Bharat Sharma Acharya1*, Syam Dodla2*, Jim J. Wang3, Kiran Pavuluri2, Murali Darapuneni4, Sanku Dattamudi5, Bijesh Maharjan6 und Gehendra Kharel7
1 Rodale Institute-Southeast Organic Center, 7850 Rico Rd, Chattahoochee Hills, GA 30268, USA.
2 Internationales Düngemittelentwicklungszentrum, Muscle Shoals, AL 35662, USA.
3 Fakultät für Pflanzen-, Umwelt- und Bodenwissenschaften, Louisiana State University Agricultural Center, Baton Rouge, LA 70803, USA.
4 Landwirtschaftliches Versuchszentrum und Wissenschaftszentrum in Tucumcari, New Mexico State University, 6502 Quay Rd. AM.
5 Tucumcari, NM 88401, USA. 5 Abteilung für Landwirtschaft, Agrarwirtschaft und Umweltwissenschaften, Texas A&M University-Kingsville, Kingsville, TX 78363, USA.
6 Abteilung für Agronomie und Gartenbau, University of Nebraska-Lincoln, Scottsbluf, NE 69361, USA.
7 Abteilung für Umweltwissenschaften, Texas Christian University, Fort Worth, TX 76129, USA.
*Korrespondenz: Bharat Sharma Acharya, bharat.acharya@rodaleinstitute.org; Syam Dodla, sdodla@ifdc.org
Abstrakt
Angesichts des weltweit steigenden Wasserbedarfs der Landwirtschaft sind die Optimierung der Bewirtschaftungspraktiken und das Verständnis der Rolle von Bodenverbesserungsmitteln, insbesondere Biokohle (BC), bei der Modulation der Bodenwasserdynamik von entscheidender Bedeutung. Hier untersuchen wir die möglichen Auswirkungen von BC auf die Bodenwasserdynamik, erläutern die mechanistischen Grundlagen und identifizieren wichtige Forschungslücken und zukünftige Ansätze. Im Allgemeinen verändert BC die Bodenstruktur, hydraulischen Eigenschaften, Oberflächenalbedo und Wärmeströme, welche die Bodenwasserspeicherung, den Energiehaushalt und Bewässerungsparadigmen beeinflussen. Je nach Bodentextur und BC-Eigenschaften zeigt BC eine stärkere Verringerung der Schüttdichte und der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit in grobstrukturierten Böden im Vergleich zu feinstrukturierten Böden. Die BC-Anwendung erhöht im Allgemeinen die Wasserhaltekapazität (WHC), hat aber keinen konsistenten Einfluss auf die Bodenwasserinfiltration. Eine erhöhte WHC von Böden ist auf eine erhöhte Porosität, Oberfläche und Bodenaggregation zurückzuführen. Erhöhte Porosität ist auf ein Zusammenspiel von Faktoren zurückzuführen, darunter die Bildung neuer Poren, deren Neuorganisation, erhöhte Bodenaggregation, Verdünnungseffekte von BC, geringere Bodenverdichtung und biotische Wechselwirkungen, einschließlich einer erhöhten Population grabender Wirbelloser. BC erhöht tendenziell das pflanzenverfügbare Wasser in gröberen Böden, was auf seine hydrophile Natur, die vergrößerte spezifische Oberfläche und die verbesserte Gesamtporosität zurückzuführen ist. BC kann jedoch auch eine wasserabweisende Wirkung auf den Boden haben, abhängig von Variablen wie der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, der Pyrolysetemperatur und spezifischen Bodeneigenschaften. Obwohl BC ein transformatives Potenzial zur Verbesserung der hydraulischen Bodeneigenschaften besitzt, stellen Bedenken hinsichtlich der Skalierbarkeit und der Wirtschaftlichkeit eine Herausforderung für seine breite landwirtschaftliche Anwendung dar. Insgesamt bietet BC vielversprechende Möglichkeiten für ein nachhaltiges Wassermanagement. Es ist jedoch zwingend erforderlich, groß angelegte Anwendungen zu erforschen und langfristige Feldstudien in unterschiedlichen Bewirtschaftungs-, Klima- und Bodenarten durchzuführen, um vollständig zu verstehen, wie sich unterschiedliche BC-Typen auf die Bodenwasserdynamik auswirken.
Erfolgsfaktoren
- Biokohle verbessert im Allgemeinen die Wasserspeicherung in grobkörnigen Böden.
- In grobkörnigen Böden erhöht Biokohle die Porosität und den PAW, verringert jedoch die Schüttdichte und den Ksat.
- Die Auswirkungen von Biokohle auf die Infiltrationsraten variieren je nach Bodenart sowie Biokohlepartikelgröße, Produktionstemperatur und Einbautiefe.
- Weitere Studien zu den Mechanismen, die die Wasserspeicherung in mit Biokohle angereicherten Böden steuern, sind erforderlich.
- Es sind Langzeitstudien erforderlich, die verschiedene Boden- und Biokohletypen umfassen.
Stichwort: Biokohle, hydraulische Leitfähigkeit, Infiltration, für Pflanzen verfügbares Wasser, Porosität, Bodenhydrologie, Wasserhaltekapazität