بیوچار و مزایای آن چیست؟
بیوچار
بیوچار، که به آن زغال زیستی نیز گفته می‌شود، در سال‌های اخیر بار دیگر مورد توجه بخش کشاورزی قرار گرفته است. با این حال، پیشینه استفاده از این ماده به دوران بسیار دور بازمی‌گردد. پیش از آن‌که کریستف کلمب قاره آمریکا را کشف کند، بومیان منطقه آمازون، به‌ویژه در ناحیه‌ای به نام «ترا پرتا»، از روشی سنتی برای بارور ساختن زمین‌های خود بهره می‌بردند. این روش، بدون بهره‌گیری از دانش مدرن شیمی و زیست‌شناسی، صرفاً از طریق آزمون و خطا توسعه یافته بود.
بیوچار چیست؟
واژه بیوچار از ترکیب دو واژه انگلیسی Biomass (زیست‌توده) و Charcoal (زغال) پدید آمده است. این واژه از قرن بیستم وارد متون علمی شد، در حالی که کاربرد آن به چند قرن پیش از کشف قاره آمریکا بازمی‌گردد.
بیوچار یا زغال زیستی، ماده‌ای جامد و غنی از کربن است که از سوختن زیست‌توده‌های گیاهی و پسماندهای کشاورزی در شرایط کنترل‌شده و به‌عنوان کود کشاورزی تولید می‌شود. این ماده قادر است کربن را در ساختار خود برای هزاران سال حفظ کند. عناصر تشکیل‌دهنده آن شامل کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، گوگرد و خاکستر است که در نسبت‌های گوناگون وجود دارند. استفاده از بیوچار، روشی مؤثر در مدیریت پسماندها به شمار می‌رود.
پیشینه استفاده از بیوچار
همان‌طور که اشاره شد، قبایل بومی آمازون پیش از ورود اروپایی‌ها، از تکنیکی بهره می‌بردند که شامل سوزاندن ضایعات گیاهی به‌صورت نیمه‌هوازی و دفن آن‌ها با لایه‌ای از خاک بود. نتیجه این فرآیند، خاکی بسیار حاصلخیز بود که با گذشت قرن‌ها، همچنان توان باروری خود را حفظ کرده است.
تحقیقات انجام‌شده بر روی این خاک‌های سیاه‌رنگ و غنی نشان داده‌اند که آن‌ها در افزایش کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی مؤثر بوده‌اند و موجب بهبود ساختار خاک و افزایش ظرفیت نگهداری آب می‌شوند. به همین دلیل، در دهه‌های اخیر توجه زیادی به مطالعه آن‌ها معطوف شده است؛ به‌گونه‌ای که بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۲، بیش از هزار مقاله علمی با موضوع بیوچار در پایگاه ISI منتشر شده است و پژوهش‌ها همچنان ادامه دارد.
فرآیند تولید بیوچار
امروزه بیوچار از طریق فرآیندی به نام پیرولیز تولید می‌شود. این واژه یونانی از دو بخش «پیرو» به معنای آتش و «لیز» به معنای شکستن یا جداسازی تشکیل شده است. در این فرآیند، ضایعات کشاورزی یا چوب در دمای بالا (حدود ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد یا بیشتر) و در شرایط کم‌اکسیژن یا بدون اکسیژن حرارت داده می‌شوند. میزان حرارت و مدت‌زمان این فرآیند، مستقیماً بر کیفیت بیوچار نهایی تأثیر می‌گذارد.
بیوچار حاصل از پیرولیز، به‌دلیل پایداری ساختاری بالا، به‌آرامی تجزیه می‌شود و ظرفیت بالایی برای ذخیره‌سازی بلندمدت کربن دارد. این ویژگی، آن را به گزینه‌ای مناسب برای کاهش گازهای گلخانه‌ای مانند متان و دی‌اکسیدکربن تبدیل کرده است.
دلایل استفاده از بیوچار
بیوچار، افزون بر افزایش کارایی کودها، در کاهش هزینه‌های تولید، کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی و افزایش حاصلخیزی خاک نیز نقش دارد. این ماده عملکرد گیاهان را بهبود می‌بخشد و در برخی موارد، آن‌ها را در برابر بیماری‌ها محافظت می‌کند. از ویژگی‌های برجسته بیوچار، دوام بالا در خاک و تأثیر ماندگار بر ساختار خاک است.
همچنین، بیوچار دارای ظرفیت‌هایی چون بازیافت مواد مغذی، تهویه خاک، صرفه‌جویی اقتصادی، مدیریت پسماند و تثبیت بلندمدت کربن در خاک است. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از بیوچار در گیاهانی با نیاز بالای پتاسیم و pH بالا، می‌تواند موجب افزایش بهره‌وری آن‌ها شود.
تأثیر بیوچار بر خاک کشاورزی
افزودن بیوچار به خاک، باعث افزایش غنای مواد آلی، بهبود توان نگهداری آب، تقویت تبادل کاتیونی و ارتقای چرخه مواد مغذی می‌شود. همچنین، بیوچار می‌تواند از شسته‌شدن عناصر مغذی جلوگیری کرده و میزان آبیاری و کوددهی مورد نیاز را کاهش دهد. ساختار متخلخل و گروه‌های عاملی موجود در آن، موجب جذب عناصر سنگین شده و از فعالیت بی‌رویه آن‌ها جلوگیری می‌کند.
بیوچار و محیط زیست
سوزاندن ضایعات زیستی در شرایط نامناسب، مقادیر زیادی دی‌اکسیدکربن وارد جو می‌کند. اما بیوچار، به‌دلیل پایداری بالا، می‌تواند کربن را برای قرن‌ها در ساختار خود ذخیره کند. مطالعات علمی نشان داده‌اند که افزودن مقدار مشخصی از بیوچار به خاک، می‌تواند انتشار نیتروژن اکسید را تا ۸۰ درصد و متان را تا ۱۰۰ درصد کاهش دهد. این دو گاز از عوامل اصلی اثر گلخانه‌ای محسوب می‌شوند.
بیوچار به ترسیب بلندمدت کربن در خاک کمک می‌کند. ترسیب کربن، به معنای انتقال کربن از جو به ساختارهای گیاهی و خاکی است که به کاهش گرمایش زمین می‌انجامد.
فواید بیوچار برای خاک و گیاهان
بهبود وضعیت خاک:
- افزایش حاصلخیزی و مواد آلی
- ارتقاء اثربخشی کودها و کاهش مصرف آن‌ها
- بهبود ظرفیت ذخیره‌سازی آب
- جذب بقایای سموم و علف‌کش‌ها
- کاهش اسیدیته خاک و شست‌وشوی مواد مغذی
- تقویت ظرفیت تبادل کاتیونی و تعادل pH
تأثیر بر رشد گیاه:
- تقویت رشد ریشه‌های قوی و سالم
- حفظ مواد مغذی در بلندمدت
- افزایش مقاومت گیاه در برابر بیماری‌های خاک‌زاد و قارچی
بیوچار همچنین بستر مناسبی برای رشد میکروارگانیسم‌های مفید خاک فراهم می‌کند و در نتیجه، موجب ارتقای سلامت خاک و گیاهان می‌شود. ساختار متخلخل آن نیز سبب بهبود نگهداری آب، افزایش فعالیت میکروبی و جذب عناصر سنگین می‌شود. از سوی دیگر، استفاده از بیوچار می‌تواند کیفیت آب و هوا را بهبود بخشد و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهد.
با توجه به این مزایا، پیش‌بینی می‌شود کودهای نسل آینده کشاورزی حاوی ترکیبات بیوچار باشند تا در کنار حفظ محیط‌زیست، موجب بهبود عملکرد خاک و افزایش پایداری نظام‌های کشاورزی شوند.