Bạn đã nghe nói về than sinh học chưa? Đối với hầu hết các nhà làm vườn, đây là một thuật ngữ mới, và tôi cũng vậy. Tôi đã gặp một bài báo tiếng Anh về than sinh học Biochar, trong đó loại phân bón này được mô tả như một kỳ tích, biến sa mạc thành những khu vườn của địa đàng. Điều đó đã thu hút tôi. Ngay lập tức, tôi bắt đầu tìm kiếm các nghiên cứu về than sinh học với bằng chứng về hiệu quả của nó. Các nghiên cứu không nhiều, vì vậy tôi đã có thể xem xét hầu hết tất cả những gì liên quan đến việc cải thiện đất (tôi không bao gồm cuộc chiến của than sinh học với hậu quả của sự nóng lên toàn cầu trong tổng quan này).
Than sinh học là gì?
Đó là than gỗ được chế biến theo một cách đặc biệt, được bổ sung vào đất để cải thiện độ màu mỡ. Than được các tộc người bản địa ở Tây Phi sử dụng trong nông nghiệp, và theo một số thông tin không đáng tin cậy, cũng có ở các khu rừng nhiệt đới Amazon. Có giả thuyết cho rằng than sinh học có thể làm tăng đáng kể năng suất đất và đồng thời giảm lượng khí CO2 trong bầu khí quyển của trái đất.
Than sinh học cải thiện đất như thế nào?
Nói ngắn gọn:
- Việc bổ sung than sinh học cải thiện các thuộc tính lý hóa của đất (tăng pH từ 3,9 lên 5,1, tăng khả năng trao đổi cation từ 7,41 đến 10,8 cmol(+)kg−1, tăng phần trăm cation từ 6,40 lên 26,0%, và tăng sinh khối (MVS) từ 835 lên 1262 mg/kg-1).
- Tăng đường kính trung bình trọng số (MWD) của các hạt đất từ 2,6 cm lên 4,0 cm);
- Tốc độ xói mòn giảm dưới 50%. Dữ liệu thu được khi bổ sung 5% than sinh học so với tổng khối lượng đất ( CATENA Soil Science , Trung Quốc, 2013)
Kết cấu tinh thể của than sinh học
Có bằng chứng cho thấy rằng các vùng đất được cải tạo từ thời tiền Colomb ở Amazon vẫn còn màu mỡ và chứa đến 35% carbon hữu cơ của chúng dưới dạng than sinh học. Các vùng đất giàu carbon sinh học được cải tạo cách đây 2000 năm chứa nhiều nước và chất dinh dưỡng ở dạng dễ tiếp cận cho cây trồng. Thành phần của phân bón trong các vùng đất đen Amazon, hay terra preta, được cho là: than + xương + phân (Bạn có thể tìm hiểu thêm về đất Amazon và than sinh học từ thời tiền Colomb tại đây ).
Than sinh học là một vật liệu siêu xốp, có thể đứng ngang hàng với perlite về hiệu quả giữ nước. Các lỗ xốp của nó trở thành môi trường sống lành mạnh cho quần thể sinh học trong đất, và việc bổ sung nó có thể là một trong những bước trong “thay đổi hình dạng đất”. Carbon trong than sinh học rất ổn định và còn lại trong đất hàng ngàn năm, gắn kết và giữ lại vi lượng và khoáng chất, cho đến khi nó trả lại cho rễ cây thông qua các vi khuẩn đồng sinh. Ở những nơi có mưa lớn, đặc tính quý giá này cho phân bón, bên cạnh việc ngăn chặn xói mòn và ô nhiễm nước ngầm.
Than sinh học được sản xuất như thế nào?
Tổ chức đảm bảo các tiêu chuẩn sinh thái cho than sinh học, Sáng kiến Than Sinh học Quốc tế, gọi quy trình sản xuất của nó là “biến chất thải nông nghiệp thành chất cải thiện đất”. Than sinh học cũng được tạo ra từ các đám cháy tự nhiên, hoặc từ quá trình pyrolysis được tạo ra nhân tạo:
“Chất thải hữu cơ, như mùn cưa và cành cây, sản phẩm phụ của nông nghiệp, được đốt trong các buồng thiếu oxy, tạo ra dầu, khí tổng hợp và chất rắn giống như than gỗ. Hình thức than gỗ có xốp cao, hoạt động như một bộ lọc hấp thụ các hóa chất và hợp chất độc hại, trong khi vẫn cho phép các chất dinh dưỡng có lợi.” Trường Lâm nghiệp và Nghiên cứu Môi trường Yale
Lịch sử ngắn gọn về than sinh học
Không thể không có một chút tham khảo lịch sử. Than đã luôn là một yếu tố tạo đất hiệu quả thứ hai cho các vùng đất Tây Phi, bên cạnh phân động vật. Điều này đã trở nên rõ ràng sau các nghiên cứu nhân học quy mô lớn ở Liberia và Ghana về các vùng đất đã có cách đây bảy thế kỷ ( 1 ).
“Các vùng đất tối màu ở châu Phi” được tạo ra một cách nhân tạo, thông qua việc bổ sung chất thải nhà bếp, xương, tro và phân. Nếu thiếu những thành phần này, nông nghiệp ở hầu hết các khu vực Tây Phi sẽ là điều không thể. Thú vị là người dân Amazon và châu Phi đã phát hiện ra than như một loại phân bón một cách độc lập - nông dân Amazon đã bổ sung nó vào đất từ cách đây 2500 năm, trong khi người châu Phi đã làm điều này khoảng 700 năm. Có thể, màu đen và cấu trúc của than sinh học đã kích thích tư duy đơn giản của tổ tiên chúng ta - “chữa bệnh giống như chữa bệnh”…
Dữ liệu nghiên cứu khoa học về bã sinh học
Nghiên cứu thực địa về bã sinh học ở Áo
Hiện nay, bã sinh học được coi là một ý tưởng kỹ thuật địa lý đầy triển vọng, do đó, các nghiên cứu quy mô lớn liên quan nhiều hơn đến việc bù đắp lượng khí thải khí nhà kính thông qua sản xuất bã sinh học, cũng như cải thiện quy trình pyrolysis trong sản xuất của nó: khí và dầu sinh ra trong quá trình cháy thực sự có thể được sử dụng làm nhiên liệu để khởi động phản ứng pyrolysis. Tuy nhiên, vẫn thiếu các thí nghiệm ở cấp độ hệ sinh thái thực vật - đất mà các phản hồi trong đó không thể hoàn toàn được mô phỏng trong phòng thí nghiệm. Do đó, gần như tất cả dữ liệu đều mang tính suy đoán khá cao.
Các nhà vận động phân bón chủ yếu chỉ ra 2 lợi ích: khả năng lưu trữ carbon ở dạng ổn định, ngăn chặn CO2 thoát ra từ hữu cơ vào khí quyển và làm giàu đất. Tuy nhiên, không có nhiều nghiên cứu thực địa tốt liên quan đến lợi ích thứ hai. Dù vậy:
không ai phủ nhận rằng bã sinh học giữ nước, giảm độ axit của đất, cải thiện khả năng tiếp cận oxy và cung cấp điều kiện lý tưởng cho sinh vật vi sinh vật trong đất.
Hầu như không có nghiên cứu thực địa nào nghiên cứu ảnh hưởng của bã sinh học đến sự mất chất dinh dưỡng.
Việc giữ CO2 cũng đã được chứng minh. Sản xuất bã sinh học dường như làm giảm nồng độ CO2 trong khí quyển: khi cây thực vật phân hủy, chúng phát thải CO2, cuối cùng được các cây khác hấp thụ, và chu trình này tiếp tục. Than ổn định chất phân hủy này và CO2 đi kèm, và bảo tồn nó trong đất hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn năm. Ý tưởng này, được cho là có tiềm năng lớn giúp làm chậm nguy cơ nóng lên toàn cầu, đã thu hút một số lượng lớn người ủng hộ bã sinh học (cũng như cả những người phản đối, vì tiềm năng kinh tế và “độ hữu ích tương đối” cần phải được chứng minh).
Tất cả các nghiên cứu thực địa đều có kết luận quá “mờ nhạt”. Đối với mỗi loại đất và điều kiện khí hậu, cần một nồng độ phân bón than riêng biệt. Trong một số trường hợp, nó thậm chí không cần thiết. Thành phần hóa học biến đổi rộng rãi, tùy thuộc vào nguyên liệu đầu vào và điều kiện pyrolysis. Sự gia tăng năng suất đã được ghi nhận ở những khu vực không thích hợp cho nông nghiệp, miễn là có sự bổ sung tro và các chất hữu cơ (!). Đất càng tốt, kết quả càng khiêm tốn. Để bã sinh học hoạt động hiệu quả, cần phải bổ sung P, K, Ca và Mg thông qua việc thêm phân compost và phân chuồng (miền đất Terra Preta đã được tạo nên từ các phần bã bị cháy trộn với chất thải từ các khu định cư của con người).
Dữ liệu thực nghiệm rất ít ỏi. Tôi xin cung cấp kết quả của một số nghiên cứu thực địa mà tôi thấy hữu ích. Bã sinh học đã được nghiên cứu trên các cánh đồng lúa ở Lào vào năm 2007: tính dẫn nước của đất được cải thiện, năng suất tăng lên trong điều kiện phosphor dễ tiếp cận, nhưng tính khả dụng của nitơ giảm, điều này dẫn đến sự cần thiết phải bổ sung thêm phân nitơ ( 2 ).
Một tài liệu tuyệt vời về sự cộng sinh giữa phân compost và bã sinh học đến từ các nhà sinh hóa học Đức từ Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . Bài viết đặc biệt hữu ích với thông tin về độ bền của phân bón đen - cấu trúc chính của vật liệu có độ bền cao với sự phân hủy (khoảng 3000 năm), cho phép không cần bổ sung thường xuyên như các loại cải tạo đất khác. Ngoài ra, bài viết cũng chỉ ra sự khác biệt về chất lượng của bã sinh học tùy thuộc vào nhiệt độ tạo ra và nguyên liệu đầu vào (bã sinh học từ cỏ, được sản xuất ở nhiệt độ thấp từ 250-400°C thì khoáng hoá carbon tốt hơn so với các loại gỗ cứng và xử lý nhiệt độ cao).
Nguồn bã sinh học - cỏ
Trong phân tích tổng hợp quy mô lớn về bã sinh học, có một cảnh báo:
Phần lớn các tuyên bố về bã sinh học đều quá lạc quan. Các lợi ích tiềm năng của phân bón đối với sự hình thành đất và môi trường chung đang được phóng đại một cách có ý thức.
Bài phát biểu tại TEDx của một kỹ sư hàng không vũ trụ, người ủng hộ việc sử dụng bã sinh học.
Hứa hẹn hay tiêu chuẩn?
May mắn thay, các vấn đề về việc áp dụng bã sinh học toàn cầu không ảnh hưởng đến chúng ta. Chúng ta chỉ cần, như ở châu Phi, nâng cao độ màu mỡ của đất vườn. Và ở giai đoạn này, các vấn đề xuất hiện. Hiện tại chúng ta vẫn chưa biết:
- pH nào chúng ta sẽ đạt được cuối cùng;
- Tính chất hóa học của từng loại bã sinh học tùy thuộc vào nguyên liệu và cách chế biến;
- Nên sử dụng sản phẩm cụ thể trên đất nào tốt hơn;
- Nó ổn định bao nhiêu trong đất (chỉ có dữ liệu lý thuyết và gián tiếp);
- Việc sản xuất bã sinh học có gây hại nhiều hơn cho môi trường hơn là lợi ích tiềm năng hay không và còn nhiều câu hỏi tương tự.
Chúng ta vẫn chưa biết bã sinh học TỐT là gì. Các công ty sản xuất biochar đã có vài trăm trên toàn thế giới, nhưng vẫn chưa có tiêu chuẩn nào. Đó là lý do tại sao chúng ta được hứa hẹn những mỏ vàng thực sự, và việc viết liều lượng chỉ giới hạn trong trí tưởng tượng và lòng tham của nhà sản xuất. Cho đến nay, không có cơ sở pháp lý hay tiêu chuẩn nào được phát triển cho biochar. Để xây dựng những tiêu chuẩn như vậy, chúng cần phải được chứng minh qua các cuộc nghiên cứu thực địa và trong phòng thí nghiệm, mà hiện nay còn rất ít, và trong tất cả các thử nghiệm đã công bố, các nhà khoa học đều nhấn mạnh rằng cần phải nghiên cứu và xác định lại dữ liệu.
Dựa trên khoảng 100 mẫu biochar với nguyên liệu và quy trình sản xuất khác nhau, đã đề xuất các giá trị ngưỡng cho các yếu tố sau: O/C <0,4 và H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Việc trộn biochar trực tiếp với đất, không có bổ sung các chất hữu cơ, không được áp dụng và không có ý nghĩa, nhưng điều này không được viết trên bao bì biochar.
Các kết luận được hình thành dựa trên phân tích tổng hợp trong tạp chí khoa học Plos One năm 2013:
- Nghiên cứu về biochar vẫn là một lĩnh vực rất trẻ, điều này thể hiện trong việc thiếu tiêu chuẩn và sự phân bố không đồng đều của các nghiên cứu trong các lĩnh vực chủ đề.
- Cần thiết có các thử nghiệm thực địa về độ ổn định của phân bón tùy thuộc vào khí hậu, thành phần đất và phương pháp sản xuất than.
- Chúng ta vẫn chưa biết cách sản xuất, vận chuyển và bón biochar ảnh hưởng đến hệ sinh thái nói chung như thế nào.
- Các tuyên bố lạc quan về lợi ích của biochar đối với môi trường đối lập hoàn toàn với số lượng hạn chế các nghiên cứu về cách nó hành xử và tác động.
- Thiếu dữ liệu kinh nghiệm xác thực các tuyên bố rằng việc bổ sung carbon sinh học vào đất làm giảm đáng kể biến đổi khí hậu hoặc rằng nó mang lại lợi ích sinh thái chung khi được đánh giá theo một tập hợp đầy đủ các chỉ số.
Những nhược điểm của biochar, được nêu ra bởi giáo sư Johan Six, Đại học Bách khoa Zurich:
- Trong một số trường hợp, năng suất có thể giảm do việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng bởi biochar, làm giảm khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên này cho cây trồng. Cũng đã có nghiên cứu cho thấy rằng biochar làm chậm sự nảy mầm.
- Sự hấp thụ thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ có thể làm giảm hiệu quả của chúng.
- Một số biochar có thể là nguồn gây ô nhiễm, chẳng hạn như kim loại nặng, hợp chất hữu cơ bay hơi, and các hydrocacbon thơm đa vòng và carbon hữu cơ hòa tan.
- Việc loại bỏ tàn dư thực vật, chẳng hạn như thân, lá và quả hạt, sẽ được sử dụng để sản xuất biochar, có thể làm xấu đi tình trạng đất, làm giảm số lượng vi sinh vật đất và phá vỡ chu trình của các chất dinh dưỡng nội bộ.
- Sự gia tăng dung lượng trao đổi cation phụ thuộc vào thành phần đất: nó là tối thiểu trong các loại đất có hàm lượng đất sét hoặc chất hữu cơ cao. Đối với đất bình thường, việc sử dụng carbon sinh học không có nhiều ý nghĩa.
- Trong các loại đất có pH cao (kiềm), việc tăng pH là không mong muốn, vì cây trồng chỉ chịu được một khoảng pH đất nhất định.
Tôi không có thành kiến cá nhân gì về biochar. Nếu mong muốn, nó có thể được sản xuất ngay tại sân sau:
Tài liệu tham khảo bổ sung
Tại các liên kết dưới đây, bạn có thể tìm hiểu các công trình nghiên cứu khoa học gốc, trong đó có thiết kế nghiên cứu đầy đủ với đồ thị, tính toán và kết luận.
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.
Tổng quan gần đây năm 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
