Effect of low-impact tillages and selected organic amendments on the soil health of an Oxisol

Abstract

Conventional agricultural practices are adversely affecting the physico-chemical and biological properties of soils, which decreases soil resiliency to climate change and threats crop productivity. Sustainable agricultural practices are an option to restore soil health by improving the organic matter amount and quality, soil structure, and biological activity while at the same time achieving good crop productivity. The first study aimed to develop a simple and economical method to improve biochar's agronomic traits through ozonolysis. We evaluated ozonolysis reaction time to oxidize washed and unwashed coffee shrub biochar (WCSB and CSB, respectively). We observed an intensity increment for hydroxyl (O-H) and carbonyl (C=O) functional group bands after 36 hours of ozonolysis reaction. We observed a decrease in pH, and an increase in specific conductance and soluble organic carbon content in biochar with the elapsing time of ozonolysis, demonstrating the effectiveness of ozonolysis in the oxidation of the biochar surface. Also, we observed an increase of the E4/E6 optical ratio of the biochar hot water extraction leachates which suggests that the ozonolysis process promotes the formation of aliphatic over aromatic organic compounds due to the breakdown of the labile organic carbon (LOC). The second study aimed to determine the effect of three tillage practices and the growth and termination of three cycles of cover crops mixture in the physico-chemical and biological properties of an Oxisol (Coto series) on a short period of time. The tillage treatments were Keyline (KP), Spader (SP), and Inversion Plow (IP), while the cover crops mixture consisted of Crotalaria juncea, Brassica juncea, and Raphanus sativus. The Keyline and Spader treatments showed a greater capacity to conserve total organic carbon, active organic carbon, fulvic acids, and humic acids. Also, we related the increase in these organic matter fractions and the activity of urease and phosphatase enzymes to the continued growth and termination cycles of cover crops.

Las prácticas agrícolas convencionales afectan negativamente las propiedades físico-químicas y biológicas del suelo, disminuyendo la resilencia de los suelos al cambio climático y amenazando la productividad de los cultivos. Las prácticas agrícolas sustentables restauran la salud del suelo al mejorar la cantidad y calidad de la materia orgánica, la estructura del suelo y la actividad biológica. El primer estudio tuvo como objetivo desarrollar un método simple y económico para mejorar las características agronómicas del biocarbón a través de ozonólisis. Evaluamos el tiempo de reacción de ozonólisis para oxidar el biocarbón de cafetos lavado y sin lavar (WCSB y CSB, respectivamente). Observamos un incremento en la intensidad de las bandas del grupo funcional hidroxilo (O-H) y carbonilo (C=O) después de 36 horas de ozonólisis. Además, observamos una disminución en pH y un aumento en la conductancia específica y el contenido de carbono orgánico soluble del biocarbón con el transcurso del tiempo de ozonólisis, demostrando la efectividad de la ozonólisis en la oxidación de la superficie del biocarbón. Además, observamos un aumento en la razón óptica de las bandas E4/E6 en el lixiviado obtenido de la extracción de biocarbón con agua caliente que sugiere más compuestos orgánicos alifáticos durante el proceso de ozonólisis debido a la descomposición del carbono orgánico lábil (LOC). El segundo estudio tuvo como objetivo determinar el efecto en un periodo corto de tiempo de tres prácticas de labranza y el crecimiento y terminación de tres ciclos de una mezcla de cobertura en las propiedades físico-químicas y biológicas de un Oxisol (serie Coto). Los tratamientos de labranza fueron Keyline (KP), Spader (SP) y Arado de Inversión (IP), mientras que la mezcla de coberturas consistió en Crotalaria juncea, Brassica juncea y Raphanus sativus. Los tratamientos Keyline y Spader mostraron mayor carbono orgánico total, carbono orgánico activo, ácidos fúlvicos y ácidos húmicos. Además, relacionamos el aumento de estas fracciones de materia orgánica y la actividad de las enzimas ureasa y fosfatasa con los ciclos de crecimiento y la terminación de los cultivos de cobertura.