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Title: Biocarbones (Biochars), caracterización y efecto en la biomasa y nutrición de N P K en una gramínea
Authors: Escalante Rebolledo, María Ariadna
ETCHEVERS BARRA, JORGE DIONISIO; 3083
Keywords: Biochar
Pirólisis
Caracterización
Secuestro de carbono
Bioenergía
Biomasa
Pyrolysis
Soil carbon sequestration
Biofuels
Biomass
Edafología
Doctorado
Issue Date: 2013
Abstract: Uno de los desafíos actuales para la ciencia y la tecnología es crear o innovar conocimientos existentes que permitan resolver las necesidades que tiene la población del país. Para ello es necesario conocer tales necesidades y poder estudiar las estrategias y tecnologías pertinentes que lleven a la solución de dicha situación. La demanda alimenticia actual en México es cada día mayor y ésta contrasta con el estado de abandono del campo. En particular nos preocupa el grado de deterioro que presenta el recurso suelo, así como la escasez de prácticas agronómicas que eleven la productividad de los cultivos. Esto nos lleva a probar tecnologías que en otras partes del mundo, aunque sea a nivel de investigación, han resultado en un beneficio para el campo. El biocarbón (biochar) es un producto generado por la pirólisis de residuos orgánicos, primordialmente rastrojos y podas de árboles, que ha demostrado mejorar las características del suelo y aumentar la productividad de los cultivos, además de presentar el beneficio adicional que al ser aplicado al suelo ayuda al secuestro de carbono. Sin embargo, las condiciones de proceso y el tipo y calidad de la materia prima han generado biocarbones de distinta calidad, tanto para el aumento en la productividad de los cultivos como en la salud ambiental que incluye la del ser humano. Es por esto que en esta investigación se planteó estudiar en México, ciertos aspectos de los biocarbones que nos permitan tener fundamentos acerca de la tecnología de producción y la calidad de los productos que con ella se generan. Este estudio planteó como objetivo elaborar biocarbones a nivel artesanal, establecer su caracterización física, biológica y química, además de probarlo en un cultivo indicador para determinar su efecto en su productividad, en condiciones controladas. Se elaboraron cuatro biocarbones generados de rastrojo de maíz procesados con diferentes tamaños de partículas y pirolizados artesanalmente a dos temperaturas. Las características físicas y químicas de los biocarbones así producidos fueron diferentes. Los materiales generados no provocaron fitotoxicidad y cuando aplicados a un cultivo de Lolium perenne L. (cultivo indicador), en diferentes dosis (0 a 20 toneladas equivalentes por hectárea), no mostraron un efecto significativo. Es probable que el corto tiempo del experimento y las condiciones experimentales hayan influido en esta respuesta. Los biocarbones tampoco impactaron, en general, las concentraciones nutrimentales del nitrógeno, fósforo y potasio de la parte aérea del L. perenne. En contraste, se observó una diferencia significativa positiva, pero independiente del tratamiento con biocarbón, cuando esta planta indicadora se trató con una lombricomposta mezclada con el biocarbón y el suelo, en contraste con lo ocurrido con la mezcla del biocarbón con suelo solo tratado con fertilización química. Los resultados mostraron que es posible elaborar biocarbones de calidad de manera artesanal, que no provocaron fitoxicidad en las plantas indicadoras, pero que aplicados al suelo mezclado con fertilizantes inorgánicos o con lombricomposta, no tuvieron una respuesta significativa importante, aunque no se descarta que fuese posible que la respuesta pudiese observarse en un tiempo más prolongado. La lombricomposta per se tuvo mayor influencia en el peso de biomasa, así como en el contenido de nitrógeno, mientras que la fertilización inorgánica aumentó ligeramente la concentración de fósforo. La respuesta al potasio en condiciones de invernadero fue mínima y no se espera que ésta ocurra en condiciones de campo. Se considera que es necesario realizar estudios más profundos sobre las características de los biocarbones y su efecto en la nutrición de los cultivos, principalmente considerando mayores tiempos de interacción del biocarbón con el suelo, pruebas a nivel de campo antes de transferir esta tecnología de manera segura a los productores. _______________ ABSTRACT: One of the current challenges for science and technology is to create or innovate existing knowledge to meet the needs that have the population of our country. For this, it is necessary to know and understand those needs and study relevant strategies and technologies that lead to the solution of this situation. Current food demand in Mexico is widening every day and it contrasts with the state of abandonment of the field. In particular, we are concerned with the degree of deterioration that presents the soil resource and the shortage of agronomic practices that increase crops productivity. This leads us to test technologies which in other parts of the world, even at research level, have resulted in a profit for the field. The biochar is a product generated by the pyrolysis of organic waste, primarily stubble and tree pruning, which has been shown to improve soil properties and increase crop productivity, besides presenting the additional benefit that when applied to the soil helps carbon sequestration. However, the process conditions and the type and quality of the raw material have generated biochar of different quality, both for increased crop productivity and environmental health, including human beings. Therefore, this research was designed to study in Mexico, certain aspects of biochar that allow us to have the bases of production technology and the quality of the products generated by this. This study proposed as objective to develop biochar at an artisanal level, to establish their physical, biological and chemical characterization, in addition to test it in a crop indicator to determine its effect on productivity under controlled conditions. Four different biochar were generated from corn stover, processed with different particle sizes and pyrolysed at two distinct temperatures. The physical and chemical properties of the four biochar were different. The generated materials did not cause phytotoxicity and when applied to a crop of Lolium perenne (Indicator crop) in different doses (0 – 20 tons equivalents per hectare) showed no significant effect. It is probable that the short time of the experiment and the experimental conditions could have influenced this response. The biochar neither had an impact in the nutrient concentrations of nitrogen, phosphorus and potassium in the aerial part of the L. perenne. In contrast, a positive significant difference, but independent of the treatment with biochar, was observed when the test plant was treated with vermicompost mixed with biochar and soil, as opposed to what happened with the mixture of biochar and soil only treated with chemistry fertilization. The results showed that it is possible to produce quality biochar by the artisanal way, which did not cause phytotoxicity in the indicator plants. However, when applied to soil mixed with inorganic fertilizers or vermicompost, there was no significant response, although it is possible that this could be observed over a longer time. The vermicompost per se had greater influence on the weight of biomass as well as on the content of nitrogen, while the inorganic fertilization slightly increased the concentration of phosphorus. The response to potassium in greenhouse conditions was minimal and it is not expected to occur under field conditions. It is considered necessary to perform further studies on the characteristics of biochar and its effect on crop nutrition, especially considering longer interaction times of biochar with soil and field-level testing before transferring this technology safely to producers.
Description: Tesis (Doctorado en Ciencias, especialista en Edafología).- Colegio de Postgraduados, 2013.
URI: http://hdl.handle.net/10521/2209
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