातीत मिसळणे, कोणत्याही सेंद्रिय अन्नद्रव्यांशिवाय, याचा काही उपयोग नाही, पण हे उत्पादक त्यांच्या पॅकेटवर लिहीत नाहीत.

Plos One 2013 या वैज्ञानिक जर्नलमधील मेटा-अभ्यासाच्या आधारे पुढील निष्कर्ष काढलेले आहेत:

• बायोचारचा अभ्यास एक अतिशय नवीन क्षेत्र आहे, ज्यामुळे मानके नसणं आणि संशोधनाचा विषयांमध्ये असमान वितरण आहे.
• हवामान, मातीतर्गत संरचना आणि कोळशाच्या उत्पादन पद्धतींवर आधारित खताची स्थिरता निश्चित करण्यासाठी जमीनीवर प्रयोगशील चाचण्यांची गरज आहे.
• आपण अजूनही जाणून घेत नाही की बायोचारची निर्मिती, वाहतूक, आणि जमिनीवर त्याचा वापर पर्यावरणावर कसा प्रभाव टाकतो.
• बायोचारच्या पर्यावरणीय फायद्यांविषयी उत्साही दावे संशोधनाच्या मर्यादित तपशीलांशी ताळमेळ साधत नाहीत.
• बायोचार मातीमध्ये मिसळल्याने हवामान बदल अल्प होतो किंवा पर्यावरणाच्या पूर्ण मापनाने त्याचा एकात्मिक फायदा होतो, असे पुरावे मर्यादित आहेत.

बायोचारचे तोटे, Johan Six, स्वित्झर्लंडच्या प्रगत तांत्रिक विद्यापीठातील प्रोफेसर यांच्या मते:

1. काही वेळा पिकांची उत्पादनक्षमता कमी होऊ शकते कारण बायोचार पाणी आणि पोषणद्रव्ये शोषून घेतो, ज्यामुळे शेतीच्या पिकांसाठी संसाधने उपलब्ध होणे कमी होते. तसेच, बायोचार बीज फुलवण्याची प्रक्रिया मंदावतो, हेही स्पष्ट झाले आहे.
2. कीटकनाशके आणि तणनाशकांच्या प्रभावीपणावर बायोचारचे शोषण्याचा परिणाम होतो.
3. काही बायोचार जुनाट धातू, अस्थिर सेंद्रिय संयुगे, पॉलीसायक्लिक सेंद्रिय हायड्रोकार्बन आणि विद्राव्य सेंद्रिय कार्बनसारख्या प्रदूषित घटकांचे स्त्रोत ठरू शकतात.
4. बायोचार तयार करण्यासाठी वनस्पतींचे अवशेष (उदा. खोडे, पाने, आणि बिया) काढून टाकल्याने मातीतील सूक्ष्मजिवांच्या प्रमाणावर परिणाम होतो आणि पोषणचक्रात अडथळा येतो.
5. मातीतील कॅशन एक्सचेंज क्षमतेत वाढ होण्याचे प्रमाण मातीतल्या आघातजन्य घटकांवर अवलंबून असते: ज्या मातीत गाळ किंवा सेंद्रिय पदार्थ जास्त प्रमाणात आहेत, त्यावर बायोचारचा फायदा खूपच कमी दिसतो. सामान्य मातीकरिता बायोचार वापरण्याचे फारसे महत्त्व नाही.
6. उच्च pH असलेल्या मातीमध्ये pH आणखी वाढणे हे अयोग्य ठरते, कारण शेतीतील पिके केवळ सीमित pH श्रेणीला सहन करतात.

व्यक्तिगत दृष्टिकोनाने, बायोचारविषयी माझ्या मनात कोणतेही पूर्वग्रह नाहीत. इच्छित असल्यास, तो तुम्ही तुमच्या घराच्या मागील अंगणात तयार करू शकता:

अधिक वाचनासाठी साहित्यातील दुवे

खालील दुव्यांवर तुम्ही वैज्ञानिक संशोधन वाचू शकता, जिथे संशोधनाची संपूर्ण रचना, आलेख, गणना, आणि निष्कर्ष दिले आहेत.

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.

2018 मधील नव्या पुनरावलोकनाचा अभ्यास Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .