Características principales del biocarbón derivado de restos de Theobroma cacao L. para su uso en suelos agrícolas

La incorporación de biocarbono para mejorar los suelos agrícolas está ganando popularidad, pero hay poca información sobre las propiedades del biocarbono derivado de los restos de la cosecha de cacao. En la investigación se determinaron varias características del biocarbono obtenido del proceso de pirólisis de la cáscara de las mazorcas de cacao. Los análisis realizados fueron: porcentajes de fibra lignocelulósica, análisis proximal, estructura microscópica y grupos funcionales. También se realizó con el biocarbón un ensayo de adsorción con Cd+2 mediante un sistema de recirculación con agua, con el fin de obtener las isotermas de Lang-muir y Freundlich (modelos matemáticos de adsorción de moléculas en superficies sólidas). Los contenidos fibrosos abarcaban 56,2% celulosa, 27,07% lignina y 3,15% hemicelulosa. Con 8,15% de humedad y pH 9,86 se obtuvo un promedio de 35,58% de biocarbón. La forma de los poros fue irregular, se confirmó la presencia de los grupos hidroxilo, carboxilo y carbonato. Los modelos de absorción indicaron una capacidad de adsorción máxima de 0,280 mL/g en Langmuir y una intensidad de absorción de Cd+2 de 0,06 en Freundlich. Si bien el biocarbón demostró propiedades adecuadas para suelos ácidos, su capacidad de adsorción resultó limitada en las condiciones evaluadas.

Using biochar to enhance agricultural soils is becoming more popular, but not much is known about the qualities of biochar made from cocoa crop leftovers. The study identified several traits of biochar created from cocoa pod husks through the pyrolysis method. The examination included the following evaluations: levels of lignocellulosic fibre, proximal analysis, microscopic structure, and functional groups. The Langmuir and Freundlich isotherms were evaluated through an aqueous recirculation Cd2+ adsorption assay. The fibrous contents consisted of 56.2% cellulose, 27.07% lignin, and 3.15% hemicellulose. At a moisture content of 8.15% and a pH of 9.86, 35.58% biochar was produced. The pores were not uniform in shape and contained hydroxyl, carboxyl and carbonate groups as identified. According to the isotherms, the Cd2+ that can be adsorbed is 0.280 mL/g at Langmuir, and the Cd2+ adsorption intensity is 0.06 at Freundlich. Even though the biochar had desirable properties for acidic soils, its ability to adsorb was restricted under the tested conditions.

O uso crescente do biocarvão em solos agrícolas justifica uma investigação mais aprofundada de suas propriedades menos conhecidas. Esta pesquisa concentrou-se no biocarvão produzido a partir de resíduos da colheita do cacau e teve como objetivo identificar seus atributos por meio da pirólise da casca da vagem do cacau. As análises realizadas incluíram fibra lignocelulósica, análise proximal, estrutura microscópica e grupos funcionais. As isotermas de Langmuir e Freundlich foram avaliadas por meio de um ensaio de adsorção de Cd2+ em recirculação aquosa. O conteúdo fibroso consistia em 56,2% de celulose, 27,07% de lignina e 3,15% de hemicelulose. Com um teor de umidade de 8,15% e um pH de 9,86, foram produzidos 35,58% de biochar. A estrutura porosa era irregular, indicando a presença de grupos hidroxila, carboxi-la e carbonato. As isotermas mostraram que o modelo de Langmuir tem uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 0,280 mL/g e uma intensidade de ad-sorção de Freundlich de 0,06 para Cd2+. Embora o biochar tenha demonstrado propriedades adequadas para uso agrícola, sua capacidade de adsorção foi limitada nas condições avaliadas.

Distribuição espacial de atributos do solo na região de El Oro, Equador / Spatial distribution of soil attributes in the region of El Oro, Ecuador

O objetivo deste estudo foi gerar informações por meio da análise de variabilidade, dada estrutura de dependência espacial e da correlação linear de atributos físicos e químicos do solo, a fim de auxiliar no planejamento de atividades agrícolas em seis cidades na província de El Oro, Equador. As coletas de amostras do solo foram realizadas a cada dois quilômetros em forma de grade com pequenas mudanças no campo com trado tipo holandês e GPS para georreferenciamento, na profundidade de 0-0,20 m, totalizando assim 368 pontos na malha amostral. Foram avaliados atributos químicos e físicos dos solos de seis municípios na província de El Oro: Huaquillas, Machala, Chilla, Atahualpa, Portovelo e Las Lajas. A amostragem foi realizada em cada cidade, ou seja, não houve amostram entre elas. As distâncias entre as cidades foram de 20.000 km até 180.000 km. Cada atributo do solo foi submetido a uma análise descritiva inicial, geoestatística e matriz de correlação linear simples. Apenas o pH e areia apresentaram coeficiente de variação considerado “alto”(22,02% e 25,42%), sendo que os outros atributos apresentaram variação “muito alta”. A maioria dos semivariogramas foram ajustados ao modelo esférico. O maior alcance foi indicado pelo magnésio(41.500 m) e o menor pelo cobre(7.740 m). O par Mg versus soma de bases foi a maior correlação linear dentre todos os atributos analisados. O pH se destacou com maior correlação linear entre os outros atributos químicos do solo e suas zonas específicas de manejo. Tendo em vista a grande variação taxonômica do solo, tipos climáticos, culturas utilizadas e manejo adotado, é recomendado uma análise específica em cada cidade para melhores recomendações agrícolas.(AU)

The objective of this study was to generate information through the analysis of variability and given structure of spatial dependence as well as the linear correlation of physical and chemical attributes of the soil, in order to assist in the planning of agricultural activities in six cities in the province of El Oro, Ecuador. The soil sample collections were carried out every two kilometers in the form of a grid with small changes in the field with a Dutch-type auger and GPS for georeferencing, with a depth of 0-0.20 m, thus totaling 368 points in the sample grid. Chemical and physical attributes of six municipalities in the province of El Oro were evaluated: Huaquillas, Machala, Chilla, Atahualpa, Portovelo and Las Lajas. The sampling was carried out in each city, but notbetween them. Distances between cities were 20,000 km to 180,000 km. Each soil attribute was subjected to an initial descriptive analysis, geostatistics and simple linear correlation matrix. Only pH and sand showed a high variation coefficient (22.02% and 25.42%) and all other attributes showed very high variation. Most of the semivariograms were adjusted to the spherical model. The longest range was indicated by magnesium (41,500 m) and the shortest by copper (7,740 m). The Mg pair versus sum of bases was the highest linear correlation among all the analyzed attributes. The pH stood out with a greater linear correlation between the other chemical attributes of the soil and its specific management zones. In view of the great taxonomic variation of the soil, climatic types, cultures used and management adopted, a specific analysis in each city is recommended for better agricultural recommendations.(AU)

Distribuição espacial de atributos do solo na região de El Oro, Equador / Spatial distribution of soil attributes in the region of El Oro, Ecuador

O objetivo deste estudo foi gerar informações por meio da análise de variabilidade, dada estrutura de dependência espacial e da correlação linear de atributos físicos e químicos do solo, a fim de auxiliar no planejamento de atividades agrícolas em seis cidades na província de El Oro, Equador. As coletas de amostras do solo foram realizadas a cada dois quilômetros em forma de grade com pequenas mudanças no campo com trado tipo holandês e GPS para georreferenciamento, na profundidade de 0-0,20 m, totalizando assim 368 pontos na malha amostral. Foram avaliados atributos químicos e físicos dos solos de seis municípios na província de El Oro: Huaquillas, Machala, Chilla, Atahualpa, Portovelo e Las Lajas. A amostragem foi realizada em cada cidade, ou seja, não houve amostram entre elas. As distâncias entre as cidades foram de 20.000 km até 180.000 km. Cada atributo do solo foi submetido a uma análise descritiva inicial, geoestatística e matriz de correlação linear simples. Apenas o pH e areia apresentaram coeficiente de variação considerado “alto”(22,02% e 25,42%), sendo que os outros atributos apresentaram variação “muito alta”. A maioria dos semivariogramas foram ajustados ao modelo esférico. O maior alcance foi indicado pelo magnésio(41.500 m) e o menor pelo cobre(7.740 m). O par Mg versus soma de bases foi a maior correlação linear dentre todos os atributos analisados. O pH se destacou com maior correlação linear entre os outros atributos químicos do solo e suas zonas específicas de manejo. Tendo em vista a grande variação taxonômica do solo, tipos climáticos, culturas utilizadas e manejo adotado, é recomendado uma análise específica em cada cidade para melhores recomendações agrícolas.

The objective of this study was to generate information through the analysis of variability and given structure of spatial dependence as well as the linear correlation of physical and chemical attributes of the soil, in order to assist in the planning of agricultural activities in six cities in the province of El Oro, Ecuador. The soil sample collections were carried out every two kilometers in the form of a grid with small changes in the field with a Dutch-type auger and GPS for georeferencing, with a depth of 0-0.20 m, thus totaling 368 points in the sample grid. Chemical and physical attributes of six municipalities in the province of El Oro were evaluated: Huaquillas, Machala, Chilla, Atahualpa, Portovelo and Las Lajas. The sampling was carried out in each city, but notbetween them. Distances between cities were 20,000 km to 180,000 km. Each soil attribute was subjected to an initial descriptive analysis, geostatistics and simple linear correlation matrix. Only pH and sand showed a high variation coefficient (22.02% and 25.42%) and all other attributes showed very high variation. Most of the semivariograms were adjusted to the spherical model. The longest range was indicated by magnesium (41,500 m) and the shortest by copper (7,740 m). The Mg pair versus sum of bases was the highest linear correlation among all the analyzed attributes. The pH stood out with a greater linear correlation between the other chemical attributes of the soil and its specific management zones. In view of the great taxonomic variation of the soil, climatic types, cultures used and management adopted, a specific analysis in each city is recommended for better agricultural recommendations.

Propiedades de algunos suelos cultivados con cacao en la provincia El Oro, Ecuador / Properties of several soils cultivated with cocoa in the province of El Oro, Ecuador

Resumen Las propiedades físicas y químicas del suelo, en conjunto, condicionan la capacidad productiva de las plantas. La investigación tuvo como objetivo caracterizar las propiedades de los principales suelos cacaoteros de la provincia de El Oro (Ecuador), en los municipios de El Guabo, Machala, Santa Rosa y Pasaje. Se seleccionaron 30 parcelas, conformadas por los tipos de cacao CCN51 (n = 18) y Nacional (n = 12), de las cuales, se extrajeron muestras de suelo de 0 cm a 30 cm, para analizar varias propiedades físicas y químicas en laboratorio. Los resultados no mostraron diferencias significativas (P > 0.05) entre las propiedades físicas. Los niveles de carbono variaron de 1.58 % (El Guabo) a 2.06 % (Santa Rosa). En general, el nitrógeno fue bajo (0.16 % a 0.18 %). Los valores de CE (rango; 0.13 dS/m a 0.21 dS/m), pH (rango, 6.46 a 7.72), CIC (23.40 cmol/kg a 43.86 cmol/kg), potasio (0.31 cmol/kg a 1.86 cmol/kg) y calcio (19.99 cmol/kg a 37.73 cmol/kg), tendieron a ser más altos en suelos de Machala (P < 0.05) y más bajos en los de Pasaje. En Santa Rosa, los suelos presentaron concentraciones más altas de cobre (16.6 mg/k) (P < 0.05), que en el resto de los municipios. El rendimiento del cacao CCN51 (2 570.24 kg/ha/a a 4 158.34 kg/ha/a) fue superior a Nacional (324.00 kg/ha/a a 814.17 kg/ha/a). Los suelos de Machala presentaron valores nutrimentales más altos, asociados con el mayor rendimiento promedio para cacao variedad Nacional, y un alto rendimiento para variedad CCN51.

Abstract The physical and chemical properties of the soil, as a whole, condition the productive capacity of the plants. The research aimed to characterize the properties of the main cocoa soils in the province of El Oro (Ecuador), in the municipalities of El Guabo, Machala, Santa Rosa and Pasaje. We selected 30 plots of cocoa types CCN51 (n = 18) and National (n = 12), from which soil samples from 0 cm to 30 cm were extracted to analyze various physical and chemical properties in the laboratory. The results showed no significant differences (P >0.05) between the physical properties. The carbon levels, ranged from 1.58 % (El Guabo) to 2.06 % (Santa Rosa). In general, the nitrogen was low (0.16 % a 0.18 %). The values of: CE (0.13 13 dS/m to -0.21 dS/m), pH (6.46 to 7.72), CIC (23.4040 cmol/kg to -43.86 cmol/kg), potassium (0.310.31 cmol/kg to -1.86 cmol/kg) and calcium (19.99 cmol/kg to -37.73 cmol/kg) tended to be higher in Machala soils (< 0.05) and lower in Pasaje soils. The soils of Santa Rosa had higher concentrations of copper (16.6 mg/k) (P < 0.05) than in the rest of the municipalities. Cocoa yield CCN51 (2 570.24 kg/ha/y to 4 158.34 kg/ha/y) was higher than National (324.00 kg/ha/y to 814.17 kg/ha/y). The soils of Machala presented higher nutritional values, associated with higher average yield for National variety cocoa, and a high yield for CCN51 variety.