Repositorio
Institucional

Seguel, Alex

Biochar-based controlled-release ammonium phosphate fertilizer: Synthesis and impact on soil nutrient dynamics, wheat growth, and yield under controlled conditions

ELSEVIER

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY & INNOVATION

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Current agricultural practices prioritize increasing crop yields through extensive fertilizer use. However, overreliance on nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers has led to environmental degradation, including eutrophication and inefficient nutrient use, raising sustainability concerns. This study aims to develop a biochar-supported controlled-release fertilizer (BAPF) containing N and P, and evaluate its impact on soil nutrient dynamics, nutrient recovery, plant growth, and yield. BAPF was synthesized by impregnating biochar derived from oat hulls with urea and diammonium phosphate. An eight-week soil incubation experiment compared nutrient release dynamics between BAPF, conventional fertilizers (CF), oat hull biochar (OHB), and a control (CT). BAPF demonstrated consistent nutrient release, maintaining higher N and P availability over time than CF. By day 60, total N concentration in the BAPF treatment was 6 % higher than CF, while P availability was consistently 20 % higher. BAPF also exhibited lower ammonification rates compared to unfertilized treatments, while nitrification rates were 2.6 times greater compared to OHB and CT, demonstrating enhanced nitrogen conversion efficiency. In a greenhouse trial using spring wheat as a model plant, BAPF improved growth, nutrient uptake, and grain yield compared to CF, OHB, and CT. Total biomass and grain yield increased by approximately 15 % relative to CF, and nutrient recovery rates were significantly higher, with N apparent recovery (ARN) of 55.0 % compared to 36.5 % for CF. Additionally, the apparent P recovery rose from 8.9 % in CF to 18.5 % in BAPF. The findings suggest that BAPF improves nutrient use efficiency and enhances grain productivity compared to conventional methods. Its controlled-release properties lead to longer nutrient availability, better nutrient recovery, and increased crop productivity, even in high P-fixing soils. Therefore, BAPF offers an effective alternative to reduce reliance on synthetic fertilizers, enhancing sustainability in agricultural systems.Las prácticas agrícolas actuales priorizan el aumento del rendimiento de los cultivos mediante el uso extensivo de fertilizantes. Sin embargo, la dependencia excesiva de los fertilizantes de nitrógeno (N) y fósforo (P) ha provocado degradación ambiental, incluyendo eutrofización y un uso ineficiente de nutrientes, lo que genera preocupaciones sobre la sostenibilidad. Este estudio tiene como objetivo desarrollar un fertilizante de liberación controlada con soporte de biocarbón (BAPF) que contenga N y P, y evaluar su impacto en la dinámica de nutrientes del suelo, la recuperación de nutrientes, el crecimiento de las plantas y el rendimiento. El BAPF se sintetizó impregnando biocarbón derivado de cáscaras de avena con urea y fosfato diamónico. Un experimento de incubación de suelo de ocho semanas comparó la dinámica de liberación de nutrientes entre el BAPF, fertilizantes convencionales (CF), biocarbón de cáscara de avena (OHB) y un control (CT). El BAPF demostró una liberación de nutrientes constante, manteniendo una mayor disponibilidad de N y P a lo largo del tiempo que el CF. Al día 60, la concentración total de N en el tratamiento BAPF fue un 6 % mayor que en el CF, mientras que la disponibilidad de P fue consistentemente un 20 % mayor. BAPF también mostró tasas de amonificación más bajas en comparación con los tratamientos sin fertilizar, mientras que las tasas de nitrificación fueron 2,6 veces mayores en comparación con OHB y CT, lo que demuestra una mayor eficiencia en la conversión de nitrógeno. En un ensayo de invernadero con trigo de primavera como planta modelo, BAPF mejoró el crecimiento, la absorción de nutrientes y el rendimiento de grano en comparación con CF, OHB y CT. La biomasa total y el rendimiento de grano aumentaron aproximadamente un 15 % con respecto a CF, y las tasas de recuperación de nutrientes fueron significativamente mayores, con una recuperación aparente de N (ARN) del 55,0 % en comparación con el 36,5 % para CF. Además, la recuperación aparente de P aumentó del 8,9 % en CF al 18,5 % en BAPF. Los resultados sugieren que BAPF mejora la eficiencia en el uso de nutrientes y aumenta la productividad de grano en comparación con los métodos convencionales. Sus propiedades de liberación controlada conducen a una mayor disponibilidad de nutrientes, una mejor recuperación de nutrientes y una mayor productividad del cultivo, incluso en suelos con alta fijación de P. Por lo tanto, BAPF ofrece una alternativa eficaz para reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos, mejorando la sostenibilidad en los sistemas agrícolas.

artículo original

Biochar-supported controlled-release fertilizer

Nitrogen and phosphorus use efficiency

Nutrient recovery

Sustainable agriculture

10.1016/j.eti.2025.104269

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NITROGEN-USE EFFICIENCY

HEAVY-METALS

PHOSPHORUS

NUTRITION

BIOMASS

AVAILABILITY

TOLERANCE

AMENDMENT

SORPTION

CYCLE

NITROGEN-USE EFFICIENCY

HEAVY-METALS

PHOSPHORUS

NUTRITION

BIOMASS

AVAILABILITY

TOLERANCE

AMENDMENT

SORPTION

CYCLE

Agricultura

Agronomía

Ciencias del suelo

versión publicada

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acceso abierto

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WOS:001499379800003

Biochar-based controlled-release ammonium phosphate fertilizer: Synthesis and impact on soil nutrient dynamics, wheat growth, and yield under controlled conditions

artículo original

ELSEVIER

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY & INNOVATION

Biotechnology & Applied Microbiology

Engineering, Environmental

Environmental Sciences

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2352-1864

National Agency for Research and Development ANID-Chile#FONDECYT(Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (CONICYT)CONICYT FONDECYT)

National Agency for Research and Development ANID-Chile

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