بیوچـار (زغال‌زیستی) و کاربـرد آن جهت اصـلاح بستر کشـت گل و گیـاهان زینتی

محمدعلی خلج عضو هیأت علمی پژوهشکده گل و گیاهان زینتی

خاک مهم‌ترین منبع و محل زندگی بسیاری از مواد مغذی و میکرو‌فلور است. با توجه به کاهش سریع مناطق و زمین‌های مستعد کشاورزی و کیفیت خاک به علت افزایش روزافزون جمعیت و افزودن بیش از حد کودهای شیمیایی، توجه به احیای خاک‌ها برای حفظ توسعه پایدار در تولید محصولات کشاورزی ضروری است. بیوچار (Biochar) ماده جامد و غنی از کربن است که با تجزیه در اثر حرارت با استفاده از زیست توده‌های مختلف به‌دست می‌آید. در مطالعات قبلی به‌طور گسترده‌ای اثبات شده است که می‌توان با استفاده از بیوچار، رشد و عملکرد محصول را افزایش داد. این مقاله خواص بیوچار، اثر متقابل آن با میکرو‌فلور خاک، نقش آن در افزایش رشد گیاه و نیز به‌عنوان جایگزین بخشی از بستر کشت گیاهان را به‌طور خلاصه ارائه می‌کند.
بسترهای کشت به مواد جامدی غیر از خاک گفته می‌شوند که به‌تنهایی یا به‌صورت مخلوط با دیگر مواد جامد می‌توانند شرایط بهتری برای رشد گیاه (برای یک یا چند جنبه) در مقایسه با خاک کشاورزی فراهم کنند. بستر کشت باید چند ویژگی مهم از جمله حمایت فیزیکی گیاه و تأمین نیازهای تغذیه‌ای، هوا و آب برای ریشه‌های گیاه را فراهم نماید. یک بستر کشت خوب باید دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متعادل و متناسب با نیاز گیاه و همچنین ارتقاء دهنده فعالیت بیولوژیکی باشد. بسترهای کشت باید عاری از علف‌های هرز، عوامل بیماری‌زا و سموم باشند.
یکی از بزرگترین چالش‌ها در صنعت رو به رشد بسترهای کشت، تهیه منابع با کیفیت برتر، ارزان، در دسترس و سازگار با محیط زیست است. بیوچار به دلیل کاربرد بالقوه آن در کشاورزی، در بخش انرژی و اهداف زیست‌محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته است، اما توجه چندانی به استفاده از آن در بستر کشت نشده اسـت.

بیوچار چیست؟
بیوچار از دو واژه بیو (bio) به معنای زیست و چار (char;charcoal) به معنی نوعی زغال (زغال‌سنگ) تشکیل‌شده است. بیوچار یک ماده ریز و متخلخل است که ظاهر آن به زغال چوب تولیدشده توسط سوزاندن طبیعی شباهت دارد. این ماده به‌وسیله احتراق ماده اولیه گیاهی در شرایط با فشار کم اکسیژن تولید می‌شود. به‌منظور تفکیک بیوچار از زغال چوب معمولی، کربن فعال و سایر مواد کربنی سیاه، اصطلاحات زیر به‌منظور تعریف بهتر محصولات مختلف حاصل از سوختن بیان شده است. بااین‌حال، تفاوت‌ها نسبتاً ظریف هستند، زیرا تمام محصولات از حرارت دادن مواد غنی از کربن به دست می‌آیند.

زغال (Char):
محصول جامد ناشی از تجزیه حرارتی هر ماده آلی طبیعی یا مصنوعی است. آتش‌سوزی جنگل حاصل از احتراق ناقص هیدروکربن‌های فسیلی نمونه‌هایی از این نوع هستند.

زغال‌سنگ (Charcoal):
این محصول توسط تجزیه حرارتی چوب و مواد آلی مرتبط تولید می‌شود. مواد، عمدتاً برای استفاده به‌عنوان سوخت شهری برای گرم کردن و پخت‌وپز آشپزخانه و به‌طور سنتی به‌عنوان اصلاح‌کننده خاک یا کنترل بو استفاده می‌شود. دما در کوره‌های سنتی، حدود 450-500 درجه سانتی‌گراد و شبیه به گرماکافت (pyrolysis) صنعتی است، اما با عملکرد پایین‌تر (تبدیل مواد خشک خام به میزان 10٪ در مقایسه با 35٪ با استفاده از تکنولوژی تولید رسمی). در این روش همه گرما و همچنین گاز و محصولات فرعی مایع در طول فرآیند احتراق از بین می‌روند.

کربن فعال (Activated carbon):
این محصول توسط حرارت دادن مواد کربنی در دمای بالا (بیش از 500 درجه سانتی‌گراد) و دوره‌های طولانی (بیش از 10 ساعت) تولید می‌شود. مواد حاصل دارای ظرفیت جذب بسیار بالا هستند. اگرچه این ماده یک اصلاح‌کننده خاک نیست، اما برای فرآیندهای پاک‌سازی مانند فیلتر کردن آب و جذب گاز، مایع و جامد آلوده‌شده استفاده می‌شود.
کربن سیاه (Black carbon): اصطلاح عمومی شامل شکل‌های رایج حاصل از مواد آلی است که از احتراق ناقص به‌دست می‌آید.
بنابراین به‌طورکلی بیوچار (Biochar) از گرماکافت چوب معمولی و یا زغال‌سنگ بوده که دارای ویژگی‌های کلیدی مؤثر در رسوب کربن در خاک (carbon sequestration)، باروری خاک (soil fertility) و خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک است. کیفیت داخلی و ساختار بسیار متخلخل بیوچار مسئول نگهداری آب و افزایش سطح ویژه در خاک است. این ویژگی‌ها سبب افزایش جذابیت آن به‌عنوان یک ماده اصلاح‌کننده خاک شده است.
تولید بیوچار در ارتباط با تولید انرژی زیستی ممکن است بر اساس شرایط اقتصادی، اولویت‌های سیاسی، فن‌آوری و زیرساخت‌های هر کشور نسبت به دیگر کشورها متفاوت باشد.

بسترهای کشت گیاهان به غیر از خاک، مواد جامدی هستند که به‌تنهایی و یا در اختلاط با مواد جامد دیگر می‌توانند شرایط بهتری برای رشد گیاه (برای یک یا چند جنبه) در مقایسه با خاک‌های کشاورزی ایجاد کنند. بسترهای کشت چند وظیفه اساسی از جمله حفاظت فیزیكی گیاه، تهیه و تأمین مواد غذایی، هوا و آب برای ریشه‌های گیاه را باید برآورده كنند.
مواد جامد مختلفی به‌عنوان بستر کشت استفاده می‌شود. پیت (قهوه‌ای کم‌رنگ، قهوه‌ای، سیاه)، کوکوپیت، پرلیت، پوکه معدنی، پشم سنگ و ورمیکولیت مثال‌هایی از انواع بسترهای مورد استفاده به‌عنوان بستر کشت هستند.

با توجه به کاهش دسترسی برخی مواد، افزایش نگرانی‌های زیست محیطی و افزایش هزینه‌های بسترهای کشت باغبانی (به‌ویژه آنهایی که از پیت درست شده‌اند)، چندین مورد بستر کشت جایگزین تجدیدپذیر و اقتصادی مانند پوست برخی درختان و میوه نارگیل، خاک اره، انواع کمپوست‌ها و فیبر چوب در چند دهه گذشته تأیید و معرفی شده است. ارزیابی اخیر چرخه زندگی بسترهای کشت باغبانی نشان داد که تقریباً تمام اجزای تشکیل دهنده آنها اثرات منفی روی محیط‌زیست دارند.
بستر کشت مناسب باید خواص فیزیکی و شیمیایی متعادلی را با توجه به نیاز گیاه و همچنین برای افزایش فعالیت بیولوژیکی تأمین کند. بسترهای کشت باید از علف‌های هرز، پاتوژن‌ها و مواد سمی عاری بوده و همچنین دارای کیفیت پایدار باشند. علاوه بر این، مهم است که بسترهای کشت، هزینه‌های حمل و نقل نسبتاً کمی داشته، به‌راحتی قابل حمل بوده و در کل هزینه قابل قبولی در بخش تولید داشته باشند. در ادامه مطالب و شکل‌های مربوطه در خصوص استفاده از بیوچار (زغال زیستی) به‌عنوان بستر کشت گل‌های زینتی آورده شده است. بر اساس این بررسی‌ها، بیشترین تأثیر منفی شامل محصولاتی است که حاوی پوسته نارگیل (کوکوپیت) به علت فاصله‌های طولانی حمل و نقل و همچنین بسترهای حاوی کمپوست سبز، به علت انتشار گازهای مختلف در طی فرآیند درست کردن آنهاست.
پیدا کردن موادی با کیفیت بالا، کم‌هزینه، دسترسی آسان و سازگار با محیط‌زیست یکی از بزرگترین چالش‌های صنعت بسترهای کشت گیاهان باغی و زراعی به‌ویژه گیاهان زینتی در سال‌های اخیر بوده است. در طی چند دهه گذشته توجه بیشتری به بیوچار به جهت دارا بودن پتانسیل بالای آن در بخش کشاورزی، بخش انرژی و اهداف زیست محیطی شده است.
اگر‌چه بیوچار به‌طور گسترده در صنعت بستر کشت گیاهان در نظر گرفته نشده است، اما در بخش تحقیق بسیار فعال بوده و در مورد چگونگی ارتباط آن با ذخیره‌سازی کربن و همچنین افزایش حاصلخیزی خاک‌هایی که به آن اضافه شده است نتایج خوبی به‌دست آمده است.