Early effects of the addition of compost and/or biochar on the soil organic matter quality and short-term dynamics in a vineyard soil

Abstract

Biochar, the byproduct generated by the pyrolysis of biomass, has been proposed as an effective way of C sequestration into soils, as well as an organic amendment which can help to improve the soil fertility by increasing a wide range of soil attributes. Vineyard field plots were amended with an organic input of 5 MgC ha-1 coming from vineshoots biochar (SB plots), cow manure compost (SC plots) and a mixture of C-equivalent fractions of biochar and compost (SBC plots). Soil samples taken two weeks after the amendment were analyzed to quantify different fractions and attributes of soil organic matter (SOM) and incubated at 21ºC and 50% WHC during 100 days to measure the amount of C lost by mineralization. SC plots displayed the largest amounts of labile C, counted as hot water extractable (664.47±97.58 µg g-1 and 353.19±56.00 µg g-1 in SC and SB plots, respectively) and also by the measure of absorbance at 465 nm (0.031±0.004 % and 0.012±0.001 % in SC and SB plots, in that order), while SB plots showed a slightly larger proportion of C resistant to acid hydrolysis (0.52±0.02 and 0.46±0.03 in SB and SC plots, respectively). Concerning soil respiration along the 100-d incubation, SC plots released the maximum amount of Co2-C (925±88 mg CO2-C kg-1) whereas SB did not significantly increase the production of CO2-C (621±39 mg CO2-C kg-1 and 574±19 mg CO2-C kg-1 in the SB and S plots, respectively). When soil respiration has been computed as a fraction of the SOM (estimated as the weight loss at 375ºC due to the difficulty of quantifying the biochar-C with dichrornate), SB plots exhibited the lowest values (13.85±1.50), whereas the results of the S and SC plots were statistically higher (19.60±0.97 and 19.34±1.50, respectively). No differences were detected between the stability of the SOM of the S and SC plots, suggesting a high maturity of the cow manure compost. The arnounts of K2Cr2O7-reactive and hot water extractable C, the proportion of non hydrolyzable C and the aromaticity of the extractable C measured as the E4/E6 ratio appeared as the main factors affecting the C mineralization. From a management point of view, our results suggest that biochar and compost are compounds that perform different functions in the soil and, therefore, the decision of its use has to be necessarily determined by the effects that management has to achieve. Their combined use can not be discarded, as evidenced by the intennediate behavior of the plots amended with the mixture of biochar and compost.

S'ha proposat l'ús del biochar, producte residual de la pirólisi de biomassa, com a via de segrest de C en el sòl, alhora que com a esmena orgànica que pot contribuir a incrementar la fertilitat del sòl gràcies a la millora d'una gran varietat de propietats edàfiques. En aquest treball, una sèrie de parcel·les experimentals d'un sòl de vinya van ser tractades amb una aportació de 5 Mg ha-1 de C en forma de biochar (parcel·les SB), compost de fems de vaca (parcel·les SC) o bé una mescla de biochar i compost en proporcions tals que cada meitat del C aportat tenia origen en el biochar o en el compost (parcel·les SBC). Dues setmanes després de l'esmena se'n van agafar mostres per quantificar diferents fraccions i característiques de la matèria orgànica del sòl (MOS) i també per incubar-les a 21°C i al 50% de la seva capacitat de camp durant 100 dies per mesurar-ne les pèrdues de C per mineralització. Les parcel·les SC van presentar els continguts majors de C làbil, mesurat tant com a C extractable amb aigua calenta (664.47±97.58 µg g-1 i 353.19±56.00 µg g-1 a les parcel·les SC i SB, respectivament) i també per la mesura de l'absorbància a 465 nm dels extractes (0.031±0.004 % i 0.012±0.001 % a les parcel·les SC i SB plots, per aquest ordre), rnentre que les parcel·les SB van mostrar una proporció lleugerament major de C resistent a la hidròlisi àcida (0.52±0.02 i 0.46±0.03 a les parcel·les SB i SC, respectivament). Quant a la respiració del sòl durant la incubació de 100 dies, les parcel·les SC van alliberar la màxima quantitat de C-CO2 (925±88 mg CO2-C kg-1) mentre que a les parcel·les SB aquesta producció no va ser significativament major que a les parcel·les de control, sense esmena (621±39 mg CO2-C kg-1 i 574±19 mg CO2-C kg-1 a les parcel·les SB i S, respeclivament). En calcular la respiració del sòl com a fracció de la MOS (estimada com a pèrdua de pes a 375ºC a causa de les dificultats per quantificar el C del biochar amb dicromat), les parcel·les SB van presentar els valors menors (13.85±1.50), mentre que els resultats de les parcel·les S i SC van resultar estadísticament majors (19.60±0.97 i 19.34±1.50, respectivament) i no significativament diferents entre ells, fet que suggereix que el compost utilitzat tenia un alt grau de maduresa. Les quantitats de C reactiu amb K2Cr2O7 i extractable amb aigua calenta, la proporció de C no hidrolitzable i l'aromaticitat del C extractable, estimada a partir de la relació E4/E6, van resultar ser els principals factors que afectaven la mineralització del C. Des d'un punt de vista central en el maneig del sòl, els nostres resultats indiquen que el biochar i el compost són materials que realitzen funcions diferents al sòl i que, per tant, la decisió sobre si utilitzar-ne un o un altre ha de ser presa necessàriament en relació als resultats que es pretengui aconseguir. El seu ús combinat no és descartable, tal com ha evidenciat el comportament intermedi de les parcel·les esmenades amb la mescla de compost i biochar.