The effects of biochar and fertilisation strategies on soil fertility and cereal growth on nutrient deficient soil eight years after biochar application
| Title: | The effects of biochar and fertilisation strategies on soil fertility and cereal growth on nutrient deficient soil eight years after biochar application |
| Author(s): | Kukkola, Annukka |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry |
| Degree program: | Master 's Programme in Agricultural Sciences |
| Specialisation: | Plant production sciences |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2022 |
| Abstract: |
Biohiili on maanparannusaine, joka valmistetaan orgaanisesta aineesta pyrolyysillä. Biohiiliä käytetään maaperän viljavuuden parantamiseen ja kasvien kasvun edistämiseen. Biohiilen käytön hyödyt tulevat esille erityisesti vähähiilisillä, happamilla ja vähäravinteisilla mailla. Biohiilen pitkäaikaisia vaikutuksia ei ole kuitenkaan paljoakaan tutkittu.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kuusesta valmistetun biohiilen pitkäaikaisvaikutuksia maaperän ominaisuuksiin ja ohran (Hordeum vulgare L.) kasvuun boreaalisessa vähäravinteisessa karkeassa hietamaassa. Maaperän ja ohran ominaisuuksia mitattiin kenttäkokeessa, jossa kuusen biohiiltä oli levitetty kahdeksan vuotta aiemmin. Koemalli oli osaruutukoe, jossa pääruututekijänä oli biohiilen levitysmäärä (0, 5, 10, 20 ja 30 t ha-1). Lannoitteiden ja biohiilen yhteisvaikutusta tutkittiin osaruututekijänä olleen lannoituskäsittelyn (kontrolli, mineraalilannoite ja lihaluujauho) avulla. Maaperästä mitattiin kosteuspitoisuus 0–15 cm:n syvyydestä, pH, kasvien saatavilla olevien ravinteiden määrä, kokonaishiili ja -typpi sekä C/N-suhde. Ohran kasvua arvioitiin epäsuorasti mittaamalla lehtien lehtivihreäpitoisuutta, lehtialaindeksiä, kasvitiheyttä, biomassaa, C- ja N-pitoisuutta, C/N suhdetta, jyväsatoa sekä 1000 jyvän painoa (TJP).
Biohiilellä ei havaittu olevan tilastollisesti merkittäviä vaikutuksia maaperän kosteuteen ja kemiallisiin ominaisuuksiin eikä ohran lehtivihreäpitoisuuteen, lehtialaindeksiin, kasvitiheyteen tai biomassaan. Suurin biohiilen levitysmäärä, 30 t ha-1, lisäsi suuntaa antavasti jyväsatoa ja TJP:tä, mutta lisäykset eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. Mineraali- ja lihaluujauholannoitteilla saatiin samansuuruisia jyväsatoja, vaikka typen saatavuus lihaluujauhosta oli todennäköisesti heikompaa aiemmin kasvukaudella. Biohiilen ja lannoitteen yhteisvaikutuksia ei havaittu.
Tuloksia selittävät maaperän orgaanisen aineksen suuri määrä sekä käytetyn biohiilen alhainen kalkitusvaikutus ja alhainen ravinnepitoisuus. Myös biohiilen rapautumista ja kulkeutumista syvemmälle maaperään on oletettavasti tapahtunut kahdeksan vuoden aikana.
Tässä tutkimuksessa käytetyn biohiilen levityksellä ei ollut negatiivisia vaikutuksia maaperän ominaisuuksiin eikä ohran kasvuun ja sen käytön voidaan katsoa olevan turvallista. Biohiilet voivat tarjota varteenotettavan vaihtoehdon hiilensidonnalle peltomaihin pohjoisissa olosuhteissa. Lisää tutkimusta tarvitaan erityyppisten biohiilten pitkäaikaisvaikutusten selvittämiseksi erilaisissa peltomaissa.
Biochars are produced from organic materials using pyrolysis and are used as a soil amendment to improve soil fertility and plant growth. Biochars are particularly beneficial to soils with high acidity, low carbon (C) content, nitrogen (N) content and other nutrient contents. However, it is not well-studied whether the beneficial effects of a biochar exist for the long-term.
The aim of this study was to examine the effects of one-time application of spruce biochar on soil and barley (Hordeum vulgare L.) properties in the long-term. For this purpose, soil and plant properties were measured from the biochar field experiment in a boreal nutrient deficient Umbrisol where spruce biochar was applied eight years earlier. The experiment had a split-plot design with biochar application rates (0, 5, 10, 20 and 30 t ha-1) as the main-plot factor. The effects of fertilisers alone and their interaction with biochar were studied with three treatments (control, mineral fertiliser and meat bone meal (MBM)) as the sub-plot factor. Soil moisture content at 0–15 cm depth, as well as pH, plant available nutrients, total C and N content and C/N ratio of the soil were measured. Barley growth was assessed indirectly by measuring leaf chlorophyll content (SPAD), leaf area index (LAI), plant stand density, biomass, C and N content, C/N ratio, grain yield and weight of 1000 grains (TGW).
No consistent significant effects of biochar on soil moisture content or soil chemical properties were observed. Biochar application did not have significant effects on leaf chlorophyll, leaf area index, plant density or biomass of barley. The highest biochar application rate of 30 t ha-1 tended to increase grain yield and TGW but the increases were not statistically significant. Mineral and MBM fertilisers produced similar grain yields although N was likely less available from MBM earlier in the growing season. Biochar and fertiliser interaction did not have significant effects on any of the measured properties.
The lack of effects of biochar may be explained by the high amount of initial soil organic matter as well as low liming effect and low nutrient content of the used biochar. In addition, the lack of significant effects of biochar also suggests loss of biochar from topsoil due to weathering and downward displacement of biochar over the period of eight years.
In this study, biochar application did not have negative consequences on the measured soil and crop properties. Therefore, it should be safe to use. Biochars may provide a viable option to sequester carbon in boreal agriculture. Further research on this is still needed to investigate the long-term effects of different types of biochars on different types of soils.
|
| Keyword(s): | biochar barley Hordeum vulgare L mineral fertiliser meat bone meal yield |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Kukkola_Annukka_tutkielma_2022.pdf | 967.8Kb |