Ганс-Петер Шмідт
Біочар — це не добриво, а скоріше носій поживних речовин і середовище існування для мікроорганізмів. Насамперед, біовугілля потрібно зарядити , щоб воно стало біологічно активним, і далі ефективно використовувати його властивості, що покращують ґрунт. Існує багато методів активації та створення субстратів, подібних до terra pretа – змішування біовугілля з компостом.
Біочар – надзвичайно пористий матеріал і має величезну питому поверхню: біля 300 кв.м. на грам. Завдяки своїй високій пористості біовугілля може впитувати воду та розчинені поживні речовини до п’яти разів більше власної ваги. Ця властивість називається адсорбційною здатністю (АЗ) і залежить від типу біомаси, що пройшла піроліз, та температури самого піролізу. Найвища адсорбційна здатність біовугілля досягається в діапазоні температур від 450 °C до 700 °C.
Пористість вугілля добре помітна неозброєним оком. (Фото: Андреас Томсен)
Іншою важливою особливістю, що стосується специфічної динаміки поживних речовин у біовугіллі, є його висока здатність катіонного обміну (ЗКО). ЗКО є мірою здатності зв’язувати позитивно заряджені іони (катіони) на поверхні біовугілля і робити їх доступними пізніше, за відповідних умов, для рослин і мікроорганізмів. Хоча ЗКО залежить від питомої поверхні біовугілля, але це також хімічний параметр, якій збільшується завдяки кисню і контакту із ґрунтом і досягає свого максимального значення лише через деякий час. Висока ЗКО запобігає вимиванню мінеральних поживних речовин, таких як органічні поживні речовини, і забезпечує високу доступність поживних речовин. Крім того, високий ЗКО також зв’язує токсичні молекули, тим самим захищаючи ґрунт.
Поєднання високого АЗ біовугілля та ЗКО робить його ідеальним носієм поживних речовин. Завдяки цим поглиненим поживним речовинам мікроорганізми знаходять ідеальне середовище проживання в самому біовугіллі та навколо нього, що, у свою чергу, приносить користь всій мікрофлорі ґрунту та сприяє розвитку симбіотичних відносин між мікроорганізмами та коренями рослин.
Принципи зарядки біовугіллю
Якщо біовугілля внесено в ґрунт чистим і без активації, його висока адсорбційна здатність і збільшення ЗКО призведе до поглинання та фіксації доступних поживних речовин і води в ґрунті. Це може призвести до пригнічення росту рослин, принаймні на початку (від кількох місяців до року), залежно від вмісту поживних речовин у ґрунті. Щоб запобігти цьому, рекомендовано, підготувати біочар перед внесенням наступним чином:
- Зарядити поживними речовинами та водою,
- Заселити мікроорганізмами, щоб забезпечити більшу доступність фіксованих поживних речовин для рослин.
- Витримати шляхом окислення, щоб наблизити ЗКО до свого максимуму.
Експеримент Андреаса Томсена чітко показує важливість зарядки біовугіллю. На малюнку у верхній частині показано серію експериментів, в яких чисті частинки біовугілля додавали в зростаючій дозі. У нижній серії зображення біовугілля спочатку компостували протягом 4 місяців, а потім очищали від компосту, щоб переконатися, що використовувався лише заряджене біовугілля в експерименті. У той час, як чисте біовугілля призвело до пригнічення росту рослин гірчиці, заряджене біовугілля показало значне збільшення росту (Автор: Андреас Томсен).
Існує багато різних ефективних методів заряджання біовугілля і, відповідно, створення грунтоподібних субстратів terra preta. Ці змінні коригуються та змінюються залежно від місця розташування, культури, клімату та існуючих технік. Багато з цих процедур утворювалися з часом або відповідно до належної сільськогосподарської практики. Незважаючи на те, що універсальної формули не існує (хоча патенти вже зареєстровані), дотримуються наступних основних принципів:
- Достатня кількість вологи, щоб поживні речовини могли розчинятися, а пори вугілля могли заряджатися
- Велика різноманітність органічних поживних речовин, щоб запобігти дефіциту певних поживні речовини
- Найважливішими поживними речовинами для мікробної колонізації є органічний вуглець і азот, які є особливо обмеженими у свіжому вугіллі.
- Співвідношення C/N біовугілля-субстрату має бути від 25 до 35
- Тривалість зарядки повинна бути не менше 14 днів
- Інокуляція мікробами, що мають грунтове походження, шляхом додавання багатого гумусом грунту, компостного чаю, компосту або спеціальних мікроорганізмів
Наступні чотири системи та процедури є прикладами практичного застосування активації біочару для наступного використання у сільському господарстві. Ці процедури також можна адаптувати для невеликого саду або навіть балкона:
Грунт з овочевої ділянки з компостом з біовугіллям (близько 25 см завглибшки). Дощовий хробак вистелив свій шлях розчином, що містить біовугілля. До речі, багато лабораторних досліджень показали, що дощові черв’яки – великий любителі біовугільних субстратів. Діаметр близько 4 мм. (Фото: Андреас Томсен)
A. Біовугілля з компостом.
Зарядка біовугілля шляхом додавання та змішування з компостом, ймовірно, є найкращим способом виробництва террапрета та подібних субстратів. Мікробна стимуляція найвища в компості: поживні речовини вбудовані в складні органічні сполуки, а кінцевий субстрат дуже близький до гумусу ґрунту. Однак більшість доступних компостів мають низьку якость. Поганий компост тяжко «перетравлюється» в землі, що призводить до блокування поживних речовин і мікробного дисбалансу. Якщо ви не впевнені в якості свого компосту, краще вдатися до одного з інших варіантів зарядки біовугілля. Хороший компост повинен мати розсипчасту структуру, схожу на структуру гумусового ґрунту, і не повинен мати неприємного запаху.
В ідеалі біовугілля додається до компосту у кількості приблизно 10% від загальної біомаси під час формування кучі, щоб підвищити у компості ефективність поживних речовин (див. рис.__ нижче). Часте «перевертання» важливо для оксигенації та однорідного розподілення поживних речовин, що, надалі, сприяє життєдіяльності мікроорганізмів.
Попередній експеримент в Інституті «Делінат» показав, що додавання біовугілля значно покращило реакцію азотної сполуки за рахунок стабілізації та значного збільшення доступності для рослин нітрату (NO3). Сповільнюється втрата азоту, а разом з цим і викид парникових газів. У другому, більш масштабному експерименті цей ефект буде перевірено та детально досліджено. В Ітаці буде опублікована окрема стаття на тему компостування з біовуглем.
Біовугілля, заряджене за допомогою компосту, може бути використане знову для зарядження іншого свіжого біовугілля. Зрілі компости, які не були компостовані з біовугіллям, також можна використовувати для активації біовугілля.
Щоб активувати біовугілля, складіть його в об’ємному співвідношенні приблизно 1:1 зі зрілим компостом і добре зволожьте. Якщо можливо, змішайте біовугілля та компост за допомогою компостної машини. Цю процедуру можна повторити кілька разів, поки співвідношення не досягне 1:1. Суміш слід готувати щонайменше за 2 тижні до внесення в ґрунт і протягом цього часу завжди підтримувати у вологому стані і перевертати принаймні двічі.
B. Біовугілля з гноєм худоби
Суміш різних видів гною є кращим, ніж один тип гною. Слід звернути увагу, щоб вміст соломи був великим. Оскільки наступний метод не пов’язаний з компостуванням, гній слід зберігати щонайменше 1 рік до використання. Але краще, якщо біовугілля вже буде додано у підстилку для худоби прямо у стайні. Крім того, можна також регулярно додавати біовугілля в септик.
Співвідношення біовугілля до гною має бути приблизно 4 до 1. Залежно від культурних і харчових потреб місцевості це співвідношення можна зменшити. Для приготування біовугілля:
- Змочіть біовугілля великою кількістю води.
- Розкладіть біовугілля на смуги/смужки шириною приблизно 120 см і висотою приблизно 5 см на багатому гумусом грунті, якщо це можливо.
- Поверх нього розсипте шар гною товщиною 3 см.
- Додайте 1% кам’яного борошна (не обов’язково, але це покращує якість субстрату).
- Якщо гній, який буде замішуватися, не містить багато соломи, покладіть в нього шари близько 10% трави, кукурудзяного силосу або зелених відходів.
- Нанесіть на нього ще один шар біовугілля.
- Змочіть все якомога більше водою (якщо можливо, додайте компостний чай або ЕМ-А [Ефективні мікроорганізми]).
- Якщо грунт, на якому буде використовуватися суміш, занадто твердий і не родючий, слід додати шар свіжого родючого ґрунту для мікробної колонізації субстрату.
- Обробіть цю смугу ротатором принаймні двічі для ретельного перемішування субстрату.
- Тримайте суміш добре зволоженою протягом 14 днів і перемішуйте її кожні 3 дні ротатором. Рекомендується покрити її плівкою
Активація біовугілля за методом 2 на виноробні Pago Casa Gran, південна Іспанія.
C. Біовугілля з рідкими добривами
- Обчисліть необхідну кількість добрив для даної території. Змішування з біовугіллям зменшує вилуговування та виділення поживних речовин, завдяки чому ефективність добрива значно підвищується, а загалом потрібно використовувати лише половину від звичайно розрахованої кількості.
- Переконайтеся, що добриво містить не тільки основні елементи (N, P, K та Mg), але й має дуже високу мінеральну різноманітність. У разі сумнівів додайте трохи кам’яного борошна.
- Розраховану кількість мінерального добрива розчиніть у достатній кількості води.
- Додавайте стільки біовугілля протягом 2 днів, щоб забезпечити повне поглинання доданої рідини.
Для зарядки краще використовувати рідкі органічні добрива замість хімічних. Рідкий гній з сечею є чудовим матеріалом для зарядки біовугілля.
Варіант С не стосується мікробної колонізації. У цьому прикладі колонізація буде відбуватися в ґрунті. В органічному землеробстві використання мінеральних добрив заборонена.
D. Біовугілля – Бокаші (молочно-кисла ферментація біомаси)
- Змішайте гній, багатий соломою, з 10% скошеної трави, додайте 10% біовугілля та 1% кам’яного борошна.
- Обприскати біомасу розчином 3% ЕМ-А і 3% тростинової меляси. (Крім того, замість EM-A можна використовувати розсіл квашеної капусти або рідини що містять ферменти з такою ж високою кількістю молочнокислих бактерій. Це може подовжити процес ферментації залежно від суміші.).
Ущільніть кучу, проїжджаючи по ній трактором кілька разів, як показано вище (див. малюнок).
- Накрийте купу герметичною абсорбуючою плівкою. Накрийте потім все разом чорною плівкою і покладіть на неї гніт у вигляді мішків з гравієм. (У менших масштабах це можна зробити в закритих контейнерах, таких як відра, бочки або поліетиленові пакети.).
- Зніміть плівку через 14-21 день, залежно від температури навколишнього середовища. Продукт буде трохи пахнути молочною кислотою!
- Щоб активувати більшу кількість біовугілля за допомогою бокаші можна додати у кучу до 50% (об’єму) біовугілля. Для субстратів terra preta ця додаткова кількість вугілля не потрібна.
- Полийте і перемішайте купу компостною машиною або ротатором і дайте їй провітритися кілька днів. Щоб інокулювати отриманий матеріал корисними мікроорганізмами, додайте трохи свіжого ґрунту.
Ущільнення суміші біовугілля та гною перед накриттям її герметичною плівкою. Ферментація за допомогою окаші є анаеробним процесом. (Фото: Рольф Циммерман)
Інкубація в ґрунті
Активоване біовугілля та подібні субстрати терра прета мають бути внесені поверхнево в грунт. Якщо відповідна технологія недоступна, субстрат можна просто розкласти по землі. Перенесення його у грунт хробаками займе трохи більше часу.