Ricerca sul biochar presso il Morton Arboretum

Il biochar - una sostanza ottenuta dalla combustione di rifiuti organici come piante morte, foglie e trucioli di legno - sembra essere promettente come miglioratore del suolo per mitigare i cambiamenti climatici. In effetti, il suo potenziale viene studiato proprio ora al Morton Arboretum dall'ecologista del suolo Dott.ssa Meghan Midgley e coordinatore della ricerca Michelle Catania. Abbiamo parlato con Meghan e Michelle per scoprire come è iniziata la loro ricerca e cosa hanno imparato finora.

Cosa contribuisce al recente aumento dell'interesse per il biochar?

MC: I terreni urbani sono afflitti da caratteristiche di bassa qualità, come la scarsa capacità di trattenere l'acqua e i nutrienti, gli orizzonti del suolo poco strutturati e l'enorme variabilità del contenuto di sostanza organica. Queste caratteristiche creano condizioni tutt'altro che ideali per alberi urbani longevi. Per superare queste disparità ambientali, la ricerca delle soluzioni delle comunità indigene è stato un approccio logico. Mentre gli scienziati portavano alla luce antichi siti archeologici ricchi di sostanze nutritive, le comunità indigene terra preta nel bacino amazzonico erano alla scoperta di terreni neri profondi e ben strutturati su siti che hanno supportato l'agricoltura estensiva della foresta pluviale per oltre mille anni, un fenomeno atipico per i suoli tropicali inclini all'agricoltura di tipo slash-and-burn. Ciò ha suscitato un grande interesse di ricerca a livello mondiale per lo studio dell'impatto del biochar sulla bonifica dei nostri suoli urbani e agricoli degradati.

Quali ricerche avete completato o state completando sul biochar e sul suolo?

MC: Per verificare l'efficacia del biochar capacità di migliorare la qualità del suolo per i paesaggi urbaniIl ricercatore privato Bryant Scharenbroch (professore associato presso l'UWSP e ricercatore presso il Morton Arboretum) e io abbiamo lavorato insieme su diversi progetti a livello di paesaggio, vivaio e serra. Inizialmente, abbiamo avviato uno studio in serra per esaminare 7 trattamenti (trucioli di legno, compost, biochar, biosolidi, fertilizzanti NPK, tè di compost aerato, acqua) su due comuni alberi da strada (Acer saccharum Marsh. e Gleditsia triacanthos) coltivati in 3 tipi di terreno (sabbia, limo limoso, argilla compattata). Abbiamo esaminato le risposte del suolo e degli alberi ai trattamenti per 18 mesi e abbiamo concluso lo studio con una raccolta distruttiva della biomassa sopra e sotto il suolo. Abbiamo appreso che sia i biosolidi che il biochar hanno migliorato l'attività microbica del suolo fornendo così un feedback positivo alla crescita degli alberi sopra e sotto terra, con il maggiore accumulo di biomassa in entrambi i trattamenti con biochar e biosolidi rispetto agli altri trattamenti.

MC: Per testare i trattamenti con biochar su alberi stradali esistentiAbbiamo condotto due studi a livello di paesaggio nella regione di Chicago. Uno in un quartiere vicino al centro città di Chicago esame delle fosse arboree (in bozza) e uno nel sobborgo sud-occidentale di Bolingbrook esame degli alberi del parco (in stampa). Entrambi gli studi hanno preso in esame alberi stradali già affermati e una serie di meccanismi di incorporazione di diversi ammendanti per migliorare la salute del suolo e degli alberi. Abbiamo utilizzato una combinazione di metodi di pacciamatura verticale (fori nel terreno per aggiungere gli ammendanti sotto la superficie), lavorazione ad aria (incorporazione pneumatica di materiali con pochi danni alle radici) e "pacciamatura all'interno", nonché combinazioni di materiali e ammendanti ricchi di nutrienti a rilascio rapido, come compost, biosolidi e fertilizzanti sintetici.

MM: Nel progetto di sistemazione delle strade, stiamo esaminando gli effetti di diversi ammendamenti sulla sopravvivenza, la crescita e la salute di sei diverse specie arboree. L'esperimento comprende un compost tradizionale, due trattamenti con ammendanti biosolidi e una miscela biosolidi-biochar. Due anni dopo l'inizio dell'esperimento, abbiamo riscontrato che il i suoli con miscele di biosolidi e biochar presentavano una densità apparente più bassa, maggiore disponibilità di materia organica e di nutrienti, e maggiore crescita degli alberi e contenuto di clorofilla rispetto ai suoli e agli alberi delle parcelle di controllo non modificate. Ma a parte la densità di massa, che è risultata più bassa nelle parcelle con miscela biosolido-biochar rispetto a quelle con biosolido da solo, le risposte del suolo e degli alberi non sono state nettamente diverse tra le parcelle con miscela biosolido-biochar e quelle con biosolido da solo. In altre parole, il suolo e gli alberi rispondono positivamente ai biosolidi ed è difficile dire se il biochar migliorerà questo effetto. Sono ansioso di vedere cosa succederà negli anni successivi: forse il biochar sarà più importante nel tempo se faciliterà questo processo. "Fertilizzante a lento rilascio" effetto sulla disponibilità di nutrienti e mantiene una bassa densità di massa a causa della sua tendenza a decomporsi lentamente.

MC: Abbiamo stabilito un esperimento di asilo nido sul terreno del Morton Arboretum per approfondire le nostre conoscenze sui diversi metodi di incorporazione del biochar e sulle varie combinazioni di modifiche organiche e biochar, con l'obiettivo di determinare i tassi di applicazione ideali. I risultati di questi esperimenti controllati nel vivaio, insieme alle risposte a livello di paesaggio e di serra, ci aiuteranno a interpretare i risultati per la nostra regione. Al momento sembra che il biochar, da solo o in combinazione con fertilizzanti sintetici, compost o biosolidi, sia una fonte di nutrienti, sono bravi a migliorare gli effetti dei suoli urbani di bassa qualità, come dimostra l'accumulo di biomassa..

Esistono ulteriori benefici del biochar?

MM: Oltre a mantenere potenzialmente un'elevata disponibilità di nutrienti e una bassa densità di massa nel tempo, Il biochar può anche ridurre gli effetti del sale stradale sugli alberi e sul suolo.. Il biochar ha un'elevata area superficiale e il sodio può assorbirsi su tale superficie invece di finire nelle radici degli alberi e nei corsi d'acqua. Per verificarlo, abbiamo aggiunto biochar come top dressing o mescolato biochar nel terreno, piantato quattro specie diverse di piantine di alberi in vasi e innaffiato gli alberi con o senza cloruro di sodio aggiunto una volta alla settimana. Dopo 8 settimane, abbiamo scoperto che il biochar, usato come top dressing, riduceva la quantità di sodio che finiva nell'acqua del suolo e aumentava la crescita delle specie arboree a crescita più rapida, Catalpa settentrionale.

Ha dei collaboratori nella sua ricerca sul biochar?

MM: Questi due progetti hanno riunito le squadre dell'Arboretum e non solo! Il progetto sul ciglio della strada è una collaborazione con il Autostrada dell'Illinoise i biosolidi che abbiamo utilizzato provengono dal Distretto municipale delle acque reflue della città di Chicago. Tutti attendono con impazienza i risultati di questo studio, perché possono aiutarci a progettare meglio i progetti di piantumazione di alberi lungo le strade in futuro. Il progetto della serra è stato condotto da un ex studente delle scuole superiori dell'Illinois Math and Science Academy, e stiamo ancora lavorando insieme per analizzare e pubblicare i suoi risultati.

MC: Tutte le nostre ricerche sul biochar sono state condotte con il generoso sostegno e la collaborazione dei Bartlett Tree Research Laboratories, oltre che con i finanziamenti di Fondo di dotazione per la ricerca e l'educazione sugli alberi (TREE) e Il Centro per la scienza degli alberi del Morton Arboretum.