Search

Summarization: This study was conducted to evaluate whether biochar, produced by pyrolysis at 300°C from rice husk and grape pomace (GP), affects plant growth, P uptake and nutrient status. A 3-month period of ryegrass (Lolium perenne L.) cultivation was studied on two Mediterranean agricultural soils. Treatments comprised control soils amended only with compost or biochar, and combinations of biochar plus compost, with the addition of all nutrients but P (FNoP) or without any fertilization at all (NoF). Application of both types of biochar or/with compost, in the presence of inorganic fertilization except P, significantly increased (P < 0.05) dry matter yield of ryegrass (58.9–77.6%), compared with control, in sandy loam soil, although no statistically significant increase was observed in loam soil. GP biochar and GP biochar plus compost amended loam soil harvests gave higher P uptake than control, in the presence of inorganic fertilization except P, whereas in sandy loam soil, a statistical increase was recorded only in the last harvest. In addition, Mn and Fe uptake increased with the addition of the amendments in both soils, while Ca increased only in the alkaline loam soil. Biochar addition could enhance ryegrass yield and P uptake, although inorganic fertilization along with soil condition should receive special attention. Presented on: Archives of Agronomy and Soil Science

Διδακτορική διατριβή που υποβλήθηκε στη σχολή ΜΗΠΕΡ του πολ. Κρήτης για την πλήρωση προϋποθέσεων λήψης του διδακτορικού τίτλου Περίληψη: Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η αξιοποίηση βιοεξανθρακωμάτων (biochars), προερχόμενα από τέσσερα διαφορετικά αγροτικά οργανικά παραπροϊόντα, με σκοπό την εφαρμογή τους σε καλλιέργειες. Τα οργανικά παραπροϊόντα που χρησιμοποιήθηκαν, ήταν τα στέμφυλα (Σ), οι φλοιοί ρυζιού (ΦΡ), οι εξαντλημένοι σπόροι κριθαριού (ΣΚ) και η πλεονάζουσα μαγιά (Μ). Η επιλογή των φλοιών ρυζιού έγινε λόγω της μεγάλης αφθονίας, παγκοσμίως, ενώ τα στέμφυλα λόγω των μεγάλων ποσοτήτων που παράγονται από τη διαδικασία της οινοποίησης στην Κρήτη. Οι εξαντλημένοι σπόροι κριθαριού και η πλεονάζουσα μαγιά επιλέχτηκαν λόγω της αύξησης της δραστηριότητας ζυθοποίησης τα τελευταία χρόνια στην Ελλάδα, επομένως και παραγωγής παραπροϊόντων ζυθοποιίας. Στο πρώτο μέρος της μελέτης διερευνήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων σε θερμοκρασία πυρόλυσης 300°C, που είχαν προέλθει από φλοιούς ρυζιού (BC-ΦΡ) και στέμφυλα (BC-Σ), στο Lolium perenne L. Η διάρκεια της καλλιέργειας ήταν 3 μήνες και χρησιμοποιήθηκαν δύο καλλιεργούμενα εδάφη διαφορετικής κοκκομετρικής σύστασης (Sandy Loam-SL και Loam-L). Στόχος ήταν να μελετηθεί (i) αν τα βιοεξανθρακώματα με/χωρίς οργανική (κόμποστ) λίπανση, σε δόση 2% κ.β. είτε χωρίς ανόργανη λίπανση (ΧΛ) είτε σε συνδυασμό με ανόργανη χωρίς Ρ (ΛΧΡ), επηρεάζουν το ξηρό βάρος του υπέργειους μέρους του φυτού, τη συγκέντρωση Ρ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς και (ii) αν τα βιοεξανθρακώματα σε συνδυασμό με ή χωρίς κόμποστ, σε δόση 2% κ.β, χωρίς ανόργανη λίπανση (ΧΛ), επηρεάζουν το ξηρό βάρος του υπέργειου μέρους του φυτού, τις συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους φυτικούς ιστούς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, σημαντική αύξηση στο ξηρό βάρος των υπέργειων φυτικών ιστών του Lolium perenne L. στο SL έδαφος στον τρίτο μήνα καλλιέργειας επέφερε η προσθήκη βιοεξανθρακώματος με ή χωρίς κόμποστ (59-78%) και ιδιαίτερα του BC-ΦΡ (3.17 g/δοχείο), σε συνδυασμό με ανόργανη λίπανση, σε σύγκριση με τον μάρτυρα (1.78 g/δοχείο), ενώ στο L έδαφος δεν παρατηρήθηκε καμία σημαντική αύξηση. Καμία σημαντική επίδραση στο ξηρό βάρος δεν παρατηρήθηκε και στα δύο εδάφη, όταν προστέθηκαν τα εδαφοβελτιωτικά χωρίς ανόργανη λίπανση. Η προσθήκη BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων φυτικών ιστών μόνο στο L έδαφος, σε όλες τις συγκομιδές, είτε παρουσία ανόργανης λίπανσης είτε απουσία. Η συγκέντρωση Κ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς αυξήθηκε από τα BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ κυρίως στο SL έδαφος. Η συγκέντρωση Fe, αυξήθηκε στους υπέργειους φυτικούς ιστούς από την προσθήκη BC-ΦΡ+κόμποστ στο SL έδαφος, ενώ η συγκέντρωση Mn και Zn επηρεάστηκε σημαντικά από την προσθήκη κόμποστ και BC-Σ+κόμποστ και στα δύο εδάφη. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας μελετήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων, κόμποστ και μίγματα των δύο, στο ξηρό βάρος, τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και στις συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους, υπόγειους φυτικούς ιστούς του Zea Mays L. και στα εδάφη. Τα βιοεξανθρακώματα παράχθηκαν από την ίδια βιομάζα (BC-Σ και BC-ΦΡ) και στην ίδια θερμοκρασία πυρόλυσης 300°C, όπως και στο πρώτο μέρος της εργασίας. Το καλαμπόκι αναπτύχθηκε για 30 ημέρες μετά την έκπτυξη των σποροφύτων σε δοχεία που περιείχαν δύο καλλιεργούμενα εδάφη διαφορετικής κοκκομετρικής σύστασης (Sandy Loam-SL και Loam-L) με/χωρίς κόμποστ σε δόση εφαρμογής 2% κ.β. σε συνδυασμό με ανόργανη Ν λίπανση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ξηρό βάρος του καλαμποκιού αυξήθηκε σημαντικά και στα δύο εδάφη. Η εφαρμογή του BC-Σ αύξησε σημαντικά το ξηρό βάρος των υπέργειων φυτικών ιστών (155%), σε σύγκριση με τον μάρτυρα, στο SL έδαφος, ενώ στο L έδαφος η σημαντική αύξηση προήλθε από το BC-ΦΡ+κόμποστ (436%). Η προσθήκη BC-Σ+κόμποστ αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων και υπόγειων φυτικών ιστών μόνο στο πηλώδες έδαφος. Η συγκέντρωση Κ στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς αυξήθηκε σχεδόν από όλα τα βιοεξανθρακώματα με ή χωρίς κόμποστ, ενώ η μεγαλύτερη αύξηση προήλθε από την προσθήκη BC-Σ+κόμποστ στο SL έδαφος, ενώ στο L έδαφος η συγκέντρωση Κ αυξήθηκε μόνο στους υπόγειους φυτικούς ιστούς με τη μεγαλύτερη αύξηση να εμφανίζεται από την προσθήκη BC-Σ. Η συγκέντρωση του Ca αυξήθηκε σημαντικά κυρίως στους υπόγειους φυτικούς ιστούς στο L έδαφος, ενώ η συγκέντρωση του Mg στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά από τις μεταχειρίσεις BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ στο L και SL έδαφος, αντίστοιχα. Η συγκέντρωση Fe, αυξήθηκε στους υπέργειους φυτικούς ιστούς από την προσθήκη του BC-Σ+κόμποστ και στα δύο εδάφη. Η συγκέντρωση Mn στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε σημαντικά από τη μεταχείριση BC-Σ+κόμποστ μόνο στο SL έδαφος. Η συγκέντρωση Zn στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά στις μεταχειρίσεις που περιείχαν κόμποστ στο SL έδαφος. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής, μελετήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων προερχόμενα από εξαντλημένους σπόρους κριθαριού (BC-ΣΚ) και πλεονάζουσα μαγιά (BC-Μ) λαμβάνοντας ανόργανη αζωτούχα λίπανση (Λ) ή χωρίς καθόλου ανόργανη αζωτούχα λίπανση (ΧΛ), στο Zea Mays L. σε ένα πηλώδες (L) έδαφος. Η θερμοκρασία πυρόλυσης των βιοεξανθρακωμάτων ήταν 300°C και η συνολική δόση εφαρμογής βιοεξανθρακώματος ήταν 2% κ.β. (BC-ΣΚ-2%; BC-Μ-2%) και 5% κ.β. (BC-ΣΚ-5%; BC-Μ-5%) για κάθε είδος βιοεξανθρακώματος και μίγματος (BC-ΣΚ+Μ-1%+1%; BC-ΣΚ+Μ-2.5%+2.5%) αποτελούμενο και από τα δύο είδη βιοεξανθρακωμάτων. Αξιολογήθηκε η επίδραση των βιοεξανθρακωμάτων στο ξηρό βάρος και στα μορφολογικά χαρακτηριστικά του φυτού, στις συγκέντρωσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς και στις ιδιότητες του εδάφους, συμπεριλαμβανομένων των θρεπτικών συστατικών και του pΗ, σε ένα πείραμα 30 ημερών μετά την εμφάνιση των σποροφύτων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι η προσθήκη βιοεξανθρακωμάτων με ανόργανη λίπανση αύξησε σημαντικά το ξηρό βάρος του καλαμποκιού στο υπέργειο μέρος του φυτού (46-157%), σε σύγκριση με τον μάρτυρα, ενώ κατά 59-186% χωρίς ανόργανη λίπανση. Η μεγαλύτερη αύξηση προήλθε από τα βιοεξανθρακώματα είτε μεμονωμένα είτε συνδυαστικά σε δόση 5% κ.β. Η προσθήκη των βιοεξανθρακωμάτων είτε μεμονωμένα είτε συνδυαστικά και κυρίως σε δόση 5% κ.β. αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων και υπόγειων φυτικών ιστών με ή χωρίς ανόργανη λίπανση. Τα βιοεξανθράκωματα μαγιάς (BC-M-2% και BC-M-5%), καθώς και του συνδυασμού βιοεξανθρακωμάτων, σε συνολική δόση 5% αύξησαν τη συγκέντρωση Κ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς χωρίς ανόργανη λίπανση. Η συγκέντρωση του Ca στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά μόνο από το BC-ΣΚ-2% χωρίς ανόργανη λίπανση. Η συγκέντρωση του Mg στους υπέργειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά από τις μεταχειρίσεις BC-ΣΚ-5% και BC-ΣΚ+Μ-2.5%+2.5%, χωρίς ανόργανη λίπανση. Συμπερασματικά, η προσθήκη βιοεξανθρακώματος αυξάνει την απόδοση των φυτών, ωστόσο οι εδαφικές παράμετροι, το είδος βιοεξανθρακώματος, η δόση εφαρμογής και η πρόσθετη λίπανση πρέπει να λαμβάνονται υπόψην, προκειμένου να αποτελέσει το βιοεξανθράκωμα ένα εργαλείο διαχείρισης των γεωργικών υπολειμμάτων και της ολοκληρωμένης γεωργίας.

Summarization: Biochars have a high variability in chemical composition, which is influenced by pyrolysis conditions and type of biomass. Essential macronutrient P retained in biochar could be released and made available to plants, enhancing plant growth. This study was conducted in order to evaluate whether biochar, produced from agricultural residues, could release P in water, as well as study its potential effect on plant growth and P uptake. Biochar samples were prepared from rice husks, grape pomace and olive tree prunings by pyrolysis at 300 °C and 500 °C. These samples were used for P batch successive leaching experiments in order to determine P release in water. Subsequently, rice husk and grape pomace biochars, produced by pyrolysis at 300 °C, were applied to two temperate soils with highly different pH. A three-month cultivation period of ryegrass (Lolium perenne L.) was studied in threefold replication, while three harvests were accomplished. Treatments comprised control soils (without amendment) and soils amended only with biochar. Results of P leaching tests showed a continuous release of P from all biochars as compared to raw biomass samples, for which the highest P concentrations were detected during the first extraction. Grape pomace and rice husk biochars pyrolyzed at 500 °C showed higher levels of water-extractable P, as compared to their corresponding raw biomass. Biochars, at 500 °C, leached more P in all four extractions, compared to biochars at 300 °C, apart from olive tree prunings biochars, where both pyrolysis temperatures presented a similar trend. Concerning plant yield of ryegrass, rice husk and grape pomace biochars showed positive statistically significant effects on plant yield only in slightly acidic soil in second and third harvests. In terms of P uptake of ryegrass, grape pomace biochars depicted positive significant differences (P < 0.05) in third harvest, in slightly acidic soil, while in first and second harvests positive significant differences were observed in alkaline soil. These results suggest that biochars derived from agricultural residues may act as a source of P in agronomic applications and improve plant growth, although soil conditions may play a significant role. Presented on: Journal of Environmental Management