Graves y preocupantes problemas ambientales afectan a la agricultura moderna, incluyendo la explotación intensiva de los suelos que resulta en una disminución de su fertilidad y la disminución generalizada de materia orgánica en los suelos agrícolas, características asociadas con graves impactos en la producción vegetal, la biodiversidad del suelo y la calidad microbiana. Estas dramáticas condiciones se ven empeoradas por los efectos del cambio climático y la gestión insostenible del suelo, que son perjudiciales para los servicios ecosistémicos del suelo. Por lo tanto, es necesario encontrar soluciones útiles, efectivas e innovadoras a estos problemas, para hacer que el suelo sea más resiliente y mejorar su calidad y salud.

El reciclaje de biomasa residual puede producir nuevos materiales útiles para el suelo y las plantas, y representar una estrategia ecológica y sostenible para gestionar los residuos forestales y agroalimentarios. De hecho, el reciclaje adecuado de la biomasa puede producir nuevos productos para el suelo, capaces de mejorar su resiliencia y fertilidad, mejorando las respuestas de los cultivos y sirviendo como un liberador lento de nutrientes importantes como N, P y S. Tal estrategia mejoraría el valor de los residuos orgánicos y, al mismo tiempo, disminuiría la demanda de fertilizantes y bioestimulantes, reduciendo así los costos en la gestión de los agrosistemas. Además, estaría perfectamente en línea con los principios de la economía circular y los modelos de desarrollo sostenible.

El biocarbón ha atraído recientemente una gran cantidad de interés porque no solo exhibe la mayoría de las propiedades mencionadas anteriormente, sino que también exhibe el potencial de mejorar la calidad física, química y microbiológica del suelo. 

El biocarbón resulta de la pirólisis de materia orgánica que consiste en una alta descomposición termoquímica, llevada a cabo en ausencia de oxígeno y a temperaturas que oscilan entre 300 y 450 °C [ 6 ]. El biocarbón sólido, que representa la fase sólida resultante de este proceso, es una fracción sólida de color negro oscuro, rica en carbono y compuestos poliaromáticos.

Su composición puede cambiar drásticamente dependiendo de factores tales como el tipo de biomasa procesada, la temperatura de pirólisis, la inclinación del gradiente de calentamiento y la duración de la pirólisis [ 6 ]. Durante el proceso de biocarbonización, la gran cantidad de energía térmica suministrada a la biomasa rompe enlaces químicos en moléculas orgánicas complejas y poliméricas (es decir, celulosa, hemicelulosa, lignina, taninos), alterando sus características compositivas y promoviendo su reorganización en nuevos enlaces, especialmente mediante reacciones radicalarias. 

Una de las síntesis predominantes que ocurre durante la pirólisis conduce a la neoformación de moléculas complejas caracterizadas principalmente por su naturaleza polifenólica e hidrofóbica. Normalmente, el material sólido resultante de este proceso presenta hasta un 70 % de contenido de carbono, el cual, debido a su naturaleza recalcitrante, se degrada lentamente por los microorganismos del suelo. Por esta razón, el biocarbón se considera una estrategia ecológica para secuestrar carbono y limitar las emisiones de CO₂, un gas de efecto invernadero, con importantes implicaciones ambientales.

El biocarbón puede representar una estrategia sostenible y ecológica para reciclar residuos agroforestales, secuestrar carbono y mejorar la salud del suelo. Con el objetivo de probar estos beneficios en un escenario real, tratamos varias parcelas de suelo con 0 (CTRL), 1 (BAJO) y 3 (ALTO) kg/m2 de biocarbón de madera, en ensayos a campo abierto. La respiración heterotrófica del suelo (SR) se monitoreó de forma continua durante dos meses mediante una cámara dinámica cerrada (CDC) asociada a un sistema piloto innovador, y los parámetros químicos del suelo más importantes se midieron 9 y 54 días después de la aplicación del biocarbón.

El biocarbón indujo un aumento inmediato, dependiente de la dosis, en el contenido de materia orgánica y la CIC (hasta un 41,6% y un 36,8% más que CTRL, respectivamente), que tendió a disminuir ligera y gradualmente después de 54 días. En todos los casos, el biocarbón indujo una SR más pronunciada, aunque la respuesta microbiana más mejorada se detectó en la parcela BAJA (19,3% más alta que CTRL). 

Se cultivaron hinojos en suelos tratados y solo las microparcelas con bajo contenido de materia orgánica (BPA) mostraron una respuesta significativamente mejor (peso y tamaño). Finalmente, los análisis de RMN, FT-IR y Pyr-GC/MS de extractos con bajo contenido de materia orgánica (MOS) revelaron un impacto relevante en la composición, acompañado de un mayor contenido de carbohidratos, compuestos indólicos y especies de FAME, correlacionado con una mayor actividad microbiana. Nuestros hallazgos demuestran que una dosis adecuada de biocarbón mejora la fertilidad del suelo al crear un entorno favorable para las plantas y promover la actividad microbiana.

El estudio permitió confirmar, mediante ensayos de campo abierto, que el biocarbón de madera, cuando se aplica al suelo en la dosis adecuada (1 kg/m2) , sirve como un fertilizante eficiente para mejorar la calidad y salud del suelo, además de realizar un secuestro de carbono eficiente. Los hallazgos indican que ambas dosis de biocarbón probadas mejoraron importantes parámetros de fertilidad química (MOS y CIC), apareciendo los valores más altos en el caso del tratamiento ALTO. No obstante, fue el tratamiento BAJO el que produjo los mejores resultados en términos de respiración del suelo y producción de hinojo. En particular, SR, que se monitoreó diariamente a través de una Cámara Dinámica Cerrada (CDC) asociada a un sistema piloto innovador, reveló que la dosis más baja de biocarbón provocó la actividad heterotrófica más pronunciada.