Efectos del biochar sobre el suelo, las características de la raíz y la producción vegetal

Abstract

La agricultura debe hacer frente en la actualidad a una serie de desafíos como son el cambio climático, la degradación y pérdida de fertilidad de los suelos, y la alta demanda de alimentos. El sector agrícola es muy relevante en este escenario, ya que, por una parte, la actividad agrícola contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero y por otra, se ve afectada negativamente por las consecuencias derivadas del cambio climático (incremento de temperatura, aumento de la aridez, etc.). Hasta ahora se ha conseguido aumentar el rendimiento de los cultivos principalmente mediante prácticas poco sostenibles a largo plazo, tales como el manejo abusivo del suelo y el uso excesivo de fertilizantes. Todo ello a expensas de la reducción de la calidad del suelo y del aumento de la contaminación del mismo. Esto hace necesario implementar en el sector agrícola estrategias sostenibles que aumenten el rendimiento de los cultivos sin aumentar el impacto sobre el área cultivada y que reduzcan a su vez las emisiones de gases de efecto invernadero. El biochar es un material rico en C que se obtiene de la descomposición termo-química de residuos orgánicos a temperaturas que generalmente oscilan entre 300 y 700 ˚C y en ausencia de oxígeno (pirólisis). El proceso de pirólisis estabiliza el C existente en la materia orgánica en una forma más resistente a la descomposición química y biológica, por lo que al ser incorporado al suelo no se degrada y el C no es emitido a la atmósfera como ocurre con la descomposición de materia orgánica sin pirolizar. Las características del biochar le confieren la capacidad potencial de mejorar las propiedades físico-químicas del suelo y aumentar la productividad de los cultivos, contribuyendo además al secuestro de C, lo que convierte al biochar en una herramienta para luchar contra el cambio climático. Los efectos del biochar sobre las propiedades del suelo pueden varían en función de las características del biochar, que a su vez dependen de las propiedades del material del que se obtiene y de las condiciones de pirólisis. Esto explica que las respuestas de los cultivos a la adición de biochar sean muy variables. La mayoría de los estudios han analizado los efectos del biochar sobre la producción agrícola, sin profundizar en los mecanismos de las plantas que explican estas respuestas. Esta tesis doctoral tiene como objetivo profundizar en el estudio de estos mecanismos, evaluando las respuestas de los rasgos funcionales más importantes de la planta a los cambios inducidos por el biochar...

Agriculture has currently to face challenges such as climate change, soil degradation and loss of fertility and high demand for food production. The agricultural sector is very important under the above scenario, since, agricultural activity contributes to greenhouse gas emissions and, it is adversely affected by the consequences of climate change (temperature increase, aridity, etc.). So far the crop yield increase has been mainly obtained by unsustainable practices in the long-term such as abusive land management and overuse of fertilizers, at the expense of reduced soil quality and increased pollution. Therefore, it is necessary to implement sustainable agriculture strategies to increase crop yields without increasing the impact on cultivated area and reduce greenhouse gas emissions. Biochar is a carbon-rich material obtained from the thermochemical decomposition of organic wastes at temperatures between 300 and 700 ° C under oxygen limited conditions (pyrolysis). The pyrolysis process stabilizes the C existing in the organic matter in a more resistant to chemical or biological decomposition, so that when incorporated into the soil is kept stable for longer and is not emitted to the atmosphere as would occur with the biomass decomposition. Biochar characteristics give it the capacity to improve the physic-chemical properties of soil and increase crop yield, while contribute to C sequestration, which becomes a tool to fight against climate change. The effects of biochar on soil properties depend on the characteristics of biochar, which in turn depend on the characteristics of feedstock and pyrolysis conditions. This explains the high variability in crop responses obtained after biochar addition. Most biochar studies have examined its effects on crop yield, without deepening in the plant mechanisms that explain these responses. The main objective of this thesis is to deepen in these plant mechanisms, evaluating the responses of key functional plant traits to biochar-induced changes. For this purpose, experiments both under controlled (growth chamber and greenhouse) and field conditions were carried out, using different biochar types (obtained from olive-tree pruning and wheat straw), application rates and agronomic species: cotton (Gossypium herbaceum L.), eggplant (Solanum melongena L.), rapessed (Brassica napus L.), chickpea (Cicer arietinum L.), corn (Zea mays L.), pepper (Capsicum annuum L.), soybean (Glycine max L.), tomato (Solanum lycopersicum L.) and wheat (Triticum durum L.)...