全球農地耗損嚴重 中研院：「生物炭」可提升土壤品質、封存二氧化碳
▲可耕種農地土壤普遍面臨有機質耗損、地力衰竭的現象，加上氣候變化引起的降水不均，過度施用化學肥料造成土壤酸化和鹽鹼化等問題，進而影響農業產能。（示意圖／記者蔡佩旻攝）
全球可耕種農地土壤普遍面臨耗損，中央研究院研究團隊以大數據分析近十年間全球107個生物炭實驗地點的數據，研究發現，施用「生物炭」可以調節土壤酸鹼值和影響微生物族羣結構和功能，將來可望針對生物炭材料的性質和土壤的條件進行調整，強化土壤微生物的機能，藉此有效改善土壤品質，並減少大氣中二氧化碳濃度。
生物多樣性研究中心研究員邱志鬱團隊說明，生物炭泛指以高溫隔氧熱裂解（悶燒）生物資材所製成富含碳的固體物質，所使用的原料包括木材、農業廢棄物。市面上販售的木炭、竹炭就是典型具備商業價值的生物炭。近年來，應用生物炭改良農耕土壤已掀起全球一股風潮，主要原因是生物炭可長久保存在土壤中甚至達千年，其疏鬆富含微細孔洞的特性，可保持水份且提供土壤微生物適宜生長的環境，遂能有效地將各類有機物和氮磷鉀營養要素轉化固定在土壤中，維持土壤的肥力。
邱志鬱指出，雖然目前研究已知，生物炭可提升土壤品質及間接減少大氣中的二氧化碳等雙重價值，相關的研究論文數量近年內也飛速成長。然而，受限於生物炭本身不同的性質和施用方式、氣候環境、栽種方式、作物種類、土壤種類、土壤的物理和化學性質差異等條件，生物炭在土壤中對於微生物的作用功能及其間的調控作用機制，迄今尚未能確實釐清。
▲生物多樣性研究中心研究員邱志鬱團隊。（圖／中央研究院提供）
爲了進一步瞭解生物炭在土壤中的影響機制，邱志鬱的研究團隊透過R語言程式建構混合線性模型和結構方程模型深入解析全球107個生物炭實驗地點的數據，探討三個面向，生物炭對土壤微生物羣落、碳源代謝活性的影響；其次爲探討生物炭施用量和施用時間對土壤微生物生質碳素量、土壤呼吸、微生物功能多樣性的影響最後，探討土壤性質、生物炭性質（諸如製備時之熱裂解溫度）此等因子對微生物的影響。
研究結果顯示，生物炭的施用量及其性質對真菌和細菌有不同的影響機制。施用生物炭會對土壤中的真菌族羣構成直接的影響；細菌族羣則是間接經由土壤性質的變化而改變。較高pH值（偏鹼性）的生物炭會降低土壤中細菌、真菌、放線菌的數量。因此，在酸性土壤中，施用生物炭對真菌量及微生物多元功能活性有明顯的施用效果。反之，在鹼性土壤中並不明顯。此發現有助於克服過往生物炭施用上的盲點。
工研院研究員簡全基表示，目前臺灣每年有近2,300萬公噸的農業廢棄物（包括果樹行道樹修剪枝條、稻殼、稻草、食品加工殘餘資材等），可運用工研院開發的炭化爐製備生物炭。這套系統無需外加能源，幾乎不會產生煙霧，無空氣污染之虞，更可將熱能回收。凝結的揮發性液體的副產品也存在經濟價值，可開發成殺菌、植物葉肥等產品使用。
邱志鬱提到，該項研究成果未來也將與工研院、高雄改良場合作，進一步延伸後續的工作包含，一、根據農產廢棄物材料的性質，開發製成適切的生物炭成品，加速農業廢棄物資源化和提升土壤的品質；二、利用生物炭可裨益微生物棲息的特性，提升植物益生菌（包括叢枝菌根真菌）在土壤中的作用效能；三、檢視生物炭在不同類型瘠劣土壤的施用效果。並深入探討施用生物炭對於耕地土壤微生物相和功能的影響。研究成果發表於《全球生物變遷─生質能源》（Global Change Biology-Bioenergy）期刊。