มหัศจรรย์ถ่านชีวภาพกับผลกระทบสองขั้ว

Main Article Content

สมชาย บุตรนันท์
ปัทมา วิตยากร

บทคัดย่อ

ถ่านเพื่อปรับปรุงดินหรือที่เรียกว่าถ่านชีวภาพกำลังเป็นที่สนใจอย่างมากในวงการเกษตรและสิ่งแวดล้อม แต่รายงานส่วนใหญ่ชี ้ให้เห็นเฉพาะด้านที่เป็นคุณ ซึ่งถ่านมีทั้งคุณและโทษต่อดินและพืช ซึ่งถูกกำหนดด้วยคุณภาพถ่าน (ปริมาณคาร์บอนเสถียร เถ้า และสารระเหยได้) และคุณสมบัติของดิน ถ่านอาจทำให้ดินแน่นทึบเมื่อเกิดการอุดตันของรูดินเนื่องจากขนาดของถ่านเล็กเกินไป ถ่านทำให้ความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารพืชลดลงหากมีเถ้ามาก โดยทำให้ pH ของดินสูงถึงระดับเป็นด่าง ซึ่งทำให้เกิดการตกตะกอนของธาตุบางชนิด เช่น ฟอสฟอรัสและจุลธาตุ และทำให้เกิดการแข่งขันระหว่างธาตุอาหารที่เป็นไอออนประจุบวก เช่น โพแทสเซียม แคลเซียมและแมกนีเซียม ในการดูดใช้ของพืช หากถ่านมีปริมาณสารระเหยได้มาก จะทำให้พืชขาดไนโตรเจน และสารประกอบบางชนิดในสารระเหยได้เป็นพิษต่อพืชและจุลินทรีย์ดิน นอกจากนี้เพื่อให้แสดงผลในทางบวกต่อทั้งดินและพืชจำเป็นต้องใช้ถ่านในปริมาณมาก ซึ่งไม่สอดคล้องกับการผลิตถ่านที่ได้ปริมาณน้อยในแต่ละครั้ง การออกแบบเทคนิคการเผาเพื่อให้ได้ถ่านที่มีคุณสมบัติที่ดี การผสมถ่านกับวัสดุอื่นเพื่อลดปริมาณถ่านที่ต้องใช้ลง และการใช้ถ่านกับพืชที่มีมูลค่าสูง จึงเป็นแนวทางที่จะช่วยเพิ่มผลกระทบด้านบวกหรือด้านดีของถ่านชีวภาพที่ควรนำไปศึกษาต่อไป

Article Details

บท
บทความวิชาการ (original article)

References

กุลธิดา สะอาด. 2560. มารู้จักถ่านชีวภาพกันเถอะ. นิตยสาร สสวท. 45(205): 14-17.
เกศศิรินทร์ แสงมณี, ชัยนาม ดิสถาพร, และสุรชัย สุวรรณชาติ. 2557ก. การจัดการดินด้วยเทคโนโลยีชีวภาพในการผลิตผักคะน้าในดินทราย. ว. วิทย์. กษ. 45(2): 605-608.
เกศศิรินทร์ แสงมณี, ธีระรัตน์ ชิณแสน, และณัฐพงษ์ พันธุภา. 2557ข. การศึกษาอัตราส่วนของถ่านชีวภาพต่อคุณสมบุติทางเคมีของดินปลูก การเจริญเติบโตและผลผลิตของผักกาดสลัดกรีนคอส (Lectuca sativa L. cv. Green Cos). น. 746 – 752. ใน: การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 53. 3-6 กุมภาพันธ์ 2558. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพ.
ศิริลักษณ์ ศิริสิงห์, และอรสา สุกสว่าง. 2556. การประยุกต์ใช้ถ่านชีวภาพในการปรับปรุงดินเพื่อการเกษตร. ว. สังคมศาสตร์และมนุษยศาสตร์ 39(2): 212-225.
สมชาย บุตรนันท์, Jonathan L. Deenik, บรรยง ทุมแสน, Michael J. Antal, และปัทมา วิตยากร. 2558. คุณสมบัติถ่านที่มีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของข้าวโพดในดินทรายของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ. แก่นเกษตร 43 (พิเศษ 1): 354-359.
Aguilar-Chávez, A., M. Díaz-Rojas, M.d.R. Cárdenas-Aquino, L. Dendooven, M. Luna-Guido. 2012. Greenhouse gas emissions from a wastewater sludge-amended soil cultivated with wheat (Triticum spp. L.) as affected by different application rates of charcoal. Soil Biol. Biochem. 52: 90-95.
Ahmed, F., E. Arthur, F. Plauborg, and M.N. Andersen. 2016. Biochar effects on maize physiology and water capacity of sandy subsoil. Mech. Agric. Conserv. Resour. 6:46 – 51.
Antal, M.J., and M. Gronli. 2003. The art, science, and technology of charcoal production. Ind. Eng. Chem. Res. 42: 1619-1640.
Antal, M.J., E. Croiset, X. Dai, C. DeAlmeida, W.S. Mok, and N. Norberg. 1996. High-yield biomass charcoal. Energy Fuels. 10:652-658.
Barbosa, J.M.d.S., N. Re ́-Poppi, and M. Santiago-Silva. 2006. Polycyclic aromatic hydrocarbons from wood pyrolysis in charcoal production furnaces. Environ. Res. 101: 304–311.
Berek, A.K., N.V. Hue, and A. Ahmad. 2011. Beneficial use of biochar to correct soil acidity. Hānai‘Ai / The Food Provider.Brodowski, S., B. John, H. Flessa, and W. Amelung. 2006. Aggregate-occluded black carbon in soil. Eur. J. Soil Sci. 57: 539-546.
Butnan, S. 2015. Biochars differing in properties and rates impacting soil-plant and greenhouse gases in different textured and mineralogy soils. Ph.D. Thesis. Khon Kaen University, Khon Kaen.
Butnan, S., and P. Vityakon. 2017. Kiln and wood types affecting charcoal quality: Charcoal use as soil amendments in Northeast Thailand. Khon Kaen AGR. J. 45: 1316 – 1321.
Butnan, S., J. L. Deenik, B. Toomsan, and P. Vityakon. 2017. Biochar properties affecting carbon stability in soils contrasting in texture and mineralogy. ANRES 51:492-498.
Butnan, S., J.L. Deenik, B. Toomsan, M.J. Antal, and P. Vityakon. 2015. Biochar characteristics and application rates affecting corn growth and properties of soils contrasting in texture and mineralogy. Geoderma 237–238: 105-116.
Chan, K.Y., L. van Zwieten, I. Meszaros, A. Downie, and S. Joseph. 2008. Using poultry litter biochars as soil amendments. Aust. J. Soil Res. 46: 437-444.
Chan, K.Y., L. van Zwieten, I. Meszaros, A. Downie, and S. Joseph. 2007. Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment. Aust. J. Soil Res. 45: 629-634.
Deenik, J.L., A. Diarra, G. Uehara, S. Campbell, Y. Sumiyoshi, and M.J. Antal. 2011. Charcoal ash and volatile matter effects on soil properties and plant growth in an acid Ultisol. Soil Sci. 176: 336-345.
Deenik, J.L., T. McClellan, G. Uehara, M.J. Antal, and C. Sonia. 2010. Charcoal volatile matter content influences plant growth and soil nitrogen transformations. Soil Sci. Soc. Am. J. 74: 1259-1270.
Foereid, B., J. Lehmann, and J. Major. 2011. Modeling black carbon degradation and movement in soil. Plant Soil 345: 223-236.
Glaser, B. 1999. Eigenschaften und Stabilita ̈ t des Humusko ̈ rpers der Indianerschwarzerden Amazoniens. Bayreuther Bodenkundliche Berichte 68.
Glaser, B., E. Balashov, L. Haumaier, G. Guggenberger, and W. Zech. 2001. The ‘Terra Preta’ phenomenon: A model for sustainable agriculture in the humid tropic. Naturwissenschaften 88: 37-41.
Golchin, A., J.M. Oades, J.O. Skjemstad, and P. Clarke. 1994. Soil structure and carbon cycling. Aust. J. Soil Res. 32: 1043-1068.
Haefele, S.M., Y. Konboon, W. Wongboon, S. Amarante, A.A. Maarifat, E.M. Pfeiffer, and C. Knoblauch. 2011. Effects and fate of biochar from rice residues in rice-based systems. Field Crop Res. 121: 430-440.
Henner, P., M. Schiavon, V. Druelle, and E. Lichtfouse. 1999. Phytotoxicity of ancient gas work soils. Effect of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on plant germination. Org. Geochem. 30: 963–969.
Hossain, M.K., V. Strezov, K.Y. Chan, and P.F. Nelson. 2010. Agronomic properties of wastewater sludge biochar and bioavailability of metals in production of cherry tomato (Lycopersicon esculentum). Chemosphere 78: 1167-1171.
Hubbell, D.H. 1971. Microbiological effects from liming soils. Soil Crop Sci. Soc. Fla. Proc. 31: 196-199.
Iman, A., Z. Wahab, S.O.S. Rastan, and M.R.A. Halim. 2006. Allelopathic effect of sweet corn and vegetable soybean extracts at two growth stages on germination and seedling growth of corn and soybean varieties. J. Agron. 5: 62–68.
Kamprath, E.J. 1971. Potential detrimental effects from liming highly weathered soils to neutrality. Soil Crop Sci. Soc. Fla. Proc. 31: 200–203.
Karaosmanoğlu, F., A. Işığigür-Ergüdenler and A. Sever. 2000. Biochar from the straw-stalk of rapeseed plant. Energ. Fuel. 14: 336-339.
Laird, D.A., P. Fleming, D.D. Davis, R. Horton, B.Q. Wang, and D.L. Karlen. 2010. Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil. Geoderma 158: 443-449.
Lehmann, J. 2006. Black is the new green. Nature 442: 624-626.
Lehmann, J., and S. Joseph. 2009. Biochar for environmental management: An introduction. P. 1-12. In: J. Lehmann and S. Joseph. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan, London.
Luxmoore, R.J. 1981. Micro-, meso-, and macroporosity of soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 45: 671-672.
Lykes, V. A., C. Burns, F.A. Steinmann, and D. Kauneckis. 2015. The potential uses of biochar: A review. The College of Business, University Center for Economic Development, University of Nevada. Reno.
Ma, N., L. Zhang, Y. Zhang, L. Yang, C. Yu, G. Yin, and X. Ma. 2016. Biochar improves soil aggregate stability and water availability in a Mollisol after three years of field application. PLoS ONE 11(5): e0154091. doi: 10.1371/journal.pone.0154091
Makoto, K., D. Choi, Y. Hashidoko, and T. Koike. 2011. The growth of Larix gmelinii seedlings as affected by charcoal produced at two different temperatures. Biol. Fertil. Soils. 47: 467-472.
Manya, J.J. 2012. Pyrolysis for biochar purposes: A review to establish current knowledge gaps and research needs. Environ. Sci. Technol. 46: 7939-7954.
McLean, E.O. 1971. Potentially beneficial effects from liming: Chemical and physical. Soil Crop Sci. Soc. Fla. Proc. 31: 189-196.
Mengel, K., and E.A. Kirkby. 2001. Principles of Plant Nutrition. 5th edition. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.
Mohan, D., C.U. Pittman, and P.H. Steele. 2006. Pyrolysis of wood/biomass for biooil: A critical review. Energ. Fuel. 20: 848-889.
Mukherjee, A., A.R. Zimmerman, and W. Harris. 2011. Surface chemistry variations among a series of laboratory-produced biochars. Geoderma 163: 247-255.
Mukherjee, A., and R. Lal. 2014. The biochar dilemma. Soil Res. 52: 217-230.
Nzanza, B., D. Marais, and P. Soundy. 2012. Effect of arbuscular mycorrhizal fungal inoculation and biochar amendment on growth and yield of tomato. Int. J. Agric. Biol. 14: 965–969.
Pastor-Villegas, J., C. Valenzuela-Calahorro, A. Bernalte-García, and V. GómezSerrano. 1993. Characterization study of char and activated carbon prepared from raw and extracted rockrose. Carbon 31: 1061-1069.
Purevsuren, B., and Y. Davaajav. 2001. Thermal Analysis of Casein. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 65: 147-152.
Rajkovich, S., A. Enders, K. Hanley, C. Hyland, A.R. Zimmerman, and J. Lehmann. 2012. Corn growth and nitrogen nutrition after additions of biochars with varying properties to a temperate soil. Biol. Fert. Soils. 48: 271-284.
Sombroek, W.G. 1966. Amazon Soils: A Reconnaissance of the Soils of the Brazilian Amazon Region. Centre for Agricultural Publications and Documentation Wageningen, Wageningen.
Spokas, K.A., J.M. Novak, C.E. Stewart, K.B. Cantrell, M. Uchimiya, M.G. DuSaire, and K.S. Ro. 2011. Qualitative analysis of volatile organic compounds on biochar. Chemosphere 85: 869-882.
Van Zwieten, L., S. Kimber, S. Morris, K. Chan, A. Downie, J. Rust, S. Joseph, and A. Cowie. 2010. Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility. Plant Soil 327: 235-246.
Wilke, B.-M. 2005. Determination of chemical and physical soil properties. P. 47-95. In: R. Margesin and F. Schinner. Manual of Soil Analysis: Monitoring and Assessing Soil Bioremediation. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg.
Woods End Laboratories. 2011. “Biochar claims overblown” EU scientists suggest renaming to “plant charcoal”. https://woodsend.org/2011/11/biochar-claimsoverblown-eu-symposium-suggests-renaming-plant-charcoal. Accessed 29 Mar. 2015.
Worasuwannarak, N., P. Potisri, and W. Tanthapanichakoon. 2006. Upgrading of biomass by carbonization in hot compressed water. Songklanakarin J. Sci. Technol. 28(5): 1049-1057.
Yamato, M., Y. Okimori, I.F. Wibowo, S. Anshori, and M. Ogawa. 2006. Effects of the application of charred bark of Acacia mangium on the yield of maize, cowpea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indonesia. Soil Sci. Plant Nutr. 52(4): 489-495.
Yeboah, E., P. Ofori, G.W. Quansah, E. Dugan, and S.P. Sohi. 2009. Improving soil productivity through biochar amendments to soils. Afr. J. Environ. Sci. Technol. 3: 34-41.
Zhang, W., J. Niu, V.L. Morales, X. Chen, A.G. Hay, J. Lehmann, and T.S. Steenhuis. 2010. Transport and retention of biochar particles in porous media: Effect of pH, ionic strength, and particle size. Ecohydrology 3: 497-508.