Výzkum biocharu v Morton Arboretum

Biochar - látka vyráběná spalováním organického odpadu, jako jsou odumřelé rostliny, listí a dřevní štěpka - se zdá být slibným prostředkem ke zmírnění změny klimatu v půdě. Jeho potenciál právě teď zkoumá půdní ekolog v Mortonově arboretu. Dr. Meghan Midgley a koordinátor výzkumu Michelle Catania. S Meghan a Michelle jsme si povídali o tom, jak jejich výzkum začal a co se zatím dozvěděly.

Co přispívá ke zvýšenému zájmu o biouhel v poslední době?

MC: Městské půdy se vyznačují nízkou kvalitou, například špatnou schopností zadržovat vodu a živiny, špatně strukturovanými půdními horizonty a obrovskou variabilitou obsahu organické hmoty. Tyto vlastnosti vytvářejí méně než ideální podmínky pro dlouhověké městské stromy. K překonání těchto environmentálních rozdílů byl logickým přístupem výzkum řešení domorodých komunit. V době, kdy vědci odkrývali starověká archeologická naleziště plná živinami bohatých terra preta v povodí Amazonky byly objevování hlubokých, dobře strukturovaných černých půd na místech, kde se po více než tisíc let pěstoval extenzivní deštný prales, což je pro tropické půdy náchylné k zemědělství typu "slash-and-burn" netypické. To vyvolalo velký zájem o studium dopadů biocharu na sanaci půdy v našich degradovaných městských a zemědělských půdách.

Jaký výzkum v oblasti biocharu a půdy jste dokončili nebo dokončujete?

MC: K otestování účinnosti biocharu schopnost zlepšit kvalitu půdy v městské krajině., hlavní řešitel Dr. Bryant Scharenbroch (docent na UWSP a výzkumný pracovník v The Morton Arboretum) a já jsme společně pracovali na několika různých projektech na úrovni krajiny, školky a skleníku. Zpočátku jsme provedli skleníkovou studii, ve které jsme zkoumali 7 ošetření (dřevní štěpka, kompost, biochar, biosolid, NPK hnojivo, provzdušněný kompostový čaj, voda) na 2 běžných pouličních stromech (Acer saccharum Marsh. a Gleditsia triacanthos) pěstovaných ve 3 typech půdy (písek, sprašová hlína, zhutněný jíl). Reakce půdy a stromů na ošetření jsme zkoumali po dobu 18 měsíců a studii jsme zakončili destruktivní sklizní nadzemní i podzemní biomasy. Zjistili jsme, že jak biosolidy, tak biochar zlepšily mikrobiální aktivitu půdy. Tím se pozitivně ovlivňuje růst nadzemních i podzemních částí stromů, přičemž největší akumulace biomasy byla zaznamenána u obou ošetření biocharem a biosolidem ve srovnání s ostatními ošetřeními.

MC: Testování ošetření biouhlem na stávající uliční stromy, jsme vypracovali dvě studie na úrovni krajiny v oblasti Chicaga. Jednu ve čtvrti blízko centra Chicaga. zkoumání stromových jam (v návrhu) a jeden na jihozápadním předměstí Bolingbrooku. zkoumání stromů v parku (v tisku). Obě studie zkoumaly zavedené pouliční stromy a různé mechanismy zapracování různých doplňků pro zlepšení půdy a zdravotního stavu stromů. Využili jsme kombinaci vertikálního mulčování (vrtání otvorů do půdy za účelem přidání doplňků pod povrch), pneumatického zpracování půdy (pneumatické zapracování materiálů s malým poškozením kořenů) a metod "mulčování dovnitř", jakož i kombinace materiálů a doplňků bohatých na živiny s rychlým uvolňováním, jako je kompost, biosolid a syntetické hnojivo.

MM: V rámci projektu u silnic zkoumáme vliv několika změn na přežívání, růst a zdravotní stav šesti různých druhů stromů. Experiment zahrnuje tradiční kompost a dvě úpravy s biosložkami a směs biosložek a biocharu. Dva roky po zahájení pokusu jsme zjistili, že směs biosolidů a biocharu měla nižší objemovou hmotnost půdy., vyšší obsah organické hmoty a dostupnost živina vyšší růst stromů a obsah chlorofylu než půda a stromy na kontrolních plochách bez zásahu. Kromě objemové hmotnosti, která byla na plochách se směsí biosložky a biocharu nižší než na plochách se samotnou biosložkou, se však reakce půdy a stromů na plochách se směsí biosložky a biocharu výrazně nelišily od ploch se samotnou biosložkou. Jinými slovy, půda a stromy reagují na biosložky pozitivně a je těžké říci, zda biochar tento účinek posílí. Těším se na to, co se stane v následujících letech - možná bude biochar časem důležitější, pokud to usnadní "hnojivo s pomalým uvolňováním" vliv na dostupnost živin a udržuje si nízkou objemovou hmotnost díky své tendenci k pomalému rozkladu.

MC: Založili jsme experiment ve školce v areálu The Morton Arboretum, aby prohloubili naše znalosti o různých metodách zapracování biocharu do různých kombinací organických doplňků a biocharu s cílem stanovit ideální aplikační dávky. Výsledky těchto kontrolovaných pokusů ve školce spolu s reakcemi na úrovni krajiny a skleníků nám pomohou při interpretaci výsledků pro náš region. Zatím se zdá, že biochar, ať už samostatně nebo v kombinaci se syntetickými hnojivy, komposty nebo biosolidy jako zdroj živin, dobře zmírňují účinky nekvalitní městské půdy, což se projevuje větší akumulací biomasy..

Má biouhel další výhody?

MM: Kromě potenciálního zachování vysoké dostupnosti živin a nízké objemové hmotnosti v průběhu času, biochar může také snížit účinky silniční soli na stromy a půdu.. Biouhel má velký povrch a sodík se může sorbovat na tomto povrchu, místo aby skončil v kořenech stromů a ve vodních tocích. Abychom to otestovali, přidali jsme biochar jako vrchní obvaz nebo přimíchali biochar do půdy, zasadili čtyři různé druhy sazenic stromů do květináčů a jednou týdně stromy zalévali s přidaným chloridem sodným nebo bez něj. Po osmi týdnech jsme zjistili, že při použití biocharu jako vrchního obvazu se snížilo množství sodíku, které skončilo v půdní vodě, a zvýšil se růst našich nejrychleji rostoucích druhů stromů, Katalpa severní.

Spolupracujete na výzkumu biocharu?

MM: Tyto dva projekty spojily týmy v Arboretu i mimo něj! Projekt u silnice je výsledkem spolupráce s Dálnice Illinois Tollway, a biosolid, který jsme použili, pochází z městské čistírny odpadních vod města Chicaga. Na výsledky této studie se všichni těší, protože nám mohou pomoci navrhnout lepší projekt výsadby stromů u silnic v budoucnu. Projekt skleníku vedl bývalý středoškolský student Illinois Math and Science Academy a na analýze a zveřejnění jeho výsledků stále spolupracujeme.

MC: Veškerý náš výzkum v oblasti biocharu probíhá za velkorysé podpory a spolupráce s Bartlett Tree Research Laboratories a také za finanční podpory z fondů Nadační fond pro výzkum a vzdělávání v oblasti stromů (TREE) a Centrum pro vědu o stromech v arboretu Morton.