Využití biochar pro zvýšení výnosů a půdní úrodnosti

Ing. Nikola Teutscherová

Doctoral thesis

The use of biochar for soil fertility improvement and increased crops yields

Abstract:

Biouhel, materiál bohatý na uhlík získaný pyrolýzou organické hmoty, získal širokou vědeckou a veřejnou pozornost kvůli pozitivnímu vlivu na vlastnosti půdy a růst rostlin. Dále je vzhledem k jeho vysoké stabilitě považován za jeden z nejslibnějších způsobů sekvestrace uhlíku v zemědělských půdách. Přesto, navzdory rychle rostoucímu počtu studií zaměřených na vliv biouhlu na úrodnost půdy, stále existuje mnoho nejistot a získané výsledky jsou často nejednoznačné. Cílem této práce bylo podrobně vyhodnotit účinky biouhlu vyrobeného z dubu cesmínového na transformaci živin půdy ve dvou kontrastních středomořských půdách. Vybrané půdy byly: (i) degradovaný Acrisol z jihozápadního Španělska, jež je charakterizován nízkým pH a vysokou dostupností Al, a (ii) zásaditý Calcisol z centrálního Španělska, který se běžně používá k intenzivnímu zemědělství. Aplikace biouhlu do Acrisolu vedla ke zvýšení půdního pH, jež bylo spojeno se změnami mikrobiální biomasy a aktivity a odrazilo se ve zvýšené mineralizaci dusíku (N) a vyluhování N z půdy. Zatímco mineralizace dusíku byla stimulována bezprostředně po aplikaci biouhlu, nitrifikace byla ve studované půdě omezena jinými faktory. Časové oddělení amonifikace a nitrifikace tedy způsobilo ztráty dusíku v amoniakální formě spíše než ve formě dusičnanů. Nicméně tento účinek byl spíše krátkodobý a v pozdějších fázích inkubace nebyl zjištěn žádný rozdíl mezi kontrolní půdou a půdou s přídavkem biouhlu, pravděpodobně v důsledku vyčerpání snadno rozložitelných organických látek. V alkalickém Calcisolu byl účinek biouhlu mnohem méně výrazný, což poukazuje na důležitost změny půdního pH po aplikaci biouhlu na mikrobiální aktivitu půdy. Nebyl však zjištěn žádný negativní vliv biouhlu a obsah půdního organického uhlíku se zvýšil, což naznačuje využití biocharů jako prostředku sekvestrace uhlíku. V obou půdách byla aplikací biohlu zvýšena stabilita půdních agregátů při aerobní inkubaci, ale snížena v půdních sloupcích s častým promýváním, jež poukazuje na nedostatky v našich znalostech vlivu biouhlu na půdní vlastnosti, jež jsou nezbytné pro zavedení velkoplošného užívání biouhlu v zemědělství.

Abstract:

Biochar, a carbon-rich material obtained by pyrolysis of organic matter, has been receiving wide scientific and public attention due to its positive effect on soil properties and plant growth. Furthermore, owing to its recalcitrance it is considered to be one of the most promising means of carbon sequestration in agricultural soils. Nevertheless, despite the rapidly increasing number of studies focusing on the influence of biochar on soil fertility, there are still many uncertainties and obtained results are often ambiguous. The aim of the present thesis was detailed evaluation of the effects of biochar produced from holm oak pruning waste on soil nutrient transformations in two contrasting Mediterranean soils. Selected soils were (i) acid degraded Acrisol collected from SW Spain characterized by low pH and high Al availability, and (ii) alkaline Calcisol from central Spain which is commonly used for intensive agriculture. Biochar application to Acrisol caused pH raise which was linked to changes in microbial biomass and activity and was reflected in the enhanced nitrogen (N) mineralization and leaching of N from the soil. While mineralization of nitrogen was stimulated immediately after biochar application, nitrification seemed to be limited by other factors in the studied soil. Thus, the temporal decoupling of ammonification and nitrification caused losses of nitrogen as ammonium rather than in nitrate form. Nevertheless, this effect was rather short-term and no difference between control and biochar amended soil was found in the later stages of soil-biochar incubation, probably as a result of exhaustion of easily decomposable compounds. In alkaline Calcisol, the effect of biochar was much less pronounced, which highlights the importance of liming capacity of biochar. Nevertheless, no negative impact of biochar was detected and soil organic carbon content was increased, suggesting the utilization of biochar as a mean of carbon sequestration. In both soils, the stability of water stable aggregates was increased by biochar in the aerobic incubation, but was reduced in the column leaching experiment, which highlights the lack of our understanding of the biochar effects on soil properties, which is necessary for large-scale biochar implementation in agriculture.

Keywords

Acrisol, biouhel, Calcisol, extracelulární enyzmy, nitrifikace, mineralizace dusíku, vymývání dusíku

Keywords

Acrisol, biochar, Calcisol, extracellular enzymes, nitrification, nitrogen leaching, nitrogen mineralization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 8. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Bohdan Lojka, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Tropical AgriSciences

Doctoral programme / field:
Agricultural Specialization / Tropical and Subtropical Agriculture