Potencial of Various Carbonize Organic Matter as Peat Substitute in Growing Media and Soil Amendments for Wheat and Sunflower Cultivation

Abstract

Biochar is a stable carbon-rich by-product obtained by pyrolysis of various biomasses. Its use has been recently suggested as peat substitution in potting substrates because of some intrinsic similarities with peat, while the addition to soil as an amendment lacks in open field experiments in the Mediterranean regions. Furthermore, only few studies on biochar impact on crops quality have been published, especially under field conditions in temperate regions. This work aims to test the potential of selected biochars from different feedstocks, and a composted biochar, to partially or fully substitute peat for tomato and basil growth in a nursery trial. In the case of basil, the assemblage of volatile compounds of basil as well was checked. This work also focused on the effects of biochar as soil amendment on the yield and the content of some nutraceutical compounds of wheat and sunflower. Overall, I found that high doses of biochar cannot be used in potting substrates for tomato and basil seedlings without negatively affecting their growth. Nonetheless, small doses are not harmful, and on a global scale may represent a precious contribution for preserving the remaining peat resources. The volatile organic compounds of basil were not significantly affected by biochar addition, even with 25% of peat substitution with biochar and up to 50% with composted biochar.. Conversely, high doses of biochar can be added as soil amendment for the cultivation of wheat and sunflower without negatively affecting their growth and nutraceuticals compounds, but this environment-friendly strategy is not feasible from an economic point of view.

Per biochar si intende del materiale carbonioso ottenuto dalla pirolisi di biomasse. In anni recenti il suo utilizzo è stato suggerito anche come possibile sostituto della torba per i substrati di crescita nella filiera vivaistica, grazie ad alcune sue caratteristiche che lo rendono simile alla torba, ma sono ancora pochi gli studi in tal senso. L’utilizzo del biochar come ammendante del suolo, invece, è stato molto più studiato, ma sono relativamente pochi gli studi effettuati su prove di pieno campo nelle regioni a clima temperato del bacino del Mediterraneo. In particolare mancano poi studi sul possibile effetto del biochar sulla qualità dei raccolti, specialmente sulle colture tipiche delle nostre regioni. Gli obbiettivi di questo lavoro sono quelli di testare un biochar compostato e diversi tipi di biochar, ottenuti da biomasse differenti in diverse condizioni di pirolisi, per la sostituzione totale o parziale della torba in una prova di vivaio su piante di pomodoro e basilico. Nel caso del basilico sono stati studiati gli effetti del biochar anche sul profilo dei composti volatili delle foglie. Questo lavoro si è inoltre focalizzato sugli effetti del biochar come ammendante del suolo, in una prova biennale su grano e girasole, sia sulla crescita delle piante che la produzione e la qualità del raccolto in termini di composti nutraceutici. I risultati ottenuti indicano che non si possono utilizzare alte dosi di biochar nei substrati di crescita senza riscontrare effetti negativi sulla crescita delle piante. Solo dosi basse di biochar possono essere quindi utilizzate per la sostituzione della torba, comunque contribuendo a diminuire lo sfruttamento delle torbiere. Il profilo dei composti volatili del basilico non è stato modificato dall’aggiunta del biochar nel substrato di crescita, alle dosi testate del 25% di biochar in volume e fino al 50% con biochar compostato, ma la biomassa e il colore delle piante sono risultate comunque negativamente impattate. Alte dosi di biochar possono essere aggiunte al suolo, per la coltivazione del grano e del girasole, senza influire negativamente sulla loro crescita e sui composti nutraceutici identificati, sebbene l’utilizzo di biochar in pieno campo ad alte dosi non è una strategia economicamente applicabile.

Se entiende por biochar un material rico en carbono obtenido por pirólisis de biomasa. Puesto que dicho material posee propiedades semejantes a la turba, en recientes investigaciones, aun incipientes, se está tratando de evaluar su capacidad para sustituir a este sustrato en cultivos de invernadero. Por otro lado, la aplicación agronómica más frecuente y más ampliamente estudiada es la del uso de biochar como mejorador de suelo. En este aspecto, hay pocos ensayos de campo en las regiones con clima templado de la cuenca mediterránea y en particular, no existen estudios previos sobre su influencia en la calidad de los cultivos típicos de esta región. El objetivo principal de este trabajo es estudiar, por un lado, la capacidad de un biochar compostado y de varios tipos de biochar obtenidos a partir de diferentes biomasas y bajo diferentes condiciones de pirólisis de actuar como co-sustrato de la turba, sustituyéndola total o parcialmente en cultivos de tomate y albahaca producidos en invernadero. En el caso de la albahaca también se estudia los efectos del biochar sobre el perfil de compuestos volátiles de sus hojas. Por otro lado, se estudia el efecto del biochar como mejorador de suelos agrícolas en un ensayo bienal bajo cultivos de trigo y girasol evaluando su influencia sobre el crecimiento vegetal y sobre el rendimiento de la cosecha, así como la calidad de los cultivos en términos de su riqueza en compuestos nutracéuticos. Los resultados obtenidos en invernadero indican que en dosis muy elevadas la presencia de biochar afecta negativamente al crecimiento de las plantas, pudiéndose administrar únicamente en dosis bajas. El perfil de compuestos volátiles de la albahaca a las dosis ensayadas (entre el 25% y 50% de biochar) no se vio modificado por la adición de biochar al medio, pero la biomasa y el color de las plantas sufrieron un impacto negativo en su presencia. Del experimento de campo se puede concluir que, en las condiciones ensayadas, los cultivos de trigo y girasol soportan la adición de altas dosis de biochar al suelo sin afectar negativamente ni a su crecimiento ni al contenido de los compuestos nutracéuticos identificados. Sin embargo, el uso de biochar en campo a altas dosis no es una estrategia económicamente viable.