Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: estabilitat de la matèria orgànica

L’avaluació de la capacitat de segrest de carboni d’un sòl denudat per l’extracció de calcàries i la seva posterior restauració amb fangs de depuradora s’ha realitzat mitjançant l’anàlisi de l’estabilitat de la matèria orgànica del sòl (MOS) en funció de la dosi de fangs aplicada. Els resultats d’aquest treball demostren dos fets fonamentals per a l’estudi de la capacitat de segrest de carboni, els qual són: la conservació del contingut total de MOS i l’augment de la seva estabilitat fins a nivells més alts que els de la MOS de les parcel·les de control. Aquests resultats són explicables per (i) la conservació i augment de la MOS recalcitrant, i (ii) la protecció d’una porció més o menys rellevant de la MO làbil continguda amb els fangs gràcies a l’acció simultània dels mecanismes d’estabilització de la MOS, com són: l’estabilització bioquímica (humificació), química, física, a més de la pròpia hidrofobicitat de la MOS, aquests dos últims potenciats per l’addicció del fangs de depuradora.

Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: paper de les propietats físiques del sòl

S’ha estudiat el grau de protecció física del carboni dins d’agregats de diferents mides en un sòl d’una pedrera restaurada fa 17 anys amb terres adobades amb fangs de depuradora, i s’ha interpretat el seu paper en el context del segrest de carboni en el sòl. La metodologia aplicada es basa en la d’humitejament ràpid dels agregats del sòl per immersió en aigua (Le Bissonnais, 1996), que simula l’estabilitat d'un sòl sec que es veu sotmès a processos tals com la inundació local o saturació ràpida. També s’ha determinat la quantitat de carboni oxidable present en els agregats del sòl amb el mètode de Nelson i Sommers (1982). Els resultats han mostrat que l’adobat amb fangs de depuradora contribueix a augmentar el contingut de carboni orgànic en els agregats del sòl i n’estimula el segrest a mitjà termini (unes 10 tones ha-1 en 17 anys), aportant estabilitat al sòl i protegint físicament el carboni orgànic dins dels agregats de mida major (5-2 mm). A més s’ha constatat que per determinar l’estabilitat del carboni segrestat en el sòl cal conèixer com es distribueix entre les diferents mides d’agregats. Finalment, l’augment del segrest de carboni en el sòl propiciat per l’aplicació dels fangs de depuradora li dóna més capacitat per fixar CO2 atmosfèric.

Determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals industrials

La determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals d’origen urbà i industrial és un tema que ha suscitat un creixent interès, tant des del punt de vista del problema mediambiental que es deriva de l’abocament d’aquestes aigües al medi aquàtic públic com des de la perspectiva de reutilització de les aigües tractades en processos industrials. La majoria d’aquests contaminants no s’eliminen completament en plantes de tractament d’aigües convencionals, pel que s’han de controlar. Aquest fet implica desenvolupar nous processos de tractament que permetin millorar l'eficiència de l'eliminació de les plantes de tractament convencionals. Per tal d'investigar la presència d'aquests compostos contaminants a baixes concentracions és necessari desenvolupar nous mètodes analítics altament sensibles. En el nostre projecte s'han desenvolupat diferents mètodes analítics per determinar compostos orgànics contaminants en aigües residuals provinents de plantes de tractament d'aigües industrials, urbanes i plantes potabilitzadores, utilizant principalment la microextracció en fase sòlida (SPME) seguida de la cromatografia de gasos acoblada a un espectròmetre de masses (GC-MS). S'ha estudiat la presència de diferents famílies de compostos en aquestes aigües, com són: ftalats, amines alifàtiques primàries i nitrosamines. A més a més, s'han desenvolupat mètodes analítics per determinar amines alifàtiques primàries en llots actius provinents de diferents tipus de plantes de tractament d'aigües i plantes potabilitzadores.

Tractament fisicoquímic de les aigües i fangs d'un escorxador porcí

L’objectiu del present projecte és la proposta (disseny i estimació econòmica) d’un sistema de tractament de les aigües i els fangs generats a un escorxador porcí de Granollers. Per tal de portar a terme aquest estudi, es va realitzar una anàlisi de la situació prèvia a l’escorxador, del diagrama de flux de les instal·lacions existents, de les necessitats del sector, dels límits d’abocament fixats pel Reglament del Consorci del Besòs, i finalment de la caracterització de les aigües residuals generades (en quantitat i qualitat) així com dels fangs produïts. Arran d’aquesta anàlisi es va realitzar un estudi experimental d’optimització del tractament fisicoquímic, i en base als resultats es van generar diferents alternatives de tractament, es va simular el seu comportament, i es va fer una avaluació comparativa dels costos i rendiments estimats

Evaluación de efectos de varios tipos de biochar en suelo y planta

El objetivo de este proyecto ha sido analizar los posibles efectos del biochar obtenido de restos de biomasa de resinosas, de caducifolios y de un lodo de depuradora por tres procedimientos de pirolisis (lenta, rápida y gasificación), sobre un suelo (Haploxerept típico) y una planta de interés agrícola (Hordeum vulgare). Adicionalmente, se han comparado los efectos del biochar con los producidos por la aplicación de los materiales originales, y la interacción del biochar sobre el fertilizante mineral incorporado al suelo. Por último, se ha completado el trabajo con la observación de la influencia del biochar en la formación de micorrizas. Para llevar a cabo este estudio se ha realizado un ensayo en invernadero y diferentes análisis en laboratorio que han permitido el estudio comparativo de la germinación y crecimiento de la cebada, y de diferentes parámetros fisicoquímicos del suelo que podrían explicar la respuesta de las plantas crecidas sobre los distintos tipos de biochar. A partir de la interpretación de los resultados se ha determinado que los diferentes tipos de biochar han provocado un mayor desarrollo de la cebada en comparación con la aplicación de sus respectivas materias primas, o bien se ha observado la desaparición de efectos inhibidores como en el caso de los lodos de depuradora. Por otro lado, ha destacado el biochar obtenido por pirólisis lenta del resto de los biochars puesto que se ha observado menor mineralización de su materia orgánica de los suelos y mayor eficiencia en el desarrollo de las plantas. Por último, el efecto de la enmienda orgánica en forma de biochar sobre el desarrollo de las plantas ha sido menor que el efecto provocado directamente por la fertilización mineral.

Impacte de l’aplicació de fangs de depuradora en un sòl agrícola

L'elevada quantitat d'aigües residuals generades per la societat actual i el posterior procés de depuració per tal d'eliminar els contaminants de l'aigua, provoca un gran volum de fangs que tradicionalment es duien en un abocador controlat o, pitjor encara, a les zones litorals on es dipositaven directament al mar. La reutilització dels fangs, obtinguts com a subproducte del tractament de les aigües residuals en les EDAR, com a adob biològic en camps agrícoles, és una de les opcions més utilitzades per a la seva gestió. Aquesta, pot ser una bona opció sempre i quan no suposi un risc per la salut, donat que el contingut al fang d'alguns contaminants pot ser elevat i l'acumulació excessiva per exemple d'elements potencialment tòxics (PTE) pot suposar un risc pels sòls i les plantes amb els problemes que això pot ocasionar. Encara que els fangs normalment presenten continguts en PTE inferiors als valors límit establerts per la normativa europea, la seva aplicació reiterada pot suposar un risc d'acumulació dels metalls en el sòl i, depenent de la seva mobilitat, també en les plantes. En aquest projecte, ens centrem en l'estudi de la mobilitat i biodisponibilitat dels metalls en els sòls on s'han cultivat cereals d'hivern, concretament ordi. Els fangs aportats en aquesta experiència són procedents de l'EDAR de Palamós, on reben un tractament de digestió anaeròbia. S'avalua tan el contingut pseudototal de PTE en el sòl, amb l'ajuda d'una digestió al microones, com el contingut de metall biodisponible. A continuació, es determinarà la concentració dels PTE en els extractes mitjançant l'ICP-AES o ICP-MS, depenent de la concentració d'aquests.El projecte es centra en l'avaluació del possible impacte de l'aplicació continuada de biosòlids en sòls agrícoles. Des d'un punt de vista operacional, l'estudi es portarà a terme en parcel•les experimentals situades a l'Estació Experimental Mas Badia, on es porten aplicant fangs de depuradora de manera reiterada durant 12 anys, amb l'objectiu de valorar l'interès agrícola i la incidència agronòmica de l’aplicació de fangs de depuradora en diferents cultius, a mig i a llarg termini

Modelling the risk of nitrate leaching from two soils amended with five different biosolids

High N concentrations in biosolids are one of the strongest reasons for their agricultural use. However, it is essential to understand the fate of N in soils treated with biosolids for both plant nutrition and managing the environmental risk of NO3--N leaching. This work aimed at evaluating the risk of NO3--N leaching from a Spodosol and an Oxisol, each one treated with 0.5-8.0 dry Mg ha-1 of fresh tertiary sewage sludge, composted biosolids, limed biosolids, heat-dried biosolids and solar-irradiated biosolids. Results indicated that under similar application rates NO3--N accumulated up to three times more in the 20 cm topsoil of the Oxisol than the Spodosol. However, a higher water content held at field capacity in the Oxisol compensated for the greater nitrate concentrations. A 20 % NO3--N loss from the root zone in the amended Oxisol could be expected. Depending on the biosolids type, 42 to 76 % of the NO3--N accumulated in the Spodosol could be expected to leach down from the amended 20 cm topsoil. NO3--N expected to leach from the Spodosol ranged from 0.8 (composted sludge) to 3.5 times (limed sludge) the amounts leaching from the Oxisol treated alike. Nevertheless, the risk of NO3--N groundwater contamination as a result of a single biosolids land application at 0.5-8.0 dry Mg ha-1 could be considered low.

Chemical and physical properties of organic residues

Due to human activity, large amounts of organic residue are generated daily. Therefore, an adequate use in agricultural activities requires the characterization of the main properties. The chemical and physical characterization is important when planning the use and management of organic residue. In this study, chemical and physical properties of charcoal, coffee husk, pine-bark, cattle manure, chicken manure, coconut fiber, sewage sludge, peat, and vermiculite were determined. The following properties were analyzed: N-NH4+, N-N0(3)-, and total concentrations of N, P, S, K, Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, and B, as well as pH, Electrical Conductivity (EC) and bulk density. Coffee husk, sewage sludge, chicken manure and cattle manure were generally richer in nutrients. The EC values of these residues were also the highest (0.08 - 40.6 dS m-1). Peat and sewage sludge had the highest bulky density. Sodium contents varied from 0 to 4.75 g kg-1, with the highest levels in chicken manure, cattle manure and sewage sludge. Great care must be taken when establishing proportions of organic residues in the production of substrates with coffee husk, cattle or chicken manure or sewage sludge in the calculation of the applied fertilizer quantity in crop fertilization programs.

Enzymatic activity measured by microcalorimetry in soil amended with organic residues

Enzymatic activity is an important property for soil quality evaluation. Two sequences of experiments were carried out in order to evaluate the enzymatic activity in a soil (Rhodic Eutrudox) amended with cattle manure, earthworm casts, or sewage sludges from the municipalities of Barueri and Franca. The activity of commercial enzymes was measured by microcalorimetry in the same soil samples after sterilization. In the first experiment, the enzyme activities of cellulase, protease, and urease were determined in the soil samples during a three month period. In the second sequence of experiments, the thermal effect of the commercial enzymes cellulase, protease, and urease on sterilized soil samples under the same tretaments was monitored for a period of 46 days. The experimental design was randomized and arranged as factorial scheme in five treatments x seven samplings with five replications. The treatment effects were statistically evaluated by one-way analysis of variance. Tukey´s test was used to compare means at p < 0.05. The presence of different sources of organic residues increased the enzymatic activity in the sampling period. Cattle manure induced the highest enzymatic activity, followed by municipal sewage sludge, whereas earthworm casts induced the lowest activity, but differed from control treatment. The thermal effect on the enzyme activity of commercial cellulase, protease, and urease showed a variety of time peaks. These values probably oscillated due to soil physical-chemical factors affecting the enzyme activity on the residues.

Industrial and urban organic wastes increase soil microbial activity and biomass

Microbial processes have been used as indicators of soil quality, due to the high sensitivity to small changes in management to evaluate, e.g., the impact of applying organic residues to the soil. In an experiment in a completely randomized factorial design 6 x 13 + 4, (pot without soil and residue or absolute control) the effect of following organic wastes was evaluated: pulp mill sludge, petrochemical complex sludge, municipal sewage sludge, dairy factory sewage sludge, waste from pulp industry and control (soil without organic waste) after 2, 4, 6, 12, 14, 20, 28, 36, 44, 60, 74, 86, and 98 days of incubation on some soil microbial properties, with four replications. The soil microbial activity was highly sensitive to the carbon/nitrogen ratio of the organic wastes. The amount of mineralized carbon was proportional to the quantity of soil-applied carbon. The average carbon dioxide emanating from the soil with pulp mill sludge, corresponding to soil basal respiration, was 0.141 mg C-CO2 100 g-1 soil h-1. This value is 6.4 times higher than in the control, resulting in a significant increase in the metabolic quotient from 0.005 in the control to 0.025 mg C-CO2 g-1 Cmic h-1 in the soil with pulp mill sludge. The metabolic quotient in the other treatments did not differ from the control (p < 0.01), demonstrating that these organic wastes cause no disturbance in the microbial community.

Influence of digestion methods on the recovery of Iron, Zinc, Nickel, Chromium, Cadmium and Lead contents in 11 organic residues

There are currently many devices and techniques to quantify trace elements (TEs) in various matrices, but their efficacy is dependent on the digestion methods (DMs) employed in the opening of such matrices which, although "organic", present inorganic components which are difficult to solubilize. This study was carried out to evaluate the recovery of Fe, Zn, Cr, Ni, Cd and Pb contents in samples of composts and cattle, horse, chicken, quail, and swine manures, as well as in sewage sludges and peat. The DMs employed were acid digestion in microwaves with HNO3 (EPA 3051A); nitric-perchloric digestion with HNO3 + HClO4 in a digestion block (NP); dry ashing in a muffle furnace and solubilization of residual ash in nitric acid (MDA); digestion by using aqua regia solution (HCl:HNO3) in the digestion block (AR); and acid digestion with HCl and HNO3 + H2O2 (EPA 3050). The dry ashing method led to the greatest recovery of Cd in organic residues, but the EPA 3050 protocol can be an alternative method for the same purpose. The dry ashing should not be employed to determine the concentration of Cr, Fe, Ni, Pb and Zn in the residues. Higher Cr and Fe contents are recovered when NP and EPA 3050 are employed in the opening of organic matrices. For most of the residues analyzed, AR is the most effective method for recovering Ni. Microwave-assisted digestion methods (EPA3051 and 3050) led to the highest recovery of Pb. The choice of the DM that provides maximum recovery of Zn depends on the organic residue and trace element analyzed.

Soluble carbon in oxisol under the effect of organic residue rates

The application of organic residues to the soil can increase soluble organic carbon (SOC) and affect the pH and electrolytic conductivity (EC) of the soil. However, the magnitude of these changes depends on the type of residue and the applied dose. This study aimed to evaluate the effect of increasing C rates contained in organic residue on the pH, EC, water-extractable total carbon (WETC), water-extractable organic carbon (WEOC), and water-extractable inorganic carbon (WEIC) in soil treated with manure (chicken, swine, and quail), sawdust, coffee husk, and sewage sludge. The levels of total C (TC- KH2PO4), organic carbon (OC- KH2PO4), and inorganic C (IC- KH2PO4) extractable by a 0.1 mol L-1 KH2PO4 solution were also quantified in soil under the effect of increasing rates of chicken and quail manures. The following rates of organic residue C were applied to a dystrophic Red Latosol (Oxisol) sample: 0, 2,000, 5,000, 10,000, and 20,000 mg kg-1. The addition of organic residues to the soil increased pH, except in the case of sewage sludge, which acidified the soil. The acidity correction potential of chicken and quail manure was highest, dependent on the manure rate applied; regardless of the dose used, sawdust barely alters the soil pH. At all tested rates, the EC of the soil treated with swine manure, coffee husk, and sawdust remained below 2.0 dS m-1, which is a critical level for salinity-sensitive crops. However, the application of chicken or quail manure and sewage sludge at certain rates increased the EC to values above this threshold level. Highest levels of WETC, WEOC, and WEIC were obtained when chicken and quail manure and coffee husk were applied to the Oxisol. The quantities of SOC extracted by KH2PO4 were higher than the quantities extracted by water, demonstrating the ability of soil to adsorb C into its colloids.

BIOCHAR: PYROGENIC CARBON FOR AGRICULTURAL USE - A CRITICAL REVIEW

Biochar (carbonized biomass for agricultural use) has been used worldwide as soil amendment and is a technology of particular interest for Brazil, since its "inspiration" is from the historical Terra Preta de Índios(Amazon Dark Earth), and also because Brazil is the world's largest charcoal producer, generating enormous residue quantities in form of fine charcoal and due to the availability of different residual biomasses, mainly from agroindustry (e.g., sugar-cane bagasse; wood and paper-mill wastes; residues from biofuel industries; sewage sludge etc), that can be used for biochar production, making Brazil a key actor in the international scenario in terms of biochar research and utilization). In the last decade, numerous studies on biochar have been carried out and now a vast literature, and excellent reviews, are available. The objective of this paper is therefore to deliver a critical review with some highlights on biochar research, rather than an exhaustive bibliographic review. To this end, some key points considered critical and relevant were selected and the pertinent literature "condensed", with a view to guide future research, rather than analyze trends of the past.

RECOVERY OF AN OXISOL DEGRADED BY THE CONSTRUCTION OF A HYDROELECTRIC POWER PLANT

ABSTRACT The removal of thick layers of soil under native scrubland (Cerrado) on the right bank of the Paraná River in Selvíria (State of Mato Grosso do Sul, Brazil) for construction of the Ilha Solteira Hydroelectric Power Plant caused environmental damage, affecting the revegetation process of the stripped soil. Over the years, various kinds of land use and management systems have been tried, and the aim of this study was to assess the effects of these attempts to restore the structural quality of the soil. The experiment was conducted considering five treatments and thirty replications. The following treatments were applied: stripped soil without anthropic intervention and total absence of plant cover; stripped soil treated with sewage sludge and planted to eucalyptus and grass a year ago; stripped soil developing natural secondary vegetation (capoeira) since 1969; pastureland since 1978, replacing the native vegetation; and soil under native vegetation (Cerrado). In the 0.00-0.20 m layer, the soil was chemically characterized for each experimental treatment. A 30-point sampling grid was used to assess soil porosity and bulk density, and to assess aggregate stability in terms of mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD). Aggregate stability was also determined using simulated rainfall. The results show that using sewage sludge incorporated with a rotary hoe improved the chemical fertility of the soil and produced more uniform soil pore size distribution. Leaving the land to develop secondary vegetation or turning it over to pastureland produced an intermediate level of structural soil quality, and these two treatments produced similar results. Stripped soil without anthropic intervention was of the lowest quality, with the lowest values for cation exchange capacity (CEC) and macroporosity, as well as the highest values of soil bulk density and percentage of aggregates with diameter size <0.50 mm, corroborated by its lower organic matter content. However, the percentage of larger aggregates was higher in the native vegetation treatment, which boosted MWD and GMD values. Therefore, assessment of some land use and management systems show that even decades after their implementation to mitigate the degenerative effects resulting from the installation of the Hydroelectric Plant, more efficient approaches are still required to recover the structural quality of the soil.

Efficiency of five biosolids to supply nitrogen and phosphorus to ryegrass

Biosolids have been considered satisfactory to supply crops and plant nutrients. The ideal biosolids application rate should result in high crop yields and nutrient uptake, and leave low concentrations of nutrients in soils to avoid environmental problems. The objective of this study was to estimate the capacity of five biosolids to supply N and P to ryegrass (Lolium perenne) after a single application of either fertilizers or biosolids to a Spodosol and an Oxisol. Results showed that 6% - 36% of N and 3% - 7% of P applied as biosolids were recovered in plants grown on the Spodosol, while the range on the Oxisol was 26%-75% for N and 1.2%-3.7% for phosphorus. Biosolids' efficiency on supplying N and P to plants was similar to fertilizer on the Spodosol, but on the Oxisol it refrained to 65%-67% fertilizer's efficiency. After a single application of biosolids followed by six consecutive harvests, 25%-94% of the N and 93%-99% of the P were not used by plants and remain in the soils.