Biochar effects on the soil quality and remediation

Abstract

A contaminação dos solos é um problema mundial que necessita de uma resolução. Várias técnicas foram e têm vindo a ser desenvolvidas para verificar a sua eficácia em remover contaminantes orgânicos e inorgânicos dos solos. O biochar é um material carbonáceo que, além de ser um produto de reestruturação de solos, pode imobilizar compostos químicos devido à sua grande área de superfície específica reativa, tornando-os não disponíveis para o biota do solo. Assim, o objetivo deste estudo foi testar a capacidade do biochar em imobilizar dimetoato em solos agrícolas, e, deste modo, diminuir a sua toxicidade para os organismos do solo. Para testar esta hipótese, duas taxas de biochar – 2.5% e 5% (m/m) – e dois organismos modelo – o colêmbolo Folsomia candida e a planta Brassica rapa – foram escolhidos para estudar a imobilização do pesticida pelo biochar através da avaliação das alterações na toxicidade do dimetoato aquando da inclusão do biochar no solo. Como complemento, análises químicas foram, também, realizadas ao solo e à água dos poros do solo para averiguar se a concentração química diminuiu. No teste de reprodução com colêmbolos, a produção de juvenis e a taxa de sobrevivência foram afetados positivamente com o tratamento do biochar, independentemente da sua percentagem no solo. Em relação ao teste com as plantas, parâmetros como o comprimento e o peso fresco das partes aéreas destas foram, também, afetadas positivamente com a adição do biochar; contudo, a sua influência foi menos eficiente porque houve uma curva dose-resposta para o pesticida. Com estes resultados, conclui-se que o biochar pode diminuir os efeitos induzidos pelo dimetoato, ao diminuir a sua biodisponibilidade para a fauna e flora do solo.

Soil contamination is a worldwide problem urging for resolution. Several techniques are being developed and upgraded to see their efficacy in removing organic and inorganic contaminants from soils. Biochar is a carbonaceous material that, aside from being a soil amendment, can immobilize chemical compounds due to a large and reactive specific surface area, potentially turning them unavailable for the soil biota. Therefore, the aim of this study was to test the biochar’s capacity to immobilize dimethoate in agricultural soils and, therefore, decrease the toxicity to soil organisms. To test this hypothesis, two biochar rates – 2.5% and 5% (w/w) - and two standardized organisms - the collembolan Folsomia candida and the plant Brassica rapa - were chosen to assess pesticide immobilization by biochar by evaluating changes in dimethoate toxicity upon soil amendment. As a complement, chemical analyses were also performed on the soil and on the soil’s pore water to check if the chemical concentration decreased. In the reproduction test with collembolans, the offspring production and the survival rate were affected positively with the biochar treatment, independent of the percentage of biochar in soil amendment. For the germination test, endpoints such as length and fresh weight of the aerial part of the plants were also affected positively with biochar addition; however, biochar’s influence was less efficient because there was still a dose-response curve for dimethoate observed. With these results, we can conclude that biochar can alleviate dimethoate pollution, by decreasing the bioavailability to soil fauna and flora.