A re-analysis of NH4+ sorption on biochar: Have expectations been too high?

Sorption of nutrients such as NH4+ is often quoted as a critical property of biochar, explaining its value as a soil amendment and a filter material. However, published values for NH4+ sorption to biochar vary by more than 3 orders of magnitude, without consensus as to the source of this variability. This lack of understanding greatly limits our ability to use quantitative sorption measurements towards product design. Here, our objective was to conduct a quantitative analysis of the sources of variability, and infer which biochar traits are more favourable to high sorption capacity. To do so, we conducted a standardized remodelling exercise of published batch sorption studies using Langmuir sorption isotherm. We excluded studies presenting datasets that either could not be reconciled with the standard Langmuir sorption isotherm or generated clear outliers. Our analysis indicates that the magnitude of sorption capacity of unmodified biochar for NH4+ is lower than previously reported, with a median of 4.2 mg NH4+ g−1 and a maximum reported sorption capacity of 22.8 mg NH4+ g−1. Activation resulted in a significant relative improvement in sorption capacity, but absolute improvements remain modest, with a maximum reported sorption of 27.56 mg NH4+ g−1 for an activated biochar. Methodology appeared to substantially impact sorption estimates, especially practices such as pH control of batch sorption solution and ash removal. Our results highlight some significant challenges in the quantification of NH4+ sorption by biochar and our curated data set provides a potentially valuable scale against which future estimates can be assessed.publishedVersio

Muligheter for en mer effektiv utnytelse av planterestene - Agronomi som sikrer god jordhelse, avling og plantehelse i korn

Tap av organisk materiale, jordpakking og erosjon truer jordhelsa på kornareal. Problemer med dette vil antagelig øke i et våtere klima og medføre store kostnader for både gårdbrukere og samfunn. Fremover må vi passe på å stabilisere erosjonsutsatt jordoverflate og sikre en god infiltrasjon av nedbør. På kornareal er lav årlig tilførsel av karbon en begrensende faktor for aggregering og stabilisering, men dette kan forbedres ved å beholde halmen på jordet eller bruke en tilpasset fangvekststrategi. En bør trolig skjevfordele tilført organisk materiale mer mot jordas overflate og dermed stimulere mikrobiell aktivitet i jordas toppsjikt. Da må en minimere jordarbeidingsintensiteten. Slik redusert jordarbeiding fører også til utvikling av et kontinuerlig poresystem nedover i profilet som kan øke infiltrasjonen etter kraftige nedbørsepisoder og dermed bidra til å dempe flomtopper. Store mengder plantemateriale ved jordoverflaten gir imidlertid også noen utfordringer. Det trengs økt kunnskap om ugrasbekjempelse, spesielt i et scenario der glyfosat blir forbudt. Minimal jordarbeiding med planterester på jordoverflaten kan også øke angrep av sopp. Integrerte plantevernstrategier bør identifisere arter og sorter av matplanter og fangvekster som kan bidra til å begrense forekomst av patogener i jord og halmrester. Bedre jordhelse på kornareal er en tverrfaglig utfordring og krever en varig endring av dagens dyrkingspraksis.Muligheter for en mer effektiv utnytelse av planterestene - Agronomi som sikrer god jordhelse, avling og plantehelse i kornpublishedVersio

Muligheter og utfordringer for økt karbonbinding i jordbruksjord

En økning i karbonlagring i landbruksjord er angitt som et viktig klimatiltak både internasjonalt og i Norge. Tiltaket er godt begrunnet: Jorden inneholder to til tre ganger så mye karbon som atmosfæren, noe som innebærer at relative små endringer i innhold av karbon i jord kan ha betydelige effekter på CO2-innholdet i atmosfæren og det globale klimaet. Det er godt dokumentert at intensive jordbruksmetoder har ført til en reduksjon i jordkarbon og derfor ønskes det en reversering av denne trenden (dvs. økt karbonbinding i jord), som tiltak både for klima og matproduksjon. I denne rapporten er det gjort vurderinger av hvordan dette kan gjøres i Norge og hvilken klimaeffekt som kan oppnås...publishedVersio

Co-composting of digestate and garden waste with biochar: effect on greenhouse gas production and fertilizer value of the matured compost

Biogas digestate is a nitrogen (N) rich waste product that has potential for application to soil as a fertilizer. Composting of digestate is recognized as an effective step to reduce potentially negative consequences of digestate application to soils. However, the structure of the digestate and the high N content can hinder effective composting. Biochar, which can be produced through the pyrolysis of waste biomass, has shown the potential to improve compost structure and increase N retention in soils. We studied how a high-temperature wood biochar affects the composting process, including greenhouse gas emissions, and the fertilizer value of the compost product including nutrient content, leachability and plant growth. The high Biochar dose (17% w/w) had a significantly positive effect on the maximum temperature (5°C increase vs. no biochar) and appeared to improve temperature stability during composting with less variability between replicates. Biochar addition reduced cumulative N2O emission by 65–70%, but had no significant effect on CO2 and CH4 emission. Biochar did not contribute to greater retention of nitrogen (N) contained in the digestate, but had a dilution effect on both N content and mineral nutrients. Fertilization with compost enhanced plant growth and nutrient retention in soil compared to mineral fertilization (NPK), but biochar had no additional effects on these parameters. Our results show that biochar improves the composting of digestate with no subsequent negative effects on plants.publishedVersio

Co-composting of digestate and garden waste with biochar: effect on greenhouse gas production and fertilizer value of the matured compost

Biogas digestate is a nitrogen (N) rich waste product that has potential for application to soil as a fertilizer. Composting of digestate is recognized as an effective step to reduce potentially negative consequences of digestate application to soils. However, the structure of the digestate and the high N content can hinder effective composting. Biochar, which can be produced through the pyrolysis of waste biomass, has shown the potential to improve compost structure and increase N retention in soils. We studied how a high-temperature wood biochar affects the composting process, including greenhouse gas emissions, and the fertilizer value of the compost product including nutrient content, leachability and plant growth. The high Biochar dose (17% w/w) had a significantly positive effect on the maximum temperature (5°C increase vs. no biochar) and appeared to improve temperature stability during composting with less variability between replicates. Biochar addition reduced cumulative N2O emission by 65–70%, but had no significant effect on CO2 and CH4 emission. Biochar did not contribute to greater retention of nitrogen (N) contained in the digestate, but had a dilution effect on both N content and mineral nutrients. Fertilization with compost enhanced plant growth and nutrient retention in soil compared to mineral fertilization (NPK), but biochar had no additional effects on these parameters. Our results show that biochar improves the composting of digestate with no subsequent negative effects on plants

A re-analysis of NH4+ sorption on biochar: Have expectations been too high?

Sorption of nutrients such as NH4+ is often quoted as a critical property of biochar, explaining its value as a soil amendment and a filter material. However, published values for NH4+ sorption to biochar vary by more than 3 orders of magnitude, without consensus as to the source of this variability. This lack of understanding greatly limits our ability to use quantitative sorption measurements towards product design. Here, our objective was to conduct a quantitative analysis of the sources of variability, and infer which biochar traits are more favourable to high sorption capacity. To do so, we conducted a standardized remodelling exercise of published batch sorption studies using Langmuir sorption isotherm. We excluded studies presenting datasets that either could not be reconciled with the standard Langmuir sorption isotherm or generated clear outliers. Our analysis indicates that the magnitude of sorption capacity of unmodified biochar for NH4+ is lower than previously reported, with a median of 4.2 mg NH4+ g−1 and a maximum reported sorption capacity of 22.8 mg NH4+ g−1. Activation resulted in a significant relative improvement in sorption capacity, but absolute improvements remain modest, with a maximum reported sorption of 27.56 mg NH4+ g−1 for an activated biochar. Methodology appeared to substantially impact sorption estimates, especially practices such as pH control of batch sorption solution and ash removal. Our results highlight some significant challenges in the quantification of NH4+ sorption by biochar and our curated data set provides a potentially valuable scale against which future estimates can be assessed

Muligheter og utfordringer for økt karbonbinding i jordbruksjord

En økning i karbonlagring i landbruksjord er angitt som et viktig klimatiltak både internasjonalt og i Norge. Tiltaket er godt begrunnet: Jorden inneholder to til tre ganger så mye karbon som atmosfæren, noe som innebærer at relative små endringer i innhold av karbon i jord kan ha betydelige effekter på CO2-innholdet i atmosfæren og det globale klimaet. Det er godt dokumentert at intensive jordbruksmetoder har ført til en reduksjon i jordkarbon og derfor ønskes det en reversering av denne trenden (dvs. økt karbonbinding i jord), som tiltak både for klima og matproduksjon. I denne rapporten er det gjort vurderinger av hvordan dette kan gjøres i Norge og hvilken klimaeffekt som kan oppnås...publishedVersio

Muligheter og utfordringer for økt karbonbinding i jordbruksjord

En økning i karbonlagring i landbruksjord er angitt som et viktig klimatiltak både internasjonalt og i Norge. Tiltaket er godt begrunnet: Jorden inneholder to til tre ganger så mye karbon som atmosfæren, noe som innebærer at relative små endringer i innhold av karbon i jord kan ha betydelige effekter på CO2-innholdet i atmosfæren og det globale klimaet. Det er godt dokumentert at intensive jordbruksmetoder har ført til en reduksjon i jordkarbon og derfor ønskes det en reversering av denne trenden (dvs. økt karbonbinding i jord), som tiltak både for klima og matproduksjon. I denne rapporten er det gjort vurderinger av hvordan dette kan gjøres i Norge og hvilken klimaeffekt som kan oppnås..