Posljednjih godina, kompost i biochar privukli su veliku pozornost, a njihovi učinci na svojstva tla postali su predmet brojnih istraživanja. Kompost i biochar koriste se kao dodaci tlu za povećanje sadržaja organske tvari i poboljšanje plodnosti tla. Dodatno, dodavanje komposta i biochara tlu može poboljšati njegovu strukturnu stabilnost, dostupnost hranjivih tvari, unos hranjivih tvari u biljke i smanjiti zbijenost tla. To potiče biološku aktivnost tla, smanjuje gubitke uslijed erozije i poboljšava kapacitet zadržavanja vode.
Sam biochar može također poboljšati fizikalna svojstva tla, povećati pH tla i kapacitet izmjene kationa, poboljšati zadržavanje hranjivih tvari, promijeniti populacije mikroorganizama u tlu i povećati prinose usjeva. Biochar se proizvodi termalnom razgradnjom biomase u uvjetima ograničenog kisika. Početne karakteristike korištene sirovine, zajedno s temperaturama postignutim tijekom pirolize, mogu utjecati na kemijska i fizikalna svojstva biochara.
Piroliza na visokim temperaturama proizvodi biochar koji obično ima veliku površinu, učinkovit je kao adsorbent i snažno je aromatičan i otporan na razgradnju. Nasuprot tome, piroliza na niskim temperaturama pogoduje većem zadržavanju ugljika i hranjivih tvari koji se sve više gube na višim temperaturama. Očekuje se da biochar proizveden na niskim temperaturama, koji ima manje kondenziranu strukturu ugljika, ima veću reaktivnost u tlima od biochara proizvedenog na visokim temperaturama.
Nadalje, kada se piroliziraju, biljne vrste s mnogim stanicama velikog promjera u svojim tkivima stabljike mogu dovesti do većih količina makropora u česticama biochara. Sposobnost biochara da adsorbira veće molekule poput fenolnih spojeva može se poboljšati povećanjem broja makropora. Biochar je otporniji na mikrobnu razgradnju od nespaljene organske tvari zbog svoje makromolekularne strukture, koja može sadržavati aromatski ugljik. Smatra se da biochar ima dugo vrijeme zadržavanja u tlu. Međutim, njegova otpornost i fizikalna priroda značajne su prepreke kvantificiranju dugoročne stabilnosti.
Biochar je također pokazao sposobnost poboljšanja plodnosti tla. Primjena biochara pokazala je poboljšanje plodnosti tla povećanjem pH kiselih tala, zadržavanjem određenih hranjivih tvari zbog njihovih površinskih električnih naboja, čime se povećava zadržavanje vode, smanjuje ispiranje hranjivih tvari i zadržavaju kationi i organska tvar. Primjena biochara tlu mijenja njegova fizikalno-kemijska svojstva i potiče aktivnost mikroorganizama u tlu, poboljšavajući kvalitetu tla i performanse biljaka. Istraživanje kako populacije mikroorganizama u tlu i enzimi u tlu reagiraju na dodatke biochara ključno je za bolje razumijevanje interakcija između biochara, tla i biljaka.
Kruženje hranjivih tvari u tlima uključuje biokemijske, kemijske i fizikalno-kemijske reakcije, pri čemu biokemijske procese posreduju mikroorganizmi, korijenje biljaka i životinje u tlu. Dobro je poznato da enzimi, koji su proteini s katalitičkim sposobnostima, kataliziraju biološke reakcije. Enzimi su katalizatori, što znači da su to tvari koje ne podliježu trajnoj promjeni i uzrokuju brže odvijanje kemijskih reakcija. Osim toga, specifični su za kemijske reakcije u kojima sudjeluju. Enzimi se denaturiraju pri povišenim temperaturama i ekstremnim uvjetima (pH < 3 ili > 9). Njihovo fizikalno-kemijsko stanje i utjecaj na kemijske reakcije izrazito ovise o pH, ionskoj jakosti, temperaturi i prisutnosti ili odsutnosti inhibitora ili aktivatora.
Dodavanje biochara tlu vjerojatno će se nastaviti samo kada se uoče ili osiguraju dovoljna poboljšanja u performansama i produktivnosti tla. Enzimska aktivnost tla koristi se kao pokazatelj zdravlja tla. Ciljevi ove studije bili su istražiti učinke tretmana kompostom i biocharom na odabrane aktivnosti enzima u tlu – BG, ACP i ALP, ARS, DG, AMD, CLS i URS – jer one nisu istražene na regionalnoj razini u državi Missouri. Stoga je potrebno regionalno istraživanje, a ono će pomoći u prevođenju rezultata istraživanja u praktične smjernice za male poljoprivrednike. Hipoteza je da će dodavanje biochara pozitivno utjecati na aktivnost enzima.
Eksperimentalni pristup: Trogodišnja studija na terenu
Istraživači su postavili eksperiment koji je trajao tri godine, koristeći šest različitih tretmana:
1. Kompost
2. Biochar
3. Kompost + biochar
4. Biochar + kompostni čaj
5. Trava (fescue)
6. Kontrola (bez tretmana)
“Željeli smo vidjeti kako biochar djeluje sam, ali i u kombinaciji s drugim organskim dodacima,” kaže dr. John Yang, jedan od vodećih istraživača. “Ovo nam je omogućilo da dobijemo cjelovitu sliku o potencijalu biochara u različitim uvjetima.”
Impresivni rezultati: Biochar potiče enzimsku aktivnost
Rezultati trogodišnjeg istraživanja pokazali su da biochar ima značajan utjecaj na aktivnost enzima u tlu:
1. β-glukozidaza (BG): Ovaj enzim, ključan za razgradnju celuloze, pokazao je povećanu aktivnost u tlima tretiranim biocharom. Dr. Zaid objašnjava: “Veća aktivnost BG znači brže oslobađanje jednostavnih šećera iz biljnih ostataka, što može dovesti do povećane mikrobiološke aktivnosti u tlu.”
2. Kisela i alkalna fosfataza (ACP i ALP): Oba ova enzima, važna za oslobađanje fosfora iz organskih spojeva, pokazala su povećanu aktivnost u prisutnosti biochara. “Ovo je posebno važno za poljoprivrednike,” ističe dr. Al-Awwal, “jer može dovesti do bolje dostupnosti fosfora za biljke, smanjujući time potrebu za umjetnim gnojivima.”
3. Arilsulfataza (ARS): Aktivnost ovog enzima, ključnog za ciklus sumpora u tlu, bila je najviša u tretmanima koji su kombinirali biochar i kompost. Dr. Yang objašnjava: “Ovo sugerira da biochar može poboljšati dostupnost sumpora biljkama, što je važno za sintezu proteina i drugih vitalnih spojeva.”
4. Dehidrogenaza (DG): Ovaj enzim, koji služi kao opći indikator mikrobiološke aktivnosti u tlu, pokazao je značajno povećanje aktivnosti u tlima tretiranim biocharom. “To nam govori da biochar stvara povoljno okruženje za mikroorganizme u tlu,” kaže dr. Zaid.
5. Arilamidaza (AMD): Aktivnost ovog enzima, važnog za ciklus dušika, također je bila povećana u prisutnosti biochara. Dr. Al-Awwal objašnjava: “Ovo može dovesti do bolje dostupnosti dušika biljkama, što je ključno za njihov rast i razvoj.”
6. Celulaza (CLS): Ovaj enzim, koji razgrađuje celulozu, pokazao je zanimljiv obrazac aktivnosti. “Iako nismo vidjeli značajne razlike između tretmana u prvim mjesecima, na kraju eksperimenta biochar je pokazao pozitivan učinak na aktivnost celulaze,” kaže dr. Yang.
7. Ureaza (URS): Aktivnost ovog enzima, ključnog za pretvorbu uree u amonijak, bila je povećana u svim tretmanima s biocharom. “Ovo sugerira da biochar može poboljšati efikasnost dušičnih gnojiva,” objašnjava dr. Zaid.
Zaključno
U zaključku, primjena organskih dodataka imala je pozitivan učinak na enzimsku aktivnost tla. Najviše aktivnosti enzima općenito su pronađene u travnju, što bi moglo biti zbog toga što su uzorci iz travnja imali bolje uvjete vlage i temperature tla za stimuliranje enzimske aktivnosti. Ukupna aktivnost smanjila se za sve enzime u kolovozu. Ovo smanjenje enzimske aktivnosti moglo bi ukazivati na stabilnije stanje tla u kojem se organska tvar ne razgrađuje brzo. Ova stabilnost može biti korisna za dugoročno zdravlje tla i sekvestraciju ugljika. Nadalje, u stabilnom okolišu tla, organizmi u tlu su manje pod stresom, što bi moglo smanjiti potrebu za visokom enzimskom aktivnošću kao dio mehanizma odgovora na stres.
Rezultati su pokazali da su tretmani kompostom i biocharom značajno povećali aktivnost enzima u tlu u usporedbi s drugim tretmanima, pri čemu je primjena dušika dodatno povećala aktivnost enzima. pH tla, organska tvar i kapacitet izmjene kationa bili su važni čimbenici u određivanju enzimske aktivnosti, pri čemu je BG pokazao jake pozitivne asocijacije s ACP i AMD (99,5%). Ova studija pokazuje da dodaci komposta i biochara značajno poboljšavaju fizikalno-kemijska i biološka svojstva tla, čime poboljšavaju zdravlje tla i pomažu održivim praksama upravljanja tlom poljoprivrednika.
SAVJETODAVNI PARTNER
