Effect of Biochar Pyrolysed at Different Temperatures on Plant-AM Fungi Symbiosis in a Soil with Low Phosphorus Content

Poster Session

Potencial de olivina melilitito, granito e sienito na disponibilização de potássio em solos

This study aimed to assess the potential of rock powders in the availability of potassium in soils. The experiment was conducted under greenhouse conditions using the rocks olivine melilitite, granite and sienite. Samples of a Humic Cambisol and a Red-Yellow Argisol were collected, air dried and sieved, adjusted to pH 5.2 with lime and incubated at 80% of water fi eld capacity. The experiment was conducted in a completely randomized design using a 2 x 5 factorial, with two soil types and fi ve forms of K, with four replicates. The treatment no fertilizers, KCl, olivine melilitite, and granite and sienite rock powders. Rock powders were added in amounts equivalent to 500 kg ha-1 K2O based on the total K content of the rocks. After an incubation period of 180 days, beans, wheat and buckwheat were grown in succession. The content of K in the soil was determined after extraction with Mehlich-1 and ion exchange resin. Olivine melilitite did not differ from KCl in relation to potassium uptake by plants and in the availability of K in the soil, except for resin extraction in Argisol after beans cultivation, so it represents a potential K source to be better evaluated as agricultural fertilizer. The granite and sienite powder did not respond to the variables tested, which points out that they are materials with slow K availability to plants.O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de pós de rochas na disponibilização de potássio em solos. O experimento foi conduzido em casa de vegetação utilizando as rochas olivina melilitito, granito e sienito. Amostras de um Cambissolo Húmico e de um Argissolo Vermelho-Amarelo foram coletadas, secas ao ar e peneiradas, corrigidas a pH 5,2 com calcário dolomítico e mantidas a 80% da capacidade de campo na incubação. O experimento foi conduzido em delineamento experimental inteiramente casualizado, com dois solos e cinco formas de K, com quatro repetições por tratamento. Os tratamentos foram os seguintes: sem adubação; KCl, pó de rocha de olivina melilitito e granito e sienito. Os pós de rocha foram acrescentados em quantidades equivalentes a 500 kg ha-1 de K2O, com base no teor total de K das rochas. Após o período de incubação de 180 dias, foram cultivados em sucessão feijão, trigo e trigo mourisco. A determinação do K no solo foi realizada após extração com solução de Mehlich-1 e resina trocadora de íons. O olivina melilitito não diferiu do KCl em relação à absorção de potássio pelas plantas e na disponibilização desse elemento no solo, exceto na extração pela resina no Argissolo após o cultivo de feijão, representando uma fonte potencial deste nutriente a ser melhor avaliada como fertilizante na agricultura. Os pós de rocha de granito e sienito não mostraram resposta quanto às variáveis testadas, evidenciando serem materiais de disponibilização mais lenta de potássio às plantas

Winter pasture and cover crops and their effects on soil and summer grain crops

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de usos da terra no inverno na quantidade de palha remanescente, nas características físicas do solo e na produção de grãos das culturas estivais de milho, feijão e soja, cultivadas em sucessão. O experimento foi conduzido na região Planalto Norte de Santa Catarina, de maio de 2006 a abril de 2010. Foram avaliados cinco usos da terra no inverno: consórcio de aveia-preta + azevém + ervilhaca, sem pastejo e sem adubação nitrogenada (consórcio cobertura); o mesmo consórcio, com pastejo e 100 kg ha-1 de nitrogênio (N) por ano em cobertura (pastagem com N); o mesmo consórcio, com pastejo e sem adubação nitrogenada (pastagem sem N); nabo forrageiro, sem pastejo e sem adubação nitrogenada (nabo forrageiro); e vegetação natural, sem pastejo e sem adubação nitrogenada (pousio). O consórcio cobertura proporciona maior quantidade de biomassa para o sistema e, consequentemente, maior acúmulo de carbono orgânico total e particulado na camada superficial do solo. No entanto, as formas de uso da terra no inverno não alteram significativamente as características do solo relacionadas à compactação, nem a produtividade de grãos das culturas de milho, feijão e soja, cultivadas em sucessão.The objective of this work was to evaluate the effect of winter land use on the amount of residual straw, the physical soil properties and grain yields of maize, common bean and soybean summer crops cultivated in succession. The experiment was carried out in the North Plateau of Santa Catarina state, Brazil, from May 2006 to April 2010. Five strategies of land use in winter were evaluated: intercropping with black oat + ryegrass + vetch, without grazing and nitrogen (N) fertilization (intercropping cover); the same intercropping, with grazing and 100 kg ha-1 of N per year topdressing (pasture with N); the same intercropping, with grazing and without nitrogen fertilization (pasture without N); oilseed radish, without grazing and nitrogen fertilization (oilseed radish); and natural vegetation, without grazing and nitrogen fertilization (fallow). Intercropping cover produces a greater amount of biomass in the system and, consequently, a greater accumulation of total and particulate organic carbon on the surface soil layer. However, land use in winter does not significantly affect soil physical properties related to soil compaction, nor the grain yield of maize, soybean and common bean cultivated in succession.

Chemical characteristics of sugarcane bagasse-derived biochars and the soil phosphorus availability

Os solos brasileiros, assim como aqueles localizados em regiões tropicais, possuem elevada capacidade de sorver fósforo (P) devido ao alto grau de intemperismo e consequente composição mineralógica da fração argila. Os fertilizantes solúveis possuem baixa eficiência em função da rápida adsorção aos minerais presentes nestes solos, como também precipitação com cátions em solução. Um componente do solo que pode diminuir a sorção de P é a matéria orgânica que atua na formação de complexos organominerais, inativando os sítios de adsorção dos minerais. Assim, a adição de biocarvão, um composto orgânico recalcitrante, mas que possui grupos reativos de superfície, pode contribuir na redução da sorção de P no solo. O objetivo do trabalho foi estudar o efeito de diferentes temperaturas de pirólise nas características químicas e adsortivas do biocarvão e disponibilidade e aproveitamento de fósforo do fertilizante aplicado no solo. Os biocarvões foram produzidos por pirólise do bagaço de cana-de-açúcar a 250, 450, 650 ºC e um carvão comercial de eucalipto foi utilizado como controle. Os biocarvões foram caracterizados quimicamente e agitados com soluções contendo diferentes doses de P para verificar o comportamento da adsorção de P (isoterma de adsorção). Após filtragem, os biocarvões retidos no filtro foram submetidos à espectroscopia no infravermelho médio. Foram realizados: (i) Um experimento de incubação, fatorial 4 x 2 x 2 + controle, utilizando um solo contendo 70 g kg-1 de argila, com os tratamentos: 4 tipos de biocarvão aplicados na dose de 10 g kg-1; dois níveis de pH (4,8 e 5,8) e dois níveis de adubação fosfatada (0 e 50 mg kg-1). As análises realizadas no solo foram pH em solução de CaCl2 e SMP, P disponível e P remanescente. (ii) Um experimento em casa-de-vegetação, fatorial 4 x 3 x 4, com cultivo de plantas de feijão avaliando os 4 tipos de biocarvão produzidos, 3 doses de cada biocarvão (0, 450 e 900 mg kg-1) aplicados na linha de semeadura e 4 doses de P (0, 25, 50 e 100 mg kg-1) aplicadas contato com o biocarvão na linha. Não houve adsorção de P pelos biocarvões avaliados. Os espectros de infravermelho e análise química mostram que o aumento da temperatura causa diminuição da acidez total, porém aumenta aromaticidade e superfície específica dos materiais. No experimento de incubação os solos que receberam biocarvões produzidos com bagaço de cana apresentaram maior P disponível e remanescente, por mecanismos diferentes. Enquanto o biocarvão produzido à 250 ºC promove a redução da adsorção por interações promovidas por grupos ácidos, os biocarvões com estruturas aromáticas formam complexos de ligações não covalentes com os minerais. O biocarvão pode ser um material importante na redução da sorção de fósforo e economia de fertilizantes, porém pesquisas adicionais devem ser realizadas a fim de estudar a influência da matéria-prima e forma de produção nas potencialidades de uso do produto obtido.The Brazilian soils, as those from tropical environment, have high phosphorus (P) sorption capacity as a result of their weathering degree and consequently the mineralogical composition in the clay fraction. Soluble fertilizers have low efficiency since the fast adsorption occurs in mineral surfaces, as well as precipitation with cations in the soil solution. The organic matter acts decreasing P sorption in the soils after form organomineral complexes with minerals, by inactivation of adsorption sites. In this way, biochar that is a recalcitrant organic compost; however, contains surface reactive functional groups, can contribute decreasing soil P sorption. The aim of this work was to study the effect of different pyrolysis temperatures in biochar adsorption characteristics, P availability in the soil and plant P absorption from phosphate fertilizer. Biochars were produced by pyrolysis of sugarcane bagasse at 250, 450, 650 ºC and eucalyptus biochar was used as control treatment. Biochars were chemically characterized, and after mixed with solutions containing different P concentrations to study the P sorption behaviour (adsorption isotherm). After filtering, the biochars retained in the filters were undergoing to medium infrared spectroscopy. Were performed: (i) Incubation experiment, factorial 4 x 2 x 2 + control in a soil containing 70 g kg- 1 of clay, with the following treatments: the 4 biochar types cited above, applied at 10 g kg-1 rate; 2 pH levels (4,8 and 5,8) and 2 levels of phosphate fertilizer (0 and 50 mg kg-1). The soil pH (CaCl2 salt and SMP), available and remaining P were analysed. (ii) Greenhouse experiment was performed in 4 x 3 x 4 factorial scheme, with cultivation of common bean plants to evaluate the produced biochars; 3 biochar rates (0, 450 and 900 mg kg-1) were applied at the sowing line and 4 P rates (0, 25, 50 and 100 mg kg-1) added in the same line. The evaluated biochars do not adsorb P. Infrared spectroscopy and chemical analysis showed that increasing temperature resulted in a decreasing in the total acidity. However, occurred an increase in the aromaticity and specific surface of materials. Incubation experiment revealed that the soils which received biochar produced by sugarcane bagasse have greater available and remaining P, these influenced by different mechanisms. While biochar produced at 250 ºC promote adsorption reduction by interactions between biochar acid functional groups and mineral adsorption sites, biochars produced at high temperatures contain aromatic structures can complex minerals by noncovalent bonding. Biochar can be an important tool to reduce P sorption and increase the economy of fertilizers. However, further researches must be carried out to study the influence of feedstocks and pyrolysis technology in the potentiality of use of each biochar

Uso de carvão de osso e biocarvão para reciclagem de fósforo em sistemas agrícolas

Phosphorus (P) is a plant macronutrient and soils located in tropical regions generally show low content of this element. Moreover, these soils are acidic and show high fixing capacity of phosphorus, substantially decreasing fertilizers efficiency. For this reason, annual P inputs to soils are required to obtain feasible crop yields. The main concern regarding P in agriculture is this element is extracted from mines that are being depleted. For this reason, it is necessary to develop recycling P technologies in order economize mineral resources and obtain benefits from low cost sources locally available. Bones are a P-rich material that could be employed for P recycling; however, this sub-product from meat industry needs to be treated prior use to ensure health safety. Pyrolysis is a technology that has gained attention because it does not affect bone mineral structure as does calcination, which is a standard treatment. Performing pyrolysis of bones generates a material called bone char and tests suggests that its efficiency is comparable to common soluble fertilizers obtained from P rocks. Another way to obtain higher crop P and other nutrients absorption as well as yield, is to stimulate symbiosis of plants with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which are naturally found in soils. However, acidic soils from tropical regions generally difficult plant-AMF interaction due to high amount of exchangeable aluminum present. An alternative to overcome this issue would be to apply pyrolysis to organic wastes, generating a material termed biochar, which is rich in carbon, and sometimes nutrients, assisting AMF-plant symbiosis. Our aim was to produce through pyrolysis a set of bone chars in different temperatures (400, 550 and 800 °C) and atmospheric composition (sealed chamber, N2 flux and steam flux), and perform a detailed characterization of the resultant materials (chapter 1) to verify which possible factors are controlling bone char efficiency as fertilizer in a pot experiment labelled with 32P (chapter 2). To test the symbiotic pathway in P acquisition by plants through biochar use, two biochars from eucalyptus wood chips were produced at 300 and 700 °C and applied to a soil inoculated or non-inoculated with AMF. In this experiment we analyzed plant growth and colonization by AMF as well as nutrient absorption (chapter 3). Additionally, a trial with AMF spore germination evaluation was performed to investigate the possible inhibitory or positive effects of the biochars on AMF fungi.O fósforo (P) é um macronutriente para as plantas e solos localizados em regiões tropicais geralmente apresentam baixo conteúdo deste elemento. Ainda, estes solos são ácidos e apresentam alta capacidade de fixação de P, diminuindo substancialmente a eficiência de fertilizantes. Por esta razão, adições anuais de P ao solo são requeridas para obtenção de produtividades de plantas economicamente viáveis. A principal preocupação em relação ao uso de P na agricultura é que este elemento é extraído de minas que estão sendo exauridas. Por esta razão, é necessário o desenvolvimento de tecnologias de reciclagem de P a fim de economizar recursos minerais e obter benefícios oriundos de fontes de baixo custo disponíveis localmente. Um material que é rico em P e que poderia ser empregado na reciclagem de fósforo é o osso animal, no entanto, este subproduto da indústria de carnes necessita ser tratado previamente ao uso para garantir segurança sanitária. A pirólise é umas tecnologias que tem recebido atenção porque seu emprego no tratamento de ossos não afeta a estrutura do material como a calcinação, que é um tratamento padrão. Realizar a pirólise de ossos gera um material denominado de carvão de osso (bone char, em inglês), o qual testes sugerem que a sua eficiência é comparável à fertilizantes solúveis convencionais obtidos a partir de rochas fosfáticas. Outra forma de obter maior absorção de P e nutrientes e maior produtividade de cultivos é através do estímulo da simbiose de plantas com micorrízicos arbusculares (FMA), estes naturalmente encontrados em solos. No entanto, solos ácidos de regiões tropicais geralmente dificultam a interação de plantas-FMA devido ao elevado teor de alumínio trocável presente. Uma alternativa para superar esse problema seria a aplicação de pirólise a resíduos orgânicos, gerando assim um material chamado biocarvão, o qual é rico em carbono, e as vezes nutrientes, e poderia auxiliar na simbiose de plantas com AMF. Nosso objetivo foi produzir através da pirólise um conjunto de biocarvões em diferentes temperaturas (400, 550 e 800 °C) e composições atmosférias (câmara selada, fluxo de N2 e fluxo de vapor d\'água) e realizar a caracterização dos materiais resultantes (capítulo 1) para verificar que possíveis fatores controlam a eficiência do carvão de osso em um experimento em vasos com marcação com 32P (capítulo 2). A fim de testar o viés simbiótico na aquisição de P pelas plantas com o uso de biocarvão, dois biocarvões de cavaco de eucalipto produzidos a 300 e 700 °C foram aplicados a um solo inoculado ou não com FMA (capítulo 3). Nesse experimento foram analizados o crescimento de plantas e colonização por FMA, como também a absorção de nutrientes. Adicionalmente, um teste com a germinação de esporos de FMA foi realizado para investiar possíveis effeitos positions ou inibitórios dos biochar em esporos de FMA