Water hyacinth conversion to biochar for soil nutrient enhancement in improving agricultural product

Resumo

A conversão do aguapé em biochar(biocarvão) oferece uma solução sustentável para mitigar sua proliferação e aumenta seu potencial como corretivo de solo para a agricultura. Este estudo examinou as propriedades físico-químicas do biocarvão de aguapé (WHBC) e seu impacto na fertilidade do solo. O aguapé (Eichhornia crassipes) foi pirolisado a 300 °C por 40 minutos com fluxo de ar restrito (2–3 m/s), produzindo biocarvão com propriedades desejáveis e um rendimento de 44,6%. O WHBC apresentou um pH de 8,11 ± 0,91, condutividade elétrica de 18,70 ± 1,15 mS/cm e teores de nutrientes, incluindo NT (0,69 ± 0,10%), PT (8,80 ± 0,01%), CO (13,95 ± 0,65%), relação C/N (20,22 ± 0,95), S (0,34 ± 0,03%) e nutrientes metálicos (Ca, Mg, K). Os metais pesados (Fe, Mn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr, Zn) estavam dentro dos limites permitidos para o biocarvão. O solo corrigido com 2500 kg/ha de WHBC (BC2) produziu rendimentos comparáveis aos da cultura teff (massa fresca: 1191,67 ± 428,44 g, massa seca: 700,00 ± 248,34 g, rendimento de grãos: 95,00 ± 39,69 g) aos obtidos com fertilizantes minerais e corretivos mistos. O Infravermelho com Transformada de Fouriero (FTIR) e a Microscopia Eletrónica de Varredura (MEV) revelaram mudanças estruturais significativas no WHBC, melhorando sua estrutura porosa e morfologia superficial. Esses resultados demonstram o potencial do WHBC como um corretivo de solo eficaz para melhorar a sustentabilidade agrícola e a fertilidade do solo.

Abstract

The conversion of water hyacinth into biochar offers a sustainable solution to mitigate its proliferation and enhances its potential as a soil amendment for agriculture. This study examined the physicochemical properties of water hyacinth biochar (WHBC) and its impact on soil fertility. Water hyacinth (Eichhornia crassipes) was pyrolyzed at 300 °C for 40 minute with restricted airflow (2–3 m/s), producing biochar with desirable properties and a yield of 44.6%. WHBC exhibited a pH of 8.11 ± 0.91, electrical conductivity of 18.70 ± 1.15 mS/cm, and nutrient contents including TN (0.69 ± 0.10%), TP (8.80 ± 0.01%), OC (13.95 ± 0.65%), C/N ratio (20.22 ± 0.95), S (0.34 ± 0.03%), and metallic nutrients (Ca, Mg, K). Heavy metals (Fe, Mn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr, Zn) were within permissible limits for biochar. Soil amended with 2500 kg/ha WHBC (BC2) produced comparable Teff crop yields (fresh mass: 1191.67 ± 428.44 g, dry mass: 700.00 ± 248.34 g, grain yield: 95.00 ± 39.69 g) to those with mineral fertilizers and mixed amendments. Fourier Transform Infrared (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed significant structural changes in WHBC, enhancing its pore structure and surface morphology. These results demonstrate the potential of WHBC as an effective soil amendment to improve agricultural sustainability and soil fertility.