คุณเคยได้ยินเกี่ยวกับชีวภาพไหม? สำหรับชาวสวนส่วนใหญ่ นี่คือคำใหม่สำหรับพวกเขา รวมถึงฉันด้วย ฉันพบบทความภาษาอังกฤษเกี่ยวกับชีวมวลชีวภาพ ที่บรรยายถึงปุ๋ยนี้ว่าเป็นปาฏิหาริย์ที่เปลี่ยนทะเลทรายให้กลายเป็นสวนเอเดน มันดึงดูดใจมาก ฉันจึงเริ่มค้นคว้าการศึกษาเกี่ยวกับชีวภาพที่มีหลักฐานเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการปรับปรุงดิน ปรากฎว่ามีการศึกษาไม่มากนัก ดังนั้นฉันจึงสามารถดูได้เกือบทั้งหมดที่เกี่ยวกับการปรับปรุงดิน (เกี่ยวกับการต่อสู้ของชีวมวลต่อผลกระทบจากโลกร้อน ฉันไม่รวมไว้ในบทความนี้)
ชีวภาพคืออะไร?
นี่คือถ่านไม้ที่ถูกเตรียมในลักษณะพิเศษและถูกนำไปใช้ในดินเพื่อปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ ถ่านถูกใช้ในเกษตรกรรมโดยชนเผ่าพื้นเมืองในแอฟริกาตะวันตกและจากข้อมูลที่ไม่ถูกต้องนัก ในป่าเขตร้อนของอเมซอน มีสมมติฐานว่าชีวมวลสามารถเพิ่มผลผลิตของดินอย่างมากและลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศของโลกในเวลาเดียวกัน
ชีวภาพปรับปรุงดินได้อย่างไร?
ถ้าพูดให้สั้น:
- การใช้ชีวมลช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดิน (การเพิ่ม pH จาก 3.9 เป็น 5.1, ปริมาณแลกเปลี่ยนแคตไอออนจาก 7.41 เป็น 10.8 cmol(+)kg−1, สัดส่วนของแคตไอออนจาก 6.40 เป็น 26.0%, และมวลชีวภาพ (MG) จาก 835 เป็น 1262 มก./กก.)
- การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก (MWD) ของก้อนดินจาก 2.6 ซม. เป็น 4.0 ซม.
- อัตราการกัดเซาะลดลงต่ำกว่า 50% ข้อมูลเหล่านี้ได้รับการรวบรวมจากการใช้ชีวมล 5% จากมวลรวมของดิน ( CATENA Soil Science , จีน, 2013)
โครงสร้างผลึกของชีวภาพ
มีหลักฐานว่าดินที่ได้รับการปรับปรุงโดยเกษตรกรก่อนโคลัมบัสในอเมซอนยังคงความอุดมสมบูรณ์และมีปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ถึง 35% ในรูปแบบของชีวมล ดินที่ถูกเสริมด้วยชีวมลเมื่อ 2000 ปีก่อนมีปริมาณน้ำและสารอาหารที่สามารถใช้ได้สำหรับพืชมากขึ้น สารอาหารในดินดำของอเมซอนที่เรียกว่าเทร์ร่าพรีตา มีองค์ประกอบที่คาดการณ์ได้ว่าเป็น: ถ่าน + กระดูก + มูลสัตว์ (เกี่ยวกับดินในอเมซอนและชีวมลก่อนโคลัมบัส คุณสามารถอ่านเพิ่มเติม ที่นี่ ).
ชีวมลเป็นวัสดุที่มีความพรุนสูง ซึ่งสามารถเปรียบเทียบกับเพอร์ไลท์ในด้านประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำ รูพรุนของมันกลายเป็นที่อยู่อาศัยที่ดีต่อสิ่งมีชีวิตในดิน และการใช้มันอาจเป็นหนึ่งในขั้นตอนของ “การปรับสภาพพื้นดิน” คาร์บอนในชีวมลมีความเสถียรสูงและคงอยู่ในดินได้ถึงพันปี โดยการจับและกักเก็บสารอาหารและแร่ธาตุจนกว่าจะส่งคืนให้กับรากพืชผ่านแบคทีเรียซิมไบโอซิส ในพื้นที่ที่มีฝนตกหนัก คุณสมบัตินี้ถือเป็นสิ่งที่มีค่ามากสำหรับปุ๋ย รวมถึงการป้องกันการกัดเซาะและมลพิษของแหล่งน้ำใต้ดิน
ชีวมลผลิตอย่างไร?
องค์กรที่กำหนดมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับชีวมล International Biochar Initiative เรียกกระบวนการผลิตของมันว่า “การเปลี่ยนขยะทางการเกษตรให้เป็นตัวเสริมดิน” ชีวมลยังถูกสร้างขึ้นจากไฟไหม้ธรรมชาติ หรือจากการสร้างไฟในรูปแบบที่ควบคุมได้:
“ขยะอินทรีย์ เช่น เศษไม้และกิ่ง ก้าน ผลผลิตจากการเกษตร ถูกเผาในห้องไร้ออกซิเจน สร้างน้ำมัน ก๊าซสังเคราะห์ และเศษแข็งที่มีลักษณะคล้ายถ่านไม้ ชนิดของถ่านไม้นี้ทำหน้าที่เป็นฟิลเตอร์ในการดูดซับสารเคมีและสารประกอบที่เป็นอันตราย ปล่อยสารอาหารที่มีประโยชน์.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
ประวัติย่อของชีวมล
เราต้องหลีกเลี่ยงการเล่าเรื่องในประวัติศาสตร์ไม่ได้ ถ่านสำหรับดินในแอฟริกาตะวันตกได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นองค์ประกอบที่มีประสิทธิภาพเพื่อการสร้างดินอยู่เสมอ เคียงข้างมูลสัตว์ นี่เป็นที่ชัดเจนหลังจากการศึกษาทางมานุษยวิทยาขนาดใหญ่ในไลบีเรียและกานาในดินที่มีอายากว่า 700 ปี ( 1 ).
“ดินสีดำแอฟริกัน” ถูกสร้างขึ้นอย่างประดิษฐ์ โดยการใช้เศษอาหาร กระดูก เถ้าและมูลสัตว์ ถ้าไม่มีสิ่งเหล่านี้ การเกษตรในหลายพื้นที่ของแอฟริกาตะวันตกคงไม่สามารถดำเนินการได้ น่าสนใจว่า ชาวอเมซอนและแอฟริกันค้นพบการใช้ถ่านเป็นปุ๋ยอย่างอิสระ – เกษตรกรอเมซอนใช้ถ่านในดินเมื่อ 2500 ปีที่แล้ว ส่วนชาวแอฟริกันใช้มาประมาณ 700 ปี อาจจะเป็นไปได้ว่า สีดำและโครงสร้างของชีวมลทำงานกับความเข้าใจง่ายของมนุษย์โบราณ – “รักษาสิ่งที่คล้ายคลึงกันด้วยสิ่งที่คล้ายคลึงกัน”…
ข้อมูลการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับชีวมูล
การวิจัยภาคสนามเกี่ยวกับชีวมูลในออสเตรีย
ปัจจุบันชีวมูลถูกมองว่าเป็นแนวคิดทางวิศวกรรมศาสตร์ที่มีแนวโน้มดี ดังนั้นการวิจัยในระดับใหญ่จึงเกี่ยวข้องกับการชดเชยการปล่อยก๊าซเรือนกระจกผ่านการผลิตชีวมูล รวมถึงการปรับปรุงกระบวนการพีโรไลซิสในการผลิต: ก๊าซและน้ำมันที่เกิดจากการเผาสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเริ่มต้นปฏิกิริยาพีโรไลซิสได้จริง แต่ยังมีการทดลองในระดับระบบพืช-ดินที่ขาดหายไป ซึ่งไม่สามารถจำลองย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นเกือบ ข้อมูลทั้งหมดมีลักษณะที่ค่อนข้างเก็งกำไร
ผู้สนับสนุนการใช้ปุ๋ยเน้นไปที่ข้อดีหลัก 2 ประการ: ความสามารถในการเก็บกักคาร์บอนในรูปแบบที่มั่นคงป้องกันการปล่อย CO2 จากสารอินทรีย์เข้าสู่บรรยากาศ และการทำให้ดินอุดมสมบูรณ์ ข้อดีที่สองนี้มีการวิจัยภาคสนามที่ดีค่อนข้างน้อย อย่างไรก็ตาม:
ไม่มีการโต้แย้งว่าชีวมูลสามารถเก็บน้ำ ลดความเป็นกรดของดิน ปรับปรุงความพร้อมของออกซิเจน และสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการมีชีวิตของจุลินทรีย์ในดิน
การวิจัยภาคสนามที่ศึกษาผลกระทบของชีวมูลต่อการสูญเสียสารอาหารนั้นแทบจะไม่มีเลย
การเก็บรักษาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก็ได้รับการพิสูจน์เช่นกัน การผลิตชีวมูลดูเหมือนจะช่วยลดระดับ CO2 ในบรรยากาศ: เมื่อพืชย่อยสลาย พวกมันจะปล่อย CO2 ที่สุดท้ายจะถูกพืชอื่นดูดซับและการหมุนเวียนนี้ยังคงดำเนินต่อไป ถ่านจะทำให้สารย่อยสลายนี้เสถียรและเก็บรักษา CO2 ที่มาพร้อมกับมันไว้อย่างน้อยหลายร้อยหรือหลายพันปี ความคิดนี้มีศักยภาพที่ถูกคาดหวังว่าจะช่วยชะลอภาวะโลกร้อน ซึ่งดึงดูดผู้สนับสนุนชีวมูลจำนวนมาก (รวมถึงผู้ที่คัดค้านด้วย เนื่องจากศักยภาพทางเศรษฐกิจและ “ความมีประโยชน์เชิงสัมพัทธ์” ยังคงต้องได้รับการพิสูจน์)
การวิจัยภาคสนามทั้งหมดมีข้อสรุปที่ “ไม่ชัดเจน” เกินไป สำหรับแต่ละประเภทของดินและสภาพภูมิอากาศจะต้องใช้ความเข้มข้นของปุ๋ยถ่านที่แตกต่างกันไป ในบางกรณีก็ไม่จำเป็นเลย องค์ประกอบทางเคมีมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวาง ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและเงื่อนไขการพีโรไลซิส การเพิ่มผลผลิตถูกบันทึกในพื้นที่ที่ไม่เหมาะสมสำหรับการเกษตร แต่ต้องการการใส่ขี้เถ้าหรือวัสดุอินทรีย์ (!). ยิ่งดินดี ผลลัพธ์ก็จะยิ่งน้อยลง เพื่อให้ชีวมูลทำงานได้ จะต้องมีการใส่ P, K, Ca และ Mg ผ่านการเติมปุ๋ยหมักและมูลสัตว์ (ดิน Terra Preta ถูกสร้างจากเศษซากที่ไหม้เกรียมในผสมกับของเสียจากการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์)
ข้อมูลเชิงประจักษ์แทบไม่มีเลย ฉันจะขอแสดงผลการศึกษาจำนวนหนึ่งในภาคสนามที่ดูเหมือนจะมีประโยชน์ ชีวมูลได้รับการศึกษาที่นาในลาวในปี 2007: คุณสมบัติการระบายน้ำของดินดีขึ้น ผลผลิตเพิ่มขึ้นในสภาพที่มีฟอสฟอรัสไม่เพียงพอ แต่ความพร้อมของไนโตรเจนลดลงซึ่งทำให้ต้องมีการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนเพิ่มเติม ( 2 )
มีการตีพิมพ์ที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันระหว่างปุ๋ยหมักและชีวมูลโดยนักชีวเคมีชาวเยอรมันจาก Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . ในบทความนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับความคงทนของปุ๋ยดำมีความสามารถสูงมากต่อการเสื่อมสภาพ (ประมาณ 3000 ปี) ทำให้ไม่ต้องใส่ลงในดินทุกปีเหมือนปรับปรุงดินอื่นๆ นอกจากนี้ ยังชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างในคุณภาพของชีวมูล ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ใช้ในการผลิตและวัตถุดิบ (ชีวมูลจากหญ้าที่ผลิตที่อุณหภูมิต่ำ 250-400°С มีประสิทธิภาพในการทำให้คาร์บอนแร่ธาตุดีมากกว่าจากไม้แข็งและการประมวลผลที่อุณหภูมิสูง)
แหล่งของชีวมูล - หญ้า
ในการวิเคราะห์ข้อมูลที่กว้างขวางที่สุด เมตาอะนาลิซิส ของการศึกษาเรื่องชีวมูล มีการเตือน:
คำกล่าวส่วนใหญ่เกี่ยวกับชีวมูลมีการหวังผลมากเกินไป มีการประเมินประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นของปุ๋ยอย่างมีสติ
การนำเสนอที่ TEDx ของวิศวกรอวกาศซึ่งสนับสนุนการใช้ชีวมูล
สัญญาหรือมาตรฐาน?
โชคดีที่ปัญหาการนำชีวมูลมาใช้ในระดับโลกไม่กระทบกับเรา เราต้องการเพียงทำให้ความอุดมสมบูรณ์ของดินที่ใช้ในการเกษตรดีขึ้นเหมือนในแอฟริกา และในขั้นตอนนี้เราเผชิญกับปัญหา เรายังไม่รู้:
- ผลลัพธ์ pH จะเป็นเช่นไร
- คุณสมบัติทางเคมีของชีวมูลแต่ละประเภทขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและวิธีการเตรียม
- ดินประเภทใดที่ควรใช้ผลิตภัณฑ์เฉพาะ
- สถานะของมันในดินมีความเสถียรเพียงใด (ข้อมูลมีเพียงเชิงทฤษฎีและอ้อมเท่านั้น)
- การผลิตชีวมูลจะก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นหรือไม่ และคำถามอีกมากมายเช่นนี้
เรายังไม่รู้ว่าชีวมูลที่ “ดี” หมายถึงอะไร บริษัทที่ผลิตชีวมวลมีอยู่หลายร้อยแห่งทั่วโลก แต่ยังไม่มีมาตรฐานใด ๆ เลย นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาสัญญาเราว่าจะแจกจ่ายทองคำในรูปแบบกองทัพกองมหึมา และการกำหนดปริมาณก็ขึ้นอยู่กับจินตนาการและความโลภของผู้ผลิต ขณะนี้ยังไม่ได้พัฒนากฎหมายหรือมาตรฐานสำหรับชีวมวล เพื่อที่จะสามารถพัฒนามาตรฐานเหล่านี้ได้ ต้องมีการสนับสนุนจากการศึกษาทางภาคสนามและห้องปฏิบัติการที่มีคุณภาพซึ่งมีอยู่เพียงเล็กน้อย และในการทดลองที่เผยแพร่ทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมและชัดเจนข้อมูลในอนาคต
จากตัวอย่างชีวมวลประมาณ 100 ตัวอย่างที่แตกต่างกันตามวัตถุดิบและกระบวนการผลิต ได้มีการเสนอค่าตั้งเกณฑ์สำหรับธาตุดังนี้: O/C <0.4 และ H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012) การผสมชีวมวลโดยตรงกับดินโดยไม่ต้องเพิ่มสารอินทรีย์ไม่ถูกนำมาใช้และไม่มีความหมาย แต่ผู้ผลิตไม่ระบุเรื่องนี้บนบรรจุภัณฑ์ชีวมวล
ข้อสรุปที่เกิดจากการวิเคราะห์เชิงเมตาในวารสารทางวิทยาศาสตร์ Plos One ปี 2013:
- การศึกษาชีวมวลยังเป็นพื้นที่ใหม่มาก ซึ่งสะท้อนให้เห็นในขาดมาตรฐานและการกระจายการวิจัยที่ไม่สม่ำเสมอในด้านต่าง ๆ
- จำเป็นต้องมีการทดลองภาคสนามเพื่อประเมินความเสถียรของปุ๋ยตามสภาพภูมิอากาศ สารประกอบของดิน และวิธีการผลิตถ่าน
- เรายังไม่ทราบว่าการผลิต การขนส่ง และการใช้งานชีวมวลมีผลต่อระบบนิเวศโดยรวมในทางใด
- คำแถลงที่มองในแง่ดีเกี่ยวกับประโยชน์ของชีวมวลต่อสิ่งแวดล้อมมีความขัดแย้งอย่างมากกับจำนวนการศึกษาเกี่ยวกับพฤติกรรมและผลกระทบของมันที่จำกัด
- ข้อมูลเชิงประจักษ์ที่ไม่เพียงพอในการสนับสนุนคำกล่าวอ้างว่าการใช้ชีวมวลในดินสามารถบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้อย่างมีนัยสำคัญ หรือว่ามันให้ผลประโยชน์ทางนิเวศวิทยาที่ชัดเจนเมื่อประเมินตามชุดตัวชี้วัดทั้งหมด
ข้อเสียของชีวมวล ที่กล่าวโดยศาสตราจารย์ Johan Six จาก Swiss Federal Institute of Technology Zurich:
- ในบางกรณี ผลผลิตอาจลดลงเนื่องจากการดูดซับน้ำและสารอาหารโดยชีวมวล ซึ่งทำให้ทรัพยากรเหล่านี้ไม่เข้าถึงพืชผลทางการเกษตร นอกจากนี้ยังได้แสดงว่าชีวมวลทำให้การงอกช้าลง
- การดูดซับยาฆ่าแมลงและยาฆ่าหญ้าอาจลดประสิทธิภาพของพวกเขา
- ชีวมวลบางชนิดอาจเป็นแหล่งมลพิษ เช่น โลหะหนัก สารอินทรีย์ระเหยได้ สารประกอบอะโรมาติกที่มีลักษณะพิเศษ และคาร์บอนอินทรีย์ที่ละลาย
- การกำจัดเศษพืช เช่น ลำต้น ใบ และผลที่จะแปรรูปเป็นชีวมวลอาจทำให้สภาพโดยรวมของดินแย่ลง ลดจำนวนจุลินทรีย์ในดินและรบกวนวงจรสารอาหารภายใน
- การเพิ่มความจุการแลกเปลี่ยนแคทไอออนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของดิน: มันน้อยที่สุดในดินที่มีปริมาณดินเหนียวหรือสารอินทรีย์สูง สำหรับดินธรรมดา การใช้ชีวมวลไม่ค่อยมีความหมายมากนัก
- ในดินที่มี pH สูง (ด่าง) การเพิ่ม pH เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากพืชผลสามารถรับมือได้เฉพาะกับช่วง pH ของดินที่กำหนด
ฉันไม่มีอคติเพื่อส่วนตัวเกี่ยวกับชีวมวล หากต้องการ สามารถสร้างได้ที่หลังบ้าน:
วรรณกรรมเพิ่มเติม
จากลิงก์ด้านล่าง คุณสามารถศึกษางานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ต้นฉบับที่มีการออกแบบการศึกษาแบบเต็มตามที่มีกราฟ คำนวณ และข้อสรุป
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.
การทบทวนล่าสุดในปี 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
