Biochar effects on soil quality as evaluated by physical, chemical, and biological parameters

  1. Evan A.N. Marks
Supervised by:
  1. X. Domene Director

Defence university: Universitat Autònoma de Barcelona

Year of defence: 2013

Type: Thesis

Abstract

El biochar es un producto resultante de la descomposición térmica mediante pirolisis de biomasa y aplicado al suelo para mejorar sus propiedades. Este area de investigación está auge actualmente por su papel en mejorar la práctica agrícola y como estrategia de secuestro de carbono en suelo. Aún siendo un campo joven, poco se sabe sobre su idoneidad a largo plazo, y aún no se ha estudiado suficientemente sus posibles efectos negativos sobre la calidad del suelo, incluyendo la biología del suelo. Esta tesis toma como enfoque métodos biológicos para evaluar el impacto de biochar sobre la calidad del suelo. Una parte importante de la tesis se basa en bioensayos de laboratorio, complementados por un estudio de campo para evaluar de manera realista los efectos de biochar en un agroecosistema. Los bioensayos realizados a seis biochars demostraron que el método de producción tiene un impacto importante sobre las propiedades químicas del suelo, y a su vez la respuesta de las plantas. Los biochars de gasificación y pirólisis rápida indujeron inhibición vegetal a concentraciones realistas, mientras biochars de pirólisis lenta generalmente no afectaron a las plantas. La inhibición fue interpretada como consecuencia de efectos a corto plazo sobre la disponibilidad de nutrientes en algunos biochars, debido a sus elevados contenidos de materia volátil, que estimularían el crecimiento de microorganismos y la inmobilización de N, mientras que en los biochar más alcalinos se sospechó que fueron debidos a una reducción de la disponibilidad de P. En tests con invertebrados, las respuestas de colémbolos y enquitreidos han sido muy similares, con estimulación en el biochar de lodos de depuradora y de inhibición en el de astilla de pino producido por gasificación. Los resultados señalan el papel de la alcalinización como causándote de los efectos directos en mortalidad y de reproducción. No se pudo demostrar que el estímulo de la comunidad microbiana causado por el biochar explicara la estimulación de la reproducción de la mesofauna observada en algunos biochars. Se desarrolló un nuevo parámetro de medida del impacto para los colémbolos basado en la biomasa de juveniles y su estructura de tamaños mediante el ajuste a modelos multi-Gaussianos. Los incrementos en el número de clases de edad, acompañados por incrementos en la biomasa y longitud de individuos, han sido interpretados como efectos estimulatorios, mientras, a su vez, su diminución ha se interpretó como efectos inhibitorios. Finalmente, en un experimento de campo simulando un cultivo de cebada enmendado con un biochar de pino producido por gasificación, se han demostrado efectos positivos sobre propiedades físicas del evaluadas. Los efectos sobre las propiedades químicas fueron menos marcados, pero son destacables los incrementos en las concentraciones K+, y la reducción de las de NO3-. El cultivo fue generalmente estimulado a 12 t ha-1, y generalmente inhibido a 50 t ha-1. La actividad de mesofauna fue impactada negativamente a 50 t ha-1 biochar. La adición de biochar permitió aumentos significativos en la abundancia microbiana pero no en su actividad, indicando un aumento de su eficiencia. Ensayos de laboratorio de mineralización de material vegetal indicaron que el biochar reducía la liberación de NO3-. Globalmente, el estudio de campo ha demostrado que biochar puede mejorar la fertilidad del suelo a aplicaciones moderadas, pero puede disminuir la calidad del suelo a aplicaciones altas. Los resultados de esta tesis contribuyen a la escasa información disponible sobre los efectos del biochar sobre la biota del suelo, así como los beneficios y riesgos en suelos alcalinos bajo clima mediterréneos.