Biochar Improves Wax Gourd (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Yield and Quality by Regulating the Chemical Properties of Acidic Soil and Promoting Nutrient Uptake

Resumo

O biochar é amplamente utilizado para manter os rendimentos das culturas e a sustentabilidade dos agroecossistemas devido às suas características. No entanto, seu efeito no rendimento e na qualidade das hortaliças em solos ácidos do sul não foi totalmente elucidado. Os efeitos de dois tipos de taxas de aplicação de biochar (3 t ha⁻¹ e 12 t ha⁻¹) na disponibilidade de nutrientes, absorção de nutrientes, rendimento e qualidade de frutos do solo de óxido ácido arenoso no Sul da China foram estudados em um experimento de campo de 2 anos usando duas variedades de melão-de-são-caetano (Tiezhu No. 2 e Dadao). Os resultados mostraram que a fertilização otimizada (OPT, nitrogênio, fósforo e potássio foram reduzidos em 20,0%, 20,6% e 21,1%, respectivamente) não reduziu o rendimento das diferentes variedades de melão-de-são-caetano em comparação com FP (prática do agricultor). Com base no tratamento OPT, a aplicação de biochar aumentou o rendimento do melão-de-são-caetano Tiezhu No. 2 e Dadao em 16,0–27,3% e 7,7–13,3%, respectivamente. O aumento do rendimento foi atribuído à melhoria do teor de carbono orgânico do solo, que aumentou 4,5–19,7%, da eficácia dos nutrientes (teor de NO3−-N e Olsen-P aumentado em 23,7–27,0% e 15,3–23,4% em Tiezhu No. 2) e da absorção de nutrientes (acúmulo de N, P, K, Ca e Mg aumentou significativamente em 21,1%, 46,1%, 36,8%, 25,7% e 31,9%, respectivamente) pela planta após a aplicação do biochar. Diferentes tipos de biochar também têm algumas diferenças nestes três aspectos. Especificamente, sob a mesma dosagem, o biochar de arroz tem um efeito mais significativo no aumento do rendimento do melão-de-são-caetano e tem um efeito melhor na melhoria das propriedades físico-químicas do solo, enquanto o biochar de serragem tem um efeito mais significativo na absorção de nutrientes. Além disso, a qualidade comercial, ou seja, dureza e brilho, e a qualidade nutricional, ou seja, açúcar solúvel, proteína solúvel, conteúdo de Vitamina C (VC)  e relação açúcar-ácido dos frutos de melão-de-são-caetano, foram significativamente melhoradas após a aplicação do biochar. Em resumo, a aplicação de biochar em solos ácidos no Sul da China poderia alcançar uma situação de ganha-ganha em termos de aumentar a eficácia dos nutrientes do solo para melhorar o rendimento e a qualidade das hortaliças, enquanto reduz o fertilizante químico.

Abstract

Biochar is widely used to maintain crop yields and the sustainability of agroecosystems due to its characteristics. However, its effect on vegetable yield and quality in southern acidic soils has not been fully elucidated. The effects of two kinds of biochar application rates (3 t ha−1 and 12 t ha−1) on the nutrient availability, nutrient absorption, yield, and fruit quality of sandy acid oxide soil in South China were studied in a 2-year field experiment using two varieties of wax gourd (Tiezhu No. 2 and Dadao). The results showed that optimized fertilization (OPT, nitrogen, phosphorus, and potassium were reduced by 20.0%, 20.6%, and 21.1%, respectively) did not reduce the yield of the different varieties of wax gourd compared to FP (farmer practice). On the basis of the OPT treatment, the application of biochar increased the yield of Tiezhu No. 2 and Dadao wax gourd by 16.0–27.3% and 7.7–13.3%, respectively. The increase in yield was attributed to the improvement in soil organic carbon content which increased by 4.5–19.7%, nutrient effectiveness (NO3−-N and Olsen-P content enhanced by 23.7–27.0% and 15.3–23.4% in Tiezhu No. 2), and nutrient uptake (N, P, K, Ca, and Mg accumulation increased significantly by 21.1%, 46.1%, 36.8%, 25.7%, and 31.9%, respectively) by the plant after the biochar application. Different types of biochar also have some differences in these three aspects. Specifically, under the same dosage, rice biochar has a more significant effect on increasing the yield of winter melon, and has a better effect on the improvement of soil physical and chemical properties, while sawdust biochar has a more significant effect on nutrient absorption. In addition, the commercial quality, namely hardness and glossiness, and the nutritional quality, namely soluble sugar, soluble protein, VC content, and sugar–acid ratio of wax gourd fruits, were significantly improved after the biochar application. In summary, biochar application on acidic soils in South China could achieve a win–win situation in terms of increasing soil nutrient effectiveness to improve vegetable yield and quality while reducing chemical fertilizer.