Simptomi i uzroci loše kvalitete tla
Jedan od glavnih uzroka loše kvalitete tla često su mehaničke prirode, a kao ključni faktor nerijetko se radi o zbijenosti tla – gusti i zbijeni slojevi tla koji vrlo sporo odvode vodu. Zbijenost podrazumijeva veliku gustoću čestica tla što u proizvodnji rezultira lošim rastom korijena i/ili sporim otjecanjem vode u dublje slojeve. U najgorem slučaju dolazi i do zadržavanja vode na površini danima nakon jakih kiša. Ovakve pojave su česte kod glinastih tala. Čestice gline su vrlo sitne, što glinasta tla čini osjetljivim na zbijanje, a sama konfiguracija može biti dodatno narušena korištenjem teških strojeva i vozila na površini, što doprinosi dodatnom zbijanju čestica. Ono što još odlikuje takva tla jest visoka čvrstoća u sušnim i vrućim periodima, što se manifestira i pojavom pukotina. Uglavnom tla koja su „gola“ odnosno bez ili sa sporadičnom (neravnomjernom) vegetacijom često mogu ukazivati upravo na problem zbijenosti i loše drenaže. Naravno dodatni problem je i pojava erozije u kojoj najčešće strada upravo gornji sloj tla, najbogatiji organskom tvari i ključan za rast i razvoj biljaka.
Jedan od velikih problema koji dovode do degradacije tala jest i deforestizacija. Bilo da se radi o krčenju šuma isključivo u svrhu eksploatacije drvne biomase, ili krčenja zapuštenih poljoprivrednih zemljišta sa svrhom privođenja zemljišta u stanje poljoprivredne proizvodnje, oba scenarija uključuju prisustvo teške mehanizacije na površini tla što uzrokuje zbijenost. Tada uglavnom dolazi i do oštećenja površinskog sloja uslijed samog procesa uklanjanja biomase i drvnih ostataka (čišćenja). Takvi zahvati strahovito utječu na mehaničku strukturu tla, a posljedično i kemijsku s obzirom da ostaci drvne mase, osobito panjevi i granje koje ostaje na površini tla, prilikom truljenja dodatno potiču kiselost tla.
Biougljen (biochar)
Mulj iz pročistača otpadnih voda bogat je materijal organskim tvarima. Međutim, zbog potencijalnih prisutnosti patogena, teških metala i neugodnih mirisa, preporučeno je provesti neki od dodatnih (pred)tretmana prije korištenja takvog materijala u poljoprivredi i/ili u svrhu revitalizacije tala. Uz kompostiranje, jedan od tretmana je i proces pirolize (termokemijski proces koji se provodi u odsutnosti kisika na temperaturi od 300 – 900 °C). Ovaj proces smanjuje volumen mulja, deaktivira patogene mikroorganizme te stabilizira toksične elemente poput teških metala, čime se smanjuje rizik od zagađenja okoliša. Produkt takvog procesa je biougljen. Primjenom biougljena povećava se pH vrijednost, poboljšava kapacitet vode i poroznost te osiguravaju esencijalne tvari za buduću poljoprivrednu proizvodnju. Niz istraživanja je provedeno u kojima se biougljen koristio u različitim koncentracijama sa ciljem podizanja pH vrijednosti. U koncentraciji od 2% suhe tvari, korištenjem biougljena koji ima alkalnu vrijednost, pH se podigao sa 5 na 6,5, čineći tlo manje kiselim i povoljnijim za rast biljaka.
Preradom mulja iz pročistača otpadnih voda u biougljen može biti učinkovit način zbrinjavanja takvog tipa materijala osobito u usporedbi sa nekim drugim metodama koje se koriste, poput skladištenja/odlaganja na deponije, spaljivanja ili izravne primjene u poljoprivredi. Biougljen je proizvod bogat ugljikom, zanimljiv zbog svojih višestrukih funkcija – poput sekvestracije ugljika tla što rezultira smanjenjem stakleničkih plinova te poboljšanja kvalitete tla. Biougljen ima visoku poroznost, široku mikrostrukturu, visok sadržaj hranjivih tvari i učinkovitu sposobnost zadržavanja vode te se može koristiti kao poboljšivač tla. Njegova svojstva se mogu podijeliti na fizikalna (gustoća, veličina površine, poroznost), te kemijska (pH, kationska izmjena, kapacitet čestice, provodljivost, molarni omjer, te koncentracija različitih elemenata – ugljik, kisik, dušik, kalij, fosfor, kalcij, magnezij itd.).
Porozna struktura čestica biougljena poboljšava zadržavanje vode i hranjivih tvari u tlu te pospješuje aktivnost mikroorganizama. Ta struktura se sastoji od brojnih aromatskih spojeva i drugih funkcionalnih skupina koje omogućuju infiltraciju hranjivih tvari u tlo i služe kao stanište za mikrobe. Dodatno, čestice biougljena imaju veliku unutarnju površinu i pore, što je važno za niz bioloških procesa. Primjerice, aerobni mikroorganizmi žive na površini agregata tla, dok denitrificirajuće bakterije žive unutar vlažnih dijelova tla. Pore biougljena služe kao stanište mikroorganizma, uključujući bakterije, gljivice i protozoe.
Utjecaj biougljena na fizikalna svojstva tla
Makropore biougljena (>200 nm) imaju odgovarajuću veličinu za smještaj bakterija. Biougljen također sadrži mikropore (<2 nm) i mezopore (2–50 nm), koje mogu pohraniti vodu i otopljene tvari potrebne za metabolizam mikroorganizama. Mikropore su odgovorne za adsorpcijsku površinu i visoki kapacitet, dok su mezopore važne za adsorpciju tekućina i čvrstih tvari. Mikropore su potrebne za provjetravanje, hidrauličke procese, pomicanje korijena i strukturu tla. Frakcija i veličina pora ovise o temperaturi korištenoj za dobivanje biougljena jer visoke temperature povećavaju volatilizaciju vode i organske tvari, stvarajući veće pore. Iz ove perspektive, čestica biougljena može se usporediti sa agregatom tla jer biougljen može pružiti slične funkcije, kao što su zaštita organske tvari, stanište za faunu tla, zadržavanje vlage i zadržavanje hranjivih tvari u tlu. Površina i volumen pora mogu se mijenjati kada dospiju u tlo zbog zatvaranja pora uslijed apsorpcije organskih i mineralnih tvari ili, suprotno, zbog mineralizacije hlapljivih tvari, što može dovesti do blokade pora.
Zbijenost tla je pokazatelj kvalitete tla. Kvalitetna, manje zbijena tla karakterizira veći broj pora, dok manji broj pora odnosno loša poroznost karakterizira tla slabije kvalitete. Budući da biougljen smanjuje gustoću tla i povećava poroznost, time optimizira strukturu tla – što dodatno doprinosi rastu usjeva te pozitivno utječe na interakciju tla i vode, ukorjenjivanje biljaka i faunu tla. Razlog tome je niska gustoća biougljena te sadržaj marko i mikro pora koje zadržavaju zrak i vodu što je ključno u smanjuju gustoće tla. Ostala važna svojstva biougljena, a koja su važna za mikroorganizme uključuju njegovu površinu koja povećava mikrobnu kolonizaciju, a njegova crna boja privlači više topline što pospješuje (i ubrzava) rast mikroorganizama i enzimatsku aktivnost.
Utjecaj biougljena na kemijska svojstva tla
Brzi blagotvorni učinak primjene biochar-a na dostupnost hranjivih tvari velikim dijelom proizlazi iz prisutnosti velikih količina kalija (K), fosfora (P) i cinka (Zn) te nižeg sadržaja kalcija (Ca) i bakra (Cu). Dugoročne koristi u pogledu dostupnosti hranjivih tvari uključuju stabilizaciju organske tvari, sporo otpuštanje hranjivih tvari i poboljšano zadržavanje kationa zbog povećanja kapaciteta izmjene kationa. Biougljen može povećati ukupni organski ugljik u tlu, što zauzvrat povećava plodnost tla. Biougljen sadrži visoke koncentracije dušika (N), fosfora (P), kalcija (Ca) i kalija (K), koji se mogu koristiti kao hranjive tvari za tlo ili mikroorganizme. Za razliku od drugih organskih tvari iz tla, biochar ostaje u obliku čestica tijekom dugih vremenskih razdoblja, iako se veličina čestica s vremenom smanjuje. Faktor koji dovodi do povećanja pH vrijednosti u tlima sa apliciranim biougljenom je prisutnost negativno nabijenih fenolnih skupina, karboksilnih i hidroksilnih skupina, koje vežu H+ ione za otopinu tla, čime se smanjuje koncentracija H+ iona u tlu i povećava pH tla. Pozitivan učinak biougljena na tlo, kroz povećanje pH, očitiji je u kiselim tlima koja imaju nisku razinu organske tvari
U tlima na kojima je izvršena aplikacija biougljena dobivenog iz mulja pročistaća otpadnih voda, identificirane su povećane razine pH, ukupnog dušika, organskog ugljika i dostupnih hranjivih tvari. Najvažniji utjecaj biougljena iz mulja na svojstva tla je dostupnost fosfora. Također su zabilježena povećanja dostupnosti dušika i natrija.
Zaključak
Osim u poljoprivrednoj proizvodnji kao poboljšivač tla, biougljen se može koristiti u revitalizaciji oštećenih tala na način da služi kao medij i hranjivo koje potiče mikrobiološku aktivnost. Njegova uloga je velika i u poboljšanju same mehaničke strukture tla koje je pretrpjelo neka od oštećenja uslijed klimatskih nepogoda ili ljudskog faktora. Podizanje mikrobioloških i ostalih aktivnosti u tlu kao i poboljšanje njegove fizikalne strukture su preduvjet za vraćanje zemljišta u stanje za buduću proizvodnju.
Literatura
E.Goldan, V.Nedeff, N.Barsan, M.Culea, C.Tomozei, M.Panainte-Lehadus, E.Mosnegutu, Evaluation of the Use of Sewage Sludge Biochar as a Soil Amendment – A Review
A.Junior, M.Guo, Efficacy of sewage sludge derived biochar on enhancing soil health and crop productivity in strongly acidic soil
F.Schlederer, E.Martin-Hernandez, C.Vaneeckhaute, Ensuring safety standards in sewage sludge-derived biochar: Impact of pyrolysis process temperature and carrier gas on micropollutant removal
SAVJETODAVNI PARTNER
