Біочар нині вважають одним із найперспективніших інструментів сільського господарства для вилучення вуглецю з атмосфери. Його отримують шляхом нагрівання рослинної біомаси в умовах низького вмісту кисню, а потім вносять у ґрунт, щоб поліпшити утримання води, підтримати ріст рослин і потенційно «законсервувати» вуглець на десятиліття чи навіть століття. Однак новий науковий огляд попереджає: разом із біочаром у сільськогосподарські ґрунти дедалі частіше потрапляє ще одна стійка форма вуглецю — мікропластик. Це може суттєво ускладнювати як хімію ґрунту, так і оцінку кліматичної користі біочару, повідомляє Scienmag.
Огляд, опублікований в журналі Agricultural Ecology and Environment, аналізує, як біочар, мікропластик і природний ґрунтовий органічний вуглець взаємодіють на різних фізичних і біологічних рівнях. Автори описують сільськогосподарський ґрунт як складну мережу пор, мінеральних поверхонь, агрегатів, водних плівок і мікробних оселищ. Біочар і мікропластик можуть займати одні й ті самі мікропростори, тому їхні ефекти здатні накладатися, підсилювати один одного або змінюватися з часом у міру старіння частинок і їх переміщення в товщі ґрунту.
Як біочар змінює кругообіг вуглецю в ґрунті
Біочар впливає на ґрунтовий вуглецевий цикл кількома шляхами. Завдяки своїй пористій структурі він надає велику кількість поверхонь, які можуть адсорбувати розчинену органічну речовину. Частина цих сполук без біочару швидко споживалася б мікроорганізмами або вимивалася б водою.
Також біочар може стимулювати утворення ґрунтових агрегатів — грудочок, усередині яких органічна речовина стає фізично захищеною від розкладання. Крім того, його поверхні сприяють зв’язуванню органічних молекул із мінералами ґрунту. Сукупно ці процеси уповільнюють розпад вуглецю та змінюють доступність поживних елементів і води для рослин і мікроорганізмів.
Вплив мікропластику на структуру й біологію ґрунту
Мікропластик, своєю чергою, може порушувати ту саму ґрунтову архітектуру. Дрібні пластикові частинки змінюють розмір і зв’язність пор, що впливає на рух води, кисню, розчиненого органічного вуглецю й мікроорганізмів.
Ефект мікропластику залежить від типу полімеру, форми частинок, їх розміру, концентрації, ступеня вивітрювання та від властивостей самого ґрунту. Частина мікропластиків може навіть стимулювати мікробну активність, надаючи поверхні для формування біоплівок. Інші варіанти, навпаки, здатні обмежувати дифузію кисню, змінювати вологоутримання чи порушувати роботу мікробних спільнот, відповідальних за розклад органічної речовини.
Коли біочар і мікропластик зустрічаються
Автори огляду наголошують, що сумарний ефект біочару й мікропластику не можна передбачити, просто додаючи їх окремі впливи. Біочар потенційно може частково пом’якшувати деякі порушення, спричинені мікропластиком, наприклад, покращуючи агрегування або створюючи додаткові поверхні, на які можуть сорбуватися сполуки, пов’язані з пластиком, і розчинені органічні речовини. Це, ймовірно, знижує мобільність певних забрудників або змінює їхню доступність для ґрунтових організмів.
Водночас дослідники застерігають, що «захисний» потенціал біочару може зменшуватися з часом. І біочар, і мікропластик старіють: частинки тріскаються, вкриваються органічними плівками, заповнюють вільні адсорбційні місця. Через дощі, цикли зволоження й висихання, ріст коренів, чергування замерзання й відтавання, а також мікробну активність поверхні біочару та частинки пластику поступово змінюються.
У процесі вивітрювання мікропластики можуть ставати хімічно реактивнішими, на них з’являються тріщини й функціональні групи, що містять кисень. Стараний біочар, навпаки, втрачає частину первинних властивостей поверхні, натомість набуває нових мінеральних і мікробних покривів. Такі перетворення протягом років і десятиліть впливають на те, як вуглець зберігається, переміщується й розкладається в ґрунті.
Проблема обліку вуглецю в ґрунті
Найгостріше занепокоєння авторів стосується вуглецевого обліку. Стандартні аналізи ґрунтового органічного вуглецю зазвичай вимірюють загальний вміст вуглецю в пробі, але часто не дозволяють надійно розрізнити, звідки саме він походить: з рослинних решток, з вогнем трансформованого вуглецю біочару чи з полімерів на основі викопного палива в складі пластику.
Це розрізнення критично важливе, адже різні типи вуглецю мають інше походження, іншу хімічну будову, по-різному поводяться в довкіллі й дають різний внесок у пом’якшення кліматичних змін. Проба ґрунту, що містить мікропластик, може виглядати так, ніби вона містить більше органічного вуглецю, хоча частина виміряного сигналу насправді відповідає стійким синтетичним матеріалам, а не атмосферному вуглецю, щойно зв’язаному в системі «рослина–ґрунт».
За оцінками, наведеними в огляді, якщо не виділяти окремо вуглець у складі мікропластику, його вміст на рівні, еквівалентному приблизно 0,1–0,5% вуглецю у верхніх 20 сантиметрах орного шару, може додавати близько 3–15 мегаграмів вуглецю на гектар до стандартних показників ґрунтового вуглецю. Це не означає, що на кожному полі присутні саме такі кількості або що весь полімерний вуглець автоматично зараховується як внесок у кліматичну мітигацію. Однак приклад демонструє, як синтетичний вуглець може створювати хибно-позитивний сигнал у системах моніторингу, особливо там, де фермери чи проєкти отримують кредити за збільшення запасів вуглецю в ґрунті.
Це безпосередньо стосується систем вимірювання, звітності та верифікації (MRV), на яких ґрунтуються програми вуглецю в ґрунті та ринки видалення вуглецю. Автори пропонують багаторівневу рамку, що поєднує полімер-специфічні аналізи з методами, здатними відокремлювати пірогенний вуглець (вуглець, утворений під дією вогню) від природного ґрунтового органічного вуглецю.
Йдеться, зокрема, про хімічні та спектроскопічні підходи, які можуть ідентифікувати «підпис» полімерів, оцінювати структуру вуглецю, утвореного при горінні, і відстежувати зміни в різних вуглецевих пулах з часом. Паралельно потрібні кращі стратегії відбору проб, адже мікропластик і біочар навряд чи рівномірно розподілені по всьому полю: вони можуть накопичуватися біля поверхні, в каналах зрошення або всередині окремих фракцій агрегатів.
Чого бракує сучасним даним
Огляд робить висновок, що особливо бракує довгострокових польових досліджень. Нині значна частина даних отримана в коротких лабораторних експериментах, де використовували високі концентрації відносно однорідних частинок пластику й свіжовиготовленого біочару.
Реальні ж сільськогосподарські ґрунти містять вивітрений мікропластик різних розмірів і складу, змішаний з коренями, мінералами, мікроорганізмами, добривами та зазнає постійних змін вологості. Майбутні дослідження мають відстежувати ці системи протягом кількох вегетаційних сезонів, одночасно вимірюючи викиди парникових газів, активність мікробів, зміни вуглецевої хімії, рух частинок і реакцію культурних рослин.
Основний висновок огляду такий: у сільськогосподарських ґрунтах все частіше одночасно присутні біогенний, пірогенний і синтетичний вуглець. Для достовірного кліматичного обліку потрібно навчитися чітко розрізняти ці джерела — інакше користь від біочару може здаватися більшою, ніж вона є насправді.