Produzione di biochar da segatura di pino a supporto del fosfato

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12815 (2022) Citare questo articolo

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Abbiamo prodotto e caratterizzato il biochar ottenuto dalla segatura di pino caraibico come materia prima. Il biochar (BC500) è stato utilizzato come supporto biocompatibile per coinoculare i batteri solubilizzanti i fosfati (PSB) (BC500/PSB) su piante di Allium cepa L., su scala di serra per quattro mesi. Lo studio dei tre biomateriali comprendeva analisi prossimali, analisi elementare, analisi dell'aromaticità, microscopia elettronica a scansione, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), studi di adsorbimento a pH diverso e stabilità PSB in funzione del tempo. I risultati hanno indicato che BC500 è adatto come supporto organico o matrice solida per mantenere la vitalità del PSB in grado di solubilizzare il P dalla roccia fosfatica (PR). Il biofertilizzante (BC500/PSB) consente di aumentare la germinazione, la crescita delle piantine, l'assimilazione dei nutrienti e la crescita di Allium cepa L., poiché il PSB immobilizzato su BC500 ha promosso la mobilitazione dei nutrienti, in particolare P, durante la coltivazione di Allium cepa L., su scala di vaso. I due trattamenti per valutare il biofertilizzante (BC500/PSB) hanno mostrato le più alte concentrazioni di P totale con 1,25 ± 0,13 e 1,38 ± 0,14 mg bulb−1 in A. cepa L. Questo lavoro presenta i vantaggi di un nuovo prodotto a base di batteri naturalmente associato alla cipolla e ad un materiale organico (BC500) che funge da vettore batterico che aumenta l'area di adsorbimento dei nutrienti altamente reattivi, riducendone la lisciviazione o la precipitazione con altri nutrienti e il fissaggio alla matrice solida del terreno.

La Colombia è un paese a vocazione forestale con il potenziale per attuare programmi di riforestazione commerciale. La posizione geostrategica della Colombia è favorevole al commercio di prodotti agroforestali1. A fini commerciali i generi e le specie più coltivati sono Pinus caribaea, Tabebuia rosea, Tectona grandis ed Eucalyptus pellita2,3,4. Per la loro produzione, le aziende forestali implementano l'intero processo produttivo, compresi semi o cloni di alta qualità, propagazione del materiale vegetale nei vivai, piantagioni forestali e aree di raccolta3,4,5. Nella fase di raccolta si generano grandi quantità di rifiuti solidi ricchi di biomassa lignocellulosica (segatura, trucioli, cortecce, foglie o fusti) che potrebbero rappresentare fino al 50% del legno lavorato6,7,8. La degradazione di questi rifiuti è lenta poiché sono costituiti da lignina, cellulosa ed emicellulosa9,10. Questi polimeri sono complessi, resistenti, idrofobi e la loro trasformazione biologica (processi di discarica e compostaggio) è lenta7,11,12,13; con il risultato che un'elevata percentuale di questi rifiuti non viene utilizzata in modo appropriato o viene utilizzata grezza (non trasformata) nei processi agroindustriali come miscele di riempitivi per la produzione di compost11,14, materiale isolante per allevamenti di pollame, suini e bestiame15,16,17 e vengono utilizzati come substrati di impianto per la propagazione del materiale vegetale nei vivai forestali6,7,18.

Sebbene l’utilizzo di questi sottoprodotti agroindustriali grezzi o parzialmente trasformati sia diffuso in tutto il mondo, si possono valutare altre alternative, come la conversione termica o la pirolisi in condizioni ridotte o in assenza di ossigeno. Attraverso questo processo fisico si possono ottenere nuovi prodotti come biochar, oli, gas e composti volatili19,20,21,22. La segatura di pino è uno dei materiali più utilizzati per la sua economicità, si trova in grandi quantità e può essere utilizzata per diversi scopi19,23,24.

In generale, il biochar offre un'elevata area superficiale, porosità, nutrienti associati alla biomassa iniziale e capacità di trattenere acqua e microrganismi25,26,27,28,29,30, utilizzato con successo in agricoltura come ammendante organico o ammendante organico del terreno, perché migliora la stabilità strutturale del suolo, la porosità, la conduttività idraulica, l'aerazione del suolo e la capacità di scambio cationico26,31,32; generando un aumento della disponibilità di nutrienti, della fertilità del suolo e quindi un effetto benefico su diverse colture31. Inoltre, grazie alla sua elevata porosità, il biochar offre una nicchia favorevole per i microrganismi del suolo o aggiunti come inoculanti biologici chiamati rizobatteri che promuovono la crescita delle piante (PGPR), consentendo loro di rimanere vitali e metabolicamente attivi per lungo tempo25,33,34,35, 36. I PGPR hanno meccanismi diretti e indiretti attraverso i quali promuovono la crescita delle piante. Il meccanismo diretto comprende l’attività biofertilizzante, la stimolazione della crescita delle radici, la bonifica dei rizobi e il controllo dello stress nelle piante25,32,36,37,38. I meccanismi indiretti includono il controllo biologico come l'antibiosi, la competizione e l'induzione di resistenza sistemica nelle piante25,39,40,41.

30 and lower than 60%) 65./p> pHzpc). Under these conditions, different interactions could occur between BC500 and adsorbates (bacteria and orthophosphates)66./p>

0.05) appeared between these two treatments (Fig. 4A). No significant differences (p > 0.05) were observed for bulb-fresh and leaf-fresh weight (Fig. 4A)./p> 0.05) appeared among treatments regarding the variables of total dry weight, bulbs dry weight, and leaf dry weight (Fig. 4B)./p> 0.05), the content of P, N, K, Ca y S in plants of T2 (Abundagro + 2% Biochar + PSB) is noteworthy (Table 4). Concerning the micronutrients, the differences were significant (p < 0.05) for Fe and Cu, for Fe the highest concentration was in T2 (0.1217 ± 0.0243 mg bulb−1), followed by T1 (0.0710 ± 0.0204 mg bulb−1) and T6 (0.0690 ± 0.0137 mg bulb−1), while the highest Cu content was found in T1 (0.0016 ± 0.0006 mg bulb-1), followed by T2, T3 and T4 (Table 4). No significant differences (p > 0.05) were observed for Na, Mn, and Zn. The values for T2 plants were 1.6455 ± 0.2156, 0.0262 ± 0.0038 and 0.0202 ± 0.0024 mg bulb−1, respectively. The B content ranged from 0.0194 ± 0.0023 to 0.0333 ± 0.0032 mg bulb−1 in all treatments (Table 4)./p> pHzp), causing an electrostatic repulsion between the PSB and the BC500. This electrostatic repulsion was more evident at pH 8.0 than at pH 5.0, indicating that at pH 5.0 coexist both positively and negatively charged functional groups25./p> pHzp) and generates an electrostatic repulsion with the orthophosphate ions, which are also negatively charged49. A similar result reported by Lou et al.49, in their work produced biochar at 300 and 600 °C, observing that phosphorus removal was low at pH under the isoelectric point49. On the other hand, the graphene layers formed during the pyrolysis process can also acquire a negative charge at pH above pHzpc, contributing to a decrease in the adsorption of ions negatively charges75./p>