Produção de biocarvão de serragem de pinheiro suportando fosfato

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 12815 (2022) Citar este artigo

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Produzimos e caracterizamos biochar feito de serragem de pinheiro caribenho como matéria-prima. O biochar (BC500) foi utilizado como suporte biocompatível para co-inocular bactérias solubilizadoras de fosfato (PSB) (BC500/PSB) em plantas de Allium cepa L., em casa de vegetação, durante quatro meses. O estudo dos três biomateriais incluiu análise centesimal, análise elementar, análise de romanticidade, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), estudos de adsorção em diferentes pH e estabilidade do PSB em função do tempo. Os resultados indicaram que o BC500 é adequado como suporte orgânico ou matriz sólida para manter a viabilidade do PSB capaz de solubilizar o P da rocha fosfática (PR). O biofertilizante (BC500/PSB) permite aumentar a germinação, o crescimento das mudas, a assimilação de nutrientes e o crescimento de Allium cepa L., pois o PSB imobilizado em BC500 promoveu a mobilização de nutrientes, principalmente P, durante o cultivo de Allium cepa L., em escala de vasos. Os dois tratamentos para avaliação do biofertilizante (BC500/PSB) apresentaram as maiores concentrações de P total com 1,25 ± 0,13 e 1,38 ± 0,14 mg bulbo-1 em A. cepa L. Este trabalho apresenta os benefícios de um novo produto à base de bactérias naturalmente associado à cebola e a um material orgânico (BC500) servindo como carreador bacteriano que aumenta a área de adsorção de nutrientes altamente reativos, reduzindo sua lixiviação ou precipitação com outros nutrientes e fixação à matriz sólida do solo.

A Colômbia é um país de vocação florestal com potencial para implementar programas comerciais de reflorestamento. A localização geoestratégica da Colômbia é favorável ao comércio de produtos agroflorestais1. Para fins comerciais, os gêneros e espécies mais cultivados são Pinus caribaea, Tabebuia rosea, Tectona grandis e Eucalyptus pellita2,3,4. Para sua produção, as empresas florestais implementam todo o processo produtivo, incluindo sementes ou clones de alta qualidade, propagação de material vegetal em viveiros, plantações florestais e áreas de colheita3,4,5. Na fase de colheita são geradas grandes quantidades de resíduos sólidos ricos em biomassa lignocelulósica (serragem, maravalha, casca, folhas ou caules) que podem representar até 50% da madeira processada6,7,8. A degradação desses resíduos é lenta, pois é constituída por lignina, celulose e hemicelulose9,10. Esses polímeros são complexos, resistentes, hidrofóbicos e sua transformação biológica (processos de aterro e compostagem) é lenta7,11,12,13; resultando em uma alta porcentagem desses resíduos não sendo aproveitados adequadamente ou sendo utilizados crus (não processados) em processos agroindustriais como misturas de enchimento para produção de composto11,14, material isolante para granjas de aves, suínos e pecuários15,16,17 e são utilizados como substratos de plantio para propagação de material vegetal em viveiros florestais6,7,18.

Embora o uso desses subprodutos agroindustriais brutos ou parcialmente transformados seja difundido em todo o mundo, outras alternativas podem ser avaliadas, como a conversão térmica ou a pirólise em condições reduzidas ou na ausência de oxigênio. Por meio desse processo físico, novos produtos como biocarvão, óleos, gases e compostos voláteis, entre outros, podem ser obtidos19,20,21,22. A serragem de pinus é um dos materiais mais utilizados devido ao seu baixo custo, é encontrada em grandes quantidades e pode ser utilizada para diversos fins19,23,24.

Em geral, o biochar oferece elevada área superficial, porosidade, nutrientes associados à biomassa inicial e capacidade de reter água e microrganismos25,26,27,28,29,30, utilizado com sucesso na agricultura como corretivo orgânico ou condicionador orgânico de solo, pois melhora a estabilidade estrutural do solo, a porosidade, a condutividade hidráulica, a aeração do solo e a capacidade de troca catiônica26,31,32; gerando um aumento na disponibilidade de nutrientes, fertilidade do solo e, portanto, um efeito benéfico em diferentes culturas31. Além disso, devido à sua alta porosidade, o biochar oferece um nicho favorável para microrganismos do solo ou adicionado como inoculantes biológicos chamados rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR), permitindo-lhes permanecer viáveis e metabolicamente ativos por um longo tempo25,33,34,35, 36. Os PGPR possuem mecanismos diretos e indiretos pelos quais promovem o crescimento das plantas. O mecanismo direto inclui atividade de biofertilizante, estimulação do crescimento radicular, remediação de rizóbios e controle de estresse em plantas25,32,36,37,38. Os mecanismos indiretos incluem controle biológico como antibiose, competição e indução de resistência sistêmica em plantas25,39,40,41.

30 and lower than 60%) 65./p> pHzpc). Under these conditions, different interactions could occur between BC500 and adsorbates (bacteria and orthophosphates)66./p>

0.05) appeared between these two treatments (Fig. 4A). No significant differences (p > 0.05) were observed for bulb-fresh and leaf-fresh weight (Fig. 4A)./p> 0.05) appeared among treatments regarding the variables of total dry weight, bulbs dry weight, and leaf dry weight (Fig. 4B)./p> 0.05), the content of P, N, K, Ca y S in plants of T2 (Abundagro + 2% Biochar + PSB) is noteworthy (Table 4). Concerning the micronutrients, the differences were significant (p < 0.05) for Fe and Cu, for Fe the highest concentration was in T2 (0.1217 ± 0.0243 mg bulb−1), followed by T1 (0.0710 ± 0.0204 mg bulb−1) and T6 (0.0690 ± 0.0137 mg bulb−1), while the highest Cu content was found in T1 (0.0016 ± 0.0006 mg bulb-1), followed by T2, T3 and T4 (Table 4). No significant differences (p > 0.05) were observed for Na, Mn, and Zn. The values for T2 plants were 1.6455 ± 0.2156, 0.0262 ± 0.0038 and 0.0202 ± 0.0024 mg bulb−1, respectively. The B content ranged from 0.0194 ± 0.0023 to 0.0333 ± 0.0032 mg bulb−1 in all treatments (Table 4)./p> pHzp), causing an electrostatic repulsion between the PSB and the BC500. This electrostatic repulsion was more evident at pH 8.0 than at pH 5.0, indicating that at pH 5.0 coexist both positively and negatively charged functional groups25./p> pHzp) and generates an electrostatic repulsion with the orthophosphate ions, which are also negatively charged49. A similar result reported by Lou et al.49, in their work produced biochar at 300 and 600 °C, observing that phosphorus removal was low at pH under the isoelectric point49. On the other hand, the graphene layers formed during the pyrolysis process can also acquire a negative charge at pH above pHzpc, contributing to a decrease in the adsorption of ions negatively charges75./p>