Uso y manejo de la fertilidad

de suelos con biocharde suelos con biochar

Julie MajorPhD, Agricultural Extension Director

International Biochar Initiative

V Congreso Nacional Orgánico del Manejo Integrado de Plagas, Nutrición

y Enfermedades en el Manzano

Ciudad Guerrero, Chihuahua México, 25 de febrero de 2010

Plan de la plática

• Terra preta, el origen de la idea del biochar

• ¿Que es biochar?

• ¿Porque usar biochar?

• ¿Biochar hecho de que?• ¿Biochar hecho de que?

• ¿Como se produce?

• ¿Como se usa?

TALLER PRACTICO

Suelos fértiles en medio de suelos

pobres en la Amazonía

Terra pretaSuelo “normal”

JM1

Diapositiva 3

JM1 Soils in the Amazon basin are generally very poor. These pictures show maize that was planted after slash-and-burn, with no extra fertilizer. The two plots are 200 m apart. Terra preta is clearly much more fertile than the parent soil it originated from.Julie Major, 16/01/2009

¿Como se formó la Terra preta?

J. Major, 2003

Adición de:

•Carbón de leña

•Huesos de peces

•Desechos de comida

Sujetos a la meteorización

durante 500 a 7,000 años

•Desechos de comida

•Mas?

JM29

Diapositiva 4

JM29 Terra preta contains large amounts of black carbon, which is basically what biochar is. So, biochar is an important consitutent of Terra preta soil, and experiments have shown that this black carbon content is responsible for the improved fertility of Terra preta soils.Julie Major, 16/01/2009

¿Que es el biochar?

El biochar es el producto de la degradación térmica de

materia orgánica en niveles bajos o ausencia de oxigeno

Madera Cascarilla

de arroz

Gramínea Bagazo de

caña

© J. Major 2008

JM6

Diapositiva 5

JM6 Biochar can be made from any biomass. This includes crop residues, as well as residues such as paper mill sludge, forestry residues, food waste, municipal and institutional organic wastes, manures, etc.Julie Major, 16/01/2009

¿Que es el biochar?

Biochar NO es:

•Carbón mineral

•Cenizas

JM7

Diapositiva 6

JM7 Lump charcoal used in BBQs is biochar (but beware of briquettes that might have binding agents and fossile fuels added for fast ignition). The material in the blue barrel was made at a pyrolysis plant and is ready for application to the field. Biochar is also producedin vegetation fires, although in this case since plenty of air is available, small but variable amounts of biochar are produced along with lots of ash.Julie Major, 17/02/2009

Los suelos contienen biochar naturalmente

Frequency (% of soils studied)

20

25

30

35

Frecuencia (% de suelos estudiados)

Proportion of black C (% of organic C)

0 10 20 30 40 50 60 70

Frequency (% of soils studied)

0

5

10

15

20

Soil orders include Alfisols, Vertisols, Inceptisols, Entisols, Ultisols, and Mollisols; data taken from

Skjemstad et al. (1996, 1999a, 2001, 2002), Schmidt et al. (1999), Carter et al. (2002).

Proporción de carbono negro (% del carbono orgánico)

Frecuencia (% de suelos estudiados)

Beneficios centrales del biochar

Secuestro de

carbono

Mejoramiento

de suelos carbonode suelos

JM12

Diapositiva 8

JM12 These benefits mean that when biochar is added to soil, crop yields can be improved and C can be sequestered in the soil.Julie Major, 16/01/2009

Mejoramiento de suelosPlant biomass production

[% increase]

100

200

250

Aumento hasta

0 t/ha 8 t/ha 20 t/ha

Producción de biomasa

(% de aumento)

Bio-char additions [t C ha-1]

0 20 40 60 80 100 120 140

Plant biomass production

[% increase]

0

50

100

Resultados de

24 experimentos

y 10 cultivos

diferentes

Sin biochar

Con manejo óptimo

Aumento hasta

de 230%

Adición de biochar (ton de C / hectárea]

Lehmann and Rondon, 2006, Bio-char Soil Management on Highly Weathered

Soils in the Humid Tropics . Francis and Taylor, FL, pp. 517-530

Producción de biomasa

(% de aumento)

JM13

Diapositiva 9

JM13 Biochar has been widely found to benefit crop yields including for field and horticultural crops and trees. All results presented here are for yields with biochar compared to optimally managed controls. At the 0% increase line, crops growing where biochar was added did not do any better than controls. Since all points are above this line, all biochar-amended crops did better than controls, and up to 230% better. This graph shows that application rates of around 20 t/ha gave very good results. The picture shows corn plots in Colombia, and the height of the crop is clearly greater with greater biochar application.Julie Major, 16/01/2009

Aporte directo de nutrientes

-Mínimo y de corta duración

Biochar K

disponible Ca Mg N PBiochar (g kg-1)

disponible

(cmolc kg-

1)

Cadisponible

(cmolc kg-1)

Mgdisponible

(cmolc kg-1)

Ntotal

(g kg-1)

Pdisponible

(mg kg-1)

0 2.8 1.5 0.9 3.2 8

135 25.8 1.7 1.0 4.0 11

Data for an Oxisol, Lehmann et al. (2002) World Congress of Soil Science

JM33

Diapositiva 10

JM33 This data from wood biochar shows that only potassium (K) was supplied in amounts that significantly affected what was available in the soil. The point here is that biochar is NOT a fertilizer, unless it is a high ash biochar such as that made from chicken manure, for example. Even then, nutrients like K which are added with biochar generally do not provide long-term benefits for soil fertility. If one were to rely on these for crop nutrition, biochar would need to be applied with every crop, just as is the case with synthetic fertilizers.Julie Major, 16/01/2009

Retención de nutrientes

ab

ab

ba a b

b

aa

b

a b

Ca2+

K+ Mg2+

Mg2+K+

Ca2+

Mg2+

Mg2+

JM35

Diapositiva 11

JM35 With biochar, nutrient uptake is significantly greater (in green) AND leaching is reduced (in red) AND more nutrients are available in the soil (numbers shown where there were significant differences). Different letters indicate that the difference between the two corresponding bars in the graph (with and without biochar) is statistically significant. These are results from field data in Colombia, thatshow the nutrient retention capacity of biochar.Julie Major, 16/01/2009

Retención de nutrientes

– La capacidad de intercambio catiónico

mejora con el tiempo

– Aumenta el pH

H+

NH4+

H+

1 mm

Menos carga

Mas carga

Reviewed by Glaser Lehmann Zech, 2002, Biol. Fert. Soils

Mg2+

JM34

Diapositiva 12

JM34 The fact that biochar RETAINS nutrients makes it an amendment that is beneficial on the long term. Since it is not a fertilizer itself, nutrients still need to be supplied (for example with NPK fertilizer or compost or manure), and then biochar will help RETAIN these (against leaching, for example). This is where the value of biochar lies.

This slide shows that biochar particles develop negative charges on they surface through oxidative processes. This happens over time and is why a single biochar application may not provide strong results right away (like in the cropping season after application), but improvements build up over time and last for several years. The negative charges (the same that are found on the surface of clay particles) retain positively charged particles directly, and can also form complexes with other types of complex organic matter in the soil (the brown blurb), which then leads to the retention of a wide variety of nutrients. This is a sequential animation.Julie Major, 16/01/2009

Retención de agua

Retención de agua disponible

Mayor infiltración

de agua

en ensayos en

Colombia,

Laos y CanadáConcentración de carbón (g/kg)

% masa de agua

Promoción de microbios benéficos

S. Joseph Yamamoto

Fuente de nitrógeno (%)

N fijado biológicamente

M. Ogawa

S. Joseph Yamamoto

Fuente de nitrógeno (%)

Biochar aplicado (g/kg)

N proveniente del suelo

El biochar es mas duradero en el suelo

100

50Biochar

Carbono que perm

anece (%)

Pérdida de carbono con producción

de energía renovable

50

10

1 32

Biochar

Materia orgánica sin carbonizar

4 5

Años

Carbono que perm

anece (%)

Lehmann et al., 2006, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change

JM27

Diapositiva 15

JM27 This is a hypothetical graph, since we are unaware of any field data where the longevity of biochar in soil was monitored directly. If biochar is applied instead of un-charred biomass, the C is much more stable and remains in soil for a much longer time.Julie Major, 16/01/2009

El biochar es mas duradero en el suelo

Biomass carbon

100%Energy

Production

Carbón en

biomasa

100% Producción de

energía

Biomass carbon

100%

100 years

Bio-char carbon

50%

Biomass carbon

0%

Bio-char carbon

>40%

Carbón en

biochar

50%

Biochar carbon

Lehmann et al., 2006, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change

Carbón en

biochar

>40%

Carbón en

biomasa

100%

Carbón en

biomasa

0%

100 años

JM19

Diapositiva 16

JM19 However, upon making biochar from biomass, a loss of C is incurred while energy is produced. Still, after 100 years, the UNFCCC estimates that uncharred biomass has decomposed completely, whereas most of the applied biochar remains. This provides long-term C-sequestration in soil. Again, the percent biochar-C reamining after 100 years is an estimate.Julie Major, 16/01/2009

Reducción de las emisiones de GEI

80

100

-2y-1 0

20

0 t biochar ha-1

20 t biochar ha-1

/ año

oxido nitroso

0

20

40

60

Grass Maize

mg N

2O m

-2

Pasto Mais

+Biochar

+Biochar

20 t biochar ha-1

mg N

20 / m

2/ a

M. Rondon, datos no publicados

JM26

Diapositiva 17

JM26 These are results from field plots in Colombia. Similar behavior was observed for methane. Biochar reduced soil emissions of both of these potent GHGs. However, more field data must be generated in different regions to produce a better understanding of biochar's effect on soil GHG emissions.Julie Major, 16/01/2009

¿Cual puede ser el impacto?

80% de los

residuos

agrícolas y

forestales del

mundo

Amonette, 2008 How Much Carbon Can Biochar Systems Offset--and When? On IBI website

27% de los

residuos

agrícolas y

forestales del

mundo

La visión

Biochar con bio-energía

Lehmann, 2007, Frontiers in Ecology and the

Environment 7, 381-387 Lehmann, 2007, Nature 447, 143-144

JM20

Diapositiva 19

JM20 Biochar, when applied to soil, is part of a C-negative land management system. Here, waste biomass is used to produce renewable energy, while about half of the C in that waste biomass is remains in biochar. When biochar is applied to soil, crops grow better and in turn fix more atmospheric CO2 through photosythesis.Julie Major, 16/01/2009

¿Con que se puede producir biochar?

• DESPERDICIOS

– Forestales

– Agrícolas

– Estiércol de animales– Estiércol de animales

– Algunos residuos municipales

– Algunos residuos industriales

• En el 2003, residuos forestales sumaban

70.3 millones m3 globalmente (FAO 2004)

¿Como conseguir biochar?

• Carbón de palo, molido

• Hágalo usted mismo!

• Varias compañías en EEUU y el mundo

están desarrollando equipos para producir están desarrollando equipos para producir

biochar, o venden biochar

• Muchos proyectos involucran la

producción y el uso de biochar

J. Major 2008

¿Como se puede producir biochar?

www.midsummerwood.co.uk © J. Major 2008

JM9

Diapositiva 22

JM9 The history of biochar production goes back several centuries. It can be made using relatively simple kilns or mounds. On the top here is a mound, where biomass (usually wood) is packed tightly, covered by dry grass and soil to exclude air entry, and then ignitied through a tunnel at the base. Other types of kilns can be portable and made our of clay or metal.Julie Major, 20/01/2009

¿Como se puede producir biochar?

Unidad de pyrolysis:

- Pyrolysis rápida: produce mas

aceites y líquidos

- Pyrolysis lenta: produce mas

syngas

Gasificador:

-Produce menos biochar que

una unidad de

pyrolysis

Advanced Biorefinery Inc.

Unidad móvil de pyrolysis rápida por

Advanced Biorefinery, Ottawa, Canada

Gasificador

estacionario

en WV, USA

© IBI

JM10

Diapositiva 23

JM10 Today, complex pyrolysis and gasification systems are designed that produce energy and biochar from biomass. These units can be stationary or mobile, and are designed for processing specific amounts of biomass per unit time. The biomass they run on can be specific or they can accept a wide range of materials (although usually of relatively uniform size).Julie Major, 16/01/2009

Producción de biochar a pequeña escala

Adam retort móvil(P. Hirst y R. Wells)

Tres barriles

intercalados(D. Clayton)

Producción de biochar a pequeña escala

Estufa de calefacción con

producción de biochar (B. Maanum)

Estufa de cocinar

TLUD (top-lit updraft) (P. Anderson)

Producción de biochar a pequeña escala

Gases

Materia prima

Producción de biochar a pequeña escala

• Consideraciones

– Seguridad personal

– Seguridad ambiental

– Leyes y reglas locales– Leyes y reglas locales

• Recursos

– IBI’s Guidelines for the design and testing of

biochar production units

– Listservs sobre biochar

Características del biochar como material

• El biochar puede ser toxico!

– Olor, sabor

– Pruebas de germinación y evitación por gusanos

• Biochars de alto contenido de cenizas: hechos • Biochars de alto contenido de cenizas: hechos

con huesos, gallinaza

• Tamaño de partículas del material

– Menor de 20 mm parece ser adecuado para mejorar

la fertilidad del suelos

– Materiales finos pueden poner problema para la

manipulación

Tamaño de partículas del biochar

• El biochars puede ser muy fino

• Posibles soluciones incluyen: “pelleting”,

humedecer, mezclar con compost,

estiércolestiércol

¿Como se puede aplicar el biochar?

• Incorporación uniforme en la superficie

– Compatible con implementos agrícolas

– Riesgo de erosión por viento y lluvia

– Dosis de aplicación de 5-50 t/ha usadas con – Dosis de aplicación de 5-50 t/ha usadas con

suceso

C. Hyland J. Hunt

• “Top dressing”

– Con compost (reducción

de la perdida de N y del

olor, reducción de la

¿Como se puede aplicar el biochar?

movilidad de Cu y Zn) (Hua et al. 2009)

– Riesgo de erosión

• Espolvoreado en

frutales y viñedos?

Hua et al. 2009. Reduction of nitrogen loss and Cu and Zn mobility

during sludge composting with bamboo charcoal amendment. Environ Sci Pollut Res 16: 1-9.

• En bandas

– A lo largo de

o alrededor

de plantas

¿Como se puede aplicar el biochar?

establecidas

• Aplicación en huecos- Al transplantar

- En arboles establecidos

¿Como se puede aplicar el biochar?

• “Aplicación ecológica”

– Se agrega biochar al alimento de los

animalesanimales

– Antigua manera de resolver problemas con la

comida o el agua (taninos, toxinas)

– ~ 1% de biochar agregado a la comida de

chivos, ganado, pollos, cerdos

– Bajas tasas de aplicacion

Otros usos potenciales

• Techos verdes

• Substratos para macetas

• Césped

• Cultivos hidropónicos• Cultivos hidropónicos

• Remojado en estiércol, orina, te de

compost

• ETC!!!

¿Donde encontrar mas información?

• Libros en ingles

• Sitio web de IBI

– www.biochar-international.org

– Bases de datos de miembros – Bases de datos de miembros y proyectos

– Base de datos bibliográficos

– Material educativo

• Forums de discusión “online”

• Jalisco: Interés en producción de biochar con bagazo de agave

• COLPOS (D.F.) tiene pruebas con biochar en masetas

• Productor de biochar:

Biochar en México

• Productor de biochar: – Artesano Natural S.A. de C.V, Monterrey (madera)

• Productor de unidad de pyrolysis:– Concord Blue Energy, Inc. Cd. Obregón, Sonora

JM22

Diapositiva 36

JM22 A member of IBI is anyone who contacts us with that requestJulie Major, 16/01/2009

¡Gracias! ¿Preguntas?

¡Antes de usar un biochar, pruébelo!

El biochar contiene:

-Humedad

-Cenizas

-Carbono “fijo” y carbono “ volátil”-Carbono “fijo” y carbono “ volátil”

Potencialmente alquitranes, hollín, ácidos,

HPAs en biochar “mal hecho”

Taller práctico

Objetivo: Aprender a montar pruebas de

biochar en suelo para testar su potencial

toxicidad, antes de usarlo en campo o a

mayor escala.mayor escala.

Dos métodos:

• Prueba de germinación

• Prueba de evitación por lombrices

Prueba de germinación

• La lechuga es una buena especie,

también se puede usar trébol o rábano

• Use el suelo o substrato al que pretende

aplicar el biocharaplicar el biochar

• Calcule la cantidad de biochar para aplicar

al suelo

O

• Use una mezcla ½ y ½

Prueba de germinación

Suelo solo Suelo con biochar

Lechuga

Prueba de evitación por lombrices

Lombrices

Suelo solo Suelo con

biochar

Prueba de evitación por lombrices

Biochar no adecuado para aplicar

al suelo

Prueba de evitación por lombrices

Biochar no adecuado para aplicar

al suelo