JaneGarden
  1. Головна
  2. Ґрунт і добрива
  3. Добриво з біовугілля біочар: чи доведена його ефективність?

Добриво з біовугілля біочар: чи доведена його ефективність?

Ви щось чули про біочар? Для більшості садівників це новий термін, для мене зокрема. На очі попалася англомовна стаття про біовугілля Biochar, в якій це добриво було описане як диво, що перетворює пустелю в сади Едема. Зацікавило. Тут же пішла шукати дослідження біочара з доказами ефективності. Досліджень виявилось не багато, тож я змогла переглянути буквально всі, що стосуються поліпшення ґрунтів (про боротьбу біовугілля з наслідками глобального потепління не стала включати в цей огляд).

Що таке біочар?

Це приготований особливим чином деревний вугілля, який додають у ґрунт для покращення родючості. Вугілля в сільському господарстві традиційно використовують корінні народи Західної Африки і, за деякими недостовірними даними, в тропічних лісах Амазонки. Є гіпотеза, що біочар здатен суттєво підвищити врожайність ґрунту й одночасно знизити кількість вуглекислого газу в атмосфері планети.

Як біочар поліпшує ґрунт?

Якщо в короткому викладі:

  • Внесення біовуглецю покращує фізико-хімічні властивості ґрунту (підвищення рН з 3,9 до 5,1, катіонообмінної ємності з 7.41 до 10.8 cmol(+)kg−1, відсоткове вміст катіонів з 6,40 до 26,0%, та біомаси (МВС) від 835 до 1262 мг/кг-1).
  • Збільшення середньозваженого діаметра (MWD) ґрунтових агрегатів з 2,6 см до 4,0 см);
  • Швидкість ерозії знижується на <50%. Дані отримані при внесенні 5% біочара з загальної маси землі ( CATENA Soil Science , Китай, 2013)

Кристалічна решітка біовугілля

Є свідчення, що покращені ще до Колумба фермером ґрунти Амазонії досі родючі і містять до 35% свого органічного вуглецю у формі біовугілля. Штучно збагачені біовуглецем 2000 років тому ґрунти містять більше води та поживних речовин у легкодоступній для рослин формі. Склад добрива в амазонських чорноземах terra preta припускають такий: вугілля + кості + гній (про амазонські ґрунти та їх доколумбовий біочар можна дізнатися детальніше тут ).

Біовугілля — надпористий матеріал, який можна поставити в один ряд з перлітом за ефективністю утримання води. Його пори стають здоровим середовищем існування для ґрунтової біоти, і його внесення може бути одним з етапів “терраформування”. Вуглець у біочарі дуже стабільний і залишається в ґрунті тисячі років, зв’язуючи і утримуючи мікроелементи і мінерали, поки не віддасть їх корінням рослин за допомогою симбіотичних бактерій. У місцях з проливними дощами це безцінна властивість для добрива, поряд з перешкодою ерозії і забрудненню підземних вод.

Як виробляється біовугілля?

Організація, що забезпечує екологічні стандарти для біовугілля International Biochar Initiative, називає процес його виробництва “перетворенням сільськогосподарських відходів на підсилювач ґрунту”. Біочар також створюється в результаті природних пожеж або штучно створеним пиролізом:

“Органічні відходи, такі як щепа і гілки, побічні продукти сільського господарства, спалюються в безкисневих камерах, утворюючи олію, синтетичний газ і тверді залишки, що нагадують деревне вугілля. Високопористий вигляд деревного вугілля, що діє як фільтр для поглинання шкідливих хімічних речовин і сполук, пропускаючи корисні поживні речовини.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies

Коротка історія біовугілля

Без екскурсу в історію не обійтися. Вугілля для західноафриканських земель завжди було другим ефективним ґрунтоутворюючим елементом, поряд з гноєм. Це стало зрозуміло після масштабних антропологічних досліджень у Ліберії і Гані на ґрунтах семисотлітньої давності ( 1 ).

“Африканські темні землі” створювалися штучно, шляхом внесення кухонних відходів, кісток, попелу і гною. Без цих складових сільське господарство в більшості західноафриканських регіонів було б неможливим. Цікаво, що жителі Амазонії і Африки відкрили для себе вугілля як добриво абсолютно незалежно - амазонські фермери вже 2500 років тому вносили його в ґрунт, африканці ж близько 700 років. Можливо, чорний колір і структура біочара діяли на просту логіку древньої людини - “лікувати подібне подібним”…

Дані наукових досліджень щодо біоугля

Польові дослідження біочару в Австрії

Зараз біочар вважається перспективною геоінженерною ідеєю, тому масштабні дослідження пов’язані більше з компенсацією викидів парникових газів шляхом виробництва біоугля, а також вдосконаленням процесу пиролізу під час його виробництва: гази й олії, що виділяються під час спалювання, можуть фактично використовуватися як паливо для запуску реакції пиролізу. Але все ще відсутні експерименти на рівні рослинно-ґрунтових екосистем, зворотні зв’язки в яких не можна повністю імітувати в лабораторії. Тому майже всі дані носять досить спекулятивний характер.

Прихильники добрива вказують переважно на 2 переваги: здатність зберігати вуглець у стабільній формі, перешкоджаючи виходу CO2 з органіки в атмосферу, та збагачення ґрунту. Ось із другою перевагою пов’язано не так багато хороших польових досліджень. Тим не менш:

не оспорюється, що біоуголь утримує воду, зменшує кислотність ґрунту, покращує доступність кисню та забезпечує ідеальні умови для проживання ґрунтових мікроорганізмів.

Практично відсутні польові дослідження, в яких вивчається вплив біоугля на втрату поживних речовин.

Утримання вуглекислого газу також підтверджено. Виробництво біочару, очевидно, знижує вміст СО2 в атмосфері: коли рослини розкладаються, вони виділяють СО2, який врешті-решт поглинають інші рослини, і цикл триває. Вугілля стабілізує цю розкладену речовину та супутній СО2 і консервує його в ґрунті на сотні або навіть тисячі років. Ця ідея, що має предположно величезний потенціал, допомагаючи сповільнити глобальне потепління, привернула значний ряд прихильників біочару (та й супротивників також, адже економічний потенціал і “відносну корисність” ще потрібно доводити).

Усі польові дослідження мають занадто “розмиті” висновки. Для кожного виду ґрунтів і кліматичних умов потрібна індивідуальна концентрація вугільного добрива. У деяких випадках воно не потрібне зовсім. Хімічний склад значно варіюється, в залежності від початкової сировини та умов пиролізу. Підвищення врожайності відмічалося в непридатних для с/г місцях, за умови внесення золи та органічних добавок (!). Чим кращий ґрунт, тим скромніші результати. Щоб біочар працював, необхідно вносити P, K, Ca та Mg, шляхом додавання компосту та гною (землі Terra Preta були створені з обвуглених залишків у суміші з відходами людських поселень).

Емпіричних даних непристойно мало. Наведу результати кількох польових досліджень, які видалися мені корисними. Біочар вивчався на рисових полях Лаосу у 2007 році: покращилася гідропроводимість ґрунту, підвищилася врожайність в умовах низькодоступного фосфору, але знизилася доступність азоту, що призвело до необхідності додаткового внесення азотних добрив ( 2 ).

Чудова публікація про синергію компосту та біочару є у німецьких біохіміків з Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . В статті особливо корисні відомості про довговічність чорного добрива - основна структура матеріалу має високу стійкість до деградації (близько 3000 років), що дозволяє не вносити його в ґрунт щорічно, як інші покращувачі ґрунту. Також, вказується на відмінності в якості біочарів залежно від температури отримання та початкової сировини (біоуголь з трав, отриманий при низьких температурах 250-400°С, краще мінералізує вуглець, ніж з твердих сортів дерева і високотемпературної обробки).

Джерело біочару - трави

В самому масштабному метааналізі досліджень щодо біочару є застереження:

Більшість заяв про біоуголь надмірно захоплені. Свідомо завищуються потенційні переваги добрива як для ґрунтоутворення, так і для навколишнього середовища в цілому.

Виступ на TEDx аерокосмічного інженера, який пропагандує використання біоугля.

Обіцянки чи стандарти?

На щастя, проблеми глобального впровадження біочару нас не стосуються. Нам би, як в Африці, просто підняти родючість садових ґрунтів. І на цьому етапі виникають проблеми. Ми поки не знаємо:

  • Який рН отримаємо в результаті;
  • Хімічні властивості окремих видів біочару в залежності від сировини та способу приготування;
  • На яких ґрунтах краще використовувати конкретний продукт;
  • Наскільки він стабільний у ґрунті (є лише теоретичні та непрямі дані);
  • Чи не завдає виробництво біовугілля більшої шкоди навколишньому середовищу, ніж можливу користь, і ще чимало подібних питань.

Ми поки не знаємо, що таке ХОРОШИЙ біоуголь. Компаній, що виробляють біочар, вже кілька сотень по всьому світу, але стандартів все ще немає. Саме тому обіцяють нам буквально золоті розсипи, а дозування пишуть, обмежуючись лише фантазією та жадібністю виробника. Поки що не розроблено ні нормативно-правової бази, ні ГОСТів для біоугля. Щоб такі стандарти розробити, їх потрібно обґрунтувати нормальними польовими та лабораторними дослідженнями, яких дуже мало, і у всіх опублікованих випробуваннях вчені наполягають на подальшому вивченні та уточненні даних.

Виходячи з приблизно 100 зразків біоугля, що різняться за сировиною та процесом виробництва, були запропоновані такі порогові значення елементів: O/C <0,4 та H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Змішування біочара безпосередньо з ґрунтом, без внесення органічних добавок, не застосовується і не має сенсу, але про це не пишуть виробники на упаковках біоугля.

Висновки, сформовані на основі метааналізу в науковому журналі Plos One 2013 року:

  • Вивчення біочара ще дуже молода область, що відбивається в відсутності стандартів і нерівномірному розподілі досліджень по тематичних областях.
  • Необхідні польові випробування стабільності добрив залежно від клімату, складу ґрунтів і способу виробництва вугілля.
  • Ми все ще не знаємо, як виробництво, транспортування та внесення біочара впливають на екосистему в цілому.
  • Оптимістичні заяви про користь біочара для навколишнього середовища різко контрастують з обмеженою кількістю досліджень його поведінки та впливу.
  • Недостатньо емпіричних даних, що підтверджують твердження про те, що внесення біовуглецю в ґрунт значно пом’якшує зміну клімату або що воно забезпечує загальні екологічні вигоди при оцінці за повним набором показників.

Недоліки біочара, озвучені проф. Johan Six, Швейцарська вища технічна школа Цюриха:

  1. У деяких випадках врожайність може знижуватися через сорбцію води та поживних речовин біоуглем, що знижує доступність цих ресурсів для сільськогосподарських культур. Було також показано, що біочар сповільнює проростання.
  2. Абсорбція пестицидів і гербіцидів може знижувати їх ефективність.
  3. Деякі біоуглі можуть виступати в якості джерела забруднень, таких як важкі метали, летючі органічні сполуки, поліциклічні ароматичні вуглеводні та розчинений органічний вуглець.
  4. Видалення рослинних залишків, таких як стебла, листя та насіннєві коробочки, які будуть використані для виробництва біочара, може погіршити загальний стан ґрунту, зменшивши кількість ґрунтових мікроорганізмів і порушивши кругообіг внутрішніх поживних речовин.
  5. Збільшення ємності катіонного обміну залежить від складу ґрунту: воно мінімальне в ґрунтах з високим вмістом глини або органічних речовин. Для нормальної землі застосування біовуглецю не має великого сенсу.
  6. В ґрунтах з високим pH (лужних) підвищення pH небажане, оскільки сільськогосподарські культури переносять лише певний діапазон pH ґрунту.

Ніяких особистих упереджень щодо біоугля не маю. При бажанні, його можна створити на задньому дворі:

Додаткова література

За посиланнями нижче ви можете ознайомитися з оригінальними науковими роботами, в яких присутній повний дизайн дослідження з графіками, розрахунками та висновками.

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.

Новітній огляд 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .

Опубліковано:

Оновлено:

Додати коментар