Genopladning af jord med kulstof kan gøre gårde mere produktive

At omdanne afgrødeaffald og kasseret papir til et materiale kaldet biokul kan hjælpe med at opsamle kulstof fra atmosfæren og lagre det i jorden, samtidig med at det hjælper med at berige landbrugsjord.

Landbrug har historisk set været en cirkulær industri, hvor afgrøder bruger næringsstoffer i jorden til at vokse, som derefter erstattes af kompost eller gødning. Men globaliseringen og industrialiseringen af ​​fødevareforsyningskæden har forstyrret denne cyklus, drive landbrugspraksis, der har været med til at forringe en tredjedel af klodens jord.

Forskere ser nu på måder at tackle dette problem på med en tilgang, der ikke kun vil genoprette næringsstoffer til jorden, men også bidrage til at opveje de drivhusgasemissioner, som landbruget producerer.

"Landbrugsjord kunne fungere som kulstofdræn, " sagde Dr. Jan Mumme, en landbrugsingeniør ved University of Edinburgh i Storbritannien. "Dette ville nok ikke fungere med intensivt husdyrbrug, men bæredygtig afgrødeproduktion og integrerede landbrugssystemer (en balance mellem afgrøder og husdyr) kunne gøre det - og biokul er en måde at hjælpe på."

Biokul er et stof dannet af biomasse - såsom træ og afgrødeaffald, spildevandsslam og papiraffald - der opvarmes til 400-800°C under begrænsede iltforhold for at lave et kullignende produkt. Dette kan derefter tilføjes til jorden, hvor det ikke kun lagrer kulstof, men interagerer også med mikrober i jorden for at forbedre deres evne til at opfange yderligere næringsstoffer og jordens kulstof.

Indtil nu, imidlertid, biochar har fået blandede resultater, når de er testet for dets virkninger på jord og afgrødeudbytte.

Papiraffald

"Der er masser af forskningsartikler, hvor forfatterne undersøger virkningerne af biochar på afgrødeudbyttet, og der er mange positive resultater, men også snesevis af undersøgelser, der viste et negativt resultat, " sagde Dr. Mumme, som koordinerede et forskningsprojekt kaldet CarboPlex, som har udviklet et biokulprodukt, der kan hjælpe gårde med at opfange mere kulstof i deres jord.

Forskning fra CarboPlex-teamet viste, at biokul kan have bedre virkninger på jord, når det først blev brugt i en anden proces. De udviklede et materiale kaldet CreChar, som er lavet af papiraffald og kombinerer kulstof og mineralske næringsstoffer, der kan bruges som additiv i biogasproduktion.

I slutningen af ​​biogasprocessen er der et biprodukt kaldet digestat, der ifølge CarboPlex, stiger i værdi fra CreChar ved at optage flere næringsstoffer. Dette nedbrydningsvand kan derefter bruges som en organisk gødning i stedet for mineralsk gødning fremstillet af fossile brændstoffer.

"Med et årligt potentiale i Storbritannien på 900, 000 tons af denne biogødning, Jeg tror, ​​det kunne spare 60,- 000 tons kuldioxidudledning blot ved at erstatte mineralsk kvælstofgødning, " sagde Dr. Mumme.

Hvad mere er, Dr. Mumme siger, at en anden 619, 000 tons CO2-emissioner kunne undgås alene i Storbritannien hvert år ved at genbruge 180, 000 tons papiraffald til at skabe CreChar. Ikke alene ville dette forhindre forbrænding af papiraffald, det vil også fremme brugen af ​​biogas i stedet for fossile brændstoffer og forbedre jordens evne til at lagre kulstof.

Husdyrgødning

"Landbruget, som det burde være, eller som det var gennem tusinder af år, er det bedste eksempel på cirkulær økonomi, " sagde Dr. Mumme. En stor del af fødevareforsyningskæden i Europa, imidlertid, starter nu i lande eller regioner, der specialiserer sig i masseproduktion af enkeltvarer til eksport. I Brasilien og USA for eksempel, sojabønder dyrker foderet til husdyrbrugere i Europa.

"Det er højst usandsynligt, at skibsladninger af gødning (vil blive sendt) tilbage til Brasilien eller USA, så bønderne dér producerer deres soja og andre afgrøder med kunstgødning fremstillet ved hjælp af fossile brændstoffer, " sagde Dr. Mumme. I mellemtiden, i mange europæiske lande kan gylle fra husdyrgødning forurene det lokale grundvand.

Det er denne form for praksis, der udtømmer jorde for deres kulstoffangende potentiale, fordi organisk affald aldrig returneres til den jord, det tages fra. Uden dette organiske materiale er de mikrobielle økosystemer under jorden ikke i stand til at nedbryde det og lagre det kulstof, det indeholder i jorden.

Men hvis landbrugsindustrien kunne bruge biochar til at berige jorden for disse mikrober, det kunne reducere sektorens miljøpåvirkning, som i dag står for en femtedel af verdens samlede udledning.

"Vi har mange steder i verden, hvor jordens kulstof opbruges, forværret af klimaændringer, " sagde Dr. Mumme. "Der er ingen gylden løsning, men der er nogle løsninger, der er mere levedygtige."

Der vil gå nogle år, før produkter som CreChar er bredt tilgængelige i industriel skala, men i mellemtiden kan landmændene allerede begynde at forbedre deres CO2-opsamlingspotentiale. Dette kræver bedre landbrugspraksis, såsom ingen pløjning, ved hjælp af rotationsafgrøder, kompostering og styret afgræsning af husdyr på græsgange, ifølge Dr. Ashish Malik, en mikrobiel økolog ved University of California, Irvine i USA.

"Nogle af disse praksisser er allerede ved at blive implementeret, men der er bare ikke nok arbejde med den mikrobielle fysiologi, " han sagde.

Jordens mikroorganismer fungerer som gatekeepere til jorden - de kontrollerer niveauet af næringsstoffer, som planter har brug for for at vokse, ved at nedbryde dødt biologisk materiale. Denne proces hjælper med at holde jorden modstandsdygtig, produktive og øger mængden af ​​kulstof, de kan opfange. At have en bedre forståelse af, hvordan de gør dette, kan bidrage til at tilskynde til højere optagelse af landbrugspraksis, der understøtter mikrobiel aktivitet og deres evne til at opfange kulstof.

Dr. Malik var koordinator for Terra-Micro-Carbo, et nyligt afsluttet forskningsprojekt, der undersøgte jordmikrober på tværs af forskellige gårde, varierende fra lav- til højintensiv landbrugspraksis.

Projektet fandt i mindre intensive gårde, der havde næsten neutrale pH-niveauer i jorden, at der var øget mikrobiel vækst og mere kulstof lagret. Historien var meget mere kompliceret i sure jorde, hvor mikrobiel vækst var en større begrænsning for nedbrydningshastigheder.

Fællesskaber

Forskerne analyserede også jordmikrobesamfund på 56 forskellige gårde og grupperede deres egenskaber i tre nøgleområder - væksteffektivitet, ressourcetilegnelse og stresstolerance. Disse tre egenskaber kombineres i et mikrobielt samfund for effektivt at regulere jordbunden og maksimere kulstoffangsten.

"Det er ikke kun vigtigt fra et landbrugssynspunkt, men også de generelle modelleringsperspektiver, " sagde Dr. Malik.

Terra-Micro-Carbo sigter mod at dele deres resultater til brug i klimamodeller for at hjælpe med at beregne kulstoflagringspotentialet i gårde.

Ultimativt, et sådant arbejde kan hjælpe med at lede landmænd og politiske beslutningstagere i retning af beslutninger, der fremmer mere klimavenligt landbrug og dermed reducere industriens indvirkning på det globale miljø.