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Biochar-based phosphate fertilizer as an alternative to improve phosphorus use efficiency in tropical soils
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Ciência do Solo
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Ciência do Solo
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O fósforo (P) é rapidamente sorvido em solos tropicais altamente intemperizados. A maioria dos fertilizantes fosfatados utilizados no Brasil possuem alta solubilidade, proporcionando liberação rápida do P e maior susceptibilidade à fixação de P nos solos. Assim, buscou-se produzir um fertilizante organomineral à base de biocarvão com o objetivo de aumentar a eficiência de uso de P em solos tropicais ácidos. Para este propósito, fosfato monoamônico (MAP), superfosfato triplo (TSP) e ácido fosfórico (H3PO4) com e sem a adição de óxido de magnésio (MgO) foram misturados com cama de frango para produzir fertilizantes à base de biocarvão (BBFs) por meio da pirólise a 500 °C. Três estudos foram realizados para caracterizar e avaliar a eficiência agronômica dos BBFs. Na primeira parte do estudo, avaliou-se a composição mineral, difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, cinética de liberação de P em água e um ensaio em casa de vegetação com milho cultivado em Latossolo argiloso. A adição de MgO reduziu drasticamente a cinética de liberação de P em água dos BBFs, devido à formação de compostos de baixa solubilidade. No entanto, estes BBFs promoveram produção de biomassa de milho próxima a obtida com TSP e também elevaram o pH e o teor de Mg do solo após o cultivo. Na segunda parte do estudo, foram avaliados dois BBFs (biocarvão cama de frango + TSP + MgO, identificado como BCF-TSP-MgO e biocarvão cama de frango + H3PO4 + MgO, identificado como BCF-H3PO4-MgO) em relação: (i) as frações solúveis, (ii) difusão de P no solo utilizando uma técnica de visualização ao longo do tempo e (iii) eficiência agronômica na forma granular e em pó na cultura do milho. A solubilidade do P em água dos BBFs foi drasticamente reduzida, mas a solubilidade no ácido cítrico e citrato neutro de amônio + água é semelhante a do TSP. O método de visualização mostrou que o processo de difusão de P no solo dos BBFs é mais lento que o do TSP, característico de fertilizantes de liberação lenta. Os BBFs possuem eficiência agronômica semelhante ao TSP quando aplicados em pó. O BCF-H3PO4-MgO, aplicado na forma de grânulo, promoveu produção de biomassa do milho equivalente a obtida com TSP, apesar da pequena proporção do grânulo que dissolveu durante o cultivo do milho (~ 16%, em contraposto a 40% do TSP), preservando o P disponível no grânulo para cultivos futuros. Na terceira parte do estudo, os BBFs foram aplicados em diferentes doses em um Latossolo Vermelho e incubados por um período antes do cultivo com Urochloabrizantha durante três ciclos de crescimento para avaliar a eficiência agronômica e, posteriormente, um procedimento de extração sequencial foi utilizado para determinar a distribuição de P entre as diferentes frações de P. O rendimento de matéria seca da parte aérea no primeiro ciclo de cultivo na dose mais elevada foi maior para o TSPplantio (sem incubação). No entanto, nos ciclos de cultivo subsequentes, todos os BBFs apresentaram maior rendimento de biomassa em comparação com o TSPplantio. A adição de BCF-TSP influenciou positivamente a dinâmica das frações de P no solo com aumento das frações lábeis e moderadamente lábeis de P no solo após o cultivo.
Abstract
Phosphorus (P) is rapidly sorbed on highly weathered tropical soils. Most phosphate fertilizers used in Brazil have high solubility, providing fast P release and greater susceptibility to P fixation in soils. Thereby, we sought to produce a biochar-based organomineral fertilizer aiming to increase the P use efficiency in acidic tropical soils. For this purpose, monoammonium phosphate (MAP), triple superphosphate (TSP) and phosphoric acid (H3PO4) with and without the addition of magnesium oxide (MgO) were mixed with poultry litter to produce biochar-based fertilizers (BBFs) by pyrolysis at 500 °C. Three studies were carried out to characterize and evaluate the agronomic efficiency of the BBFs. In the first part of the study, it was evaluated mineral composition, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, P release kinetics in water of the BBFs and a bioassay with maize in a greenhouse using a clayey Oxisol. The addition of MgO dramatically reduced the release kinetics of P in water from BBFs due to the formation of low solubility compounds. However, these BBFs promoted maize biomass production close to TSP and also raised the pH and soil Mg content after cultivation. In the second part of the study, it was evaluated two BBFs (biochar poultry litter + TSP + MgO, identified as PLB-TSP-MgO, and biochar poultry litter + H3PO4 + MgO, identified as PLB-H3PO4-MgO) in relation to (i) the soluble fractions, (ii) diffusion of P in the soil using a visualization technique over time, and (iii) the agronomic efficiency in granular and powder form in the maize crop. The P water solubility of BBFs was dramatically reduced, but the solubility of citric acid and neutral ammonium citrate + water is similar to the TSP. The method of visualization showed that the P diffusion process of BBFs in soil is slower than the TSP, characteristic of slow-release fertilizers. BBFs have agronomic efficiency similar to TSP when applied in powder. The PLB-H3PO4-MgO, applied as a granule, promoted maize biomass production equivalent to TSP, despite the smaller proportion of the granule that dissolved during maize cultivation (~ 16% versus 40% of TSP), preserving P available in the granule for future harvests. In the third part of the study, the BBFs were applied at different doses in an Oxisol and incubated for a period before cultivation of Urochloabrizantha for three growth cycles to evaluate the agronomic efficiency and thereafter, a sequential extraction procedure was used to determine the P distribution among different P pools. The shoot dry matter yield in the first cropping cycle was higher at the highest P rate for TSPplanting (no incubation). However, in subsequent crop cycles, all BBFs showed higher biomass yield as compared to TSPplanting. The PLB-TSP addition positively influenced the dynamics of the P fractions in the soil with an increase in the labile and moderately labile P fractions in soil after cultivation.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
Palavras-chave
Sorção de fósforo, Latossolo, Fertilizante à base de biocarvão, Fertilizante de liberação lenta (FLL), Solo - Fósforo, Eficiência agronômica, Fracionamento de fósforo, Fertilizantes fosfatados, Phosphorus sorption, Oxisol, Latosol, Biochar-based fertilizer (BBF), Slow-release fertilizer (SRF), Soil - Phosphorus, Agronomic efficiency, Phosphorus fractions, Phosphate fertilizers
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DOI
Citação
LUSTOSA FILHO, J. F. Biochar-based phosphate fertilizer as an alternative to improve phosphorus use efficiency in tropical soils. 2018. 114 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2018.
