UConn-Forscher Wei Ren sieht die Verbindungen zwischen den Systemen in der Natur und wie sich jede Komponente auf die anderen auswirkt. In Connecticut, das reich an Wäldern und Ackerland ist, sieht Ren das Potenzial, das den Staat unter Verwendung einer aufkommenden nachhaltigen Praxis namens Biokohle an die Spitze eines klimafreundlichen Landwirtschaftsansatzes (CSA) bringen könnte.
Obwohl es wie ein Nu-Metal-Bandname klingt, vermuten Wissenschaftler, dass Biokohle – eine kohleähnliche Substanz, die aus brennendem organischem Material wie land- und forstwirtschaftlichen Abfällen hergestellt wird – seit Jahrhunderten eine traditionelle landwirtschaftliche Praxis der Menschen ist.
Rens Gruppe hat kürzlich einen Artikel in veröffentlicht Erneuerbare und Nachhaltige Energie Bewertungenwo sie globale Daten aus fast 600 Studien zu Biokohle synthetisierten, um ihr Potenzial als klimafreundliche landwirtschaftliche Praxis zu analysieren.
CSA ist ein integrativer Ansatz, der über nachhaltige Anbaumethoden hinausgeht. Es zielt darauf ab, die Ernteerträge zur Ernährung einer wachsenden Bevölkerung nachhaltig zu sichern und gleichzeitig die Lebensgrundlagen der Menschen, die in der Region leben und arbeiten, positiv zu beeinflussen. CSA verbessert die Bodengesundheit und baut Klimaresilienz auf und zielt gleichzeitig darauf ab, die Treibhausgasemissionen zu mindern.
Beispiele für CSA-Managementpraktiken sind Deckfrüchte, das Praktizieren von Direktsaat oder reduzierter Bodenbearbeitung und integrierte Nährstoffmanagementstrategien.
Rens Gruppe hat eine Fülle von Daten zur Biokohleforschung zusammengestellt, um ein umfassendes Verständnis der Praxis, ihrer Vorzüge, Herausforderungen und Einschränkungen zu erhalten.
„Wir wollten Biokohle als klimafreundliche Praktiken durch Feldbeobachtungen/-messungen, Big-Data-Analysen und numerische Modellierung bewerten“, sagt Ren. „Wir prüfen, ob diese nachhaltige landwirtschaftliche Praxis als klimafreundliche landwirtschaftliche Praxis in Bezug auf Lebensmittelproduktion, Bodengesundheit und ökologische Nachhaltigkeit dienen kann. Wir hoffen, den damit verbundenen Wasser- und Nährstofffußabdruck und das Potenzial zur Förderung der Klimaresilienz zu quantifizieren.“
Was ist Pflanzenkohle?
Pflanzenkohle kann aus jedem organischen (kohlenstoffhaltigen) Material wie Holzabfällen oder Ernterückständen hergestellt werden. Das Material wird dann bei hohen Temperaturen in Abwesenheit von Sauerstoff in einem Prozess namens Pyrolyse erhitzt. Das Ergebnis ist ein kohleähnliches Material namens Biokohle. Als Bodenverbesserung hat Pflanzenkohle das Potenzial, die Widerstandsfähigkeit zu stärken.
Pflanzenkohle ist wie eine langfristige Investition in Kohlenstoff, da sie lange braucht, um abgebaut zu werden, und erhöht daher den Kohlenstoffgehalt des Bodens. Wenn dieselben kohlenstoffreichen Materialien in den Boden eingearbeitet würden, anstatt zu Biokohle verarbeitet zu werden, würden sie schnell zerfallen und bei ihrer Zersetzung Treibhausgase wie Methan und Kohlendioxid freisetzen. Dasselbe gilt, wenn die Materialien einfach verbrannt wurden; Durch die Umwandlung in Biokohle wird der Kohlenstoff jedoch sequestriert und bleibt erdgebunden.
Darüber hinaus wirkt Pflanzenkohle fast wie ein Schwamm und kann die Fähigkeit eines Bodens verbessern, Wasser und Nährstoffe zu halten, wodurch der Boden nährstoffreicher und widerstandsfähiger gegen Dürre wird und gleichzeitig die Ernteerträge erhalten bleiben. In Connecticut könnte Biokohle auch dazu beitragen, eine Form von Abfall in Form von Baumabfällen und anderen Holzabfällen in dieses wertvolle, widerstandsfähigkeitsbildende Material umzuwandeln.
Durch die Analyse stellten Ren und Co-Autoren fest, dass die Anwendung von Biokohle, wie andere CSA-Praktiken, kontextabhängig ist, aber im Allgemeinen zur Verbesserung der Bodenqualität beiträgt. Infolgedessen schlagen sie eine breitere Verwendung vor, auch in Connecticut.
„Durch die globale Datensynthese können Sie sehen, dass Biokohle bei unterschiedlichen Boden- und Klimabedingungen zusammen mit anderen Praktiken den Landwirten helfen kann, die Lebensmittelproduktion aufrechtzuerhalten. Sie kann auch die Treibhausgasemissionen reduzieren, die Stickstoffauswaschung verringern und Bodenwasser sparen. “, sagt Yawen Huang, der Hauptautor der Studie und Postdoc-Stipendiat, der von Ren betreut wird.
Obwohl die Analyse zeigte, dass einige der Laborexperimente die Fähigkeiten von Biokohle möglicherweise überbewertet haben, planen die Forscher zu untersuchen, was sie bewirken kann, indem sie weitere Feldversuche durchführen, um zu verstehen, wann und wo Biokohle verwendet werden kann.
„Wir müssen Biokohle immer noch zusammen mit anderen traditionellen nachhaltigen Praktiken für das Nährstoffmanagement und Bewässerungsbehandlungen an verschiedenen Orten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Klimabedingungen in Betracht ziehen“, sagt Ren. „Wir können das Ziel einer klimafreundlichen Landwirtschaft erreichen, und im Fall von Biokohle ist Connecticut ein idealer Ort, um Biokohle als CSA-Ansatz zu erforschen und anzuwenden. Wir haben hier so viele Bäume und natürliche Ressourcen Bäume können die Stickoxidemissionen, die fast 300-mal stärker als CO sind, weitgehend reduzieren2 in seinem globalen Erwärmungspotential.“
Ren weist auf einen wesentlichen Aspekt nachhaltiger und klimafreundlicher Praktiken hin – dass Abfälle oft wiederverwendet werden können. Rens Vision ist es, Baumabfälle aus der Forstwirtschaft zu verwenden, um Biokohle herzustellen, die von Landwirten hier in Connecticut verwendet wird.
„Wir würden nur Abfallmaterialien verwenden; es ist der Nachhaltigkeitskreislauf“, sagt Ren. „Die Waldbesitzer haben das Potenzial, die Pflanzenkohle aus ihren eigenen Ressourcen zum Nutzen von Ackerland oder Ackerland herzustellen. Sie können die Ernterückstände oder andere nicht-landwirtschaftliche organische Abfälle verwenden und auch wieder in den Boden zurückführen. Ich möchte das Konzept erweitern klimaintelligente Land- und Forstwirtschaft, um eine klimaintelligente Landschaft zu schaffen. Lassen Sie uns darüber nachdenken, ob wir die natürlichen Ressourcen, Ackerland, Feuchtgebiete und andere natürliche Systeme gemeinsam verwalten können. Können wir diese klimaintelligenten Praktiken zur Verknüpfung von Wald und Landwirtschaft nutzen? Das Land hat das Potenzial, auf nationaler Ebene eine führende Rolle bei der Anwendung von Pflanzenkohle zu spielen.“
Rens Hintergrund liegt in der Ökosystemökologie und Anpassung an den Klimawandel, und sie betrachtet die Landwirtschaft als eine voneinander abhängige Komponente des Erdsystems, zum Beispiel die Art und Weise, wie die Landwirtschaft mit atmosphärischen, Boden- und aquatischen Systemen interagiert. Aus dieser Perspektive betrachtet erfordern nachhaltige Studien gemeinsame Anstrengungen, und sie sagt, dass UConn als Landstipendiumsuniversität ein besonders guter Ort für diese Art von Bemühungen ist, da die Informationen über UConn Extension an die Landwirte geliefert werden.
„Wie ich bereits erwähnt habe, müssen CSA-Praktiken zur richtigen Zeit und am richtigen Ort stattfinden und die Kombination anderer natürlicher und menschlicher Faktoren berücksichtigen“, sagt Ren. „Es erfordert eine integrierte und interdisziplinäre Anstrengung, die nicht nur vor einem Computer oder im Labor sitzend durchgeführt werden kann. Wir können die neuen Erkenntnisse an unsere Beratungsforscher weitergeben, die sie dann an die Landwirte weitergeben. Das Feedback der Landwirte kann uns leiten uns in unseren weiteren Bemühungen, die Wissenschaft auf diesem Gebiet voranzubringen. Auch das ist ein nachhaltiger Kreislauf.“
Rens Team ist dabei, zusätzliche Mittel zu beantragen, um das Projekt voranzutreiben. Das Team arbeitet mit lokalen Biokohleproduzenten zusammen und plant, die Produktion lokal zu halten, da Energie für den Transport eingespart werden muss.
„Mit der Pandemie tendierten die Kunden dazu, ihre Ernährungsgewohnheiten auf mehr lokal angebaute Produkte umzustellen. Dieser Übergang erfordert widerstandsfähigere und nachhaltigere Lebensmittelsysteme. Klimaintelligente Landwirtschaft ist ein wichtiges Konzept, das uns auf dem Weg zu einer nachhaltigen Landwirtschaft anleiten soll naturbasierte Klimalösung für den Aufbau einer klimaresistenten Zukunft.“