Bioarang daripada biojisim kelapa sawit: bagaimana arang meningkatkan tanah berasid tropika dan mengurangkan pelepasan

Setiap tahun, industri minyak sawit Malaysia menjana kira-kira 66 juta tan sisa biojisim: tandan buah kosong (EFB), gentian mesokarpa, tempurung isirong sawit, pelepah, dan batang daripada penanaman semula. Kebanyakan bahan ini sama ada dibiarkan di ladang untuk mereput, dibakar dalam dandang kilang untuk tenaga, atau: dalam operasi lama: dibakar secara terbuka di tapak pelupusan. Penukaran biojisim ini kepada biochar menawarkan laluan yang berbeza secara asas: mengubah sisa pertanian menjadi pindaan tanah yang stabil yang memperbaiki tanah tropika berasid, mengurangkan larut lesap nutrien, dan mengunci karbon ke dalam tanah selama berabad-abad.

Penyelidikan yang diterbitkan dalam Science of the Total Environment menganggarkan bahawa penggunaan bahan mentah biojisim kelapa sawit yang tersedia untuk pengeluaran biochar di Malaysia dapat mengeluarkan 6 hingga 12.4 juta tan setara CO2 setiap tahun, dan mengurangkan pelepasan pertanian Malaysia sehingga 54%. Bagi industri yang mengemudi keperluan kemampanan RSPO yang semakin ketat dan mekanisme pelarasan sempadan karbon antarabangsa, biochar mewakili kedua-dua peluang agronomi dan aset perakaunan karbon.

Apa yang biochar lakukan kepada tanah tropika berasid

Biochar dihasilkan dengan memanaskan bahan organik pada 300 hingga 700°C tanpa kehadiran oksigen: proses yang dipanggil pirolisis. Bahan seperti arang yang terhasil mempunyai struktur mikro yang sangat berliang, luas permukaan dalaman yang besar, dan pH yang kebanyakannya alkali (7.5 hingga 10.5 bergantung pada suhu pengeluaran dan bahan mentah). Sifat fizikal dan kimia ini menghasilkan beberapa peningkatan tanah serentak apabila biochar digabungkan ke dalam Ultisols dan Oxisols berasid Malaysia.

Penyangga pH adalah kesan yang paling segera. Biochar EFB yang dihasilkan pada suhu sederhana (400 hingga 500°C) mempunyai pH 8 hingga 10. Apabila digunakan pada kadar 5 hingga 10 tan sehektar, ia meningkatkan pH tanah sebanyak 0.5 hingga 1.2 unit dalam tempoh 12 bulan: setanding dengan penggunaan dolomit tetapi dengan manfaat tambahan yang diterangkan di bawah. Tidak seperti kapur, yang larut dengan agak cepat, biochar mengekalkan kesan penyangga pHnya selama bertahun-tahun kerana ia tahan terhadap penguraian mikrob. Penentuan usia karbon-14 biochar di tanah tropika menunjukkan purata masa kediaman 100 hingga 1,000 tahun.

Kapasiti pertukaran kation (CEC) meningkat dengan ketara selepas penambahan biochar. Luas permukaan zarah biochar yang besar, digabungkan dengan kumpulan berfungsi bercas negatif pada permukaannya, menyediakan tapak baru untuk memegang ion K+, Ca2+, Mg2+, dan NH4+. Ujian pasu dan lapangan di Malaysia menunjukkan peningkatan CEC sebanyak 15 hingga 40% selepas pindaan biochar pada 5 tan sehektar pada tanah liat berpasir CEC rendah: tanah yang sama di mana larut lesap kalium adalah paling teruk. Ini secara langsung mengurangkan kehilangan baja dan meningkatkan kecekapan input yang digunakan.

Pengurangan larut lesap nitrogen didokumenkan dengan baik. Kajian menggunakan biochar yang berasal dari EFB mendapati bahawa larut lesap ammonium-N dikurangkan sebanyak 21 hingga 46% berbanding tanah yang tidak diubah suai di bawah keadaan hujan simulasi Malaysia. Pada tanah bercerun di mana kehilangan nitrat dan ammonium kepada saliran adalah kos yang besar dan isu alam sekitar, pindaan biochar secara langsung meningkatkan kecekapan penggunaan nitrogen bagi baja urea dan sebatian yang digunakan.

Pengekalan air dalam tanah berpasir dan terdegradasi

Struktur mikro berliang biochar menahan air dalam saluran dalamannya. Takungan air mikro ini menyangga kelembapan tanah semasa musim kemarau singkat yang semakin kerap berlaku semasa tahun El Nino di Semenanjung Malaysia dan Sabah. Ujian pada tanah berpasir terdegradasi di Sabah menunjukkan bahawa plot yang diubah suai biochar mengekalkan kandungan lembapan tanah yang lebih tinggi dengan ketara selama 3 hingga 5 hari selepas kejadian hujan berbanding dengan kawalan yang tidak diubah suai. Bagi kelapa sawit yang menghadapi pengguguran tandan semasa tekanan haba dan kekurangan air, penyangga lembapan tanah ini secara langsung memelihara hasil.

Biochar dan biologi tanah

Struktur berliang biochar menyediakan habitat untuk mikroorganisma tanah. Bakteria dan kulat menjajah liang biochar, di mana ia dilindungi daripada pemangsa dan kekeringan. Selepas 6 hingga 24 bulan penggunaan, tanah yang diubah suai biochar dalam ujian lapangan Malaysia menunjukkan karbon biomassa mikrob yang jauh lebih tinggi, kepelbagaian genera bakteria yang lebih besar, dan peningkatan aktiviti enzim (terutamanya fosfatase dan urease) berbanding dengan kawalan yang tidak diubah suai.

Pengaktifan biologi ini menguatkan manfaat kimia langsung biochar. Aktiviti fosfatase yang lebih besar bermakna lebih banyak kolam fosforus tetap tersedia untuk tumbuhan. Aktiviti urease yang lebih besar meningkatkan mineralisasi nitrogen daripada input organik. Dalam kombinasi dengan penyaman tanah seperti SoilBoost EA yang secara langsung merangsang aktiviti enzim tanah, biochar mencipta persekitaran tanah yang lebih kaya secara biologi di mana keseluruhannya lebih besar daripada jumlah bahagian-bahagiannya.

Kadar penggunaan dan pertimbangan praktikal

Biochar EFB boleh didapati dari beberapa kilang kelapa sawit Malaysia yang telah melabur dalam unit pirolisis. Kadar penggunaan 5 hingga 10 tan sehektar disyorkan untuk pindaan awal tanah terdegradasi atau sangat berasid, dengan aplikasi penyelenggaraan susulan sebanyak 1 hingga 2 tan sehektar setiap tahun atau pada setiap kitaran penanaman semula. Kos setiap tan kini lebih tinggi daripada input kapur yang setanding, tetapi keabadian kesan biochar selama bertahun-tahun bermakna kos yang diamortisasikan dalam tempoh 5 tahun adalah kompetitif dengan pengapuran tahunan.

Biochar adalah paling berkesan apabila digabungkan ke dalam lapisan atas tanah (0 hingga 20 cm) daripada digunakan di permukaan, kerana penggabungan memaksimumkan sentuhan dengan zon akar. Semasa penanaman semula, biochar yang dicampur ke dalam lubang penanaman pada 2 hingga 3 kg setiap lubang memberikan peningkatan tanah yang pekat pada titik di mana akar kelapa sawit muda mula berkembang. Dalam tegakan matang, biochar boleh digunakan di permukaan pada bulatan kelapa sawit dan digabungkan ke dalam tanah semasa operasi pengurusan antara baris biasa.

Digabungkan dengan input organik: CSB Organico, sungkupan EFB, dan biomassa tanaman penutup kekacang daripada Pueraria javanica: biochar mencipta asas pindaan tanah yang tahan lama yang mengekalkan peningkatan biologi, kimia, dan fizikal yang diperlukan untuk memaksimumkan produktiviti dari tanah ladang berasid Malaysia.