Interacción del biochar con las dinámicas de N involucradas en la formación y emisión de óxido nitroso en agricultura
- Autores: Maria Sanchez Garcia
- Directores de la Tesis: Miguel Angel Sanchez Monedero (dir. tes.), María Luz Cayuela García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rosa María Gómez Cerezo (presid.), Jorge Álvaro Fuentes (secret.), Teresa Gea Leiva (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biodiversidad y Gestión Ambiental por la Universidad de Murcia
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
- Resumen
El potencial de calentamiento global del óxido nitroso es unas 300 veces superior a una masa equivalente de dióxido de carbono, por lo que la reducción de sus emisiones representa un importante papel en la lucha contra el cambio climático. El objetivo del presente trabajo de tesis consiste en alcanzar una mejor comprensión sobre cómo el biochar influye en las dinámicas del N implicadas en la formación y emisión de N2O a partir de dos importantes fuentes agrícolas: los suelos y el reciclaje de residuos orgánicos a través del compostaje. Con este propósito, el trabajo experimental se ha estructurado del siguiente modo: - Experimentos de suelo bajo condiciones de laboratorio con medidas de gases conteniendo nitrógeno marcado 15N e inhibidores de la nitrificación con el objetivo de identificar los principales mecanismos responsables de la formación de N2O en distintos suelos y cómo el biochar influye sobre los mismos.
- Experimento de campo de dos años de duración en un suelo bajo cultivo ecológico de olivos en el que se estudió su respuesta a tres enmiendas diferentes: biochar, compost y una mezcla compost/biochar. Durante este tiempo se monitorizaron las emisiones de N2O, el almacenamiento de C en el suelo, la disponibilidad de C y N y la actividad microbiana relacionada con el ciclo del N. También se evaluó el estado nutricional de los olivos.
- Experimento a escala real del compostaje de gallinaza en el que se evaluó el impacto de una pequeña adición de biochar en el desarrollo del proceso, la liberación de gases y la calidad del compost obtenido.
Los resultados de los experimentos de laboratorio demostraron que en distintos tipos de suelos bajo las mismas condiciones de laboratorio pueden predominar distintos mecanismos de formación y emisión de N2O. Además, la adición de biochar puede reducir o aumentar dichas emisiones según cuál sea el mecanismo responsable de las mismas. La adición de biochar mitigó las emisiones cuando procedían de mecanismos de desnitrificación. Sin embargo, el biochar favoreció el mecanismo conocido como nitrifier-denitrification y en consecuencia las emisiones asociadas a este mecanismo.
El experimento de campo se realizó en una explotación ecológica de olivos con riego deficitario bajo un clima mediterráneo semiárido. Durante dos años se monitorizaron las emisiones de N2O tras realizar una enmienda de compost, de biochar y de una combinación de ambos (compost+biochar). Los suelos enmendados con la combinación de compost y biochar registraron los niveles más altos de actividad enzimática desnitrificante (en inglés: Denitrifying Enzyme Activity, DEA) así como un incremento en el número de copias del gen amoA (gen estructural de la enzima amonio monooxigenasa, implicada en el primer paso de la nitrificación). Las emisiones de N2O no se vieron afectadas de forma significativa por las distintas enmiendas, que en general fueron muy bajas. En estas condiciones, en las cuales la desnitrificación no es el mecanismo predominante, el biochar o las enmiendas que contienen biochar no tuvieron el efecto de mitigación de las emisiones que habitualmente se observa en otros suelos.
Finalmente, se evaluó el compostaje a escala piloto de una mezcla de gallinaza y paja de cebada y se monitorizó todo el proceso con y sin adición de biochar. Aunque no de modo significativo, en las pilas con biochar se registraron flujos de óxido nitroso más elevados coincidiendo con las fases mesofílica y de maduración, lo que probablemente estuvo relacionado con procesos de nitrificación. La adición de biochar no tuvo un efecto distintivo en las pérdidas de N ni en el contenido en macro y micronutrientes, siendo los parámetros de calidad similares en los dos tipos de composts. No obstante, se estimó que la adición de un 3% de biochar redujo un 20% el tiempo de compostaje, con el consiguiente ahorro de los costes de producción.
Nitrous oxide (N2O) global warming potential is about 300 times greater than the equivalent mass of carbon dioxide. Thus, the reduction of N2O emissions plays an important role concerning climate change mitigation. The aim of this dissertation is to improve our understanding of biochar effect on N dynamics involved in the formation and emission of N2O from two important agricultural sources: soils and the recycling of organic wastes through composting. With this objective, the experimental work has been structured as follows: - Soil experiments in laboratory conditions with gas measurements containing marked nitrogen 15N and nitrification inhibitors with the purpose of identifying the main pathways leading to N2O formation in contrasting soils and how biochar influences different mechanisms.
- Two-year field experiment in a semi-arid calcareous soil cultivated with olive trees organically managed studying the response of three different amendments: biochar, compost and a mixture compost/biochar. During this experiment, the impact of the three amendments on N2O release, soil C accrual, C and N availability and microbial activity related to the N cycle were monitored. The nutritional status of the olive trees was also assessed.
- Full scale experiment of poultry manure composting in order to address the impact of a low quantity of biochar addition on the process performance, gaseous release and the quality of the end product.
The results of laboratory experiments demonstrated that different mechanisms of N2O formation and emission can prevail in different soils under the same environmental conditions. Moreover, biochar addition can decrease or increase these emissions depending on the mechanism involved. Biochar addition reduced N2O emissions when proceeding from denitrification. However, biochar promoted the mechanism known as nitrifier-denitrification and the consequent emissions associated to this mechanism.
The field experiment was developed in an agricultural organic olive orchard with deficit irrigation under semi-arid Mediterranean conditions. During two years N2O emissions were monitored after compost, biochar and a mixture of both (compost+biochar) amendment. The soils amended with the mixture reached the highest levels of denitrifying enzyme activity (DEA) as well as an increase of the number of copies of the AmoA gene (structural gene encoding the enzyme ammonia monooxigenase, involved in the first step of nitrification). N2O emissions were not significantly affected by different amendments, which were generally very low. In these conditions, where denitrification is not the prevailing mechanism, biochar or amendments containing biochar did not mitigate N2O emissions as it is usually observed in other soils.
Finally, a pilot scale composting process of a mixture of poultry manure and barley straw was evaluated. The whole process was monitored with and without biochar addition. Although not significant, biochar treated piles registered higher N2O fluxes during the mesophilic and maturation phases, which was probably related to nitrification processes. Biochar addition did not affect N losses nor the concentration of macro and micronutrients, being quality parameters similar in both types of composts. However, it was estimated that the 3% addition of biochar reduced the required time for the composting process a 20%, with the consequent alleviation of the production costs.
