【國際土壤年專題】生物碳(Biochar)：改良土壤新方法？

撰文｜葉綠舒

聽過生物碳(Biochar)嗎？它是將樹皮等農業生物廢棄物在低氧的狀況下進行熱裂解(pyrolysis)而成(參1)。熱裂解聽來雖然高深，說穿了也不神奇；從木頭燒成木炭，就是熱裂解。

近年來，農業界發現生物碳可以改良土壤；生物碳可以使砂土儲水的能力增加92%；而在黏土中加入生物碳，則可使水分流動的速度上昇300%。也因此，生物碳的銷售量從2008年至今，每年都增加三倍。

其實，生物碳真的不是什麼新鮮玩意兒。幾千年前居住在亞瑪遜流域的原住民，便懂得製作terra preta，那就是生物碳的前身。而我們的農民會在收穫後焚燒田裡的雜草與稻梗（燒田），除了可以殺死害蟲、產生草木灰以外，也有小部分的生物碳形成（堆燒法也可以產炭，只是效率低得多）。但是terra preta在歐洲人入侵南美後便停止製作，而燒田則因為容易產生煙霧，在現在的都市也不可行了。

不過，最近十年，生物碳開始大行其道。這也使得學界對生物碳產生了極大的興趣。世界各地的研究團隊紛紛投入對生物碳的研究之後，他們發現：生物碳不只是能改良土壤的透水率，它還能吸收一氧化二氮(N2O，溫室氣體，強度為二氧化碳的300倍)(參2)，而且效果可以持續五年！

此外，生物碳還能抑制有害細菌生長，降低他們的致病力。萊斯大學(Rice University)的研究顯示，生物碳可能是藉著干擾細菌接收它們用以互相連絡的分子(acyl-homoserine lactone，AHL)，使細菌認為自己孑然一身，不敢興風作浪(參3)。

上面說了這麼多好處，生物碳是否能提升農作物的產量呢？歐洲的研究團隊發現，生物碳可以使植物的葉片長大130%，因此整株植物直徑增加了一倍；而根也鑽了一倍深(參4)。

看起來，生物碳似乎是很棒的土壤改良劑！更棒的是，由於生物碳可以用各種植物性廢棄物製作(包括生質能源的廢棄物)，因此引起了業界極大的興趣。

不過，也有些研究發現，生物碳還是有些問題的。有研究團隊發現，雖然它可以使作物長得好，但似乎也會使得植物的防衛基因(plant defense gene)表現量下降(參4)；不過，筆者想，是否因為生物碳中斷了細菌之間的聯繫，使得威脅大減，所以就不需要表現這麼多的防衛基因呢？畢竟對自營生物來說，多合成一個蛋白質都會增加負擔。

另外，還有研究發現，當生物碳加到一定量(2%)以上，玉米的產量反而減少(參5)。但是，所有的這些研究，使用的生物碳的來源相當分歧：有的使用麥梗(參2)、有使用紙廠廢棄物、植物性廚餘的(參5)、有使用木屑的(參4)、也有使用單一樹種(牧豆樹Prosopis glandulosa)的(參3)。而熱裂解使用的溫度也各不相同，由攝氏1200度到300度都有。

即使在單一研究中，在不同溫度下進行熱裂解的生物碳，也會產生不同的效應。例如對土壤中細菌的抑制，研究團隊就發現，只有在攝氏700度下進行熱裂解的生物碳，才有抑菌的效果；而在另一個研究上則發現，高溫（攝氏525-600度）下熱裂解的生物碳，對於固碳的效果較差(參6)。

雖然都是生物碳，不過它們的效果如此多變，因此有人主張不能稱呼生物碳為biochar，而應該加上複數，稱為biochars。筆者認為，或許更應該做的是標明原料來源，這樣還可以讓使用的農民們了解到，究竟是哪種植物為原料所製造的生物碳，才適合自己的農地與農作物呢！

除此之外，不知道生物碳的價錢是否親民呢？在田裡隨便堆一堆殘枝、落葉燒一燒當然不花錢，但未必有效，也不見得環保；但若價格昂貴(可以想見高溫熱裂解的生物碳一定不便宜，也相對不是那麼環保)，則廣大的農民未必負擔得起，到最後可能只是都市農夫的玩具罷了。不論如何，生物碳對改良土壤是有效的，但還需要更多試驗以及原料履歷制度，不能只是什麼亂七八糟的植物性事業廢棄物都拿來隨便燒一燒就做，否則只怕到最後成了利弊參半，甚至弊大於利，成為被唾棄的炭粉罷了。

參考文獻：
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