Microstructure of a hapludult with biochars aplications

Autor: Alves, Amanda Romeiro
Přispěvatelé: Reichert, José Miguel, Holthusen, Dörthe, Rosa, David Peres da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The addition of organic compounds to the soil causes different effects on its structure, either at the macro or microscale. But the extent of these effects is closely related to the molecular structure of the added organic material and soil mineralogy. The use of biochar has been reported as promising. Among several uses, most known is as a soil conditioner, improving soil physical and chemical conditions for plant growth and development. However, few studies have dealt with the effects of biochar on soil mechanical behavior, especially the effects on more weathered soils on a particle scale. In this study, the impacts caused by the addition of biochar on the stability and resilience of the microstructure of a weathered soil were investigated, using rheometry as a tool. Thus, two studies were carried out in a Typic Hapludult with different objectives: ii) To investigate if there are structural effects, under oscillatory shear, of the addition of different biochar’s in weathered soil, in the short term; ii) and if there are effects on the resilience and stability of the microstructure of a weathered soil, after successive cultivation with addition of biochar. The studies were conducted at the Federal University of Santa Maria and two types of biochar were tested in both studies: Biochar from rice straw and soybean. In study I, the incubation was performed in plastic boxes, with biochar being incorporated in the dose of 10 t ha-1. The moisture content was maintained constant, and after 15, 30, 45 and 60 days of incubation, disturbed soil samples were collected for conduction of the amplitude sweep test with controlled deformation and analyses of the chemical properties. Study II was conducted in a greenhouse, with the use of cylinders with soil (preserved structure), two crops (wheat/soybean) were grown, with application of biochar on the surface, in two doses and two types of biochar. After the harvest of the cultures, deformed samples were collected in different soil layers, and amplitude sweep tests, thixotropy tests and analyses of the chemical properties of the soil were performed. From the amplitude sweep tests, the rheological properties that characterize the degradation of the stiffness and elasticity of the soil microstructure were obtained. The results indicated that the rheological properties of shear and viscoelasticity were affected by the addition of biochar in the soil. In study I, the shear properties were altered, and reduced by the addition of biochar, regardless of the biochar type. In turn, the properties of viscoelasticity were not altered by the addition of biochar. In study II, regardless of the amount or type applied to the soil, biochar reduced the viscoelasticity of the structure. The different effects on shear properties and viscoelasticity in studies I and II are probably the result of different time of contact with biochar (2 vs 6 months), and of the additional effects of the cultures, soil - plant relationship. The impacts of biochar in study II were restricted to the superficial layer, since, the biochar was not incorporated in the soil. The results suggest that biochar affects the interaction between the particles, weakening the mineral particles contact, thus weakening the cohesion of the soil, its stiffness and microstructural viscoelasticity. Regarding the resilience and the resistance of the soil to high strain, we observed that the addition of biochar, independently of quantity and type, did not affect the resilience, but it reduced the resistance of the soil. Both studies indicated that biochar affects the mechanical behavior of a Typic Hapludult under oscillatory stress. The shear strength (study I) and the viscoelasticity (study II) were reduced after application of biochar in the soil. However, further studies are needed, involving more types of biochar, higher temporal resolution, more field repetitions, and greater control of normal force in amplitude sweep tests. A adição de compostos orgânicos no solo, causam diferentes efeitos na sua estrutura, seja em macro ou em microescala. Mas, a extensão desses efeitos está estreitamente relacionada a estrutura molecular do material orgânico adicionado e da mineralogia do solo. O uso de biochar tem sido reportado como promissor, dentre os vários usos, destaca-se o de condicionador de solo, melhorando as condições físicas e químicas do solo para o crescimento e desenvolvimento de plantas. Mas poucas pesquisas abordam os efeitos do biochar no comportamento mecânico do solo, sobretudo os efeitos em solos mais intemperizados em escala de partículas. Em nosso, estudo abordamos os impactos causados pela adição de biochar na estabilidade e resiliência da microestrutura de um solo intemperizado, usando como ferramenta de estudo a reometria. Assim, foram realizados dois estudos, em um Typic Hapludult, com diferentes objetivos: ii) Investigar se há efeitos estruturais, sob cisalhamento oscilatório, da adição de diferentes biochares em solo intemperizado, a curto prazo; ii) e se há efeitos na resiliência e estabilidade da microestrutura de um solo intemperizado, após cultivo sucessivo com adição de biochar. Os estudos foram realizados na Universidade Federal de Santa Maria, dois tipos de biochar foram testados em ambos os estudos: Biochar proveniente de palha de arroz e de soja. No estudo I, foi realizada a incubação em caixas plásticas do Typic Hapludult, com biochar incorporado, na dose de 10 t ha-1. A umidade foi mantida constante, e após 15, 30, 45 e 60 dias de instalação do experimento em laboratório, foram coletadas amostras de solo indeformadas, para a condução do teste de varredura de amplitude, com deformação controlada, e análises das propriedades químicas do solo. O Estudo II, foi conduzido em casa de vegetação, com o uso de cilindros com solo (estrutura preservada), foram realizados dois cultivos (Trigo/Soja), com aplicação de biochar na superfície, duas doses e dois tipos de biochar foram aplicados. Após o fim dos cultivos, foram coletadas amostras deformadas em diferentes camadas de solo, e realizados testes de varredura de amplitude, testes de tixotropia e análises das propriedades químicas do solo. A partir dos testes de varredura de amplitude, foram obtidas as propriedades reológicas que caracterizam a degradação da rigidez e elasticidade da microestrutura do solo. Nossos resultados indicaram que as propriedades reológicas de cisalhamento e de viscoelasticidade foram afetadas pela adição de biochar no solo. No estudo I, as propriedades de cisalhamento foram alteradas, e reduzidas pela adição de biochar, independentemente do tipo aplicado. Por sua vez, as propriedades de viscoelasticidade não foram alteradas pela adição de biochar. No estudo II, o biochar, independentemente da quantidade ou tipo aplicado no solo, reduziu a viscoelasticidade da estrutura, como mostrado pelas propriedades de viscoelasticidade, que diminuíram significativamente. Os efeitos do biochar ficaram restritos a camada superficial, uma vez que, não foi incorporado no solo. Nossos resultados sugerem que o biochar afeta a interação entre as partículas, enfraquecendo o contato entre argila-argila, assim, enfraquecendo a coesão do solo, e a sua rigidez e viscoelasticidade microestrutural. No que diz respeito a resiliência e a resistência do solo a altas deformações, observamos que, a adição de biochar, independentemente de quantidade e tipo, não afeta a resiliência, mas reduz a resistência do solo. Ambos estudos, indicaram que o biochar afeta o comportamento mecânico do Typic Hapludult, sob tensões oscilatórias. A resistência ao cisalhamento (Estudo I), e a viscoelasticidade (Estudo II) foram reduzidas após a aplicação de biochar no solo. Mas, destacamos que ainda são necessários mais estudos, envolvendo mais tipos de biochar, maior resolução temporal, mais repetições no campo e maior controle da força normal nos testes de varredura de amplitude.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: