El nitrógeno de las enmiendas orgánicas y fertilizantes orgánicos: ventajas y desventajas

Transcripción

1 Miguel Angel Sánchez-Monedero Mariluz Cayuela Asunción Roig El nitrógeno de las enmiendas orgánicas y fertilizantes orgánicos: ventajas y desventajas

2 ESQUEMA DE ESTA CHARLA EL DILEMA DEL NITRÓGENO: BENEFICIOS E INCONVENIENTES BIOCHAR: ESTRATEGIA PARA REDUCIR PÉRDIDAS DE N 2 O EN SUELOS AGRÍCOLAS REDUCCIÓN DE PERDIDAS DE N DURANTE EL COMPOSTAJE CONCLUSIONES, DUDAS,

3 Dilema del Nitrógeno: Beneficios e Inconvenientes Beneficios: Necesario para la vida Mantiene niveles de producción Inconvenientes: Un exceso de nitrógeno causa impacto ambiental negativo NH 3 : acidificación, eutrofización N 2 O: cambio climático, ozono Retos Reducir la huella de nitrógeno Uso eficiente del nitrógeno

4 Herramientas para reducir la huella de N

5 FUENTES DE N 2 O EN AGRICULTURA FERTILIZACIÓN ORGÁNICA NH 4 + NO 3 NO 2 FERTILIZACIÓN MINERAL

6 Reciclado de residuos orgánicos en agricultura: reciclado de nutrientes FERTIPLUS_FINAL_NEWSLETTER.pdf(5 MB)

7 Biochar: estrategia para reducir las emisiones de N 2 O en suelos agrícolas Material rico en C obtenido a partir de la pirolisis de la biomasa altas temperaturas (>400 C) ausencia o baja disponibilidad de O 2

8 Biochar: estrategia para reducir las emisiones de N 2 O en suelos agrícolas Material rico en C obtenido a partir de la pirolisis de la biomasa altas temperaturas (>400 C) ausencia o baja disponibilidad de O 2 Cómo afecta a las emisiones de N 2 Oen suelos agrícolas? reducen las emisiones (Taghizadeh Toosi et al., 2011) no afecta (Castaldi et al., 2011; Suddick and Six, 2013) aumenta (Verhoeven and Six, 2014)

9 Biochar: estrategia para reducir las emisiones de N 2 O en suelos agrícolas Material rico en C obtenido a partir de la pirolisis de la biomasa altas temperaturas (>400 C) ausencia o baja disponibilidad de O 2 Cómo afecta a las pérdidas de N durante el compostaje de residuos orgánicos? Reducción de perdidas de N por volatilización de NH 3 (Steiner et al., 2010) Reducción de las emisiones de N 2 O (Wang et al., 2013)

10 EMISIÓN DE N 2 O EN SUELOS NH 4 + NO 3 NO 2 Atmosphere Soil Nitrifierdenitrification Nitrifiernitrification N 2 O N 2 N 2 O Denitrification N 2 N 2 O Codenitrification N 2 N2O Nu DNRA N 2 O NH 4 + NH 2 OH NO 2 NO 3 NO 2 NH 4 + Aerobic Anaerobic

11 EMISIÓN DE N 2 O EN SUELOS NH 4 + NO 3 NO 2

12 EMISIÓN DE N 2 O EN SUELOS NH 4 + NO 3 NO 2 Creciente número de estudios sobre los efectos del emisiones de N 2 O Mayoría de resultados se reducen emisiones en las Pero no siempre OBJETIVO Identificar mecanismos y cómo les afecta la adición de biochar 2 suelos con distintas respuestas al biochar Idénticas condiciones ambientales

13 Descripción del experimento BIOCHAR 550 C Residuos vegetales COT (g kg 1 ) 701,7 N (g kg 1 ) 2,7 ph 7,87 Suelo Haplic Phaeozem (HP) Haplic Calcisol (HC) Textura Arenosofranco Francoarenoso COT (g kg 1 ) 11,6 16,8 N(g/kg 1 ) 2,0 2,4 COT/N 5,8 7 ph 6,89 8,01 25 C 90% WFPS 100 g suelo ó 98 g suelo + 2g biochar 5,5 mg N/bote 250 ml

14 EMISIÓN DE N 2 O EN SUELOS NH 4 + NO 3 NO 2 Efecto de distintos fertilizantes sobre emisiones de N 2 O y N mineral 2suelos 3 tratamientos Control KNO 3 CO(NH 2 ) 2 BIOCHAR con sin

15 Efecto del biochar HP Biochar N 2 O 76% HC Biochar N 2 O 95% N 2 O 54% N 2 O 129% Emisiones acumuladas (µg NN 2 O kg 1 ) en cajetín superior

16 Mecanismo desnitrificación suelo HP SUELO HP DESNITRIFICACIÓN HETERÓTROFA NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 Ra o N 2 O/(N 2 O+N 2 ) BIOCHAR N 2 O N 2 O/ (N 2 O+N 2 ) Electron shuttle

17 Mecanismo nitrifier-dinitrification suelo HC NITRIFIERDENITRIFICATION N 2 O N 2 O BIOCHAR amoa NH + 4 amoa NH 2 OH NO 2 NO N 2 O N 2 Amonio monooxigenasa Hidroxilamina oxidoreductasa =

18 Biochar: reducción de emisiones de N 2 O NH 4 + NO 3 NO 2 Funciona en todos los suelos? No. La adición de biochar afecta las emisiones de N 2 O de forma diferente según cuál sea el mecanismo de formación operante en el suelo Dónde es más efectivo? Suelos con condiciones ambientales favorables para la desnitrificación

19 Reducción de las pérdidas de N durante el compostaje de residuos orgánicos

20 Pérdidas de N durante el compostaje NH 3 Temperatura RNH 2 NH 4+ NO 3 DESNITRIFICACIÓN FASE TERMÓFILA NITRIFICACIÓN MADURACIÓN

21 Emisión de N 2 O durante el compostaje

22 Influencia de la adición de urea With urea Without urea 4 (a) (a) g N-N 2 O m -2 day (b) Composting time (weeks) (b) nitrificación? g N-NH 4 + kg desnitrificación? 1 0 1,4 1,2 Composting time (weeks) (c) Composting time (weeks) (c) kg -1 g N-NO 3-1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Composting time (weeks) Composting time (weeks) THU TOU DTS TS TOS Sánchez-Monedero y col., Chemosphere, 81(1) 18-25

23 Mecanismos formación N 2 O durante el compostaje Maeda y col., Microb Biotechnol. 4(6):

24 Influencia de la concentración de O 2 Wang y col., Scientific Reports5:14932 DOI: /srep14932

25 Pérdidas por desnitrificación Maeda, Japan Agricultural Research Quarterly 49 (1),

26 Qué propiedades del biochar favorecen el proceso de compostaje? 1 Estructura porosa que facilita aireación e intercambio gaseoso Biochar disminuye las pérdidas de N en materiales ricos en N (estiércoles) 3 Propiedades de adsorción que disminuyen las emisiones de compuestos volátiles (malos olores)

27 BIOCHAR: IMPACTO EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE Experimento de compostaje: fracción sólida de purines + serrín (biochar 3%) Wang et al., 2013 Environmental Science & Technology 47 (13),

28 BIOCHAR: IMPACTO EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE Experimento de compostaje: Gallinaza + paja 3% biochar SánchezGarcía et al., 2015, Bioresource Technology 192,

29 BIOCHAR: IMPACTO EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE Experimento de compostaje: alperujo + estiércol 3% biochar LópezCano et al., 2016, Waste Management 49,

30 CONCLUSIONES, DUDAS Potencial para reducción de emisiones de N 2 O Reciclado de residuos orgánicos en agricultura Reciclado de N, disminución del uso de fertilizantes minerales Biochar propiedades redox? Efecto del biochar en suelo Disminuye emisiones de N 2 O en suelos (desnitrificación) Estimulación de procesos microbianos (todos los ciclos de nutrientes, pero en especial nitrificación) Efecto del biochar en el compostaje Aumenta la biomasa microbiana (acelera proceso) Disminuye pérdidas de N (aumenta nitrificación) Disminuye emisiones de volátiles (olores)

31 Gracias por vuestra atención! FPI