Dirvožemio užterštumas - reiškinys, atsirandantis dėl įvairių priežasčių, kaip antai per didelis cheminių produktų, skirtų augalų apsaugai, naudojimas ar augalų augimui reikalingų maistinių medžiagų perteklius dirvoje ir kt. Visa tai lemia, jog laikui bėgant dirvožemio būklė ima prastėti, sutrikdomas augalų vystymasis bei dirvožemyje gyvenančių organizmų gyvenimo sąlygos. Todėl labai svarbu ieškoti veiksmingų ir aplinkai draugiškų užteršto dirvožemio valymo būdų, tokių kaip bioatliekų panaudojimas bioanglies gamybai. Šis metodas vis labiau populiarėja ir yra vertinamas, nes leidžia sumažinti poveikį aplinkai ir skatina ekonomikos augimą.
Dirvožemio tarša ir nykimas
Dirvožemio tarša - reiškinys, kai į dirvą patekusios aplinkai kenksmingos medžiagos ją naikina, dirva tampa mažiau derlinga ir praranda savo natūralias savybes. Dirvožemį gali užteršti įvairios medžiagos, tačiau pagrindiniai taršos šaltiniai yra: augalų apsaugai skirti cheminiai produktai, trąšos, mėšlas, maisto likučiai, drabužiai ar kiti tekstilės gaminiai ir pan. Negana to, dirvožemis nyksta ir dėl erozijos - viršutinio derlingo dirvožemio sluoksnio irimo, kurį sukelia vėjas, krituliai ar žmogaus veikla. Dirvos erozija mažina pagrindinių dirvožemyje esančių maistinių ir organinių medžiagų kiekį, daro įtaką klimato kaitai bei natūraliai gyvūnų ir augalų rūšių įvairovei. Tad būtina kurti tokias dirvožemio atkūrimo strategijas, kurios padėtų išsaugoti gerą jo būklę ir kuo mažiau kenktų aplinkai.
Atliekų įvairovė
Dauguma biologinių atliekų gali būti paverstos bioanglimi. Tačiau didžiąją dalį bioanglies gamybai naudojamų atliekų sudaro žemės ūkyje auginamų augalų likučiai (kukurūzų stiebai, kviečių šiaudai, kokosų ar graikinių riešutų kevalai) bei miškininkystės atliekos (pjuvenos, lapai, žievės ir šakos). Taip pat gali būti naudojamos ir kitos biologiškai skaidžios medžiagos: maisto atliekos, gyvulių mėšlas ar net nuotekų dumblas. Daugelyje šalių biologinės atliekos sudaro apie 30-40 % visų komunalinių atliekų, tačiau nemažai tokių šiukšlių vis dar atsiduria sąvartynuose, dirvožemyje ir vandens telkiniuose. Bioatliekos puikiai tinka bioangliai gaminti, nes tokiu būdu ne tik sumažinamas nereikalingų atliekų kiekis, skatinamas tvaresnis atliekų tvarkymas, bet ir sukuriamas produktas, galintis pagerinti dirvožemio kokybę.
Kaip atliekos tampa bioanglimi?
Bioanglis - tai medžiaga, susidaranti bioatliekas deginant aukštoje (400-800 °C) temperatūroje be deguonies. Šis procesas vadinamas pirolize. Jo metu biomasė yra apdorojama keliais etapais, kurie pavaizduoti 1 paveikslėlyje. Visų pirma biomasė išdžiovinama, kad būtų pašalinta drėgmė, tada, kylant temperatūrai, vyksta augalinių medžiagų skaidymas (pirolizė). Priklausomai nuo kaitinimo greičio, pirolizė gali būti lėta arba greita. Greitoji pirolizė vyksta labai greitai - degimo temperatūra pakeliama daugiau kaip 300 laipsnių per minutę. Tuomet daugiausia susidaro skystis, vadinamasis bioaliejus. Lėta pirolizė vyksta žymiai lėčiau - temperatūra pakyla tik 5-7 laipsniais per minutę. Pavyzdžiui, jei pradinė temperatūra yra 20 °C, o reikia pasiekti 500 °C, tam prireiks apie pusantros valandos. Po to suskaidyta medžiaga dar laikoma karštyje (300-800 °C) bent valandą ar ilgiau. Tokiu būdu dažniausiai gaunama bioanglis kietuoju pavidalu.
Kam gali būti naudojama bioanglis?
Bioanglies panaudojimo amplitudė - išties didelė. Ją galima taikyti žemės ūkyje kaip priemonę dirvožemiui gerinti mažinant jame sunkiųjų metalų kiekį, taip pat pramonėje (nuotekų ar oro valymui) bei aplinkosaugoje (teršalams šalinti iš dirvožemio ir vandens). Lietuvoje ir Europoje bioanglis kol kas dar nėra plačiai naudojama, tačiau vis dažniau ši medžiaga tampa mokslinių tyrimų objektu. Pavyzdžiui, 2019-2022 m. LAMMC Žemdirbystės instituto ir Vilniaus Gedimino technikos universiteto mokslininkai atliko tyrimą, kurio metu analizavo iš medienos atliekų pagamintą bioanglį bei jos pritaikymo galimybes. Tyrėjai nustatė, kad šio tipo bioanglis skatina drėgmės kaupimąsi viršutiniame dirvožemio sluoksnyje ir taip padeda pagerinti jo būklę.
Kas svarbu gaminant bioanglį?
Bioanglies ypatybės priklauso nuo įvairių veiksnių, kaip antai pirolizės metu pasiekta degimo temperatūra ir pasirinktų bioatliekų rūšis (ar naudojamos medienos drožlės, organinės atliekos, mėšlas ir kt.). Būtent šie faktoriai lemia, koks produktas susidarys (skystis ar kietuoju pavidalu), kokios bus jo savybės ir kokia bus gautos bioanglies paskirtis. Didžiąją bioanglies biomasės dalį sudaro celiuliozė, hemiceliuliozė ir ligninas. Šie junginiai - tai pagrindinės augalų sudedamosios medžiagos, turinčios skirtingą sandarą bei struktūrą, todėl pirolizės metu jos skyla įvairiai, o kaip tik tai ir svarbu nustatant, kokia bus galutinė bioanglies sudėtis ir kokybė. Pavyzdžiui, jei žaliavoje gausu celiuliozės ar hemiceliuliozės, gaminant bioanglį išsiskirs daugiau dujų ir bioanglies bus išgaunama mažiau. Tačiau, jei naudojamose bioatliekose esama daug lignino, gautoje bioanglyje susiformuos kur kas didesnis anglies bei pelenų kiekis, taip pat pagerės jos struktūrinis stabilumas. Atsižvelgiant į tai pakankamai lignino turinčios žaliavos, tokios kaip medžio pjuvenos ar šakos, yra puikus pasirinkimas bioangliai gaminti. Labai svarbus veiksnys - degimo temperatūra. Mokslinių tyrimų duomenimis, aukštesnėje temperatūroje pagaminta bioanglis yra atsparesnė vandeniui, pasižymi gausesniu anglies kiekiu, o tai jos struktūrai suteikia stabilumo ir leidžia ilgiau išlikti dirvožemyje. Aukšta gamybos temperatūra užtikrina ir tai, jog bioanglyje susidarys daugiau pelenų, kurie itin reikalingi siekiant padidinti kalio, kalcio, magnio ir kitų maistinių medžiagų koncentraciją dirvoje, bus didesnis gautos bioanglies paviršiaus plotas ir porėtumas, matomas 2 paveikslėlyje. Šios savybės padeda efektyviau sulaikyti pramoninės veiklos metu į dirvožemį patekusius teršalus, tokius kaip sunkieji metalai ar pan.
Bioanglį ir dirvožemio sąveika
Optimali bioanglies ir dirvožemio sąveika tiesiogiai priklauso nuo bioanglies koncentracijos dirvožemyje bei jos savybių, tokių kaip pH, bioanglyje esančios anglies ir mineralinių medžiagų kiekis ir kt. Į dirvožemį įterpus bioanglį, ši gali turėti įtakos tam tikroms fizikinėms, cheminėms ar biologinėms jo ypatybėms. Pavyzdžiui, gali sumažėti dirvožemio tankumas, jis taps puresnis ir daugiau vandens bus sulaikoma viršutiniame dirvos sluoksnyje. Bioanglis veikia kaip kempinė - ji sugeria drėgmę ir palaipsniui ją atiduoda augalams. Tai ypač naudinga sausros metu ar smėlingoje žemėje, kurioje vanduo greitai išgaruoja. Be to, tokiu būdu sumažinamas laistymo ir trąšų poreikis. Bioanglis turi ir daug kitų privalumų: ji gali pasitarnauti siekiant palaikyti ar padidinti rūgščių dirvožemių pH lygį (tinkamas pH yra apie 6-7). Taip pat yra puiki priemonė pagerinti dirvožemio derlingumą - anglis padeda dirvožemyje kaupti ne tik anglį, bet ir kitas mineralines bei organines medžiagas, taip stiprinant dirvožemio struktūrą ir apsaugant jį nuo erozijos ir žmogaus ūkinės veiklos poveikio. Bioanglyje aptinkamas vandenilio, deguonies bei azoto kiekis svarbus nustatant bioanglies struktūrinį stabilumą. Pavyzdžiui, mažas vandenilio ir anglies santykis (<0,2) parodo, kad bioanglis aplinkoje sunkiai skyla, yra stabili ir dirvožemyje išliks ilgesnį laiką.
Dirvožemio teršalų likimas
Įdomu tai, jog bioanglis gali būti naudojama įvairiems teršalams (sunkiesiems metalams ir mikroplastikui) dirvožemyje mažinti. Sunkieji metalai, kaip antai švinas, varis ar kadmis, pasižymi tuo, jog jie nėra suskaidomi, aplinkoje išlieka gana ilgą laiką ir net kaupiasi gyvų organizmų audiniuose. Mikroplastikas - tai nedidelės (nuo 1 µm iki 5 mm dydžio) plastiko dalelės, kurios neigiamai veikia dirvožemio struktūrą, todėl jis gali prarasti savo poringumą, dirva tampa ne tokia puri, nekvėpuoja. Be to, mikroplastikas sutrikdo vandens apytaką, dirvožemis nebepajėgia pakankamai jo sulaikyti ir dirva praranda drėgmę. Į žemę patekusios plastiko dalelės gali pakenkti dirvožemyje augantiems augalams bei jame gyvenantiems naudingiems mikroorganizmams, tokiems kaip azotą fiksuojančios bakterijos. Tokie organizmai ne tik gerina maisto medžiagų pasisavinimą, bet ir natūraliai stiprina augalus. Mokslininkai pabrėžia, jog labai svarbu, kad pagamintos bioanglies paviršiaus plotas ir poringumas būtų kuo didesnis. Būtent tai leidžia pritraukti įvairius teršalus ir veiksmingai sumažinti jų neigiamą poveikį dirvožemiui.
Apibendrinimas
Bioanglies gamyba iš biologinių atliekų - inovatyvus ir daug privalumų turintis metodas, sulaukiantis vis didesnio dėmesio. Deginamos bioatliekos tampa poringa, anglies gausa ir dideliu paviršiaus plotu pasižyminčia medžiaga. Tokios jos savybės padeda efektyviau kaupti vandenį bei maistines medžiagas dirvožemyje, sumažinti jo rūgštingumą, skatinti derlingumą ir sukurti palankias gyvenimo sąlygas naudingiems mikroorganizmams. Šis atliekų perdirbimo būdas ne tik mažina į aplinką išmetamų nereikalingų šiukšlių kiekį, bet ir prisideda gerinant dirvožemio kokybę.
Dirvožemio profilio tyrimai Lietuvoje: nuo teorijos iki praktikos
Agronomijos ekspertai teigia, kad norint pasiekti aukštą derlių, svarbiausia atlikti dirvožemio profilio tyrimus, kurių metu ne tik matuojamas azotas, bet ir nustatomas chlorido bei sieros kiekis. Profilio tyrimai skiriasi nuo standartinių dirvožemio tyrimų, kuriais paprastai vertinamas pH, fosforo ir kalio kiekis. Profilio bandymui būtina nuo 18 iki 24 colių dirvožemio šerdies, palyginti su 6 colių šerdimi, naudojama paviršiaus bandymams. Jei dirvožemio gylis yra mažesnis nei 24 coliai, šerdis turi būti kuo gilesnė. Taip pat labai svarbu išlaikyti vienodą gylį maždaug 10 branduolių viename mėginyje. Nors profilio tikrinimas užtrunka daugiau laiko, jis gali apimti didesnį plotą, užtenka vieno mėginio 40-80 arų plote. Mobiliųjų maistinių medžiagų, tokių kaip azotas, chloridas ir siera, tyrimas skiriasi nuo nejudrių maistinių medžiagų, tokių kaip fosforas, kalis ir cinkas, tikrinimo. Judančios maistinės medžiagos, kurios yra anijonai, lengvai juda per dirvą, o katijoninės nejudrios maistinės medžiagos ne. Mobiliųjų maistinių medžiagų profilio bandymai gali suteikti momentinę dirvožemio sąlygų apžvalgą bandymo metu, taikomas tik nedelsiant tręšiant trąšomis. Pavyzdžiui, be profilio azoto bandymo Kanzaso valstijos standartinėse rekomendacijose likutinio azoto lygis yra 30 svarų akrui. Tačiau sausros metais ši prielaida gali nepakankamai įvertinti faktinį azoto likutį. Ankstesni tyrimai rodo, kad likutinis azotas po sausrų metų kukurūzų laukuose gali siekti iki 100 svarų hektare. Prieš žymiai sumažinant trąšų kiekį prieš sodinimą, būtina patikrinti faktinį azoto kiekį.
tags: #mokslininkas #apzvelgedirvozemio #profiliai