Vermi-biochar as alternative to peat as growing substrate for greenhouse vegetables

Abstract

Biochar is a novel soil amendment technique with a potential of sequestering atmospheric carbon into soil with an increase in certain soil quality parameters essential for crop production. Intense use of peat as growing media, especially in horticulture, has led to a huge exploitation of stable carbon from wetland mosses into the atmosphere accelerating climate change. Certainly, there is a need for sustainable alternatives. Series of research on using coconut fiber or other composts have been conducted for testing peat alternatives. The results, however have not always been positive, mainly due to water and nutrient mobility and stability issues. My study examined biochar prepared from a mixed woodstock of ash (Fraxinus excelsior L.), beech (Fagus sylvatica L.) and oak (Quercus robur L.) prepared at 500 - 550 °C in a slow pyrolysis reactor on a vegetable farm in Åsgårdstrand, Vestfold. An initial experiment was made to examine the effect of biochar on germination and in this trial onion (Allium cepa L.) was selected due to its sensitivity at an early stage. These initial results showed that biochar, if diluted, would not harm the crop establishment. A new experiment was then conducted to test if biochar mixed with vermicompost (vermibiochar) in a 1 : 2 ration (w/w) could replace, at least some of the peat used in greenhouse production of vegetables. This vermibiochar was then mixed with a commercial peat soil in different volumetric ratios 40 : 60, 60 : 40, 70 : 30, 80 : 20, 100 : 0 respectively, and with 100 % of the commercial peat soil as a control. Vermibiochar has a slightly alkaline nature and contains high levels of macro- and micro-nutrients. Red Cherriette radish (Raphanus sativus L. var. sativus) was selected for the experiment, as this was a priority crop for the collaborating farmer. Germination rate, radish root and shoot weight, number of marketable leaves and total biomass production were examined. The results showed that vermibiochar rates from 40 to 70 % in the peat mix, led to a significant increase in radish root weight and total biomass production compared to peat soil alone. As there was no significant differences in root weight and total biomass production between a growth substrate based on vermibiochar and substrate based on peat, one could argue that vermibiochar could replace 100 % of the peat used in greenhouse production of radish. Most likely, the same will be true for other crops raised in peat-based soils. Further research is needed to verify if this would also be the case for other peat-based horticultural productions.

Biokull representerer en ny jordforbedringsteknikk med potensiale å overføre karbon fra luft til jord og samtidig bidra til bedring av flere av de jordegenskaper som er viktige for plantevekst. Torv som vekstmedium brukes i stor utstrekning, særlig innenfor hagebruket, og har bidratt til at karbon bundet i organisk materiale i myrer i økende gras blir overført til atmosfæren og på den måten bidrar til klimaendring. Det er behov for alternativer til torv. En rekke forsøk på å bruke kokosnøtt-fiber eller andre organiske vekstmedia istedenfor torv har blitt gjennomført, men de viser ikke alltid like gode resultat, særlig på grun av forhold knyttet til vann og næringsstoffhsholdningen. Et arbeid ble satt i gang med bruk av biokull fra flis fra ask (Fraxinus excelsior L.), bjørk (Fagus sylvatica L.) and eil (Quercus robur L.) produsert i en pyrolyse reaktor ved temperaturer rundt 500 - 550 °C. Et første forsøk ble gjennomført for å teste effekten av biokull på spiring og vekstetablering. Løk (Allium cepa L.) ble her valgt, dette siden arten er særlig følsom på et tidlig stadium. Resultatene viste at biokull dersom det blir fortynnet, ikke skadet etableringen av løkplantene. Et neste forsøk ble deretter gjennomført for å teste om et vekstmedium laget av en blanding av vermikompost og biokull i et 2 : 1 forhold kunne ertatte noe av all torven som blir brukt. Dette vermi-biokullet ble så blandet med en komersiell torvjord i ulike forhold (regnet på volumbasis), fra 40 : 60, 60 : 40, 70 : 30, 80 : 20, 100 : 0 og med 100 % av den komersielle torvjorden som kontroll. Vermi- biokullet var noe alkalisk og inneholdt høye verdier av så vel makro som mikronæringsstoff. Rød Cherriette reddik (Raphanus sativus L. var. sativus) ble valgt som testplante siden dette er en viktig grøde for bonden som det ble samarbeidet med. Spireprosent, vekt av reddiken, bladvekt, antall salgbare blad, samt total biomasseproduksjon ble undersøkt. Resultatene viste at å blande 40 – 70 % vermi-biokull i torvjorda ga en statisisk sikker økning i så vel reddik- vekt som i total biomasseproduksjon sammenlignet med torvjorden alene. Da det ikke kunne påvises sikre forskjeller i produsert biomasse og vekt på reddikene kan det argumenteres for at vermi-biokull i prinsipp kunne erstatte 100 % av all torv som blir brukt i veksthusproduksjoner av reddik. Det samme vil sannsynligvis også være tilfelle for andre vekstslag dyrket i torvbaserte jordblandinger. Videre forskning er nødvendig for å bekrefte om dette også er tilfelle for andre torvbaserte hagebruksproduksjoner.