Effect of lignin-based by-product on the physical and chemical properties of three tropical soils, tomato yield and fruit quality

Abstract

The need for agriculture production will increase resulting in greater agricultural residues production. These residues can be deconstructed to obtain simple carbohydrates (e.i. glucose) and a lignin-based by-product that could be applied as a soil amendment. The main objective was to evaluate the effect of a lignin by-product application on the physical and chemical properties of soil as well as tomato yield and fruit quality. A Vertisol was used as soil medium to growth tomato under greenhouse conditions, while Vertisol, Mollisol and Ultisol were used for an open space soil medium experiment. Soils were grounded and mixed with a lignin by-product at 20:1 and 10:1 (first experiment) and 20:1, 40:1, 80:1 (second experiment) soil:lignin ratios and placed in pots. In both experiments tomato plants were planted and monitored weekly for yield components. Indicator leaves were collected to assess plant nutrition. Soil was evaluated before applications and after harvest to determine soil properties. The greenhouse experiment results showed significant differences for plant height, where plants in pots with a lignin by-product were at least 15 cm taller than control (no lignin). However, there were no significant differences on crop yield, fruit quality and biomass among treatments. In the greenhouse experiment soil physical properties were improved, including bulk density (Db), aggregate stability (AS) and volumetric water content. In the outdoor experiment AS increased as the lignin by-product concentration increased. However, no significant differences were observed in soil Db. Soil organic matter and cation exchange capacity significantly increased in soil amended with lignin by-product. In both experiments soil was enriched with Ca, S, Fe and Mn, although plants showed high levels of Mn and Fe. The results suggest that lignin by-product could be used as a soil amendment to improve physical and chemical properties of soil, and ongoing efforts are being made to further study its effects on other crops and in the field.

La necesidad de producción agrícolas aumentará, resultando en un aumento en la producción de residuos agrícolas. Estos residuos se pueden deconstruir para obtener carbohidratos simples (e.g. glucosa) y en un subproducto a base de lignina que podría aplicarse como enmienda del suelo. El objetivo principal fue evaluar el efecto de la aplicación de un subproducto de lignina sobre las propiedades físicas y químicas del suelo, así como en el rendimiento del tomate y la calidad de la fruta. Se utilizó un suelo Vertisol como medio de cultivo para el tomate en condiciones de invernadero, mientras que el Vertisol, el Molisol y el Ultisol se utilizaron para un experimento como medio de cultivo en un espacio abierto. Los suelos se molieron y se mezclaron con un subproducto de lignina a 20: 1 y 10: 1 (primer experimento) y 20: 1, 40: 1, 80: 1 (segundo experimento) razón suelo: lignina y se colocaron en tiestos. En ambos experimentos, se plantaron plantas de tomate y se monitorearon semanalmente para determinar los componentes de rendimiento. Además, se recolectaron hojas indicadoras para evaluar la nutrición de las plantas. El suelo se evaluó antes de las aplicaciones y después de la cosecha para determinar las propiedades del suelo. Los resultados del experimento de invernadero mostraron diferencias significativas en la altura de la planta, donde las plantas en tiestos con el subproducto de lignina fueron al menos 15 cm más altas que el control (sin lignina). Sin embargo, no hubo diferencias significativas en el rendimiento de los cultivos, la calidad de la fruta y la biomasa entre los tratamientos. En el primer experimento, las propiedades físicas del suelo mejoraron, incluyendo la densidad aparente (Da), la estabilidad del agregado (EA) y el contenido volumétrico del agua. En el experimento al aire libre, la EA aumentó a medida que aumentaba la concentración del subproducto de lignina. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas en el suelo Da cuando se aplicó lignina. La materia orgánica del suelo y la capacidad de intercambio de cationes aumentaron significativamente en el suelo modificado con el subproducto de lignina. En ambos experimentos, el suelo se enriqueció con Ca, S, Fe y Mn, aunque las plantas niveles altos de Mn y Fe. Los resultados sugieren que el subproducto de lignina podría usarse como una enmienda del suelo para mejorar las propiedades físicas y químicas del suelo, y se están realizando esfuerzos para estudiar más a fondo sus efectos en otros cultivos y en el campo.