Słyszałeś coś o biocharze? Dla większości ogrodników to nowy termin, podobnie jak dla mnie. Natrafiłem na anglojęzyczny artykuł o biocharze, w którym ten nawóz został opisany jako cud, który zamienia pustynię w ogrody Edenu. Wciągnęło mnie to. Natychmiast zacząłem szukać badań dotyczących biocharu z dowodami na jego skuteczność. Okazało się, że badań jest niewiele, więc mogłem przestudiować dosłownie wszystkie dotyczące poprawy gleby (o walce biocharu z konsekwencjami globalnego ocieplenia nie postanowiłem wspominać w tym przeglądzie).
Czym jest biochar?
To drewniany węgiel przygotowany w szczególny sposób, który dodaje się do gleby w celu poprawy jej urodzajności. Węgiel w rolnictwie tradycyjnie stosują rdzenne ludy zachodniej Afryki i, według niektórych niepotwierdzonych danych, w tropikalnych lasach Amazonii. Istnieje hipoteza, że biochar może znacznie zwiększyć plony gleby, jednocześnie obniżając ilość dwutlenku węgla w atmosferze planety.
Jak biochar poprawia glebę?
Jeśli w skrócie:
- Dodatkowanie biocharu poprawia właściwości fizykochemiczne gleby (zwiększenie pH z 3,9 do 5,1, pojemności wymiany kationów z 7,41 do 10,8 cmol(+)kg−1, zawartości kationów z 6,40 do 26,0%, i biomasy (MWS) z 835 do 1262 mg/kg-1.
- Wzrost średnic średnio ważonych (MWD) agregatów glebowych z 2,6 cm do 4,0 cm);
- Tempo erozji maleje o <50%. Dane uzyskano przy dodaniu 5% biocharu do całkowitej masy gleby ( CATENA Soil Science , Chiny, 2013)
Krystaliczna siatka biocharu
Są dowody, że gleby Amazoni, poprawione jeszcze przez prekolumbijskich rolników, wciąż są urodzajne i zawierają do 35% swojego organicznego węgla w postaci biocharu. Sztucznie wzbogacone biocharme gleby z przed 2000 lat zawierają więcej wody i składników odżywczych w formie łatwo dostępnej dla roślin. Skład nawozu w amazońskich czarnych glebach terra preta był przypuszczalnie następujący: węgiel + kości + obornik (Więcej o amazońskich glebach i ich prekolumbijskim biocharze można dowiedzieć się tutaj ).
Biochar to superporowaty materiał, który można porównać z perlitem pod względem efektywności zatrzymywania wody. Jego pory stają się zdrowym środowiskiem dla bioty glebowej, a jego dodanie może być jednym z etapów “terraformacji”. Węgiel w biocharze jest bardzo stabilny i pozostaje w glebie przez tysiące lat, wiążąc i zatrzymując mikroelementy i minerały, aż w końcu oddaje je korzeniom roślin za pomocą symbiotycznych bakterii. W miejscach z obfitymi opadami deszczu to bezcenna cecha dla nawozu, obok możliwości zapobiegania erozji i zanieczyszczeniu wód gruntowych.
Jak produkowany jest biochar?
Organizacja zapewniająca standardy ekologiczne dla biocharu, International Biochar Initiative, nazywa proces jego produkcji “przemianą odpadów rolniczych w wzmacniacz gleby”. Biochar powstaje również w wyniku naturalnych pożarów, lub sztucznie poprzez pirolizę:
“Odpady organiczne, takie jak wióry i gałęzie, produkty uboczne rolnictwa, są spalane w beztlenowych komorach, tworząc olej, syntetyczny gaz i stały pozostałość przypominającą węgiel drzewny. Wysoko porowata forma węgla drzewnego działa jako filtr do absorbowania szkodliwych substancji chemicznych i związków, przepuszczając korzystne składniki odżywcze.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Krótk historia biocharu
Nie można pominąć pewnych nawiązań do historii. Węgiel dla zachodnioafrykańskich ziem zawsze był drugim efektywnym elementem w tworzeniu gleby, obok obornika. Stało się to jasne po szerokich badaniach antropologicznych w Liberii i Ghanie na gruntach sprzed siedmiuset lat ( 1 ).
“Afrikańskie ciemne ziemie” były tworzone sztucznie, poprzez dodawanie odpadków kuchennych, kości, popiołów i obornika. Bez tych składników rolnictwo w większości zachodnioafrykańskich regionów byłoby niemożliwe. Interesujące, że mieszkańcy Amazonii i Afryki niezależnie odkryli węgiel jako nawóz - amazońscy rolnicy już 2500 lat temu dodawali go do gleby, natomiast Afrykańczycy od około 700 lat. Być może czarna barwa i struktura biocharu działały na prostą logikę pradawnego człowieka - “leczyć podobne podobnym”…
Dane badań naukowych dotyczących biocharu
Badania terenowe biocharu w Austrii
Obecnie biochar uznawany jest za obiecujący pomysł inżynierii geologicznej, dlatego badania na dużą skalę koncentrują się głównie na kompensacji emisji gazów cieplarnianych poprzez produkcję biocharu oraz doskonaleniu procesu pirolizy w jego wytwarzaniu: gazy i oleje emitowane podczas spalania mogą być właściwie używane jako paliwo do uruchamiania reakcji pirolizy. Jednak wciąż brakuje eksperymentów na poziomie ekosystemów roślinno-glebowych, których złożoności nie da się w pełni odwzorować w laboratorium. Dlatego niemal wszystkie dane mają dość spekulacyjny charakter.
Zwolennicy nawozu wskazują głównie na 2 zalety: zdolność do przechowywania węgla w stabilnej formie, zapobiegając uwalnianiu CO2 z organizmów do atmosfery, a także wzbogacanie gleby. W przypadku drugiej zalety nie ma zbyt wielu dobrych badań terenowych. Niemniej jednak:
niemal nie podważa się, że biochar zatrzymuje wodę, zmniejsza kwasowość gleby, poprawia dostępność tlenu oraz zapewnia idealne warunki do życia dla mikroorganizmów glebowych.
Praktycznie brakuje badań terenowych, które badają wpływ biocharu na utratę składników odżywczych.
Zatrzymywanie dwutlenku węgla również zostało udowodnione. Produkcja biocharu, wydaje się, zmniejsza zawartość CO2 w atmosferze: kiedy rośliny się rozkładają, uwalniają CO2, który ostatecznie wchłaniają inne rośliny, co rozpoczyna cykl od nowa. Węgiel stabilizuje tę rozkładającą się materię i towarzyszący jej CO2, konserwując go w glebie przez setki lub nawet tysiące lat. Ta idea, która ma rzekomo ogromny potencjał w spowolnieniu globalnego ocieplenia, przyciągnęła znaczną liczbę zwolenników biocharu (ale także przeciwników, ponieważ potencjał ekonomiczny i “relatywna użyteczność” wciąż wymagają udowodnienia).
Wszystkie badania terenowe mają zbyt “rozmyte” konkluzje. Dla każdego rodzaju gleby i warunków klimatycznych potrzebna jest indywidualna koncentracja nawozu węglowego. W niektórych przypadkach nie jest on w ogóle potrzebny. Skład chemiczny szeroko się różni, w zależności od surowca i warunków pirolizy. Wzrost plonów odnotowano w nieprzydatnych do uprawy miejscach, pod warunkiem dodania popiołu i dodatków organicznych (!). Im lepsza gleba, tym skromniejsze wyniki. Aby biochar działał, konieczne jest wprowadzenie P, K, Ca i Mg, poprzez dodanie kompostu i obornika (gleba Terra Preta została stworzona z węglowatych pozostałości w połączeniu ze śmieciami z ludzkich osiedli).
Danych empirycznych jest wstydliwie mało. Przytoczę wyniki kilku badań terenowych, które wydały mi się przydatne. Biochar badano na polach ryżowych w Laosu w 2007 roku: poprawiła się przewodność hydrologiczna gleby, wzrosła wydajność w warunkach niskiej dostępności fosforu, ale spadła dostępność azotu, co doprowadziło do konieczności dodatkowego nawożenia nawozami azotowymi ( 2 ).
Wspaniała publikacja na temat synergii kompostu i biocharu pochodzi od niemieckich biochemików z Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . W artykule szczególnie przydatne są informacje o trwałości czarnego nawozu - podstawowa struktura materiału charakteryzuje się wysoką odpornością na degradację (około 3000 lat), co pozwala na niewprowadzanie go do gleby co roku, jak inne ulepszacze gleb. Wskazuje się również na różnice w jakości biocharów w zależności od temperatury wytwarzania i surowca (biochar z traw, uzyskiwany w niskich temperaturach 250-400°C, lepiej mineralizuje węgiel niż ten z twardych gatunków drewna i wytwarzany w wysokotemperaturowych warunkach).
Źródło biocharu - trawy
W największym meta-analyze badań dotyczących biocharu znajdują się ostrzeżenia:
Większość stwierdzeń dotyczących biocharu jest przesadnie entuzjastyczna. Świadome przejaskrawienie potencjalnych korzyści nawożenia zarówno dla formowania gleby, jak i dla środowiska jako całości.
Wystąpienie na TEDx inżyniera kosmicznego, który propaguje wykorzystanie biocharu.
Obietnice czy standardy?
Na szczęście problemy z globalnym wprowadzeniem biocharu nas nie dotyczą. Chcielibyśmy, jak w Afryce, po prostu poprawić płodność gleb ogrodowych. I na tym etapie pojawiają się problemy. Na razie nie wiemy:
- Jaki pH uzyskamy na końcu;
- Właściwości chemiczne poszczególnych rodzajów biocharu w zależności od surowca i sposobu przygotowania;
- Na jakich glebach najlepiej używać konkretnego produktu;
- Jak stabilny jest w glebie (są tylko teoretyczne i pośrednie dane);
- Czy produkcja biocharu nie wyrządza większej szkody środowisku niż potencjalnych korzyści oraz wiele podobnych pytań.
Na razie nie wiemy, co to jest DOBRY biochar. Firm produkujących biowęgiel jest już kilka setek na całym świecie, ale standardów wciąż brakuje. Dlatego obiecują nam dosłownie złote możliwość, a dawkowanie ogranicza się jedynie do fantazji i chciwości producenta. Do tej pory nie opracowano ani regulacji prawnych, ani norm (np. GOST) dla biowęgla. Aby takie standardy mogły powstać, muszą być uzasadnione normalnymi badaniami polowymi i laboratoryjnymi, których jest bardzo mało, a we wszystkich opublikowanych próbach naukowcy nalegają na dalsze badania i uściślenia danych.
Na podstawie około 100 próbek biowęgla, różniącego się surowcem i procesem produkcji, zaproponowano następujące wartości graniczne dla elementów: O/C <0,4 oraz H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Mieszanie biowęgla bezpośrednio z glebą, bez dodawania organicznych dodatków, nie jest stosowane i nie ma sensu, ale producenci nie informują o tym na opakowaniach biowęgla.
Wnioski z metaanalizy opublikowanej w czasopiśmie naukowym Plos One w 2013 roku:
- Badania nad biowęglem to wciąż bardzo młoda dziedzina, co odzwierciedla się w braku standardów i nierównomiernym rozkładzie badań według tematów.
- Potrzebne są badania polowe stabilności nawozu w zależności od klimatu, składu gleby i sposobu produkcji węgla.
- Nadal nie wiemy, jak produkcja, transport i aplikacja biowęgla wpływają na ekosystem jako całość.
- Optymistyczne stwierdzenia o korzyściach biowęgla dla środowiska ostro kontrastują z ograniczoną liczbą badań dotyczących jego zachowania i wpływu.
- Brakuje empirycznych danych potwierdzających tezy, że wprowadzenie biowęglowego do gleby w znacznym stopniu łagodzi zmiany klimatyczne lub że przynosi ogólne korzyści ekologiczne przy ocenie na podstawie pełnego zestawu wskaźników.
Wady biowęgla, wskazane przez prof. Johana Sixa z ETH Zurych:
- W niektórych przypadkach plony mogą się zmniejszać z powodu sorpcji wody i składników odżywczych przez biowęgiel, co ogranicza dostępność tych zasobów dla roślin uprawnych. Wykazano również, że biowęgiel spowalnia kiełkowanie.
- Absorpcja pestycydów i herbicydów może zmniejszyć ich skuteczność.
- Niektóre biowęgiel mogą stanowić źródło zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, lotne związki organiczne, węglowodory aromatyczne i rozpuszczony węgiel organiczny.
- Usunięcie resztek roślinnych, takich jak łodygi, liście i torebki nasienne, które będą wykorzystywane do produkcji biowęgla, może pogorszyć ogólny stan gleby, zmniejszając liczbę mikroorganizmów glebowych i zaburzając cykl składników odżywczych.
- Zwiększenie pojemności wymiany kationowej zależy od składu gleby: minimalna jest w glebach o wysokiej zawartości gliny lub materii organicznej. Dla normalnej gleby stosowanie biowęglowego nie ma większego sensu.
- W glebach o wysokim pH (alkalicznych) podwyższenie pH jest niepożądane, ponieważ rośliny uprawne tolerują tylko określony zakres pH gleby.
Nie mam żadnych osobistych uprzedzeń wobec biowęgla. W razie potrzeby można go stworzyć na własnym podwórku:
Dodatkowa literatura
Pod poniższymi linkami możesz zapoznać się z oryginalnymi pracami naukowymi, w których zawarty jest pełen projekt badawczy z wykresami, obliczeniami i wnioskami.
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.
Nowy przegląd z 2018 roku Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
