全球农地耗损严重 中研院：「生物炭」可提升土壤品质、封存二氧化碳
▲可耕种农地土壤普遍面临有机质耗损、地力衰竭的现象，加上气候变化引起的降水不均，过度施用化学肥料造成土壤酸化和盐碱化等问题，进而影响农业产能。（示意图／记者蔡佩旻摄）
全球可耕种农地土壤普遍面临耗损，中央研究院研究团队以大数据分析近十年间全球107个生物炭实验地点的数据，研究发现，施用「生物炭」可以调节土壤酸碱值和影响微生物族群结构和功能，将来可望针对生物炭材料的性质和土壤的条件进行调整，强化土壤微生物的机能，借此有效改善土壤品质，并减少大气中二氧化碳浓度。
生物多样性研究中心研究员邱志郁团队说明，生物炭泛指以高温隔氧热裂解（闷烧）生物资材所制成富含碳的固体物质，所使用的原料包括木材、农业废弃物。市面上贩售的木炭、竹炭就是典型具备商业价值的生物炭。近年来，应用生物炭改良农耕土壤已掀起全球一股风潮，主要原因是生物炭可长久保存在土壤中甚至达千年，其疏松富含微细孔洞的特性，可保持水份且提供土壤微生物适宜生长的环境，遂能有效地将各类有机物和氮磷钾营养要素转化固定在土壤中，维持土壤的肥力。
邱志郁指出，虽然目前研究已知，生物炭可提升土壤品质及间接减少大气中的二氧化碳等双重价值，相关的研究论文数量近年内也飞速成长。然而，受限于生物炭本身不同的性质和施用方式、气候环境、栽种方式、作物种类、土壤种类、土壤的物理和化学性质差异等条件，生物炭在土壤中对于微生物的作用功能及其间的调控作用机制，迄今尚未能确实厘清。
▲生物多样性研究中心研究员邱志郁团队。（图／中央研究院提供）
为了进一步了解生物炭在土壤中的影响机制，邱志郁的研究团队透过R语言程式建构混合线性模型和结构方程模型深入解析全球107个生物炭实验地点的数据，探讨三个面向，生物炭对土壤微生物群落、碳源代谢活性的影响；其次为探讨生物炭施用量和施用时间对土壤微生物生质碳素量、土壤呼吸、微生物功能多样性的影响最后，探讨土壤性质、生物炭性质（诸如制备时之热裂解温度）此等因子对微生物的影响。
研究结果显示，生物炭的施用量及其性质对真菌和细菌有不同的影响机制。施用生物炭会对土壤中的真菌族群构成直接的影响；细菌族群则是间接经由土壤性质的变化而改变。较高pH值（偏碱性）的生物炭会降低土壤中细菌、真菌、放线菌的数量。因此，在酸性土壤中，施用生物炭对真菌量及微生物多元功能活性有明显的施用效果。反之，在碱性土壤中并不明显。此发现有助于克服过往生物炭施用上的盲点。
工研院研究员简全基表示，目前台湾每年有近2,300万公吨的农业废弃物（包括果树行道树修剪枝条、稻壳、稻草、食品加工残余资材等），可运用工研院开发的炭化炉制备生物炭。这套系统无需外加能源，几乎不会产生烟雾，无空气污染之虞，更可将热能回收。凝结的挥发性液体的副产品也存在经济价值，可开发成杀菌、植物叶肥等产品使用。
邱志郁提到，该项研究成果未来也将与工研院、高雄改良场合作，进一步延伸后续的工作包含，一、根据农产废弃物材料的性质，开发制成适切的生物炭成品，加速农业废弃物资源化和提升土壤的品质；二、利用生物炭可裨益微生物栖息的特性，提升植物益生菌（包括丛枝菌根真菌）在土壤中的作用效能；三、检视生物炭在不同类型瘠劣土壤的施用效果。并深入探讨施用生物炭对于耕地土壤微生物相和功能的影响。研究成果发表于《全球生物变迁─生质能源》（Global Change Biology-Bioenergy）期刊。