Wpływ temperatury pirolizy biocharu z łodyg pomidora na dynamikę wymywania amonu, azotanów i rozpuszczonego węgla organicznego w glebie piaszczystej

Przekształcanie odpadów rolniczych w pomoc dla gleby

Współczesne rolnictwo w dużej mierze opiera się na nawozach azotowych, aby wyżywić rosnącą populację, jednak na lekkich glebach piaszczystych znaczna część tych nawozów może być spłukiwana przez deszcz lub nawadnianie. To nie tylko generuje straty finansowe dla rolników, lecz także może zanieczyszczać wody gruntowe nadmiarem azotanów, co stanowi ryzyko zdrowotne szczególnie dla niemowląt. W tym badaniu naukowcy postawili proste, lecz istotne pytanie: czy pozostałe po uprawie łodygi pomidora można przekształcić w węglopodobny materiał, zwany biocharem, który pomoże glebom piaszczystym zatrzymywać składniki odżywcze, zamiast pozwalać im uciekać?

Dlaczego przeciekające gleby to ukryty problem

Gleby piaszczyste zachowują się trochę jak sito. Ich duże cząstki pozostawiają duże pory, przez które woda szybko przepływa, zabierając ze sobą rozpuszczone składniki odżywcze, takie jak amon i azotany. Gdy azot przemieści się poniżej strefy korzeniowej, rośliny nie mogą go wykorzystać, zmuszając rolników do stosowania większych dawek nawozu. Jednocześnie azotan docierający do wód gruntowych może przyczyniać się do problemów środowiskowych i zdrowotnych. Znalezienie sposobu na spowolnienie tego pionowego odpływu składników odżywczych, zwłaszcza w obszarach piaszczystych, jest kluczowe zarówno dla produkcji żywności, jak i ochrony czystej wody.

Nadanie łodygom pomidora drugiego życia

Naukowcy zebrali pozostałe łodygi pomidora z gospodarstw w południowym Egipcie i poddali je działaniu wysokiej temperatury w warunkach ubogich w tlen, stosując trzy różne temperatury: relatywnie niską, średnią i wysoką. Otrzymano w ten sposób trzy rodzaje biocharu, każdy o odmiennych właściwościach, takich jak zasadowość, zawartość węgla czy liczba miejsc sorpcyjnych przyciągających jonowe składniki odżywcze. Następnie każdy rodzaj biocharu wymieszano z bardzo piaszczystą glebą w trzech dawkach — od niewielkiej do znacznej — i wypełniono mieszankami wysokie plastikowe kolumny. Przez kilka tygodni dodawano wodę i określoną ilość nawozu w postaci azotanu amonu, zbierając wodę odprowadzoną z dna, aby śledzić, ile azotu i rozpuszczonego węgla organicznego zostało wypłukane.

Jak biochar zmienił glebę i wymywanie

Dodanie biocharu z łodyg pomidora poprawiło kilka podstawowych właściwości gleby piaszczystej. Gleby z dodatkiem charu zatrzymywały więcej wody, zawierały więcej materii organicznej i miały wyższą zdolność wymiany kationów — miarę tego, jak dobrze gleba może zatrzymywać dodatnio naładowane składniki odżywcze. Biochar wytworzony w średniej temperaturze okazał się szczególnie skuteczny w zwiększaniu tej zdolności, podczas gdy biochar z wysokiej temperatury uczynił glebę bardziej zasadową. Wszystkie typy biocharu znacząco zwiększyły dostępność potasu i fosforu, kluczowych pierwiastków dla roślin. Te zmiany pokazują, że zwęglone łodygi pomidora robiły znacznie więcej niż tylko się w glebie znajdowały — aktywnie zmieniały jej zdolność do magazynowania wody i składników odżywczych.

Co najważniejsze, biochar zmniejszył ilość azotu wypłukiwanego z gleby piaszczystej. We wszystkich zabiegach łączna ilość amonu i azotanów opuszczających kolumny spadła w porównaniu z glebą bez dodatku biocharu. Biochar z średniej temperatury najlepiej zatrzymywał amon, natomiast ten z najwyższej temperatury najsilniej ograniczał straty azotanów, zmniejszając skumulowane wymywanie azotanów nawet o około jedną trzecią. Jednocześnie część węgla zawartego w samym biocharze pojawiła się w wodzie drenującej jako rozpuszczony węgiel organiczny, szczególnie przy stosowaniu biocharu w niskiej temperaturze i przy wyższych dawkach. Ten dodatkowy węgiel przeważnie malał z czasem, co sugeruje, że łatwiej wymywalna część została szybko wypłukana lub rozłożona.

Co to oznacza dla rolników i wód

Na koniec eksperymentu gleby z dodatkiem biocharu z łodyg pomidora nie tylko traciły mniej azotu, lecz często zawierały też więcej azotu dostępnego dla roślin niż gleba nieleczona, zwłaszcza gdy zastosowano char z średniej i wysokiej temperatury w wyższych dawkach. W praktyce oznacza to, że rolnicy uprawiający rośliny na takich glebach piaszczystych mogliby uzyskać większą wartość z tej samej ilości nawozu, wysyłając jednocześnie mniej azotanów w kierunku warstwy wodonośnej poniżej. Badanie sugeruje, że starannie wytworzony biochar z powszechnego odpadu rolniczego może przekształcić przepuszczalny, ubogi w składniki piasek w bardziej efektywne i przyjazne dla środowiska podłoże uprawowe.

Krok w stronę czystszego, mądrzejszego rolnictwa

Dla czytelników niebędących specjalistami główne przesłanie jest proste: zamiast wypalać lub wyrzucać łodygi pomidora, można je „upiec” w biochar — trwały kondycjoner gleby, który pomaga zatrzymać nawóz na polu i poza wodą pitną. Badanie pokazuje, że temperatura użyta do produkcji biocharu ma znaczenie, ponieważ decyduje o tym, jak dobrze materiał wiąże różne formy azotu i ile dodatkowego węgla uwalnia. Choć testy przeprowadzono w kolumnach laboratoryjnych, a nie w polu, wyniki wskazują praktyczną drogę ku bardziej obiegowemu rolnictwu — takiemu, w którym pozostałości po uprawach stają się narzędziami do poprawy zdrowia gleby, zwiększenia efektywności nawożenia i ochrony wód gruntowych przed zanieczyszczeniem.

Cytowanie: Amer, A.E., El-Desoky, M.A., Amin, A.EE.A.Z. et al. Pyrolysis temperature effects of tomato stems biochar on leaching dynamics of ammonium, nitrate, and dissolved organic carbon in sandy soil. Sci Rep 16, 9228 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41017-0

Słowa kluczowe: biochar, gleba piaszczysta, wymywanie azotu, zanieczyszczenie wód gruntowych, resztki upraw pomidora