Impacto de la utilización de cenizas volcánicas como fertilizante sobre la fertilidad de los suelos agrícolas y las emisiones de gases de efecto invernadero

Abstract

Las prácticas agrícolas conllevan impactos ambientales significativos tales como emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) entre los que se encuentran el óxido nitroso (N2O), el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4). Las emisiones de estos gases a la atmosfera por parte de los agrosistemas están sujetas a los procesos microbianos del suelo que dependen a su vez, de numerosos factores como son: la climatología, el tipo de suelo, de cultivo de riego e incluso el tipo de fertilizante. Muchos son los estudios que se han realizado para establecer estrategias de mitigación de estos gases y determinar unas buenas prácticas agrícolas. Ante esta perspectiva, surge el término “agricultura circular”, donde se intenta aprovechar toda clase de residuos y productos para reducir el impacto medioambiental. En esta línea se encuentra el aprovechamiento de las cenizas volcánicas. Este material es expulsado por los volcanes en erupción generando graves problemas sociales, económicos y medioambientales. Uno de los usos que se les suele dar a estos residuos es su utilización como fertilizante ya que contienen grandes cantidades de nutrientes para las plantas. Sin embargo, existe falta de información sobre el impacto que proporcionaría su utilización as emisiones de GEI.

En el presente estudio se planteó el objetivo de valorar la variabilidad del uso de cenizas volcánicas emitidas por el volcán de La Palma en Septiembre de 2021, como fertilizante en Rye Grass Italiano (Lolium multiflorum Lam.) y su impacto en las emisiones de gases de efecto invernadero (N2O y CO2), en la planta, y en el suelo.

Se estableció una mezcla de suelo agrícola con un 10% de ceniza volcánica como control (S+C) y dos tratamientos con aporte nitrogenado de 100 kg N ha-1 en forma de NH4NO3 (S+C+N) y gallinaza (S+C+O). Estos tres tratamientos se repitieron sin ceniza: Control sin ceniza (S); suelo con NH4NO3 (S+N) y suelo con gallinaza (S+O). Las macetas se mantuvieron en una cámara de cultivo y se mantuvo estable la humedad del suelo (40-50% WFPS). Se cuantificaron los GEI, la cantidad de Nmin (NH4+ y NO3-) en el suelo y el rendimiento.

Los tratamientos con ceniza volcánica redujeron las emisiones de N2O con respecto al tratamiento sin ceniza siendo especialmente significativa esa reducción por parte del tratamiento orgánico (S+C+O). Este tratamiento mostró un bajo contenido en NH4+ en el suelo (9 mg N/kg) debido a una ralentización en la nitrificación y en la mineralización y como consecuencia, el contenido en NO3- en suelo también fue bajo (18 mg N/kg). Por ello, las emisiones de N2O de S+C+O fueron 30,5% más bajas que el tratamiento mineral (S+C+N) y un 71% con respecto al mismo tratamiento sin ceniza (S+O). La respiración neta del sistema también se vio influida por las condiciones del ensayo. Una correlación positiva marcada entre la respiración y los nitratos en suelo mostró que las emisiones de CO2 producidas por el tratamiento S+C+N, fueron producidas por la mayor concentración de NO3- en suelo en este tratamiento.

En cuanto a rendimiento no se mostraron diferencias significativas entre tratamientos sin ceniza y con ceniza. Este trabajo muestra que la ceniza volcánica aplicada con una fertilización nitrogenada reduce la nitrificación e inhibe la mineralización en el caso de los fertilizantes orgánicos. Por ello, podría ser una buena estrategia para mitigar las emisiones de N2O.

ABSTRACT

Agricultural practices have significant environmental impacts such as greenhouse gas (GHG) emissions, including nitrous oxide (N2O), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). The emissions of these gases to the atmosphere by agrosystems are produced by soil microbial processes, which also depend on numerous factors such as: climatology, soil type, irrigation, crop and even the type of fertilizer. Many studies have been carried out to establish mitigation strategies for these gases and to determine good agricultural practices. In this perspective, the term "circular agriculture" arises, where the aim is to take advantage of all types of waste and products to reduce the environmental impact. One example is the use of volcanic ash. This material is expelled by erupting volcanoes, generating serious social, economic and environmental problems. One of its uses is as fertilizer since it contains nutrients for plants. However, there is a lack of information on the impact that their use has on GHG soil emissions.

The objective of the present study is to assess the use of volcanic ash, emitted by the Cumbre Vieja volcano on La Palma island in the Canary Islands in September 2021, as fertilizer for Italian Rye Grass (Lolium multiflorum Lam.) and its impact on greenhouse gas emissions (N2O and CO2), on the plant, and on the soil.

A mixture of agricultural soil with 10% volcanic ash as control (S+C) and two treatments with nitrogen (100 kg N ha-1) in the form of NH4NO3 (S+C+N) and poultry manure (S+C+O) were used. These three treatments were repeated without ash: control without ash (S); soil with NH4NO3 (S+N) and soil with poultry manure (S+O). Pots were kept in a growing chamber and soil moisture was maintained stable (40-50% WFPS). GHG emissions, soil Nmin (NH4+ and NO3-) and yield were quantified.

The treatments with volcanic ash reduced N2O emissions with respect to the treatment without ash, this reduction being especially significant for the organic treatment (S+C+O). This treatment had a low soil NH4+ content (9 mg N/kg) due to a slowdown in nitrification and mineralization and, as a consequence, the soil NO3- content was also low (18 mg N/kg). As a result, the N2O emissions of S+C+O were 30,5% lower than the mineral treatment (S+C+N) and 71% lower than the same treatment without ash (S+O). A marked positive correlation between respiration and soil nitrate showed that the CO2 emissions produced by the S+C+N treatment were produced by the higher soil NO3- concentration in this treatment. However there were no significant differences between the respiration rates of the other treatments.

In terms of yield, there were no significant differences between treatments without ash and with ash. This work shows that volcanic ash applied with nitrogen fertilization reduces nitrification and inhibits mineralization in the case of organic fertilizers. Therefore, it could be a good strategy to mitigate N2O emissions.