Biochar in native Brazilian tree seedling production: growth responses to substrate replacement
ブラジルにおける苗木実験では、高品質な基材に5〜10%の剪定廃棄物由来バイオチャーを混入しても5種の自生樹種の成長を著しく阻害することはない一方で、50%の置換率は種や投与量に依存する形で生育に悪影響を及ぼすことが示された。
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森林再生は、時間との戦いであり、コストとの戦いでもある。世界の荒廃した土地を癒やすためには、苗木として育ち、地面に植えられる準備が整った、何百万もの健康な樹木の苗木が必要である。これらの若い樹木の品質は、多くの場合「栽培用培地」と呼ばれる土壌混合物に大きく依存する。数十年にわたり、最良の混合物は古代の湿地から採取される泥炭（ピートモス）に頼ってきた。これは効果的ではあるが、抽出するために環境的なコストがかかる。世界がより緑豊かな自然再建の方法を模索する中、研究者たちはバイオ炭に目を向けている。これは、樹木の剪定枝などの植物廃棄物を低酸素環境で燃焼させることで作られる、炭のような物質である。バイオ炭には水や養分を保持できる微細な穴が無数にあり、また炭素を豊富に含む植物から作られるため、大気中から炭素を隔離して閉じ込める役割も果たす。森林再生に取り組む人々にとっての大きな疑問はシンプルである。すなわち、樹木に悪影響を与えることなく、高価な泥炭の一部を置き換えるために、このバイオ炭を苗木の土壌に混ぜることができるのか？ もしそれが可能であれば、私たちはより少ない費用で、より多くの樹木を育て、同時に地球を救うことができるだろう。
ブラジルのサンパウロ州にある苗木園で、研究チームは、大規模な再生プロジェクトで使用される5種類の異なる自生樹種を対象に、その答えを見つけ出そうとした。彼らは、どの程度の量のバイオ炭を土壌混合物に入れ替えれば、苗木が成長に支障をきたし始めるのかを正確に知りたかった。チームは、プロの苗木園ですでに成功裏に使用されている高品質な市販の土壌を用い、剪定廃棄物から作られたバイオ炭を混ぜ合わせた。彼らは6種類の異なるバッチの土壌を作成した。1つのバッチは、バイオ炭を全く含まない標準的な混合物であり、対照群（コントロール）として機能する。他の5つのバッチは、体積比で増加させたバイオ炭の量（5%、10%、20%、35%、そして最後に非常に大量の50%）を含んでいた。彼らは合計750本の苗木を植え、各土壌タイプに各樹種を125本ずつ植え、ブラジルの自然な太陽の下で150日間成長を見守った。
結果は、明確かつ慎重な進むべき道を示した。最初の数ヶ月間、5%および10%のバイオ炭を含む混合物の苗木は、バイオ炭を全く含まない標準的な土壌の苗木と同じくらい健康そうで、高さや太さも同様に成長した。樹高、茎の幅、あるいは葉や根に蓄積された乾燥重量において、検出可能な差は見られなかった。このことは、市販の土壌の一部をバイオ炭に置き換えることは安全であり、若い樹木に害を与えないことを示唆している。しかし、研究者がより多くのバイ沢を含む混合物を観察すると、物語は変わった。土壌に50%のバイオ炭が含まれている場合、ほとんどの樹種の苗木に明らかなストレスの兆候が現れ始めた。それらは成長が遅くなり、茎は細くなり、対照群と比較して総バイオマス（生物量）も減少した。50%の混合物における樹木は、より軽い混合物の樹木ほど勢いがなかった。
研究者たちはまた、葉と根の栄養素を分析することで、植物の内部で何が起きているかを測定した。その結果、50%のバイオ炭を含む土壌の苗木は、窒素、リン、カリウムといった必須栄養素のレベルが低いことが判明した。バイオ炭が土壌の体積の半分を占めると、植物が利用できる栄養素の濃度が希釈され、実質的に成長に必要な栄養を飢えさせているようである。この影響はすべての樹木に対して一様ではなく、一部の種は高濃度のバイオ炭に対してより敏感であったが、一般的な傾向は明確であった。すなわち、バイオ炭が多すぎると成長に悪影響を及ぼすということである。チームは、50%の混合物が土壌の化学的バランスも変化させ、植物が残されたわずかな栄養素を吸収することをより困難にする可能性のあるレベルまでpHを上昇させていることも指摘した。
この研究における最も重要な教訓の一つは、バイオ炭に関して「多ければ多いほど良い」という考えは当てはまらないということである。バイオ炭は持続可能性のための有望なツールであるが、本研究は、苗木に害を与えることなく使用できる量には限界があることを示している。研究者たちは、その「スイートスポット（最適値）」が、より低い範囲、具体的には5%から10%の置き換えにあることを見出した。これらのレベルでは、バイオ炭は成長を阻害せず、苗木は圃場への植え付けに十分な強健さを維持していた。研究は、バイオ炭が標準的な土壌よりも樹木の成長を促進することを見出したのではなく、単に少量のバイオ炭であれば、害を与えることなく代用品として使用できることを見出したのである。これは、混合比率を低く保つ限り、現地の植物廃棄物を利用して輸入泥炭への依存を減らす道を開くものであり、森林再生の経済学において重要な発見である。
実験は、定期的な灌水と高品質なベース土壌を備えた理想的な苗木園の条件下で行われた。そのため、より過酷な環境や質の低い土壌では結果が変わる可能性がある。研究者たちはまた、これらの苗木が野生に植えられた後に生存率が高まるかどうかについてはテストしておらず、バイオ炭自体の長期的な炭素固定効果についても測定していないことも指摘している。しかし、彼らが証明したのは、これらの特定の自生樹にとって、適度な量のバイオ炭が実行可能な選択肢であるということである。これは、樹木の剪定による廃棄物が次の世代の樹木を育てるための資源となる、より循環型の経済に向けた実践的な一歩である。ただし、それはレシピが慎重に守られている場合に限られる。本研究は、バイオ炭には潜在能力があるものの、それは精密に使用されるべきであり、無制限に使える魔法の杖であると想定してはならないことを裏付けている。
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