“Po desetiletí výzkumu biouhlu se stále zřetelněji ukazuje, že zaměřením studií pouze na složky biouhlu mohly být přehlédnuty jiné důležité látky: organické materiály. Organické materiály byly neodmyslitelnou součástí nejen geneze Terry Prety v Amazonii, ale zjevně všech antropogenně vzniklých, tmavých úrodných půd. Pro zlepšení úrodnosti půd bude nutno vrátit se k tomu základnímu – k pochopení interakcí mezi biouhlem a organickými látkami.”
Prof. Claudia Kammann, (Univerzita Geisenheim, říjen, 2014)
Biouhel a organika v půdě
Biouhel je produktem termochemické transformace rostlinné biomasy za nepřístupu vzduchu. Byl používán pro zlepšení úrodnosti půd již předkolumbovskými civilizacemi v Amazonii (1, 2), kterým je připisován vznik černé indiánské půdy, tzv. „Terra Preta“. Dnes je celosvětově v tisících studií uváděn jako půdní aditivum, které zlepšuje retenční a akumulační schopnosti půdy pro vodu, zvyšuje kumulativní plochu pro interakce všech živých složek půdy, zvyšuje pH půdy, kationtovou výměnnou kapacitu, atd (3, 4). Uvádí se dále jako nadějná forma sekvestrace uhlíku a jako slibný způsob regenerace degradovaných půd (5). Přitom zuhelnatělá rostlinná biomasa není v půdě ničím novým. Stovky miliónů let se půdy vyvíjely s přítomností biouhlu. V černozemních půdách mohou zuhelnatělé látky tvořit i více než 50 % organického uhlíku (SOC). U většiny půd se ale tento podíl pohybuje v rozmezí 5 – 50% SOC podle toho, s jakou intenzitou a jak často se požáry v daném místě opakovaly (6).
Navíc, podle nedávných informací, má mít biouhel solidní budoucnost i v rámci evropské direktivy – je uveden jako perspektivní materiál v Nařízení Evropského parlamentu a Rady, kterým se stanoví pravidla pro dodávání hnojivých výrobků (7).
Interakce biouhlu a biotických složek půdy (8)
Vliv biouhlu na půdní mikroflóru a mikrofaunu
Obecně je biouhlu přiznáván pozitivní dopad na mykorhizní houby. Zvýšení kolonizace kořenů rostlin mykorhizními houbami zvyšuje dostupnost fosforu. Vzhledem k obtížné rozložitelnosti biouhlu v půdě, funguje pro většinu půdních biot spíše jako minerální složka půdy, než jako složka organická, vnímaná tradičně jako primární zdroj živin. Proto je aplikací biouhlu zamýšleno především zlepšení fyzikálních a chemických vlastností půd, které pak poskytují mikrobům příznivější prostředí. Vzhledem k vysoce porézní povaze biouhlu, může tento působit jako útočiště pro některé půdní mikroby a chránit je před konkurencí a predátory. Vysoká retence půdní vody v biouhlu může v půdách s podílem biouhlu chránit mikroby před vysušením za podmínek stresu suchem.
Vliv biouhlu na půdní enzymy
Půdní enzymy jsou skupinou enzymů, které jsou důležité při katalyzování různých důležitých reakcí nezbytných pro životní procesy půdních mikroorganismů a pro stabilizaci půdní struktury, rozklad organických odpadů, tvoření organických látek a koloběh živin. Jsou ukazateli biologické rovnováhy, úrodnosti a kvality půdy. Pochopení účinků biouhlu na aktivitu těchto klíčových enzymů je klíčovou oblast výzkumu. Nicméně, účinek biouhlu na půdní aktivity enzymů je velmi variabilní, v závislosti na typu půdy a na konkrétním enzymu.
Vliv biouhlu na mezo- a makrofaunu v půdě
Reakce půdní fauny na biouhlu závisí na chemickém složení původní suroviny, na podmínkách výroby biouhlu, aplikační dávce a typu půdy.
Vliv na patogenní organismy v půdě
Biouhel může změnit mikrobiální populace v rhizosféře prostřednictvím mechanismů, které nejsou dosud dostatečně prozkoumány, a způsobuje posun směrem k prospěšným populacím mikrobů, které podporují růst rostlin a odolnost vůči biotickým stresům. Biouhel může potlačit půdní patogeny prostřednictvím několika mechanismů, včetně:
1. zlepšení rozpustnosti a příjmu živin, které zvyšují růst rostlin a odolnost vůči patogenním půdním mikroorganismům;
2. stimulace mikrobů, které poskytují přímou ochranu proti půdním patogenům cestou antibiózy, kompetice a parazitismu; a
3. indukce obranných mechanismů rostlin proti chorobám.
Vliv biouhlu na půdní fyzikální vlastnosti
Díky svým jedinečným fyzikálním vlastnostem má biouhel potenciál změnit fyzikální podmínky půdy. Mezi jím ovlivňované klíčové fyzikální vlastnosti patří velká povrchová plocha a přítomnost mikropórů, které potenciálně mění povrchovou plochu, rozmístění pórů různé velikosti, objemovou hmotnost, vodní kapacitu a penetrační odpor půdy. Vlastnosti jako povrchová plocha, objemová hmotnost a pórovitost velmi úzce souvisí s hydrologickými vlastnostmi, jako je půdní vlhkost, hydraulická vodivost, kapilární vodní kapacita.
Biouhel a dynamika dusíku v půdě
Stále narůstá množství důkazů z dostupných studií, že biouhel ovlivňuje koloběh dusíku v půdě, což nabízí potenciální možnosti pro zefektivnění cyklu dusíku v zemědělských ekosystémech. Příklady toků a přeměn dusíku v půdě, které jsou ovlivňovány biouhlem:
1. mikrobiální fixace atmosférického dusíku;
2. snížení vyplavování minerálního N;
3. snížení volatilizace amoniaku; a
4. potlačení emisí oxidu dusného.
Biouhel a půdní fosfor
Dostupná literatura týkající se vlivu biouhlu na fosfor (P) neuvádí jednoznačné závěry, což poukazuje na složitost interakcí mezi biouhlem a půdními procesy. Vzhledem k těsné závislosti dostupnosti fosforu na pH půdy, je kritickým činitelem vliv biouhlu na pH půdy. Tím je vymezena potenciální oblast výzkumu, který vyžaduje pozornost.
Biouhel a remediace kontaminovaných půd
Biouhel může být efektivním nástrojem pro remediaci kontaminovaných půd z hlediska ekonomického a prospěšným z hlediska ekologického. Biouhel má potenciál užití jako levný adsorbent chemických sloučenin, včetně některých nejběžnějších látek znečišťujících životní prostředí. Bylo prokázáno, že biouhel vyrobený z různých surovin má schopnost silné sorpce různých typů pesticidů a jiných organických kontaminant.
K dispozici je také literatura demonstrující potenciální roli biouhlu v sanaci těžkých kovů. Přidání biouhlu do půdy způsobuje zvýšení negativního náboje na povrchu půdních částeček a zvýšení schopnosti výměny kationtů. To zvyšuje elektrostatickou přitažlivost mezi kladně nabitými těžkými kovy a půdou. Kromě toho, v důsledku přítomnosti mnoha funkčních skupin (například karboxylových, alkoholových a hydroxylových skupin) na povrchu biouhlu, je biouhel schopen vytvářet komplexy s těžkými kovy, čímž se sníží jejich biologická dostupnost.
Zatímco biouhel může být potenciálně atraktivním nástrojem pro remediaci kontaminovaných půd, musí být stanovena jeho ekologická účinnost a jeho potenciální terénní aplikaci a účinnost je třeba prozkoumat před aplikací širším měřítku. Dalším faktorem, který musí být stanoven, je množství kontaminující látky, které může biouhel zadržet do stavu saturace a trvanlivost vytvářených komplexů kontaminantů s biouhlem.
Výhled do budoucnosti
I když se zdá, že biouhel má velký potenciál pro aplikaci do půdy, hlubší výzkum by měl být věnován oblasti poznatků týkající se těch primárních vlastností biouhlu, které předurčují míru jeho dlouhodobého vlivu na funkce a chování různých typů půd, jakož i citlivost ošetřených půd na management následného obhospodařování.
Pozornost zasluhují tyto oblasti:
• Nedostatek standardizace s ohledem na použité suroviny k výrobě biouhlu, s ohledem na pyrolýzní podmínky, půdní typy, aplikační dávky nebo analytické metody, které zpětně brání porovnání mezi různými studiemi a nakonec i objasnění základních mechanismů.
• Dlouhé doby setrvání biouhlu nebyly dosud dostatečně ověřeny pro dnešní intenzivní zemědělské systémy v různých klimatických podmínkách a na různých půdních typech. Intenzivní zemědělské postupy by mohly stimulovat rozpad biouhlu, čímž by se potenciálně mohla snížit doba zdržení. Proto je nezbytné provádět v budoucnu takové simulační studie, které umožní nalézt odpověď na otázky, týkající se zvětrávání a stárnutí biouhlu v intenzivně obhospodařované půdě.
Závěr
Z výše uvedeného vyplývá, že se biouhel v horizontu jedné nebo dvou vegetačních sezón stává obtížně rozložitelnou či nerozložitelnou součástí půdy, která v půdě setrvává o dva až tři řády déle než např. kompost a svojí dlouhou perzistencí zajišťuje všechny zmiňované blahodárné účinky biouhlu na půdu. V takové situaci ale nemá smysl uvažovat ani o hnojivém účinku biouhlu ani o jeho energetickém vnosu pro aktivitu mikroorganismů. Proto se jako optimální a autoritami podložená cesta pro aplikaci biouhlu ukazuje souběžná aplikace „odolného“ a „snadno rozložitelného“ uhlíku včetně vnosu důležitých živin v organických formách, která umocní pozitivní vliv aplikace biouhlu.
Ing. Jaroslav Záhora, CSc., Mendelova univerzita v Brně
Literatura
1. LEHMAN, C.J. a M. RONDON, Bio-char soil management on highly-weathered soils in the tropics. In: UPHOFF, N.T. (Ed.), Biological Approaches to Sustainable Soil Systems. 2006, CRC Press, Boca Raton, pp. 517-530.
2. LIANG, B., LEHMAN, J., SOLOMON, D., SOHIi, S., THIES, J., SKJEMSTAD, J.O., LUIZÃO, F.J., ENGELHARD, M.H., NEVES, E.G. a S. WIRICK, Stability of biomass-derived black carbon in soils. 2008, Geochimica et Cosmochimica Acta 72(24): 6069-6078.
3. LEHMAN, J., RILLIG, M.C., THIES, J., MASIELLO, C.A., HOCKADAY, W.C. a D. CROWLEX. Biochar effects on soil biota. A review. 2011, Soil Biology & Biochemistry. 43 1812-1836.
4. ELAD, Y., CYTRYN, E., HAREL, Y.M., LEW, B. a E.R. GRABER, The Biochar Effect: plant resistance to biotic stresses (Review). 2011, Phytopathol. Mediterr. 50, 335−349.
5. LEHMANN, J. a S. JOSEPH. Biochar for environmental management: science and technology. Sterling, VA: Earthscan, 2009, xxxii, 416 s.
6. WILSON K: How biochar works in soil. 2014, The Biochar Journal, Arbaz, Switzerland. ISSN 2297-1114; www.biochar-journal.org/en/ct/32.
7. http://ec.europa.eu/DocsRoom/documents/15949 (10. 04. 2016)
8. LONE, A., NAJAR, G., GANIE, M. SOFI, J. ALI, T.,Biochar for Sustainable Soil Health: A Review of Prospects and Concerns. 2015, Pedosphere 25(5): 639-653.
