Forskning om biokol vid Morton Arboretum

Biokol - ett ämne som framställs genom förbränning av organiskt avfall som döda växter, löv och träflis - verkar lovande som en jordförbättrare som motverkar klimatförändringarna. Faktum är att dess potential undersöks just nu vid Morton Arboretum av markekologen Dr Meghan Midgley och forskningssamordnare Michelle Catania. Vi talade med Meghan och Michelle för att ta reda på hur deras forskning startade och vad de har lärt sig hittills.

Vad bidrar till den senaste tidens ökade intresse för biokol?

MC: Jordar i städer har låg kvalitet, t.ex. dålig vattenhållande förmåga och näringsretention, dåligt strukturerade jordhorisonter och en enorm variation i innehållet av organiskt material. Dessa egenskaper skapar mindre än ideala förhållanden för långlivade stadsträd. För att övervinna dessa miljömässiga skillnader var det logiskt att undersöka ursprungsbefolkningarnas lösningar. När forskare grävde fram forntida arkeologiska platser fulla av näringsrika terra preta i Amazonasområdet var de upptäcka djupa, välstrukturerade svarta jordar på platser där omfattande regnskogsjordbruk bedrevs i över tusen år - något som är ovanligt för tropiska jordar som är utsatta för svedjebruk. Detta utlöste ett stort globalt forskningsintresse för att studera biokolets inverkan på marksanering av våra förstörda stads- och jordbruksjordar.

Vilken forskning har du genomfört eller håller på att genomföra med biokol och jord?

MC: För att testa effektiviteten av biokolets förmåga att förbättra markkvaliteten för urbana landskapPI Dr Bryant Scharenbroch (Associate Professor vid UWSP och Research Fellow vid The Morton Arboretum) och jag arbetade med flera olika projekt tillsammans på landskaps-, plantskole- och växthusnivå. Inledningsvis genomförde vi en växthusstudie för att undersöka 7 behandlingar (träflis, kompost, biokol, biosolider, NPK-gödselmedel, luftat kompostte, vatten) på 2 vanliga gatuträd (Acer saccharum Marsh. och Gleditsia triacanthos) som odlades i 3 jordtyper (sand, silt loam, komprimerad lera). Vi undersökte hur jord och träd reagerade på behandlingarna under 18 månader och avslutade studien med en destruktiv skörd av biomassa både ovan och under jord. Vi lärde oss att både biosolider och biokol förbättrade den mikrobiella aktiviteten i marken vilket ger positiva återkopplingar till trädtillväxten ovan och under marken, med den största biomassansamlingen i både biokol- och biosolidbehandlingarna jämfört med den andra behandlingen.

MC: För att testa behandlingar med biokol på befintliga gatuträdhar vi genomfört två studier på landskapsnivå i Chicago-regionen. En i en stadsdel nära Chicagos stadskärna undersökning av trädgropar (under utarbetande) och en i den sydvästra förorten Bolingbrook granskning av träd i parkvägar (i tryck). I båda studierna undersöktes etablerade gatuträd och en mängd olika mekanismer för att tillföra olika ämnen för att förbättra markens och trädens hälsa. Vi använde en kombination av vertikal mulching (håltagning i marken för att tillsätta jordförbättringsmedel under ytan), luftbearbetning (pneumatisk inkorporering av material med små rotskador) och "mulching in"-metoder, samt kombinationer av material och näringsrika tillägg med snabb frisättning, såsom kompost, biosolider och syntetiskt gödselmedel.

MM: I vägkantsprojektet undersöker vi effekterna av flera olika tillägg på överlevnad, tillväxt och hälsa hos sex olika trädarter. Experimentet omfattar en traditionell kompost samt två biosolid-behandlingar och en biosolid-biokolblandning. Två år efter att vi påbörjat försöket fann vi att jordar med biosolid-biochar-blandning hade lägre skrymdensitet, högre tillgång på organiskt material och näringsämnen, och högre trädtillväxt och klorofyllhalt än jordar och träd i de oförändrade kontrollområdena. Men bortsett från bulkdensitet, som var lägre i biosolid-biokolblandningstomterna än de biosolid-alone tomterna, var jord- och trädresponserna inte markant olika mellan biosolid-biokolblandningstomterna än de biosolid-alone tomterna. Med andra ord svarar jordar och träd positivt på biosolider, och det är svårt att säga om biokol kommer att förbättra den effekten. Jag ser fram emot att se vad som händer under de följande åren - kanske kommer biokolet att vara viktigare över tiden om det underlättar detta "gödselmedel med långsam frisättning" påverkar näringstillgången och har låg bulkdensitet på grund av sin tendens att brytas ned långsamt.

MC: Vi etablerade ett experiment i en plantskola på Morton Arboretums område för att fördjupa vår förståelse för de olika metoderna för att införliva biokol och de olika kombinationerna av organiska tillsatser och biokol, med målet att fastställa idealiska doseringsnivåer. Resultaten från dessa kontrollerade experiment i plantskolan, tillsammans med svaren på landskaps- och växthusnivå, kommer att underlätta vår tolkning av resultaten för vår region. För närvarande verkar det som om biokol, antingen ensamt eller i kombination med syntetiska gödningsmedel, komposter eller biosolider som näringskälla, är bra på att mildra effekterna av urbana jordar av låg kvalitet, vilket framgår av mer biomassaackumulering.

Finns det ytterligare fördelar med biokol?

MM: Förutom att potentiellt bibehålla hög näringstillgång och låg bulkdensitet över tid, biokol kan också minska vägsaltets effekter på träd och mark. Biokol har en stor yta och natrium kan sorberas på den ytan i stället för att hamna i trädrötter och vattendrag. För att testa detta tillsatte vi biokol som toppdressing eller blandade biokol i jord, planterade fyra olika arter av trädplantor i krukor och vattnade träden med eller utan tillsatt natriumklorid en gång i veckan. Efter 8 veckor kunde vi konstatera att när biokol användes som toppdressing minskade mängden natrium som hamnade i markvattnet och ökade tillväxten hos våra snabbast växande trädarter, Nordlig katalpa.

Har du samarbetspartners i din forskning om biokol?

MM: Dessa två projekt har sammanfört team på Arboretum och utanför! Vägkantsprojektet är ett samarbete med Illinois vägtulloch de biosolider vi använde kommer från staden Chicagos kommunala avloppsvattendistrikt. Alla ser fram emot resultaten av den här studien eftersom det kan hjälpa oss att utforma bättre trädplanteringsprojekt längs vägarna i framtiden. Växthusprojektet leddes av en tidigare gymnasieelev vid Illinois Math and Science Academy, och vi arbetar fortfarande tillsammans för att analysera och publicera hans resultat.

MC: All vår biokolforskning har utförts med generöst stöd och samarbete från Bartlett Tree Research Laboratories, samt finansiering från Tree Research & Education Endowment (TREE) fond och Morton Arboretums center för trädvetenskap.