Soil quality and crop yield responses to application methods and rates of coffee husk biochar

dc.contributor.advisorMelo, Leônidas Carrijo Azevedo
dc.contributor.refereeAvanzi, Junior Cesar
dc.contributor.refereeCarneiro, Jefferson Santana da Silva
dc.creatorMelo, Maria Elisa Araujo
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/0958746601890753
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5157-1645
dc.date.accessioned2026-04-23T20:03:54Z
dc.date.issued2026-02-05
dc.description.abstractThe use of biochar as a soil amendment has been widely recognized as a promising strategy to improve soil physicochemical and biological attributes, particularly in tropical agricultural systems. Despite the reported benefits, important gaps remain regarding the definition of agronomically efficient application rates and placement strategies that maximize positive effects while minimizing risks associated with improper management, such as localized salinization and nutrient imbalances. In this context, this study aimed to evaluate the effects of coffee husk biochar rates, applied using different localized placement methods, on soil quality and grain yield of common bean and maize over three successive cropping cycles (bean–maize– bean) under field conditions. The experiment was conducted in a 5 x 2 factorial design with four replications, testing five biochar rates (0, 0.6, 0.9, 1.2, and 1.8 Mg ha⁻¹) applied either on the soil surface or incorporated into the planting furrow. The biochar was produced from coffee husk in an industrial pyrolysis reactor at 600 °C. Applications were performed before the first bean crop and reapplied before maize cultivation, whereas only residual effects were assessed in the second bean cycle. Throughout the experiment, soil chemical, physical, and biological attributes, plant nutritional status, and grain yield were evaluated. After the first bean crop, soil K availability increased significantly with increasing biochar rates, reflecting the high K content of the material and resulting in yield gains of up to 50%. In contrast, maize yield decreased linearly with increasing rates, reaching an approximate 25% reduction at the highest rate. This effect was predominantly attributed to excessive K accumulation in the soil, which likely induced salt stress and nutritional imbalances. Nevertheless, incorporated application outperformed surface application, resulting in higher soil pH, greater P availability, and higher maize yield. In the second bean crop, a positive residual effect of biochar was observed, with yield increases of up to 28%, associated with increased soil pH and P availability. These findings indicate that biochar acts gradually in the soil, promoting medium- to long-term effects related to slow nutrient release and enhanced ion exchange capacity. By the end of the study, a significant reduction in soil penetration resistance in the surface layer was observed, indicating improvement in soil physical quality. Overall, coffee husk biochar improved soil chemical, biological, and physical attributes and increased bean productivity in tropical agricultural systems. However, localized and successive applications require careful management of K content, crop type, and reapplication interval to avoid salt accumulation and nutrient imbalances. These findings highlight the importance of rational biochar use as a tool for sustainable soil management and enhanced agricultural productivity. Keywords: K dynamics; nutrient availability; residual effect; tropical agriculture; grain production.
dc.description.acaoclimatica1. Agricultura de baixa emissão de carbono
dc.description.acaoclimatica2. Uso sustentável da água e do solo
dc.description.acaoclimatica3. Produção orgânica e sustentável
dc.description.acaoclimatica7. Manejo de resíduos ou recuperação de áreas degradadas
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.concentrationFertilidade do solo e nutrição de plantas
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria até março de 2027.
dc.description.odsODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.researchLineCorretivos, fertilizantes e uso benéfico de subprodutos
dc.description.resumoO uso de biochar como condicionador de solo tem sido amplamente reconhecido como estratégia promissora para melhorar os atributos físico-químicos e biológicos do solo, especialmente em sistemas agrícolas tropicais. Apesar dos benefícios relatados, ainda persistem lacunas quanto à definição de doses agronomicamente eficientes e de estratégias de aplicação que potencializem seus efeitos positivos e minimizem riscos associados ao manejo inadequado, como salinização localizada e desequilíbrios nutricionais. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos de doses de biochar de casca de café, aplicadas por diferentes métodos localizados, sobre a qualidade do solo e a produtividade de grãos de feijão e milho ao longo de três ciclos sucessivos de cultivo (feijão-milho-feijão), em condições de campo. O experimento foi conduzido em esquema fatorial 5 x 2, com quatro repetições, utilizando cinco doses de biochar (0; 0,6; 0,9; 1,2 e 1,8 Mg ha⁻¹), aplicadas de forma localizada na superfície ou incorporadas ao sulco de plantio. O biochar foi produzido a partir de casca de café em reator pirolítico industrial a 600 °C. As aplicações foram realizadas antes do primeiro cultivo de feijão e reaplicadas antes do cultivo de milho; no segundo cultivo de feijão, avaliou-se apenas o efeito residual. Ao longo dos ciclos, foram determinados atributos químicos, físicos e biológicos do solo, o estado nutricional das plantas e a produtividade de grãos. Após o primeiro cultivo de feijão, observou-se aumento significativo na disponibilidade de K no solo em resposta às doses de biochar, refletindo o elevado teor desse nutriente no material aplicado e resultando em incrementos de até 50% na produtividade. Em contraste, no cultivo de milho, a produtividade apresentou redução linear com o aumento das doses, alcançando decréscimo aproximado de 25% na maior dose. Esse efeito foi predominantemente atribuído ao acúmulo excessivo de K no solo, o qual provavelmente induziu estresse salino e desequilíbrios nutricionais. Ainda assim, a aplicação incorporada mostrou-se superior à superficial, proporcionando maiores valores de pH, maior disponibilidade de P e maior produtividade de milho. No segundo cultivo de feijão, evidenciou-se efeito residual positivo do biochar, com aumento de até 28% na produtividade, associado à elevação do pH e à maior disponibilidade de P no solo. Esses resultados demonstram que a atuação do biochar ocorre de forma gradual, promovendo efeitos de médio a longo prazo relacionados à liberação lenta de nutrientes e ao aumento da capacidade de troca iônica. Ao final do estudo, observou-se redução significativa da resistência do solo à penetração na camada superficial, evidenciando melhoria da qualidade física do solo. De modo geral, os resultados demonstram que o biochar de casca de café melhorou os atributos químicos, biológicos e físicos do solo e aumentou a produtividade do feijão em sistemas agrícolas tropicais. Contudo, sua aplicação localizada e sucessiva requer atenção ao teor de K, à cultura e ao intervalo entre aplicações, a fim de evitar excesso de sais e desequilíbrios nutricionais. Esses achados reforçam a importância do uso racional do biochar como ferramenta para o manejo sustentável do solo e o aumento da produtividade agrícola. Palavras-chave: dinâmica de K; disponibilidade de nutrientes; efeito residual; agricultura tropical; produção de grãos.
dc.description.sponsorshipCNPq
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationMELO, Maria Elisa Araujo. Soil quality and crop yield responses to application methods and rates of coffee husk biochar. 2026. 50 p. Dissertação (Mestrado Acadêmico) - Universidade Federal de Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60701
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeEscola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: em Ciência do Solo
dc.relation.dadosabertosNão
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectBiochar
dc.subjectProdução de grãos
dc.subjectDisponibilidade de nutrientes
dc.subjectEfeito residual
dc.subject.cnpqAgronomia
dc.subject.cnpqCiência do Solo
dc.subject.cnpqFertilidade do Solo
dc.subject.cnpqAdubação
dc.titleSoil quality and crop yield responses to application methods and rates of coffee husk biochar
dc.typedissertação

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