Use of biochar in the remediation of coppercontaminated vineyard soils

Abstract

Na viticultura, o tratamento com fungicidas à base de cobre resulta muitas vezes em elevados teores de cobre nos solos. Sabendo que o cobre em determinadas concentrações se pode assumir como um composto tóxico, a sua acumulação nos solos pode ter impactos nos organismos terrestres, comprometendo as funções ecossistémicas asseguradas pelo solo. Além disso, considerando que as áreas de vinha sofrem frequentemente processos de erosão acentuados, o seu transporte e entrada em sistemas aquáticos adjacentes pode igualmente impactar o biota aquático. Na tentativa de melhorar as propriedades do solo e garantir uma produção agrícola efetiva, têm sido propostas várias medidas, nomeadamente o uso de biochar. O biochar é um carvão obtido através do processo de pirólise que é utilizado na remediação de solos devido aos seus benefícios na qualidade do solo. Com o objetivo de avaliar as concentrações de cobre no solo de uma vinha e compreender o papel do biochar na qualidade do solo e na redução do transporte de sedimentos ricos em cobre através do escoamento superficial, este trabalho testou a utilização de dois tratamentos de biochar, com aplicações distintas (5 kg/m2 e 10 kg/m2) e a sua influência nas propriedades do solo, numa vinha na região demarcada da Bairrada. Pela comparação dos dois tratamentos de biochar, verificou-se que o tratamento com menor taxa de aplicação de biochar melhorou a qualidade do solo em geral e a sua capacidade de infiltração. Em particular, neste tratamento observou-se uma redução de 69% no transporte de sedimentos e de 76% no transporte de cobre particulado por escoamento superficial. O efeito do biochar na imobilização do cobre foi evidenciado sobretudo após a aplicação de cobre, observando um comportamento visivelmente diferente entre os tratamentos com e sem adição de biochar. A aplicação de biochar em baixas concentrações mostrou ser efetiva na redução da exportação de sedimentos e consequentemente na exportação de cobre. Não obstante, será importante compreender as implicações que o cobre continuará a exercer nos organismos terrestres e na sua potencial lixiviação para águas subterrâneas.

In viticulture, treatment with copper-based fungicides often results in high levels of copper in vineyard soils. Knowing that copper in certain concentrations can be assumed as a toxic compound, its accumulation in soils can have impacts on terrestrial organisms, compromising the ecosystem functions assured by the soil. In addition, considering that vineyards often suffer from severe erosion processes, copper transport and input into adjacent aquatic systems may also impact the aquatic biota. To improve soil properties and ensure effective agricultural production, several measures have been proposed, such as the use of biochar. Biochar is a coal obtained through the pyrolysis process that is used in soil remediation due to its benefits in soil quality. In order to assess de concentration of copper in a vineyard soil and understand the role of biochar in soil quality and in reducing the transport of copper enriched sediments through surface runoff, this work tested the use of two biochar treatments with different applications (5 kg/m2 and 10 kg/m2) and its influence on soil properties in a vineyard located in the demarcated region of Bairrada. By comparing the two biochar treatments, it was verified that the treatment with lower application rate of biochar improved the soil quality in general and its infiltration capacity. A reduction of 69% in sediment transport and a 76% reduction in the transport of particulate copper from surface runoff was observed in this treatment. The effect of biochar on the immobilization of copper was particularly evident after the application of copper, with a noticeably different behaviour between the treatments with and without addition of biochar. The application of biochar in low rates has shown to be effective in the reduction of the export of sediments and consequently in the export of copper. Nonetheless, it is important to understand the implications that copper will continue to exert on terrestrial organisms and its potential leaching into groundwater.