Біологічне вугілля – як еко-фактор збільшення родючості грунту

144

Напевно мало знайдеться читачів, які в осінній період або навесні перебуваючи в сільській місцевості не займалися спалюванням побічної рослинної сировини як то сухе листя або гілля дерев, тощо. Що залишається після спалювання? Вірно, попіл. Рослинний попіл – це є залишкові речовини, які утворюються під час згоряння. Сухий попіл – тонкодисперсний матеріал, що складається з частинок розміром від частки мікрона до 0,14 мм. Його зазвичай застосовують у вигляді натурального добрива, яке відзначається наявністю великої кількості мінеральних речовин, які знаходяться в доступному для рослин з’єднанні. Серед елементів живлення в попелі переважають такі елементи як калій, який представляє формулу вугільної кислоти і солей калію. Речовина добре розчиняється і не містить токсинів. Також в ньому присутній в значній кількості вуглекислий кальцій, який використовується для поліпшення складу ґрунту і зниження кислотності, інші елементи.

Але якщо дещо підкорегувати підхід до даного процесу і рослинну продукцію не спалювати повністю до стану попелу, а лише довести її до обвугленого стану, то в  результаті матимемо сировину, яку ще називають біовугілля.

Біологічне вугілля у виробничих умовах створюється в результаті піролізу біомаси (прямого термічного розкладу біомаси за відсутності кисню (запобігання горіння), в результаті чого утворюється суміш твердих речовин (біовугілля), рідких (біомасляних) і газоподібних продуктів (синтез-газів)). При цьому основне його використання – в якості біопалива. Але даний продукт можна також використовувати і як сировину для підвищення родючості ґрунту. В процесі піролізу, біологічне вугілля можна отримати також з різних побічних матеріалів, таких як гілля плодових дерев, виноградники, відходи лісівництва, деревна стружка, кукурудзиння, соняшничиння і навіть гній, при цьому ще й виробляється газ і тепло, які можна використовувати як джерело енергії. Головний складник біовугілля – це вуглець, який накопичується в біомасі.

Існує безліч різних методів піролізу в залежності від температури, швидкості нагрівання і подачі кисню, що призводить до різного виходу біовугілля і побічних продуктів. Процес піролізу, який ще називають процесом обвуглювання, також використовується для отримання деревного вугілля. Але біовугілля відрізняється від деревного або інших вуглецевих продуктів тим, що його основне призначення – це удобрення, а також використовується для поліпшення ґрунтових умов живлення для рослин та для управління навколишнім середовищем.

Фактично, біологічне вугілля не є унікальним продуктом, але знаходиться в різних формах – від злегка обвугленого органічного матеріалу, до сильно конденсованої вогнетривкої сажі, включаючи вугілля, вуглецеву золу, активоване вугілля та інші карбонізовані матеріали.

Біовугілля зустрічається в усьому світі в результаті пожеж від згоряння рослинної біомаси. Воно може утримувати вуглець в ґрунтах впродовж від десятків, сотень до тисяч років, при цьому дозволяє стримувати їх деградацію, покращує також якість води та має водоутримуючу здатність, що дозволяє використовувати даний продукт для утримання в ґрунті поживних речовин та агрохімікатів, які, в результаті, на довше залишаються в ґрунті, менше проникають в ґрунтові води, зменшуючи при цьому їх забруднення.

Біовугілля може поліпшувати майже будь-які ґрунти, але найбільший ефект від його внесення можна помітити в умовах з недостатньою кількістю опадів та на ґрунтах з низьким вмістом поживних речовин та підвищеною кислотністю. Вноситься таке вугілля на поверхню сільськогосподарських угідь або заробляється у верхньому шарі. В результаті збільшується врожайність культур, іноді істотно.

Біологічне вугілля дозволяє зменшити потребу в мінеральних добривах, що призведе до часткового скорочення викидів парникових газів в процесі їх виробництва, зменшуючи при цьому як забруднення ґрунтів, так і навколишнього середовища в цілому. В результаті скорочуються викиди оксиду азоту (N2O) і метану (CH4). Це є два потужних парникових гази, що виділяються з ґрунтів внаслідок їх обробітку сільськогосподарськими знаряддями в процесі вирощування сільськогосподарських культур. Перетворення відходів сільського і лісового господарства в біовугілля може запобігти викидам парникових газів, викликані природним розкладом або їх спалюванням. В процесі отримання біовугілля використовується менше кисню. Такий підхід дає можливість генерувати поновлювані джерела енергії і повертати вуглець і поживні речовини назад в ґрунт.

Як було вже зазначено, біовугілля має добру водоутримуючу властивість, що полегшує рослинам переносити посуху. А з огляду на збільшення в останні роки кількості тривалих посушливих періодів, його використання стає все більш актуальним. Найголовніше те, що таке вугілля поповнює виснажені або маргінальні ґрунти органічним вуглецем і сприяє збільшенню ґрунтових мікроорганізмів, особливо мікоризних грибів, необхідних для поглинання поживних речовин. Як матеріал, вуглець у вугіллі в значній мірі інертний, тому він стійкий до розкладання і може блокувати вуглець в ґрунті впродовж сотень років.

Але є ще одна позитивна властивість біовугілля розкиданого по поверхні ґрунту – це попередження як ерозійних процесів, так і процесів вивітрювання верхнього родючого шару ґрунту.

На кислих та малородючих ґрунтах середній приріст врожаю від внесення біовугілля може становити до 25%. Хоча й саме біовугілля, окрім калію та кальцію, містить і інші поживні речовини, такі як, фосфор, магній, цинк та інші елементи живлення. Воно не є класичним добривом і не може зрівнятися, наприклад, з курячим послідом. Однак є відомим фактом значення органічного вуглецю для підтримання родючості ґрунту. Використання біологічного вугілля дозволяє дещо оструктурити природні еко-системи.

БіовугілляБіовугілля має пористу структуру та має характерну властивість, завдяки чому воно застосовується не тільки для втримання вологи і поживних речовин, але й для видалення забруднюючих речовин, доповнення до процесів компостування, використовується в пристроях фільтрації води. Воно активно приймає участь в аерації ґрунту. Так, на піщаних ґрунтах біологічне вугілля дозволяє зберігати вологу, а на глинистих ґрунтах, навпаки, прискорює швидкість її проникнення. Тому в роки з тривалою посухою або зі значною кількістю опадів, таке вугілля може мати свої переваги. Його застосування сприяє росту рослин головним чином за рахунок поліпшення характеристик ґрунтового середовища, в тому числі і таких як стан поживних речовин, кислотність ґрунту та ін. Ґрунти з біологічним вугіллям можуть містити до 20% більше вологи. Збільшення значення рН ґрунту, за внесення біовугілля, може поліпшити доступність в ґрунті фосфору, так як даний елемент менш рухливий, ніж, наприклад, азот.

Комбіноване застосування біологічного вугілля та добрив, дозволить поліпшити баланс поживних речовин в ґрунті, порівняно із застосуванням окремо або біовугілля, або мінеральних чи то органічних добрив. В цілому, застосування такого вугілля збільшує кореневу біомасу рослин до 30%, що покращує використання рослинами елементів живлення та вологи.

Хіврич Олександр Борисович, к.с.-г.н., с.н.с., відділ технологій вирощування біоенергетичних культур; Череднічок Андрій Іванович, к.с.-г.н., Зацерковна Наталія Сергіївна, к.с.-г.н., н.с. відділ агрохімії; Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН