EL BIOCHAR COMO ESTRATEGIA PARA DISMINUIR LAS EMISIONES DE N2O EN SUELOS AGRÍCOLAS

Maria L. Cayuela, Asunción Roig, Miguel A. Sánchez-Monedero Dapartamento de Conservación de Suelos y Aguas y Manejo de Residuos Orgánicos.

CEBAS-CSIC

III Workshop remedia

Revisión y meta-análisis de los estudios publicados

10-11Abril, Universitat Politècnica deValència

Mitigación

GEI

Sistemas

Agrícolas I

BIOCHAR, UNA FORMA DE CARBÓN MUY ESTABLE…

Biomasa PIRÓLISIS

(400-900 °C)Sin oxígeno

GasBio-

Aceite

Biochar

suelo

?

• Mayor fertilidad que suelos adyacentes

• Alto contenido de carbono de origen pirogénico

TERRA PRETA DE INDIO/TIERRAS NEGRAS

(Glasser, 2007)

N2ON2O

Rondon, M.A., Ramirez, J.A., Lehmann, J., 2005. Greenhouse Gas Emissions Decrease with Charcoal Additions to Tropical Soils. Proceedings of the 3rd USDA Symposium on Greenhouse Gases & Carbon Sequestration in Agriculture and Forestry, p. 208.

DISMINUCIÓN DE LAS EMISIONES DE N2O TRAS LA ADICIÓN DE BIOCHAR…

Control soil Soil + Biochar

50% menos emisiones cultivo de soja (Glycine max, cultivar. ICA 6)

80% menos emisiones en cultivo de gramínea (Brachiaria humidicola, CIAT 679)

Van Zwieten, L., et al., Influence of biochars on flux of N2O and CO2 from Ferrosol. Australian Journal of Soil Research, 2010.

Yanai, Y. et al., Effects of charcoal addition on N2O emissions from soil resulting from rewetting air-dried soil in short-term laboratory experiments: Soil Science and Plant Nutrition, 2007.

Case, S.D.C., et al., The effect of biochar addition on N2O and CO2 emissions from a sandy loam soil – The role of soil aeration. Soil Biology & Biochemistry 2012

Kammann, S.R. et al., Biochar and Hydrochar Effects on Greenhouse Gas (Carbon Dioxide, Nitrous Oxide, and Methane) Fluxes from Soils. Journal of Environmental Quality, 2012

Spokas, D.C.R., Impacts of sixteen different biochars on soil greenhouse gas production. Annals of Environmental Science, 2009.

Singh, B.P., et al., Influence of biochars on nitrous oxide emission and nitrogen leaching from two contrasting soils. Journal of Environmental Quality, 2010.

Bruun, E.W., et al., Application of biochar to soil and N2O emissions: potential effects of blending fast-pyrolysis biochar with anaerobically digested slurry. European Journal of Soil Science, 2011

Clough, T.J., et al., Unweathered wood biochar impact on nitrous oxide emissions from a bovine-urine-amended pasture soil. Soil Science Society of America Journal, 2010

Año

1990 1995 2000 2005 2010 2015

Nú

mero d

e pu

blicacion

es (Scop

us)

0

20

40

60

80

Incrementa el pH

Venterea et al., 2012. Frontiers in Ecology and the Environment 10, 562-570

Libera toxinas(PAHs, dioxinas)

Incrementa la aireación

Modifica la concentración de C

disponible

Modifica la concentración de N disponible

MECANISMOS DE INTERACCIÓN DEL BIOCHAR CON N2O EN SUELOS ¿?

Adsorbe N2O

META-ANÁLISIS.

• Un total de de 30 artículos, 242 comparaciones (2007- Mayo 2013):

• 10% estudios de campo• 40% (1mes), 50% (2-6 meses), 10 % (> 6 meses)

• Emisiones de N2O en controles (XC) vs biochar (XB) (y desviaciones estándar)

• Datos sobre las características del biochar y suelos, dosis de aplicación, tipo de fertilizante, etc...

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

Si, una media de 54 ± 6%

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

2. BIOMASA DE ORIGEN

Effect size (% change N2O emissions)

-200 -100 0 100 200

Residuos lignocelulósicos (99) (industria agroalimentaria y del papel)

Lodos de depuradora (18)

Estiércoles (107)

Residuos herbáceos (282)

Madera (415)

Residuos sólidos urbanos (12)

Media (933)

2. RELACIÓN C/N

Effect size (% change N2O emissions)

-200 -100 0 100 200

C/N >500 (95)

100 < C/N < 500 (408)

30 < C/N < 100 (255)

10C/N < 30 (137)

C/N<10 (24)

Mean (919)

2. TIPO Y TEMPERATURA DE PIRÓLISIS

Effect size (% change N2O emissions)

-200 -100 0 100 200

Effect size (% change N2O emissions)

-100 -80 -60 -40 -20 0 20

Pirólisis lenta (543) Fast Pirólisis (157) Hydrochar (9) Media (709)

T>600 °C (32) 600<T<500 ° C(335) 500<T<400 °C (385) T<400 °C (148) Media (900)

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

Effect size (% change N2O emissions)

-150 -100 -50 0 50 100

3. DOSIS DE APLICACIÓN

>10 % (183)

5 - 10 % (132)

2 - 5 % (244)

1 - 2 % (159)

< 1 % (201)

Mean (919)

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

4. PH DEL SUELO

Moderately acid (293)5 < pH < 6.5

Acid (158)pH<5

Neutral (298)6.5 < pH < 7.5

Alkaline (145)pH>7.5

Mean (894)

Effect size (% change N2O emissions)

-100 -50 0 50 100

¿QUE PREGUNTAS ABORDA EL META-ANÁLISIS?

1. ¿Disminuye el biochar las emisiones de N2O significativamente? ¿Cuánto?

2. ¿Todos los tipos de biochar tienen la misma capacidad para disminuir las emisiones de N2O?

3. ¿Qué dosis de aplicación es necesaria para que sea efectivo?

4. ¿Funciona igual en suelos ácidos y alcalinos?5. ¿Influye el tipo de fertilizante aplicado junto al

biochar?

5. TIPO DE FERTILIZANTE APLICADO CON BIOCHAR

sin fertilizante (426)

enmienda orgánica (56)

Urea (82)

Mean (826)

NH4NO3 (136)

NO3- (126)

Effect size (% change N2O emissions)

-100 -50 0 50 100

FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:

• Estudios a largo plazo, con la finalidad de entencer como el “envejecimiento” del biochar afecta a sus propiedades y su interacción con el N.

• Estudios incluyendo el uso de plantas, con la finalidad de establecer factores de emisión por rendimiento de cultivo.

• Mecanismos de interacción del biochar con el N en el suelo. N C

MUCHAS GRACIAS

mlcayuela@cebas.csic.esMarialuz.Cayuela@gmail.com

EU project FERTIPLUS “Reducing mineral fertilisers and agro-chemicals by recycling treated organic waste as compost and bio-char” co-funded by the European Commission, Directorate General for Research & Innovation, within the 7th Framework Program of RTD, Theme 2 - Biotechnologies, Agriculture & Food

www.fertiplus.eu

Proyecto Nacional“Evaluación agrícola y ambiental del uso del biochar en el compostaje de residuos orgánicos” financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad. Ref. AGL2012-40143-C02-01

• Effect size for the meta-analysis: natural log-transformed response ratio (RR)

ln RR= ln (XB/XC)

• Grouped effect sizes were calculated using a categorical random effects model (Adams et al. 1997)

• MetaWin Version 2 Statistical software (Rosenberg et al., 2000)

Adams et al. (1997). Ecology, 78(5), 1997, pp. 1277–1283

Rosemberg et al. (2000) MetaWin: Statistical Software for Meta-Analysis. Version 2.0. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts.

META-ANALYSIS: METHODOLOGY .

BIOCHAR COMO ELECTRON SHUTTLE (ES)

NO3-

NO2-

NO N2N2O

BIOCHAR DISMINUYE N2O/N2DURANTE DESNITRIFICACIÓN