Effekter av pyrolys temperatur för biokol från tomatstjälkar på urlakningsdynamiken för ammonium, nitrat och löst organiskt kol i sandig jord

Att förvandla jordbruksavfall till en jordhjälpare

Modern jordbruk är starkt beroende av kvävegödsel för att föda en växande befolkning, men i lätta sandiga jordar kan mycket av det gödseln tvättas bort med regn- eller bevattningsvatten. Det slösar inte bara pengar för lantbrukare, det kan också förorena grundvattnet med överskott av nitrat, en hälsorisk särskilt för spädbarn. I den här studien ställde forskarna en enkel fråga med stora implikationer: kan vi omvandla kvarvarande tomatstjälkar till ett kol-liknande material, kallat biokol, som hjälper sandiga jordar att behålla näringsämnen i stället för att låta dem läcka bort?

Varför läckande jordar är ett dolt problem

Sandiga jordar fungerar lite som ett durkslag. Deras stora partiklar lämnar stora utrymmen för vatten att skölja igenom, vilket för med sig lösta näringsämnen som ammonium och nitrat. När kväve sjunker under rothöjden kan grödorna inte längre ta upp det, vilket tvingar lantbrukare att tillföra mer gödsel. Samtidigt kan nitrat som når grundvattnet bidra till miljö- och hälsoproblem. Att hitta ett sätt att bromsa denna nedåtgående flykt av näringsämnen, särskilt i sandiga områden, är avgörande både för livsmedelsproduktion och rent vatten.

Ge tomatstjälkar ett andra liv

Forskarna samlade in resterande tomatstjälkar från gårdar i södra Egypten och upphettade dem i syrefattiga förhållanden vid tre olika temperaturer: relativt låg, medel och hög. Det framställde tre typer av biokol, var och en med särskilda egenskaper såsom alkalinitet, kolinnehåll och antal laddade ytor för att attrahera näringsämnen. De blandade sedan varje biokolstyp i en mycket sandig jord vid tre olika doser, från en lätt tillsats till en rejäl mängd, och packade blandningarna i höga plastkolonner. Under flera veckor tillsatte de vatten och en känd mängd ammoniumnitratgödsel och samlade upp vattnet som dränerade ut i botten för att följa hur mycket kväve och löst organiskt kol som läckte ut.

Hur biokol förändrade jorden och urlakningen

Tillsats av biokol från tomatstjälkar förbättrade flera grundläggande egenskaper hos den sandiga jorden. De behandlade jordarna höll mer vatten, innehöll mer organiskt material och hade högre katjonbyteskapacitet, ett mått på hur väl jorden kan hålla kvar positivt laddade näringsämnen. Biokol från medeltemperatur var särskilt effektivt för att öka denna kapacitet, medan biokol vid högre temperatur gjorde jorden mer alkalisk. Alla biokoltyper ökade kraftigt tillgängligheten av kalium och fosfor, viktiga näringsämnen för växter. Dessa förändringar visar att de förkolnade tomatstjälkarna gjorde mer än att bara ligga kvar i jorden; de omformade aktivt dess förmåga att lagra vatten och näringsämnen.

Viktigast var att biokol minskade hur mycket kväve som spolades ut från den sandiga jorden. I samtliga behandlingar minskade den totala mängden ammonium och nitrat som lämnade kolonnerna jämfört med jord som inte fick biokol. Biokol framställt vid medeltemperatur var bäst på att hålla kvar ammonium, medan biokol från högsta temperatur mest effektivt minskade nitratrisker och reducerade kumulativ nitraturlakning med upp till omkring en tredjedel. Samtidigt förekom att en del av det kol som var bundet i biokolet dök upp i dräneringsvattnet som löst organiskt kol, särskilt vid användning av lågtempererat biokol i höga doser. Detta extra kol minskade för det mesta över tid, vilket tyder på att den lättare urlakbara delen snabbt sköljdes ut eller nedbröts.

Vad detta betyder för lantbrukare och vatten

Vid slutet av försöket förlorade jordar som fått biokol från tomatstjälkar inte bara mindre kväve utan höll ofta också mer plants tillgängligt kväve än obehandlad jord, särskilt när biokol från medel- och hög temperatur applicerades i högre mängder. I praktiska termer innebär detta att lantbrukare som använder sådana förbättrade sandjordar kan få mer nytta av samma mängd gödsel samtidigt som de skickar mindre nitrat ned mot akvifären under. Studien antyder att noggrant producerat biokol från en vanlig jordbruksrest kan förvandla läckande, näringsfattig sand till ett mer effektivt och miljövänligt odlingsmedium.

Ett steg mot ett renare, smartare jordbruk

För icke-specialister är huvudbudskapet enkelt: i stället för att bränna eller kasta tomatstjälkar kan de "gräddas" till en långlivad jordkonditioneringsprodukt som hjälper till att hålla kvar gödsel i fältet och borta från dricksvatten. Arbetet visar att temperaturen som används för att tillverka biokol spelar roll, eftersom den styr hur väl materialet binder olika former av kväve och hur mycket extra kol det frigör. Även om dessa tester gjordes i laboratoriekolonner snarare än på fält, pekar de på en praktisk väg mot ett mer cirkulärt jordbruk — där grödavsfall blir verktyg för att förbättra jordhälsa, öka gödseleffektiviteten och skydda grundvatten från förorening.

Citering: 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

Nyckelord: biokol, sandig jord, kväveurlakning, grundvattenförorening, tomatavfallsrester