Proyectos destacados

Proyecto investiga uso del biocarbón para mejorar suelos agrícolas del país

Dra. Marta Pérez Villanueva
Rebeca Malavassi

Aplicación en campo del biocarbón en cultivo de piña.

Fuente: Dra. Marta Pérez Villanueva

Nombre del proyecto

Efecto sobre las características del suelo y el comportamiento ambiental de los plaguicidas de la adición de "biochar" como enmienda

Objetivo general

Evaluar el efecto de la aplicación de "biochar" a un suelo utilizado para el cultivo de la piña en Costa Rica.

Biocarbón producido a partir de diferentes materiales, de izquierda a derecha: pellets de madera, cascarilla de café, pinzote de palma aceitera, rastrojo de piña.

Fuente:
Dra. Marta Pérez Villanueva

Descripción del proyecto

El manejo de los desechos de biomasa constituye un factor de atención para diversas actividades agrícolas importantes en Costa Rica, tales como el cultivo del café y la palma africana. La cascarilla de café es un material que actualmente se seca y se agrega como enmienda de materia orgánica al suelo. De manera similar, el pinzote de la palma africana es otro desecho que se genera en una cantidad importante. El "biochar" es un carbón vegetal que se obtiene de restos vegetales y residuos de biomasa. A diferencia del carbón vegetal clásico, que es empleado como combustible, el "biochar"- o biocarbón – no se utiliza como tal, no se quema, sino que se aplica al suelo para mejorar sus propiedades. La producción de "biochar" a partir de desechos de biomasa constituye una alternativa para el destino final de este tipo de materiales, y que al incorporarse al suelo puede mejorar sus características y causar un efecto positivo en la producción agrícola, así como posibilitar el secuestro de carbono y reducir las emisiones de gases con efecto invernadero en suelos agrícolas como el N2O. El uso del biocarbón tiene múltiples beneficios, en términos tanto de productividad como de índole ambiental, por la captura de carbono y la valorización de desechos agrícolas, entre otros. 

Para este estudio se seleccionó la piña, un cultivo muy extenso y problemático para el país; que además es producido mayoritariamente en suelos pobres y ácidos, y lo hace un candidato adecuado para la implementación de enmiendas como el biocarbón. Las problemáticas ambientales generadas por este cultivo incluyen el manejo inadecuado del rastrojo, el principal desecho de la industria piñera en el campo, que causa proliferación de moscas y emisiones de gases de efecto invernadero, entre otros además del uso de plaguicidas, como el bromacil y el diurón. 

Previo a este proyecto, se contaba con información sobre los efectos positivos del biocarbón en la producción agrícola de suelos tropicales, pero era escaso el conocimiento sobre los efectos ecológicos de su adición como enmienda en suelos de zonas tropicales y sobre el comportamiento ambiental de los plaguicidas en suelos enmendados con biocarbón. Con este proyecto, se buscaba generar información con respaldo científico sobre el uso del biocarbón como enmienda orgánica para suelos agrícolas del país. Así, se consideró que la incorporación de biocarbón al suelo como enmienda, podría afectar el funcionamiento de los ecosistemas de suelo e interferir en el comportamiento de agroquímicos como plaguicidas o fertilizantes, por lo que un proyecto como este era necesario antes de la implementación de tales prácticas agrícolas. 

Investigadoras del proyecto preparando Biocarbón en horno de pirólisis del TEC.

Fuente: Dra. Marta Pérez Villanueva

Logros destacados

Se evaluó el efecto de la aplicación de biocarbón o "biochar", como se denomina en inglés, en un suelo agrícola dedicado al cultivo de piña de la zona norte del país. Se investigó el destino ambiental de dos herbicidas, bromacil y diurón, siguiendo su degradación, mineralización y adsorción. Además, se incluyeron ensayos ecotoxicológicos con organismos bioindicadores del suelo y representantes de distintos niveles del ecosistema edáfico (del suelo), como plantas, lombrices, insectos y microorganismos. Como materia prima para la producción de biocarbón se utilizaron cuatro residuos agroindustriales que se producen en cantidades importantes en el país: rastrojo de piña, pinzote de palma africana, cascarilla de café y broza de café. Mediante un proceso de transformación térmica en ausencia de oxígeno llamado pirólisis, estos materiales se sometieron a temperaturas de 300ºC o 600ºC durante una hora. Los productos resultantes se caracterizaron tanto química como físicamente, así como el rendimiento de la pirólisis para cada uno.

Uno de los resultados importantes fue que el rendimiento del producto fue mayor cuando el proceso se llevó a cabo a 300ºC; sin embargo, de acuerdo con los parámetros establecidos para la calificación del biocarbón, únicamente el material producido a 600ºC se puede clasificar como biocarbón. No obstante, cabe resaltar que tanto la materia prima como la temperatura de pirólisis tuvieron influencia sobre las propiedades de los biocarbones o de los materiales torrefactados (los que se obtuvieron a 300ºC). Los biocarbones derivados de cascarilla de café y pinzote de palma presentaron altos contenidos de carbono fijo, lo que se asocia con una alta estabilidad de este elemento en el suelo y por lo tanto, un buen potencial para el secuestro de carbono. En contraste, el biocarbón de rastrojo de piña presentó el mayor contenido de cenizas, así como la mayor área superficial específica, lo que lo hace un material con mayor potencial para mejorar la fertilidad para los cultivos. Finalmente, los materiales torrefactados presentaron características químicas que los perfilan como enmiendas que pueden tener un efecto positivo sobre la retención de nutrientes en el suelo, sin embargo, se requiere evaluar este aspecto en específico.

La persistencia observada de los plaguicidas bromacil y diuron en el suelo evaluado de la zona norte de Costa Rica fue mayor a la reportada en la literatura, y la adición de biocarbón no disminuyó dicha persistencia. El bromacil mostró valores de vida media de eliminación (DT50) de aproximadamente 300 días, cerca de cuatro veces mayor a lo que se ha reportado en otros países, por lo que se considera muy persistente. Además, las mezclas con el carbón producido a 300ºC presentaron mayor persistencia que aquellas con biocarbón. También se estudió la mineralización de ambos plaguicidas y se encontró que todos los carbones retardaron el proceso de mineralización, tanto del bromacil como del diurón. Además, en los ensayos de adsorción no se encontraron diferencias significativas en la adsorción de estos plaguicidas entre las dósis de aplicación de 10 y 20 t/ha, sin embargo, sí se observó una mayor adsorción en los suelos mezclados con el biocarbón respecto a los suelos sin este material.

Producto de los resultados de este proyecto, a la fecha se encuentra un artículo científico publicado en 2020 en Biomass Conversion and Biorefinery (https://doi.org/10.1007/s13399-020-00714-0), con la caracterización de los diferentes "biochar" producidos. Además, un artículo con los resultados de los estudios del destino ambiental de los plaguicidas bromacil y diurón, está siendo sometido para su publicación, y se están ultimando los detalles finales de un tercer artículo con los resultados de la evaluación ecotoxicológica de las mezclas de suelo "biochar". Otro resultado importante de este proyecto, fue el desarrollo de la tesis de doctorado en ecología terrestre, del investigador Juan Salvador Chin Pampillo, del Centro de Investigaciones en Ecología y Aplicaciones Forestales (CREAF) de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Adicionalmente, se llevaron a cabo charlas con productores de piña de la zona norte del país, para sensibilizar sobre las ventajas que podría aportar el uso de biocarbón como enmienda orgánica para los suelos, y se está trabajando en un Manual de uso de biocarbón dirigido a personal técnico.

Por último y dado que aún queda mucho que se puede estudiar en este tema para dar mejores recomendaciones de su uso al sector productivo, se obtuvo financiamiento con el MICITT para continuar evaluando el biocarbón y ver sus efectos en el campo mediante el proyecto BIOECODES.

Área geográfica de influencia

Población beneficiaria

Se benefician pequeños, medianos y grandes productores de piña y miembros de la comunidad cercana a las zonas de producción de piña. Además, para la población en general, es una nueva forma de tratamiento del desecho generado en la actividad agrícola de la producción de la piña, con respaldo científico acerca de su impacto en el ambiente. También puede contribuir a mejorar las características del suelo, optimizar las prácticas de uso de agroquímicos y mejorar la producción de la piña, a la vez que al implementarla se contribuye con la reducción en la liberación de gases de efecto invernadero al ambiente.

Participación de instancias e instituciones internas y externas:

Centro de Investigación en Contaminación Ambiental (CICA) y Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) - Universidad de Barcelona, España.