Repositorio
Institucional

Medina, Jorge

Biochar and Metallic Nanoparticle Additives in Agricultural Residues Composting Modulate the Mineralization Patterns of End-Products When Added to Tropical Soils

SPRINGER INT PUBL AG

JOURNAL OF SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION

en

This study evaluated the effects of biochar and metallic oxide nanoparticles (iron oxide and halloysite nanoclays) used as compost additives on the decomposition and mean residence time (MRT) of soil organic matter (SOM) in tropical grassland soils. The objective was to explore their impact on decomposition rates and the chemical structure of compost-derived SOM to optimize carbon storage and organic fertilization strategies. Organic residues that included cow manure and wheat straw, with a C3 signature, were initially composted adding biochar, metallic oxides, and their combination as additives. The end products (stabilized compost) were applied to tropical soil naturally enriched in 13C due to theC4 vegetation in an incubation experiment, where basal respiration, compost, and SOM decomposition were analyzed, and the mean residence time (MRT) was estimated. Additionally, the preservation of different carbon pools and functional groups during the mineralization of SOM and compost organic matter was assessed and modeled, using a combination of delta 13C stable isotope and 13C NMR spectroscopy. The results showed that additives such as biochar and halloysite nanoparticles reduced the decomposition rate of compost, increasing its MRT from 4.5 to 7.6 and 5.4 years, respectively. This could be driven by organo-mineral interactions of organic matter (OM) with metallic nanoparticles, and biochar adsorption of the soluble compost-derived OM. However, the combination of biochar and metallic nanoparticles showed no synergistic effect for compost-derived-OM preservation, but a probable mineralization of biochar-derived C. These findings suggest that additives significantly modulate organic matter decomposition and structural rearrangement, extending its MRT in the studied soil. These additives can be crucial in improving soil carbon storage, presenting a promising avenue for long-term organic fertilization and soil management practices.Este estudio evaluó los efectos del biocarbón y las nanopartículas de óxido metálico (óxido de hierro y nanoarcillas de halloysita) utilizadas como aditivos para compost en la descomposición y el tiempo medio de residencia (TMR) de la materia orgánica del suelo (MOS) en suelos de pastizales tropicales. El objetivo fue explorar su impacto en las tasas de descomposición y la estructura química de la MOS derivada del compost para optimizar el almacenamiento de carbono y las estrategias de fertilización orgánica. Los residuos orgánicos que incluían estiércol de vaca y paja de trigo, con una firma C3, se compostaron inicialmente añadiendo biocarbón, óxidos metálicos y su combinación como aditivos. Los productos finales (compost estabilizado) se aplicaron a un suelo tropical enriquecido naturalmente en 13C debido a la vegetación C4 en un experimento de incubación, donde se analizaron la respiración basal, el compost y la descomposición de la MOS, y se estimó el tiempo medio de residencia (TMR). Además, se evaluó y modeló la preservación de diferentes reservorios de carbono y grupos funcionales durante la mineralización de la materia orgánica del suelo (MOS) y la materia orgánica del compost, utilizando una combinación de isótopos estables delta 13C y espectroscopia de RMN de 13C. Los resultados mostraron que aditivos como el biocarbón y las nanopartículas de halloysita redujeron la tasa de descomposición del compost, aumentando su tiempo medio de residencia (TMR) de 4,5 a 7,6 y 5,4 años, respectivamente. Esto podría deberse a las interacciones organominerales de la materia orgánica (MO) con las nanopartículas metálicas y a la adsorción de la MO soluble derivada del compost por parte del biocarbón. Sin embargo, la combinación de biocarbón y nanopartículas metálicas no mostró un efecto sinérgico para la preservación de la MO derivada del compost, sino una probable mineralización del carbono derivado del biocarbón. Estos hallazgos sugieren que los aditivos modulan significativamente la descomposición y el reordenamiento estructural de la materia orgánica, extendiendo su TMR en el suelo estudiado. Estos aditivos pueden ser cruciales para mejorar el almacenamiento de carbono en el suelo, presentando una vía prometedora para la fertilización orgánica a largo plazo y las prácticas de manejo del suelo.

artículo original

Bulking agents

Composting additives

Carbon sequestration

Isotopic labeling

Tropical soils

10.1007/s42729-025-02266-6

pdf

ORGANIC-MATTER COMPOSITION

CARBON SEQUESTRATION

BLACK CARBON

C-13 NMR

STABILIZATION

WASTE

DEGRADATION

MECHANISMS

EMISSIONS

ABUNDANCE

ORGANIC-MATTER COMPOSITION

CARBON SEQUESTRATION

BLACK CARBON

C-13 NMR

STABILIZATION

WASTE

DEGRADATION

MECHANISMS

EMISSIONS

ABUNDANCE

Ciencias del suelo

Agronomía

Ecología

versión publicada

hibrida

verde

restringido

restringido

WOS:001411655200001

Biochar and Metallic Nanoparticle Additives in Agricultural Residues Composting Modulate the Mineralization Patterns of End-Products When Added to Tropical Soils

artículo original

SPRINGER INT PUBL AG

JOURNAL OF SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION

Plant Sciences

Environmental Sciences

Soil Science

en

0718-9508

pdf