Anda pernah mendengar tentang biochar? Bagi kebanyakan berkebun, ini adalah istilah baru, termasuk untuk saya. Saya melihat artikel berbahasa Inggeris mengenai biochar, di mana baja ini dijelaskan sebagai keajaiban yang mengubah padang pasir menjadi taman Eden. Ia menarik perhatian saya. Segera saya mula mencari penyelidikan biochar dengan bukti keberkesanan. Penyelidikan tidak banyak, jadi saya dapat meneliti hampir semuanya yang berkaitan dengan peningkatan tanah (perjuangan biochar dengan kesan pemanasan global tidak dimasukkan dalam tinjauan ini).
Apa itu biochar?
Ia adalah arang kayu yang diproses dengan cara tertentu, yang ditambahkan ke tanah untuk meningkatkan kesuburan. Arang secara tradisional digunakan dalam pertanian oleh penduduk asli Afrika Barat dan, menurut beberapa sumber yang tidak dapat dipercayai, di hutan hujan Amazon. Terdapat hipotesis bahawa biochar dapat meningkatkan hasil tanah dengan ketara sambil mengurangkan jumlah karbon dioksida di atmosfera planet ini.
Bagaimana biochar meningkatkan tanah?
Secara ringkas:
- Penambahan biokarbon memperbaiki sifat fiziko-kimia tanah (peningkatan pH dari 3.9 hingga 5.1, menukar kapasiti kation dari 7.41 hingga 10.8 cmol(+)kg−1, peratusan kation dari 6.40 hingga 26.0%, dan biomassa (BMS) dari 835 hingga 1262 mg/kg-1).
- Peningkatan diameter purata berat (MWD) agregat tanah dari 2.6 cm hingga 4.0 cm;
- Kadar erosi berkurang lebih dari 50%. Data diperoleh dengan penambahan 5% biochar dari jumlah berat tanah ( CATENA Soil Science , China, 2013)
Rangka kristal biochar
Terdapat bukti bahawa tanah yang diperbaiki oleh petani pra-Columbus di Amazon masih subur dan mengandungi sehingga 35% karbon organiknya dalam bentuk biochar. Tanah yang secara buatan diperkaya dengan biokarbon 2000 tahun yang lalu mengandungi lebih banyak air dan nutrien dalam bentuk yang mudah diakses oleh tumbuhan. Komposisi baja dalam tanah hitam Amazon, terra preta, dipercayai seperti berikut: arang + tulang + baja (Untuk maklumat lanjut mengenai tanah Amazon dan biochar pra-Columbian mereka, boleh baca di sini ).
Biochar adalah bahan super-berpori yang boleh dibandingkan dengan perlit dari segi kecekapan penyimpanan air. Porinya menjadi persekitaran yang sihat untuk biota tanah, dan penambahannya boleh menjadi salah satu langkah dalam “terraforming”. Karbon dalam biochar sangat stabil dan tetap di dalam tanah selama ribuan tahun, mengikat dan menahan mikroelemen serta mineral sehingga dilepaskan kepada akar tumbuhan melalui bakteria simbiotik. Di kawasan yang sering mengalami hujan lebat, sifat ini sangat bernilai bagi baja, bersamaan dengan mencegah erosi dan pencemaran air bawah tanah.
Bagaimana biochar dihasilkan?
Organisasi yang menyediakan standard ekologi untuk biochar, Inisiatif Biochar Antarabangsa, menyebut proses penghasilannya sebagai “mengubah sisa pertanian menjadi penguat tanah”. Biochar juga dihasilkan daripada kebakaran semula jadi, atau melalui pirolisis yang dihasilkan secara buatan:
“Sisa organik, seperti serpihan dan dahan, sisa produk pertanian, dibakar di dalam kamar tanpa oksigen, menghasilkan minyak, gas sintetik dan sisa pepejal yang menyerupai arang. Jenis arang yang sangat berpori berfungsi sebagai penapis untuk menyerap bahan kimia dan sebatian berbahaya, membenarkan nutrien berguna melalui.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Sejarah Ringkas Biochar
Tanpa penjelasan sejarah, sukar untuk tidak berbicara. Arang telah menjadi elemen pembentuk tanah kedua yang berkesan bagi tanah di Afrika Barat, bersama dengan baja. Ini jelas setelah kajian antropologi yang meluas di Liberia dan Ghana mengenai tanah yang berusia tujuh ratus tahun ( 1 ).
“Tanah gelap Afrika” dihasilkan secara buatan, dengan menambah sisa dapur, tulang, abu dan baja. Tanpa ramuan ini, pertanian di kebanyakan kawasan Afrika Barat akan menjadi tidak mungkin. Menariknya, penduduk Amazon dan Afrika menemuinya arang sebagai baja tanpa saling mengetahui - petani Amazon sudah menggunakan arang di tanah mereka lebih dari 2500 tahun yang lalu, manakala orang Afrika sekitar 700 tahun. Mungkin, warna hitam dan struktur biochar berfungsi pada logik sederhana manusia purba - “merawat yang serupa dengan yang serupa”…
Data Penyelidikan Saintifik mengenai Bioarang
Penyelidikan lapangan biochar di Austria
Sekarang biochar dianggap sebagai idea geo-jurutera yang menjanjikan, oleh itu penyelidikan berskala besar lebih berkaitan dengan pengimbangan pengeluaran gas rumah hijau melalui pengeluaran bioarangk, serta penambahbaikan proses pirolisis semasa pengeluarannya: gas dan minyak yang dilepaskan semasa pembakaran sebenarnya boleh digunakan sebagai bahan bakar untuk memulakan reaksi pirolisis. Namun, masih tiada eksperimen pada tahap ekosistem tumbuhan-tanah, maklum balas dalam yang tidak boleh sepenuhnya ditiru di makmal. Oleh itu, hampir semua data bersifat agak spekulatif.
Penyokong baja menunjukkan terutamanya 2 kelebihan: keupayaan untuk menyimpan karbon dalam bentuk stabil, menghalang pelepasan CO2 dari bahan organik ke atmosfera dan memperkayakan tanah. Namun, tidak banyak penyelidikan lapangan yang baik berkaitan dengan kelebihan kedua. Namun demikian:
tiada keraguan bahawa biochar mengekalkan air, mengurangkan keasidan tanah, meningkatkan ketersediaan oksigen dan menyediakan keadaan ideal untuk habitat mikroorganisma tanah.
Hampir tiada penyelidikan lapangan yang mengkaji kesan biochar terhadap kehilangan nutrient.
Penahanan karbon dioksida juga terbukti. Pengeluaran biochar nampaknya mengurangkan kandungan CO2 di atmosfera: apabila tumbuhan mereput, mereka melepaskan CO2, yang akhirnya diserap oleh tumbuhan lain, dan kitaran ini berterusan. Arang menstabilkan bahan yang mereput ini dan CO2 yang menyertainya dan memelihara ia dalam tanah selama ratusan atau bahkan ribuan tahun. Idea ini, yang mempunyai potensi besar yang diduga, membantu memperlambat pemanasan global, telah menarik sokongan yang mengagumkan untuk biochar (dan juga penentang, kerana potensi ekonomi dan “kegunaan relatif” masih perlu dibuktikan).
Semua penyelidikan lapangan mempunyai kesimpulan yang terlalu “kabur”. Untuk setiap jenis tanah dan keadaan iklim, diperlukan kepekatan baja arang yang individu. Dalam beberapa kes, ia tidak diperlukan sama sekali. Komposisi kimia bervariasi secara meluas, bergantung kepada bahan mentah dan keadaan pirolisis. Peningkatan hasil dipastikan di kawasan yang tidak sesuai untuk pertanian, dengan syarat penambahan abu dan bahan organik (!). Semakin baik tanahnya, semakin sederhana hasilnya. Agar biochar berfungsi, perlu menambah P, K, Ca dan Mg melalui penambahan kompos dan baja (tanah Terra Preta dihasilkan daripada sisa-sisa terbakar dicampur dengan sisa-sisa penempatan manusia).
Data empirik sangat sedikit. Saya akan memberikan hasil beberapa kajian di lapangan yang nampak berguna bagi saya. Biochar telah dikaji di ladang padi di Laos pada tahun 2007: kebolehtelapan air tanah meningkat, hasil meningkat dalam keadaan fosfor yang rendah, tetapi ketersediaan nitrogen berkurang, yang memerlukan tambahan pemberian baja nitrogen ( 2 ).
Terdapat penerbitan hebat mengenai sinergi kompos dan biochar oleh ahli bio-kimia Jerman dari Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . Dalam artikel tersebut, maklumat tentang ketahanan baja hitam sangat berguna - struktur utama bahan mempunyai ketahanan tinggi terhadap degradasi (sekitar 3000 tahun), yang membolehkan ia tidak perlu ditambahkan ke dalam tanah setiap tahun, seperti pengubahsuai tanah yang lain. Juga, perbezaan dalam kualiti biochar bergantung pada suhu pengeluaran dan bahan mentah (biochar dari rumput yang dihasilkan pada suhu rendah 250-400°C lebih baik mengekalkan karbon berbanding dengan dari kayu keras dan pemprosesan suhu tinggi).
Sumber biochar - rumput
Dalam analisis meta yang paling besar mengenai penyelidikan biochar, terdapat amaran:
Kebanyakan kenyataan mengenai biochar terlalu bersemangat. Manfaat potensi baja untuk pembentukan tanah dan alam sekitar secara keseluruhan sering ditinggikan secara sedar.
Pembentangan di TEDx oleh jurutera aeroangkasa yang mempromosikan penggunaan biochar.
Janji atau Standard?
Syukurlah, masalah pengenalan biochar secara global tidak memberi kesan kepada kita. Kita harus, seperti di Afrika, meningkatkan kesuburan tanah kebun. Dan pada tahap ini, muncul masalah. Kita belum tahu:
- Apakah pH yang akan kita dapatkan akhirnya;
- Ciri kimia spesies biochar tertentu bergantung pada bahan mentah dan cara penyediaan;
- Tanah mana yang lebih baik menggunakan produk tertentu;
- Sejauh mana ia stabil dalam tanah (hanya terdapat data teoritis dan tidak langsung);
- Adakah pengeluaran biochar membawa lebih banyak kemudaratan kepada alam sekitar berbanding manfaat yang mungkin, dan masih banyak soalan lain.
Kita masih tidak tahu, apa itu biochar yang BAIK. Terdapat beberapa ratus syarikat yang menghasilkan biochar di seluruh dunia, tetapi masih tiada standard. Justeru, kita dijanjikan hasil yang sangat mengagumkan, tetapi dos ditentukan hanya berdasarkan imaginasi dan ketamakan pengeluar. Sehingga kini, tidak ada rangka kerja perundangan atau GOST untuk biochar. Untuk membangunkan standard tersebut, ia perlu disokong oleh penyelidikan lapangan dan makmal yang normal, yang sangat jarang, dan dalam semua ujian yang diterbitkan, para saintis menegaskan perlunya kajian lanjut dan penjelasan data.
Berdasarkan kira-kira 100 sampel biochar, yang berbeza mengikut bahan mentah dan proses pengeluaran, nilai ambang elemen yang dicadangkan adalah: O/C <0,4 dan H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Pencampuran biochar secara langsung dengan tanah, tanpa penambahan bahan organik, tidak digunakan dan tidak mempunyai makna, tetapi perkara ini tidak dinyatakan oleh pengeluar pada pembungkusan biochar.
Kesimpulan yang dibentuk berdasarkan meta-analisis dalam jurnal saintifik Plos One 2013:
- Kajian mengenai biochar masih merupakan bidang yang sangat baru, yang tercermin dalam ketiadaan standard dan pengagihan penyelidikan yang tidak rata mengikut bidang tema.
- Ujian lapangan tentang kestabilan baja bergantung kepada iklim, komposisi tanah dan cara pengeluaran arang diperlukan.
- Kita masih tidak tahu bagaimana pengeluaran, pengangkutan, dan pengenalan biochar mempengaruhi ekosistem secara keseluruhan.
- Kenyataan optimis mengenai manfaat biochar untuk alam sekitar bertentangan dengan jumlah penyelidikan yang terhad mengenai tingkah laku dan kesan biochar.
- Terdapat kekurangan data empirik yang mengesahkan dakwaan bahawa penambahan biochar ke dalam tanah dapat mengurangkan perubahan iklim secara signifikan atau bahawa ia memberi manfaat ekologi yang keseluruhan apabila dinilai berdasarkan set petunjuk yang lengkap.
Kekurangan biochar, menurut prof. Johan Six, dari Institut Teknologi Tinggi Zurich:
- Dalam beberapa kes, hasil tanaman boleh menurun akibat penyerapan air dan nutrien oleh biochar, yang mengurangkan ketersediaan sumber ini untuk tanaman pertanian. Biochar juga telah menunjukkan untuk melambatkan percambahan.
- Penyerapan racun perosak dan herbisid boleh mengurangkan keberkesanannya.
- Beberapa biochar boleh bertindak sebagai sumber pencemaran, seperti logam berat, sebatian organik meruap, hidrokarbon aromatik polisiklik, dan karbon organik terlarut.
- Penghapusan sisa tumbuhan, seperti batang, daun dan biji, yang akan digunakan untuk menghasilkan biochar, boleh merosakkan keadaan tanah secara keseluruhan, mengurangkan bilangan mikroorganisma tanah dan mengganggu kitaran nutrien dalaman.
- Peningkatan kapasiti pertukaran kation bergantung kepada komposisi tanah: ia minimum dalam tanah yang kaya dengan tanah liat atau bahan organik. Untuk tanah biasa, penggunaan biochar tidak mempunyai makna yang besar.
- Dalam tanah dengan pH tinggi (alkali), peningkatan pH tidak diingini, kerana tanaman pertanian hanya dapat bertahan dalam julat pH tanah tertentu.
Saya tidak mempunyai prejudis peribadi terhadap biochar. Jika mahu, ia boleh dihasilkan di halaman belakang:
Literatur Tambahan
Melalui pautan di bawah, anda boleh membaca karya ilmiah asal yang mengandungi reka bentuk penyelidikan lengkap dengan graf, pengiraan, dan kesimpulan.
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.
Tinjauan terbaru 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
