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Effects of the addition of biological polymers and biochar combined with rainwater harvesters in a Mollisol in the south semi-arid region of Puerto Rico
León Rodríguez, Ángel
León Rodríguez, Ángel
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Abstract
Soil health in arid and semi-arid regions is increasingly threatened by climate change, conventional agricultural practices, and water scarcity. This study investigates the impact of biopolymers-biochar soil amendments and innovative water harvesting practices to enhance soil health parameters in Puerto Rico’s agricultural landscapes. Chapter 1 evaluated the effects of four biopolymers mixed with biochar (Xanthan gum, Alginate, Chitosan, and PAM) on hydrophobicity, microbial activity, and necromass accumulation. Results showed that a 0.4% polymer rate combined with 0.1% coffee shrub biochar significantly impacted hydrophobicity, soil respiration, and necromass accumulation, with Xanthan showing the most substantial effects. Chapter 2 evaluated the effect of Biochar, Biochar-Xanthan, and Biochar-Xanthan on soil matric potential. Results showed that matric potential and soil-water dynamics varied over time and depth, by Biochar-Xanthan being more beneficial under less water-restricted periods and Biochar-Chitosan under water-restricted periods. Chapter 3 consisted of integrating rainwater harvesting practices in combination with biopolymer-biochar applications within Keyline designed tunnels under different irrigation regimes (reduced irrigation, reduced irrigation with rainwater harvester, and optimal irrigation) among four sampling times. Results showed significant changes in water-soluble organic carbon, fulvic/humic acids, and soil respiration. These findings suggest that biopolymer-biochar mixtures in combination with water harvesting practices help elucidate new ways to develop sustainable agricultural systems and promote soil resilience.
La salud del suelo en las regiones áridas y semiáridas está siendo cada vez más amenazada por el cambio climático, las prácticas agrícolas convencionales y la escasez de agua. Este estudio investiga el impacto de enmiendas de suelo con biopolímeros y biochar combinados con prácticas innovadoras de recolección de agua, con el fin de mejorar la salud del suelo de un Molisol en Puerto Rico. El Capítulo 1 evaluó el efecto de cuatro biopolímeros mezclados con biochar (Xanthan, Alginato, Chitosan y PAM) en la hidrofobicidad, retención de agua, actividad microbiana y acumulación de necromasa. Los resultados mostraron que una tasa de polímero al 0.4% combinada con 0.1% de Biochar tuvo efectos significativos en la hidrofobicidad, la respiración microbiana y la acumulación de necromasa, siendo Xanthan el polímero que mostró los efectos más significativos. El Capítulo 2 evaluó el efecto del Biochar, Biochar-Xanthan y Biochar-Chitosan sobre el potencial mátrico del suelo. Los resultados mostraron que el potencial mátrico y la dinámica del agua en el suelo variaron con el tiempo y la profundidad, siendo Biochar-Xanthan más influyentes en periodos con menor restricciones hídrica y Biochar-Chitosan en periodos con restricciones hídricas. El Capítulo 3 consistió en integrar prácticas de recolección de agua de lluvia en combinación con aplicaciones de biopolímeros y Biochar dentro de túneles diseñados con Keyline bajo tres regímenes de riego a través de cuatro tiempos de muestreo. Los resultados indicaron cambios significativos en los niveles de carbono orgánico soluble en agua, la concentración y calidad de ácidos fúlvicos y húmicos y la respiración microbiana del suelo. Estos hallazgos sugieren que las mezclas de biopolímeros y Biochar, en combinación de prácticas de captura de agua, ayudan a explorar y entender nuevas formas de desarrollar sistemas agrícolas sostenibles y promover suelos saludables.
La salud del suelo en las regiones áridas y semiáridas está siendo cada vez más amenazada por el cambio climático, las prácticas agrícolas convencionales y la escasez de agua. Este estudio investiga el impacto de enmiendas de suelo con biopolímeros y biochar combinados con prácticas innovadoras de recolección de agua, con el fin de mejorar la salud del suelo de un Molisol en Puerto Rico. El Capítulo 1 evaluó el efecto de cuatro biopolímeros mezclados con biochar (Xanthan, Alginato, Chitosan y PAM) en la hidrofobicidad, retención de agua, actividad microbiana y acumulación de necromasa. Los resultados mostraron que una tasa de polímero al 0.4% combinada con 0.1% de Biochar tuvo efectos significativos en la hidrofobicidad, la respiración microbiana y la acumulación de necromasa, siendo Xanthan el polímero que mostró los efectos más significativos. El Capítulo 2 evaluó el efecto del Biochar, Biochar-Xanthan y Biochar-Chitosan sobre el potencial mátrico del suelo. Los resultados mostraron que el potencial mátrico y la dinámica del agua en el suelo variaron con el tiempo y la profundidad, siendo Biochar-Xanthan más influyentes en periodos con menor restricciones hídrica y Biochar-Chitosan en periodos con restricciones hídricas. El Capítulo 3 consistió en integrar prácticas de recolección de agua de lluvia en combinación con aplicaciones de biopolímeros y Biochar dentro de túneles diseñados con Keyline bajo tres regímenes de riego a través de cuatro tiempos de muestreo. Los resultados indicaron cambios significativos en los niveles de carbono orgánico soluble en agua, la concentración y calidad de ácidos fúlvicos y húmicos y la respiración microbiana del suelo. Estos hallazgos sugieren que las mezclas de biopolímeros y Biochar, en combinación de prácticas de captura de agua, ayudan a explorar y entender nuevas formas de desarrollar sistemas agrícolas sostenibles y promover suelos saludables.
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Date
2025-05-15
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Biological polymers, Soil carbon, Mollisol, Soil health, Biochar