Органические почвоулучшители на основе шелухи стручков какао по-разному влияют на плодородие почвы, вымывание питательных веществ и выбросы парниковых газов в почвах под какао
Cocoa pod husk-derived organic soil amendments differentially affect soil fertility, nutrient leaching, and greenhouse gas emissions in cocoa soils
Lumbani Mwafulirwa, Tom Sizmur, Andrew Daymond, Laura Atuah, Amos Kojo Quaye, Sean Coole, J.S. Robinson, John P. Hammond, Godfred Kweku Awudzi, Dadson Awunyo‐Vitor, Owusu Domfeh, P. Hadley
Аннотация (перевод)
Истощение питательных веществ в почве и снижение урожайности на фермах по выращиванию какао в Западной Африке со временем вынуждают фермеров бросать свои хозяйства и искать новые плодородные земли, способствуя тем самым обезлесению. Шелуха стручков какао (CPH) является основным сельскохозяйственным отходом, представляющим собой значительный вынос питательных веществ из почв под какао, особенно P и K. В данном исследовании влияние внесения в почву необработанных остатков CPH, компоста CPH, биоугля CPH или смеси компоста и биоугля CPH на плодородие почвы, выбросы парниковых газов (GHG) и потери питательных веществ вследствие вымывания оценивалось в двух лабораторных экспериментах с использованием двух основных типов почв, применяемых для выращивания какао в Гане (кислого Ferralsol и щелочного Nitisol). В Эксперименте 1 количественно оценивались доступность питательных веществ в почве и выбросы CO 2 и N 2 O, тогда как в Эксперименте 2 проводились моделирование и количественная оценка вымывания питательных веществ. pH почвы увеличился с 4.8 и 8.6 в среднем в 1.4 и 1.1 раза в улучшенных Ferralsols и Nitisols соответственно. Электропроводность почвы увеличилась в почвах, улучшенных с помощью компоста и/или биоугля CPH. Внесение необработанной CPH вызвало выраженную микробиологическую иммобилизацию N и снизило доступность и вымывание N, тогда как добавление компоста и/или биоугля CPH увеличило доступность нитратов в почве, но снизило доступность аммония. Вымывание Ca в Nitisols снижалось при включении биоугля CPH в состав почвоулучшителя. В то время как доступность K в почве увеличилась во всех улучшенных почвах, наиболее заметно при включении биоугля CPH, доступность P и Ca в почве была наибольшей при внесении компоста CPH. Общий объем выбросов GHG (CO 2 плюс N 2 O) из почвы увеличился во всех улучшенных Ferralsols и в Nitisols, обогащенных компостом CPH или необработанной CPH, причем последняя значительно увеличивала выбросы CO 2 из почвы — до 14.8 раза. По сравнению с внесением только компоста CPH, внесение смеси компоста и биоугля CPH снижало общий объем выбросов GHG и вымывание N и P из почвы. Эти результаты показывают, что компостированная и/или пиролизованная CPH может быть рационально использована для повышения плодородия почв на фермах по выращиванию какао, особенно на кислых почвах. Пиролизованная CPH особенно эффективна для снижения вымывания питательных веществ из почвы и выбросов GHG и, следовательно, для повышения устойчивости производства какао в Гане и Западной Африке. • Компост и биоуголь были получены из шелухи стручков какао. • Внесение компоста и биоугля значительно повысило общую доступность питательных веществ в почве. • Внесение необработанных остатков шелухи стручков значительно усилило микробиологическую иммобилизацию N. • Добавление необработанных остатков шелухи и биоугля снизило вымывание N и Ca соответственно. • Добавление необработанных остатков шелухи стручков привело к увеличению суммарных выбросов парниковых газов из почвы.
Оригинальная аннотация
The depletion of soil nutrients and decline in yields on cocoa farms in west Africa over time force farmers to abandon their farms and look for new fertile land, thereby contributing to deforestation. Cocoa pod husks (CPH) are a major farm waste representing considerable export of nutrients from cocoa soils, particularly P and K. Here, the impacts of soil amendment with raw CPH residues, CPH compost, CPH biochar, or a CPH compost-biochar mixture on soil fertility, greenhouse gas (GHG) emissions, and nutrient losses via leaching were assessed in two laboratory experiments using two major soil types used for cocoa cultivation in Ghana (an acidic Ferralsol and an alkaline Nitisol). In Experiment 1, soil nutrient availability and CO 2 and N 2 O emissions were quantified, whereas simulation and quantification of nutrient leaching were conducted in Experiment 2. Soil pH increased from 4.8 and 8.6 by 1.4- and 1.1-folds on average in amended Ferralsols and Nitisols, respectively. Soil electrical conductivity increased in soils amended with CPH compost and/or biochar. Addition of raw CPH caused remarkable microbial immobilisation of N and reduced N availability and leaching, whereas CPH compost and/or biochar addition increased soil nitrate availability but reduced soil ammonium availability. Leaching of Ca in Nitisols was reduced when CPH biochar was included in the soil amendment. While soil K availability increased in all amended soils, most notably when CPH biochar was included, soil P and Ca availabilities were greatest where CPH compost was included. Soil total GHG emission (CO 2 plus N 2 O) increased in all amended Ferralsols and the Nitisols amended with CPH compost or raw CPH, with the latter remarkably increasing soil CO 2 emission by up to 14.8-folds. Compared to sole CPH compost amendment, CPH compost-biochar mixture amendment reduced soil total GHG emission and N and P leaching. These findings show that composted and/or pyrolysed CPH can be judiciously used to enhance soil fertility in cocoa farms, particularly in acidic soils. Pyrolysed CPH is especially beneficial for reducing soil nutrient leaching and GHG emissions and thus for increasing the sustainability of cocoa production in Ghana and west Africa. • Compost and biochar were produced from cocoa pod husks. • Amendment with compost and biochar greatly increased soil total nutrient availability. • Amendment with raw pod husk residues greatly increased microbial immobilisation of N. • Addition of raw husk residues and biochar reduced N and Ca leaching, respectively. • Addition of raw pod husk residues caused greater soil total greenhouse gas emission.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/1aaa9380-7f21-4ad1-b00e-0d1d8f952b53
DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.144065
OpenAlex: W4403625676