Producción, caracterización y evaluación agronómica y medioambiental de nuevos fertilizantes nitrogenados a partir de biochar

Abstract

Esta tesis doctoral aborda el estudio de nuevos fertilizantes órgano-minerales nitrogenados, en concreto, fertilizantes producidos a partir de biochar (BBFs, por sus siglas en inglés de biochar-based fertilizers) como una alternativa sostenible a los fertilizantes inorgánicos nitrogenados. Este trabajo se centra en los siguientes aspectos: a) Producción y caracterización de BBFs (Capítulo 1); b) Evaluación agronómica y ambiental de los BBFs como una estrategia de fertilización nitrogenada orientada a reducir las pérdidas de nitrógeno (N) mientras se mantiene el rendimiento de los cultivos tanto en condiciones de invernadero como de cultivo al aire libre (Capítulos 2 y 3); c) Aplicación de los BBFs en medios de cultivo sin suelo (Capítulo 4); y d) Influencia de los métodos de producción y activación del biochar en la colonización microbiana de los BBFs y en sus interacciones con comunidades microbianas específicas (Capítulos 3 y 5). El Capítulo 1 demuestra que las propiedades del biochar, los métodos de activación y el enriquecimiento con N influyen en la incorporación y disponibilidad del N en los BBFs. El Capítulo 2 indica que los BBFs pueden alcanzar rendimientos de cultivo similares mientras reducen las emisiones de N2O del suelo en comparación tanto con fertilizantes inorgánicos nitrogenados, como con la coaplicación de fertilizante con biochar en el suelo. El Capítulo 3 compara los BBFs con otras estrategias optimizadas de fertilización nitrogenada, como la fertilización fraccionada o el uso de bacterias fijadoras de N. En este experimento, los BBFs presentaron emisiones de N2O y volatilización de NH3 similares a otros tratamientos, pero demostraron una mayor capacidad de secuestro de carbono en el suelo y un aumento en la abundancia de bacterias fijadoras de N2. El Capítulo 4 resalta el potencial de los BBFs como aditivos en sustratos sin suelo, favoreciendo el cultivo de tomate desde las primeras etapas de crecimiento hasta su madurez. Finalmente, el Capítulo 5 explora novedosas aplicaciones de los BBFs, ya que pueden tanto ser portadores de N orgánico y hongos promotores del crecimiento vegetal, como supresores de enfermedades vegetales. Al adoptar un enfoque multidisciplinar, esta investigación evaluó los BBFs desde perspectivas tanto agronómicas como ambientales, analizando su impacto en las propiedades fisicoquímicas y biológicas del sistema planta-suelo.

This PhD thesis contributes to current research on biochar-based fertilizers (BBFs) as a sustainable alternative to mineral fertilizers. The dissertation comprises the production and characterization of BBFs, their agronomic and environmental evaluation as an efficient nitrogen (N) fertilization strategy in soil, and their application in soilless cultivation substrates. Furthermore, the work also investigates how BBFs' production and activation methods interact with specific microbial communities. Chapter 1 demonstrates that biochar properties, activation methods and N enrichment influence the incorporation of N and its availability in BBFs. Chapter 2 indicates that BBFs may achieve similar crop yields while reducing soil N2O emissions as compared to synthetic N fertilizer, or the co-application of N fertilizer with biochar in soil. Chapter 3 compares BBFs with other optimized N fertilization strategies, such as split fertilization or the use of N-fixing bacteria. In this experiment, BBF exhibited similar soil N2O emissions and NH3 volatilization but demonstrated enhanced soil carbon sequestration and N2-fixing bacteria abundance compared to the other treatments. Chapter 4 highlights the potential of BBFs as effective additives in soilless substrates, supporting tomato cultivation from early growth stages to maturity. Finally, Chapter 5 explores the wide-ranging applications of BBF as carriers of organic N and plant growth-promoting fungi, as well as suppressors of plant diseases. By adopting a multidisciplinary approach, this research evaluated novel BBFs from both agronomic and environmental perspectives, while investigating their impact on the physicochemical and biological properties of the plant-soil system.