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Aplicación de biocarbón en la agricultura: Mejoramiento de la calidad de suelos mediante el uso de diferentes combinaciones de biocarbón y enmiendas orgánicas y su efecto sobre la nutrición y producción agrícola

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Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Evolutiva, Ecologia i Ciències Ambientals

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[spa] El suelo, un recurso no renovable y esencial para el desarrollo de la vida, se ve afectado por los sistemas de producción de cultivos que provocan su degradación. El biocarbón, un producto rico en carbono obtenido de la pirólisis de la biomasa a altas temperaturas y en ausencia de oxígeno, se utiliza ampliamente como agricultura. así como por su alta capacidad para aumentar el carbono orgánico del suelo. La combinación de la aplicación de biochar con fertilizantes orgánicos líquidos o sólidos como el compost puede mejorar las características del biochar, favoreciendo las propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo y la absorción de nutrientes de las plantas. Se caracterizaron 6 biochars para determinar su calidad como enmiendas orgánicas para la agricultura. A continuación, los dos biochars producidos a partir de biomasa de ramas de pino y restos de poda de jardín con la técnica kontiki (JK y PRK), fueron "fertilizados" con fertilizantes orgánicos (Ecocomplet y Compost Tea) para evaluar su potencial como proveedores de nutrientes. Por otro lado, se evaluó el efecto de la dosis aplicada de biocarbón JK, el uso de biocarbón fertilizado y la inoculación de Trichoderma T34 sobre la disponibilidad de nutrientes, el aumento de la población de Trichoderma y el desarrollo de los cultivos de tomate. Además, se analizó el efecto de la aplicación de biochar, compost y la mezcla biochar-compost sobre la biodisponibilidad y movilidad de nutrientes en el suelo. Finalmente, se evaluó el efecto de dichas enmiendas aplicadas sobre el crecimiento y la nutrición del girasol en suelos contaminados por Cu.

Los biocarbones evaluados presentaron gran variabilidad en la composición elemental y contenido de macro y micronutrientes, en relación con el tipo de materia prima utilizada y el sistema de producción. Además, la disponibilidad de nutrientes y la absorción de las plantas se relacionaron con la dosis de aplicación de biocarbón, la fertilización con biocarbón en forma líquida (Ecocomplet y Compost Tea) o sólida (compost) y el tipo de suelo. La aplicación de la dosis de 8% de biocarbón previamente fertilizado incrementó el porcentaje de humedad y la disponibilidad de P y K en un suelo de textura arenosa, mientras que en un suelo de textura franco arenosa la disponibilidad de P, Ca, Zn y Cu fue mayor. La aplicación de una dosis de 8% de biochar incrementó la población de Trichoderma en ambos tipos de suelo. Sin embargo, no se observaron diferencias en la altura de la planta, el número de frutos y el contenido de clorofila de la planta. Los resultados de la aplicación de la mezcla biochar-compost sugieren que existiría una sinergia entre estas dos enmiendas, por lo tanto, el compost proporcionaría nitrógeno disponible para el desarrollo de la comunidad microbiana que, a su vez, podría utilizar parte del carbono del biochar. En cuanto al cultivo, la mezcla aplicada permitió una mayor concentración de P en planta
 
parte aérea y mayor biomasa aérea total, lo que indica un correcto estado nutricional del cultivo. La aplicación de biocarbón en un suelo contaminado con Cu no redujo efectivamente la movilidad del Cu en el suelo ni su biodisponibilidad. Sin embargo, la mejora en ciertas propiedades del suelo ayudó a que la planta tuviera un desarrollo adecuado sin deficiencias nutricionales. La correcta nutrición de las plantas favoreció que el aumento de la biodisponibilidad de Cu en los tratamientos de compost y mezcla biochar-compost no se tradujera en un aumento de la concentración de Cu en la planta, mitigando así la potencial transferencia al cultivo y a la cadena trófica de este metal potencialmente dañino. La aplicación de compost como enmienda a este suelo contaminado con Cu aumentó significativamente la movilidad y biodisponibilidad de este metal. La aplicación de la mezcla biochar-compost mostró una tendencia decreciente en la biodisponibilidad de Cu en los suelos en comparación con el tratamiento con compost.

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[cat] El sòl, un recurs no renovable i essencial per al desenvolupament de la vida, es veu afectat pels sistemes de producció de cultius que provoquen la degradació. El biochar, un producte ric en carboni obtingut de la piròlisi de biomassa a altes temperatures i en absència d'oxigen, s'utilitza àmpliament com a agricultura. esmena així com per la seva alta capacitat per augmentar el carboni orgànic del sòl. Combinar l'aplicació de biochar amb fertilitzants orgànics líquids o sòlids com el compost pot millorar les característiques del biochar, afavorint les propietats fisicoquímiques i biològiques del sòl i l'absorció de nutrients vegetals. Hem caracteritzat 6 biochars per determinar la seva qualitat com a esmenes orgàniques per a l'agricultura. A continuació, els dos biochars produïts a partir de biomassa de branca de pi i restes de poda de jardí amb la tècnica kontiki (JK i PRK), van ser "fertilitzats" amb fertilitzants orgànics (Ecocomplet i Compost Tea) per avaluar el seu potencial com a proveïdors de nutrients. D'altra banda, vam avaluar l'efecte de la dosi aplicada de biochar JK, l'ús de biochar fertilitzat i la inoculació de Trichoderma T34 sobre la disponibilitat de nutrients, l'augment de la població de Trichoderma i el desenvolupament de cultius de tomàquet. A més, vam analitzar l'efecte de l'aplicació de biochar, compost i la barreja biochar-compost sobre la biodisponibilitat de nutrients i la mobilitat del sòl. Finalment, vam avaluar l'efecte d'aquestes esmenes aplicades sobre el creixement del gira-sol i la nutrició en sòls contaminats per Cu.

Els biochars avaluats van presentar una gran variabilitat en la composició elemental i el contingut de macro i micronutrients, relacionats amb el tipus de matèria primera utilitzada i el sistema de producció. A més, la disponibilitat de nutrients i l'absorció de plantes es va relacionar amb la dosi d'aplicació de biochar, la fertilització de biochar en forma líquida (Ecocomplet i Compost Tea) o sòlida (compost), i el tipus de sòl. L'aplicació de la dosi del 8% de biochar prèviament fertilitzat va augmentar el percentatge d'humitat i la disponibilitat de P i K en un sòl de textura sorrenca, mentre que en un sòl de textura franca sorrenca la disponibilitat de P, Ca, Zn i Cu va ser més gran. L'aplicació d'una dosi del 8% de biochar va augmentar la població de Trichoderma en ambdós tipus de sòl. No obstant això, no es van observar diferències en l'alçada de la planta, el nombre de fruits i el contingut de clorofil·la de les plantes. Els resultats de l'aplicació de la barreja biochar-compost suggereixen que hi hauria una sinergia entre aquestes dues esmenes, de manera que el compost proporcionaria nitrogen disponible per al desenvolupament de la comunitat microbiana que, al seu torn, podria utilitzar part del carboni del biochar. Pel que fa al cultiu, la barreja aplicada va permetre una major concentració de P en planta
 
part aèria i major biomassa aèria total, indicant un correcte estat nutricional del cultiu. L'aplicació de biochar en un sòl contaminat amb Cu no va reduir eficaçment la mobilitat de Cu al sòl ni la seva biodisponibilitat. No obstant això, la millora de certes propietats del sòl va ajudar a la planta a tenir un desenvolupament adequat sense deficiències nutricionals. La correcta nutrició de les plantes va afavorir que l'augment de la biodisponibilitat de Cu en els tractaments de barreja de compost i biochar-compost no es traduís en un augment de la concentració de Cu a la planta, mitigant així la transferència potencial al cultiu i a la cadena alimentària d'aquest metall potencialment nociu. L'aplicació del compost com a esmena a aquest sòl contaminat amb Cu va augmentar significativament la mobilitat i biodisponibilitat d'aquest metall. L'aplicació de la barreja biochar-compost va mostrar una tendència decreixent en la biodisponibilitat de Cu en els sòls en comparació amb el tractament amb compost.

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[eng] Soil, a non-renewable and essential resource for the development of life, is affected by crop production systems that cause degradation. Biochar, a carbon-rich product obtained from the pyrolysis of biomass at high temperatures and in the absence of oxygen, is widely used as an agricultura! amendment as well as for its high capacity to increase soil organic carbon. Combining the application of biochar with liquid or solid organic fertilizers such as compost can improve the characteristics of the biochar, favouring soil physicochemical and biological properties and plant nutrient uptake. We characterized 6 biochars to determine their quality as organic amendments for agriculture. Next, the two biochars produced from pine branch biomass and garden pruning remains with the kontiki technique (JK and PRK), were "fertilized" with organic fertilizers (Ecocomplet and Compost Tea) to evaluate their potential as nutrient suppliers. On the other hand, we evaluated the effect of applied dose of JK biochar, the use of fertilized biochar and the inoculation of Trichoderma T34 on the availability of nutrients, the increase in the Trichoderma population and the development of tomato crops. Furthermore, we analysed the effect of applying biochar, compost and the biochar-compost mixture on nutrient bioavailability and mobility in soil. Finally, we evaluated effect of such applied amendments on sunflower growth and nutrition in soils contaminated by Cu.

The evaluated biochars presented great variability in elemental composition and content of macro and micronutrients, related to the type of raw material used and the production system. Additionally, nutrient availability and plant uptake was related to biochar application dose, biochar fertilization in liquid form (Ecocomplet and Compost Tea) or solid form (compost), and soil type. The application of the 8% dose of previously fertilized biochar increased the percentage of moisture and the availability of P and K in a sandy texture soil, while in a sandy loam texture soil the availability of P, Ca, Zn and Cu was greater. The application of a dose of 8% of biochar increased the population of Trichoderma in both types of soil. However, no differences were observed in plant height, number of fruits and plant chlorophyll content. The results of the application of the biochar-compost mixture suggest that there would be a synergy between these two amendments, thus, the compost would provide available nitrogen for the development of the microbial community that, in turn, could use part of the carbon from the biochar. Regarding the crop, the mixture applied allowed a higher concentration of P in plant
 
aerial part and higher total aerial biomass, indicating a correct nutritional status of the crop. The application of biochar in a soil contaminated with Cu did not effectively reduce the mobility of Cu in the soil neither its bioavailability. However, the improvement in certain soil properties helped the plant to have adequate development without nutritional deficiencies. The correct nutrition of the plants favoured that increasing Cu bioavailability in the compost and biochar-compost mixture treatments did not translate into an increase in the concentration of Cu in the plant, thus, mitigating the potential transfer to the crop and the food chain of this potentially harmful metal. The application of compost as an amendment to this Cu-contaminated soil significantly increased the mobility and bioavailability of this metal. The application of the biochar-compost mixture showed a decreasing trend in the bioavailability of Cu in the soils compared to the treatment with compost.

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Tesis Doctorals - Departament - Biologia Evolutiva, Ecologia i Ciències Ambientals

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Aplicación de biocarbón en la agricultura: Mejoramiento de la calidad de suelos mediante el uso de diferentes combinaciones de biocarbón y enmiendas orgánicas y su efecto sobre la nutrición y producción agrícola