USE OF BIOENERGY RESIDUES AS AMENDMENTS: IMPLICATIONS ON SOIL FERTILITY AND SOIL CARBON SEQUESTRATION
UTILISATION DES RÉSIDUS DE PRODUCTION BIOÉNERGETIQUE COMME AMENDEMENTS: IMPLICATION SUR LA FERTILITÉ DES SOLS ET LA CAPTURE DE CARBONE
UTILIZZO DI RESIDUI DA PROCESSI BIOENERGETICI COME AMMENDANTI: IMPLICAZIONI SULLA FERTILITÀ DEL SUOLO ED IL SEQUESTRO DEL CARBONIO
Creators: name: Galvez, Antonia; Instituto Andaluz De Ciencias De La Tierra, Granada
name: Sinicco, Tania; Gruppo Di Ricerca Di Gorizia, CRA-RPS, Gorizia
name: Marino, Lorena; Gruppo Di Ricerca Di Gorizia, CRA-RPS, Gorizia
name: Cayuela, Maria Luz; Department Of Soil Quality, Wageningen University, Wageningen
name: Mingorance, Maria Dolores; Instituto Andaluz De Ciencias De La Tierra, Granada
name: Mondini, Claudio; Gruppo Di Ricerca Di Gorizia, CRA-RPS, Gorizia
Publisher: name: EQA - International Journal of Environmental QualityEQA - International Journal of Environmental Quality
Year: 2013
Subjects: CO2 emissions; bioenergy residues ; C sequestration; mineralisation; soil microbial biomass
émissions de CO2; résidus bioénergétiques; stockage de C ;minéralisation; biomasse microbienne
emissioni di CO2; residui bioenergetici; sequestro di C; mineralizzazione; biomassa microbica

description: The increasing use of renewable energy sources as substitutes to fossil fuels has provoked an increase in the production of bioenergy residues. These residues could be effectively used for the recovery and conservation of soil fertility. However, the effect of the organic residues on the soil ecosystem is different depending on their physico-chemical characteristics and, particularly, the knowledge of the impact of bioenergy residues on soil quality is still limited. The aim of this work is to study the effects of different bioenergy residues on C and N mineralization and soil microbial content and activity. A degraded soil (clay 49.7%, pH 7, OC 0.37%) from Southern Spain was amended (0.5% w/w) with four different bioenergy residues (anaerobic digestate, rapeseed meal from biodiesel production, bioethanol residue and biochar) and three other organic residues commonly used as organic amendments (wastewater sludge and two composts). The amended soil was then incubated for 30 days at 20 ºC. During incubation soil CO2 evolution was measured every 4 hours by means of an automatic chromatographic system. After 2, 7 and 30 days of incubation the following parameters were also analysed: K2SO4-extractable C, N, NO3 -, NH4 + and P, microbial biomass C and some enzymatic activities involved in the cycle of the main nutritive elements (β-glucosidase, arylsulfatase, esterase, alkaline and acid phosphatase and leucine aminopeptidase). Soil addition of the different residues led to a general increase in C and N mineralization, in the availability of nutrients and in the microbial content and activity, but with remarkable different values and dynamics. The only exception was represented by biochar that did not cause any significant variations of the measured parameters with respect to the control. The obtained results demonstrate that bioenergy residues may represent an effective alternative to usual amendments for the recovery and conservation of soil quality. The different physico-chemical characteristics of the residues suggest different uses. Rapeseed meal, bioethanol residue and anaerobic digestate are more suited to improve soil biological fertility, while biochar is more appropriated for the enhancement of soil organic matter content and to promote soil C sequestration.
description: L’augmentation de l’utilisation d’énergies renouvelables comme substituts des combustibles fossiles a provoqué une nette augmentation de la production de résidus bioénergétiques. De tels déchets peuvent être utilisés pour le rétablissement et la conservation de la fertilité des sols. Pourtant, l’effet des résidus organiques sur l’écosystème du sol est différent selon ses caractéristiques physico-chimiques. En particulier, les connaissances concernant l’impact des résidus bioénergétiques sur la qualité du sol sont encore limitées. Nous avons étudié les effets de résidus de différents processus bioénergétiques sur la minéralisation de C et N ainsi que sur le contenu et l’activité des microorganismes. Un sol dégradé (argile 49.7 %, pH 7, CO 0.37 %) provenant de l’Espagne méridionale a été amendé (0.5 % m/m) avec quatre différents résidus bioénergétiques (déchets de la digestion anaérobique, farine de colza de la production de biodiesel, résidus de la production de bioéthanol et de charbon de bois) et trois résidus organiques habituellement utilisés comme amendements (boue de dépurateur et deux types de compost). Le sol, après amendement, a été incubé 30 jours à 20 ºC. Au cours de l’incubation, l’évolution de CO2 a été mesurée à intervalles de quatre heures par chromatographie. Après 2, 7 et 30 jours les paramètres suivant ont été analysés: C, N, NO3 -, NH4 + et P extractible par K2SO4, C de la biomasse microbienne et certaines activités enzymatiques impliquées dans le cycle des principaux éléments nutritifs (β-glucosidase, arylsulfatase, estérase, phosphatase alcaline et acide ainsi que leucylaminopeptidase). L’addition de divers résidus au sol a provoqué en générale une augmentation de la minéralisation de C et N, de la disponibilité des nutriments et du contenu et activité des microorganismes ; tout ceci avec de significatives différences aussi bien en terme de quantité que de dynamique. L’addition de résidus de la production de charbon de bois n’a pas provoqué de variation significative des paramètres mesurés par rapport au témoin. Les résultats obtenus démontrent que les résidus bioénergétiques peuvent représenter une alternative efficace aux amendements habituels pour le rétablissement et la conservation de la qualité du sol. Les différentes caractéristiques physico-chimiques des résidus suggèrent diverses modalités d’utilisation. La farine de colza, le résidu de la production de bioéthanol et les produits de la digestion anaérobique sont plus indiqués pour améliorer la fertilité biologique du sol alors que le charbon de bois est plus approprié pour augmenter le contenu en matière organique et favoriser la capture de C.
description: L’aumento dell’utilizzo di energie rinnovabili come sostituti dei combustibili fossili ha provocato un consistente incremento nella produzione di residui bioenergetici. Tali residui possono essere convenientemente utilizzati per il recupero ed il mantenimento della fertilità dei suoli. Tuttavia, l’effetto dei residui organici sull’ecosistema del suolo è diverso a seconda delle sue caratteristiche fisico-chimiche. In particolare le conoscenze sull’impatto dei residui dei processi bioenergetici sulla qualità del suolo sono ancora limitate. Lo scopo di questo lavoro era pertanto lo studio degli effetti di residui da diversi processi bioenergetici sulla mineralizzazione di C e N ed il contenuto ed attività dei microorganismi del suolo. Un suolo degradato (argilla 49.7%, pH 7, CO 0.37%) proveniente dalla Spagna meridionale è stato ammendato (0.5% p/p) con quattro diversi residui da processi bionergetici (residuo della digestione anaerobica, farina di colza dalla produzione di biodiesel, residuo della produzione di bioetanolo e biocarbone) e tre residui organici comunemente usati come ammendanti (fango di depurazione e due tipi di compost). Il suolo ammendato è stato poi incubato per 30 giorni a 20 ºC. Durante l’incubazione è stata misurata l’evoluzione della CO2 ogni 4 ore mediante un sistema cromatografico automatizzato. Dopo 2, 7 e 30 giorni di incubazione sono stati analizzati i seguenti parametri: C, N, NO3 -, NH4 + e P estraibili con K2SO4, C della biomassa microbica e alcune attività enzimatiche implicate nel ciclo dei principali elementi nutritivi (β-glucosidasi, arilsulfatasi, esterasi, fosfatasi acida e alcalina e leucina aminopeptidasi). L’aggiunta dei diversi residui al suolo ha provocato in generale un aumento nella mineralizzazione di C e N, nella disponibilità di nutrienti e nel contenuto ed attività dei microorganismi, ma con significative differenze nella quantità e dinamica. L’unica eccezione è stata costituita dal biocarbone che non ha causato variazioni significative dei parametri misurati rispetto al ontrollo. I risultati ottenuti dimostrano che i residui bionergetici possono rappresentare un’alternativa efficace ai comuni ammendanti per il recupero ed il mantenimento della qualità del suolo. Tuttavia le diverse caratteristiche chimico-fisiche dei residui suggeriscono differenti modalità di utilizzo. La farina di colza, il residuo della produzione di bioetanolo ed il digestato sono più indicati per migliorare la fertilità biologica del suolo, mentre il biocarbone è più appropriato per aumentare il contenuto di materia organica del suolo e favorire il sequestro del C.
description: EQA - International Journal of Environmental Quality; Vol 6 (2011); 39-48