Biokohle-Forschung im Morton Arboretum

Biokohle - eine Substanz, die durch die Verbrennung von organischen Abfällen wie abgestorbenen Pflanzen, Blättern und Holzspänen hergestellt wird - scheint ein vielversprechender Bodenverbesserer zu sein, der den Klimawandel abschwächt. Tatsächlich wird ihr Potenzial gerade im Morton Arboretum von einem Bodenökologen erforscht Dr. Meghan Midgley und Forschungskoordinator Michelle Catania. Wir sprachen mit Meghan und Michelle, um zu erfahren, wie ihre Forschung begann und was sie bisher gelernt haben.

Was trägt zu dem gestiegenen Interesse an Biokohle in letzter Zeit bei?

MC: Städtische Böden sind mit minderwertigen Merkmalen behaftet, wie z. B. geringer Wasserhaltekapazität und Nährstoffrückhaltung, schlecht strukturierten Bodenhorizonten und enormen Schwankungen im Gehalt an organischer Substanz. Diese Eigenschaften schaffen nicht gerade ideale Bedingungen für langlebige Stadtbäume. Um diese ökologischen Ungleichheiten zu überwinden, lag es nahe, die Lösungen indigener Gemeinschaften zu erforschen. Als Wissenschaftler alte archäologische Stätten ausgruben, die voller nährstoffreicher Terra Preta im Amazonasbecken waren sie Entdeckung von tiefgründigen, gut strukturierten Schwarzerdeböden auf Flächen, auf denen über tausend Jahre lang extensive Regenwaldlandwirtschaft betrieben wurde - etwas, das für tropische Böden, die für Brandrodung anfällig sind, untypisch ist. Dies weckte weltweit ein großes Forschungsinteresse an der Untersuchung der Auswirkungen von Biokohle auf die Bodensanierung unserer degradierten städtischen und landwirtschaftlichen Böden.

Welche Forschungsarbeiten haben Sie in Bezug auf Biokohle und Boden durchgeführt oder führen sie derzeit durch?

MC: Um die Wirksamkeit der Biokohle zu testen Fähigkeit zur Verbesserung der Bodenqualität für städtische LandschaftenDr. Bryant Scharenbroch (Associate Professor an der UWSP und Research Fellow am Morton Arboretum) und ich arbeiteten gemeinsam an verschiedenen Projekten in der Landschaft, der Baumschule und im Gewächshaus. Zunächst richteten wir eine Gewächshausstudie ein, um 7 Behandlungen (Holzschnitzel, Kompost, Biokohle, Klärschlamm, NPK-Dünger, belüfteter Komposttee, Wasser) an zwei weit verbreiteten Straßenbäumen (Acer saccharum Marsh. und Gleditsia triacanthos) zu untersuchen, die in drei Bodentypen (Sand, Schlufflehm, verdichteter Ton) gewachsen waren. Wir untersuchten 18 Monate lang die Reaktionen des Bodens und der Bäume auf die Behandlungen und schlossen die Studie mit einer destruktiven Ernte der ober- und unterirdischen Biomasse ab. Wir erfuhren, dass sowohl Klärschlamm als auch Biokohle verbesserten die mikrobielle Aktivität im Boden Dies führt zu positiven Rückkopplungen auf das ober- und unterirdische Baumwachstum, wobei die größte Biomasseakkumulation sowohl bei der Biokohle- als auch bei der Klärschlammbehandlung im Vergleich zu den anderen Behandlungen zu verzeichnen ist.

MC: Um Biokohle-Behandlungen zu testen auf vorhandene Straßenbäumehaben wir zwei Studien auf Landschaftsebene in der Region Chicago durchgeführt. Eine in einem zentrumsnahen Viertel von Chicago Untersuchung von Baumgruben (im Entwurf) und einer im südwestlichen Vorort von Bolingbrook Prüfung der Bäume in den Parkanlagen (im Druck). Beide Studien untersuchten etablierte Straßenbäume und eine Vielzahl von Mechanismen zur Einarbeitung verschiedener Zusatzstoffe zur Verbesserung der Boden- und Baumgesundheit. Wir verwendeten eine Kombination aus vertikalem Mulchen (Einbringen von Löchern in den Boden, um Ergänzungsmittel unter der Oberfläche einzubringen), Air Tillage (pneumatische Einarbeitung von Materialien mit geringer Wurzelbeschädigung) und "Einmulchen" sowie Kombinationen von Materialien und schnell freisetzenden nährstoffreichen Ergänzungsmitteln wie Kompost, Klärschlamm und Kunstdünger.

MM: Im Rahmen des Straßenrandprojekts untersuchen wir die Auswirkungen verschiedener Zusatzstoffe auf das Überleben, das Wachstum und die Gesundheit von sechs verschiedenen Baumarten. Das Experiment umfasst einen herkömmlichen Kompost sowie zwei Biokompostzusätze und eine Biokompost-Biokohle-Mischung. Zwei Jahre nach Beginn des Experiments haben wir festgestellt, dass die Böden aus Biosolid-Biokohle-Gemischen hatten die geringere Bodenschüttdichte, höhere organische Substanz und Nährstoffverfügbarkeitund höheres Baumwachstum und höherer Chlorophyllgehalt als Böden und Bäume in den unveränderten Kontrollparzellen. Abgesehen von der Schüttdichte, die in den Parzellen mit Biokohle-Mischung niedriger war als in den Parzellen mit reiner Biokohle, unterschieden sich die Reaktionen von Böden und Bäumen in den Parzellen mit Biokohle-Mischung nicht wesentlich von denen der Parzellen mit reiner Biokohle. Mit anderen Worten: Böden und Bäume reagieren positiv auf Klärschlamm, und es ist schwer zu sagen, ob Biokohle diese Wirkung noch verstärkt. Ich bin gespannt, was in den Folgejahren passiert - vielleicht wird die Biokohle im Laufe der Zeit wichtiger, wenn sie diese Wirkung unterstützt. "Langzeitdünger" Auswirkungen auf die Nährstoffverfügbarkeit und eine niedrige Schüttdichte aufgrund seiner Tendenz, sich langsam zu zersetzen.

MC: Wir haben ein gärtnerisches Experiment auf dem Gelände des Morton Arboretum, um unser Verständnis für die verschiedenen Methoden der Einbringung von Biokohle und die unterschiedlichen Kombinationen von organischen Zusatzstoffen und Biokohle zu vertiefen und die idealen Ausbringungsmengen zu ermitteln. Die Ergebnisse dieser kontrollierten Experimente in der Gärtnerei in Verbindung mit den Reaktionen in der Landschaft und im Gewächshaus werden uns bei der Interpretation der Ergebnisse für unsere Region helfen. Bislang scheint es, dass Biokohle, ob allein oder in Kombination mit synthetischen Düngemitteln, Kompost oder Klärschlamm, als Nährstoffquelle geeignet ist, sind gut geeignet, die Auswirkungen minderwertiger, städtischer Böden zu mildern, was sich in einer stärkeren Anhäufung von Biomasse zeigt.

Gibt es weitere Vorteile von Biokohle?

MM: Zusätzlich zur potenziellen Beibehaltung einer hohen Nährstoffverfügbarkeit und einer geringen Schüttdichte im Laufe der Zeit, Biokohle kann auch die Auswirkungen von Streusalz auf Bäume und Böden verringern. Biokohle hat eine große Oberfläche, und Natrium kann an dieser Oberfläche sorbiert werden, anstatt in den Baumwurzeln und in den Gewässern zu landen. Um dies zu testen, fügten wir Biokohle als Zusatzdünger hinzu oder mischten Biokohle in den Boden, pflanzten vier verschiedene Baumsämlinge in Töpfe und bewässerten die Bäume einmal pro Woche mit oder ohne Natriumchloridzusatz. Nach acht Wochen stellten wir fest, dass die Verwendung von Biokohle als Zusatzdünger die Natriummenge im Bodenwasser verringerte und das Wachstum unserer am schnellsten wachsenden Baumarten förderte, Nördlicher Catalpa.

Haben Sie Mitarbeiter für Ihre Biokohleforschung?

MM: Diese beiden Projekte haben Teams aus dem Arboretum und darüber hinaus zusammengebracht! Das Projekt am Straßenrand ist eine Zusammenarbeit mit dem Illinois-Mautstraßeund die von uns verwendeten Klärschlämme stammen vom Municipal Waste Water District der Stadt Chicago. Alle sind gespannt auf die Ergebnisse dieser Studie, denn sie können uns helfen, in Zukunft bessere Straßenbaumpflanzungsprojekte zu planen. Das Gewächshausprojekt wurde von einem ehemaligen Schüler der Illinois Math and Science Academy geleitet, und wir arbeiten immer noch zusammen, um seine Ergebnisse zu analysieren und zu veröffentlichen.

MC: Unsere gesamte Biokohle-Forschung wurde mit großzügiger Unterstützung und in Zusammenarbeit mit den Bartlett Tree Research Laboratories sowie mit finanzieller Hilfe von Baumforschungs- und Bildungsfonds (TREE) und Das Zentrum für Baumkunde des Morton Arboretum.