RESULTADOS E DISCUSSÃO

Efeitos do biochar de lodo de esgoto nas propriedades químicas do solo

A aplicação de biochar de LE aumentou os teores de nutrientes do solo, com exceção de potássio, e elevou os valores dos indicadores de fertilidade do solo representados pela saturação por bases, CTC e a soma de bases (Tabela 5). De maneira geral, a melhoria da fertilidade do solo foi proporcional à dose de biochar aplicada. Entretanto, o pH do solo que já se encontrava corrigido não sofreu alteração com o aumento da dose de biochar aplicada. A maior diferença entre doses foi verificada para o fósforo cujos teores se elevaram de 0,39 (dose 0) para 100,31 mg dm-3 (dose 100 Mg ha-1), com incremento de 257 vezes. Esse aumento nos teores de P disponível no solo é decorrente da elevada concentração desse nutriente no biochar (41,1 g kg-1). Com o processo de pirólise há perdas de C, H, O e N por volatilização e com isso a concentração de P é favorecida no biochar. O P existente no LE está predominantemente na fração inorgânica, que é mais estável a perdas por volatilização; estas perdas só ocorrem com temperaturas de pirólise acima de 700°C (Gaskin et al., 2008; Hossain et al., 2011, Yuan et al., 2013). O pH também influencia a disponibilidade de fósforo, pois em solos ácidos ou alcalinos há precipitação do P com óxidos de ferro e alumínio (ácidos) e com cálcio (alcalinos), formando minerais como estrengita, variscita e monetita, respectivamente. O pH do solo estava corrigido (pH em CaCl2 entre 6,20 e 6,35), fator que

pode justificar a grande concentração de P no solo com aplicação do biochar, por ser rico em P e estar com pH considerado adequado, favorecendo a disponibilidade desse nutriente no solo (Faquin, 2005; Atkinson et al., 2010; Uzoma et al., 2011). Outro benefício que o biochar promove na disponibilidade de P no solo é decorrente da sua elevada quantidade de microporos que funcionam como habitat e favorecem o desenvolvimento de microrganismos, que aumentam a disponibilidade desse nutriente (Fischer & Glaser, 2012). Além disso, Prakongkep et al. (2014) demonstraram que o biochar é rico em fosfato monopotássico (KH2PO4), forma de P bastante solúvel em água, e de elevada disponibilidade. Esse

fornecimento de P pelo biochar de LE reforça a função nutricional desse produto, fundamental para solos tropicais como os latossolos que predominam no Cerrado, que naturalmente apresentam baixíssimos teores de P disponível.

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Tabela 5. Propriedades químicas do solo em função da dose de biochar.

Dose pH P K+ Ca2+ Mg2+ Al3+ CaCl2 mg dm-3 cmolc dm-3 0 6,20 a 0,39 e 18,00 b 1,33 d 0,20 b 0,02 a 20 6,18 a 8,99 de 5,75 c 1,89 c 0,28 b 0,03 a 40 6,48 a 24,87 cd 13,00 bc 2,13 bc 0,43 a 0,04 a 60 6,55 a 40,10 bc 17,00 b 2,21 b 0,46 a 0,03 a 80 6,45 a 57,20 b 19,50 b 2,37 ab 0,46 a 0,03 a 100 6,35 a 100,31 a 34,25 a 2,54 a 0,47 a 0,03 a Dose H+Al SB t T V cmolc dm-3 % 0 2,42 a 1,57 d 1,60 d 4,00 c 39,52 b 20 2,92 a 2,18 c 2,22 c 5,10 b 42,02 b 40 2,40 a 2,60 b 2,64 b 5,00 b 52,12 a 60 2,55 a 2,72 b 2,76 b 5,27 ab 51,72 a 80 2,32 a 2,88 ab 2,91 ab 5,20 ab 55,50 a 100 2,60 a 3,10 a 3,13 a 5,70 a 54,42 a

Médias seguidas pelas mesmas letras na coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5%.

Diferentemente do fósforo, a concentração de potássio teve pouca variação com a adição do biochar. Apenas a aplicação de 100 Mg ha-1 de biochar foi suficiente para suprir a planta e aumentar o teor de K no solo. Com o fornecimento de 20 Mg ha-1, após o cultivo do rabanete, houve redução dos teores iniciais de K do solo, com balanço negativo desse nutriente no solo. Com exceção da dose de 100 Mg ha-1, os teores de K nos demais tratamentos foram considerados baixos (Sousa & Lobato, 2004), indicando que o fornecimento de potássio pela aplicação de biochar de LE só é suficiente em doses iguais ou superiores a 100 Mg ha-1. Embora o teor de K no biochar (0,16 g dm-3) seja considerado alto, a sua concentração no solo após o cultivo de rabanete foi considerada baixa (Sousa & Lobato, 2004), essa diminuição pode ser decorrente do processo de lixiviação, pois durante o ciclo da cultura foram realizadas irrigações diárias com 100 ml de água por planta. Outro fator que pode ter contribuído para lixiviação do K foi a baixa CTC do solo. O K em solos com baixa CTC tende a permanecer na solução do solo e assim aumentam as condições para a lixiviação (Ernani et al., 2007). Isso também pode ser decorrente dos teores de Ca no solo, considerados adequados, que podem

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deslocar o K e facilitar a lixiviação desse nutriente (Tammeorg et al., 2014). Embora os teores de K estivessem baixos no solo, houve incremento desse nutriente com a dose de 100 Mg ha-1. Oram et al. (2014) e Tammeorg et al. (2014) constataram acréscimos nos teores de K com adição de 10 Mg ha-1 de biochar de madeira ao solo. Contudo, alguns autores ressaltam que o LE é uma matéria prima que apresenta baixa concentração de K, exigindo elevadas doses de LE quando se busca o fornecimento desse nutriente às plantas (Nascimento et al., 2004; Junio et al., 2013). Alternativas como co-produção do biochar com matéria-prima rica em potássio devem ser buscadas para tornar o biochar de LE uma fonte mais completa de nutrientes para as plantas.

O cálcio apresentou o mesmo comportamento do fósforo quando do fornecimento de biochar ao solo. Os teores desse nutriente aumentaram gradativamente com o aumento da dose de biochar aplicada. Todas as doses de biochar proporcionaram níveis de cálcio adequados para os solos do Cerrado (Sousa & Lobato, 2004). Em solos ácidos, o suprimento de cálcio ao solo está normalmente ligado à prática de calagem (Neto et al., 2001). Com a adição de biochar pode-se aumentar a disponibilidade desse nutriente, com efeito adicional ao da calagem. Os altos teores de Ca em biochars são atribuídos à presença de minerais como calcita, anortita, augita e hornblenda (Yuan et al. 2011; Chintala et al., 2014; Smider & Singh, 2014). Gaskin et al. (2008) e Singh et al. (2010a) citam que os biochars de maneira geral são ricos em Ca e com o processo de pirólise a concentração desse nutriente no biochar é favorecido pela crescente volatilização de C, H, O e N.

O biochar também incrementou os teores de Mg2+ no solo com dose a partir de 40 Mg ha-

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, sem diferenciação, entretanto, entre as doses superiores a essa. Embora haja um aumento no teor desse nutriente no solo em função da dose de biochar, todos os teores apresentados foram considerados baixos no solo (Sousa & Lobato, 2004). Assim como o cálcio, em solos ácidos, o suprimento de magnésio ao solo está relacionado à prática de calagem, sendo importante prática quando o teor do elemento no solo é menor que 0,5 cmolc dm-3 (Sousa & Lobato,

2004). Da mesma forma que acontece com P, K e Ca a concentração de Mg2+ aumenta com o

processo de pirólise (Gaskin et al., 2008). Portanto, no presente estudo, a baixa temperatura de pirólise pode ter limitado a contribuição do biochar de LE no fornecimento de Mg2+ em níveis adequados no solo. Além disso, a elevada absorção pelo rabanete e a lixiviação podem ter diminuído a disponibilidade desse nutriente no solo após o cultivo.

Visto que o solo estava com pH adequado, não houve efeito do biochar sobre os componentes da acidez do solo (pH, Al3+ e H+Al). Normalmente, são verificados efeitos

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alcalinizantes do biochar, pelo fornecimento de cátions de caráter básicos para solução do solo (Gaskin et al., 2008; Singh et al., 2010a; Zhang et al., 2012; Smider & Singh, 2014). A aplicação de biochar aumentou os valores dos indicadores de fertilidade do solo (SB, CTC efetiva e saturação por bases), como resultado do aumento da disponibilidade de cátions trocáveis de caráter básico como Ca2+ e Mg2+. Para SB e CTC efetiva, as maiores concentrações foram obtidas a partir da dose 80 Mg ha-1. A partir da dose 40 Mg ha-1de biochar foram obtidos valores de saturação por bases superiores a 50%, tendo como consequência condições que permitem o desenvolvimento da maioria das plantas nos solos ácidos do Cerrado brasileiro.

A aplicação do biochar também elevou a CTC total do solo. Esta é uma propriedade fundamental para solos extremamente intemperizados e ácidos como os que predominam no Cerrado brasileiro. Entre as diferentes doses, no entanto, apenas a aplicação de 100 Mg ha-1 aumentou a CTC total em relação às doses de 20 e 40 Mg ha-1, não havendo diferenças entre as demais doses. O efeito da pirólise sobre a CTC do biochar é variável conforme a matéria prima. Méndez et al. (2013) verificaram diminuição do valor dessa propriedade com o aumento da temperatura de pirólise. Outros estudos têm demonstrado aumento da CTC, quando o biochar é obtido por pirólise lenta (Jeffery et al., 2011; Shenbagavalli & Mahimairaja, 2012; Jien & Wang, 2013). No presente estudo, esse aumento da CTC total pode ser justificado pela forma indireta de obtenção dessa propriedade, que considera o aumento da concentração de cátions trocáveis como cálcio e magnésio.

Diversos trabalhos têm mostrado incrementos na fertilidade do solo com aplicações de biochar, de matérias primas variadas e em diferentes culturas (Jeffery et al., 2011; Liu et al., 2014; Smider & Singh, 2014; Oram et al., 2014; Soinne et al., 2014; Tammeorg et al., 2014), e também decréscimos nas concentrações de alguns nutrientes, com P, Ca, Mg, K e micronutrientes (Smider & Singh, 2014). Esses dados mostram a variabilidade que existe na utilização do biochar, pois diversos fatores como tipo de matéria prima, tempo e temperatura de pirólise, manejo, cultura, podem influenciar na viabilidade de utilização desse produto na agricultura.

No caso específico do biochar de LE, os resultados demonstram que a sua utilização como condicionador e fornecedor de nutrientes é uma alternativa viável para o cultivo de plantas de ciclo curto como o rabanete.

Na tabela 6 são apresentadas as concentrações de nitrato e amônio no solo após a aplicação de biochar.

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Tabela 6. Teores de nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) do solo em resposta à dose de

biochar aplicada. Dose NO3- NH4+ (Mg ha-1) mg kg-1 0 7,32 c 7,32 b 20 12,22 bc 8,54 b 40 13,20 bc 8,38 b 60 12,14 bc 14,84 a 80 20,06 b 20,03 a 100 41,91 a 18,49 a

Médias seguidas por letras iguais na coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05).

Houve incremento de nitrato no solo a partir da dose de 80 Mg ha-1 de biochar, sendo que o maior teor foi obtido com o fornecimento da dose mais elevada de biochar. A maior diferença para o nitrato foi verificada entre o controle e a maior dose (100 Mg ha-1), cujos teores se elevaram de 7,32 (controle) para 41,91 mg dm-3 (100 Mg ha-1), com incremento de 5,72 vezes.

Para as concentrações de amônio a partir da dose 60 Mg ha-1 há ganho de aproximadamente 100% nos teores quando comparado com a dose zero (controle), mostrando também que há um enriquecimento do solo em N disponível pela adição do biochar. Isso pode ser explicado devido à menor perda desse elemento no processo de pirólise com temperatura baixa (300°C) e maior disponibilidade na matéria prima. Zhang et al (2012) com biochar de madeira observaram o mesmo comportamento no cultivo de arroz.

Estudos têm mostrado que o biochar pode fornecer e tornar disponíveis para solução do solo essas duas formas de N (nitrato e amônio) (Singh et al., 2010b; Knowles et al., 2011). O mecanismo que pode explicar esse efeito é o aumento da adsorção de amônio (Zhang et al., 2012), com redução da lixiviação e maior disponibilidade dessa espécie química no solo (Lehmann et al., 2003). Com o incremento do teor de N no solo em virtude da adição de biochar ao solo, há uma diminuição da relação C:N, fato importante para explicar a crescente disponibilidade de amônio no solo, como resultado do equilíbrio entre os processos de mineralização e imobilização de N. Esse processo também ajuda a explicar os teores de nitrato no solo, pois parte do amônio mineralizado sofre nitrificação, disponibilizando nitrato

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para solução (Schmidt et al., 2014; Rosa et al., 2014). O nitrato também pode ser adsorvido através de grupos funcionais presentes no biochar (Yao et al., 2012).

A exemplo de outros nutrientes, o comportamento de formas disponíveis de N é muito variável conforme a matéria prima e o processo de obtenção do biochar. Diferentemente dos resultados apresentados no presente trabalho, em outras pesquisas com biochars obtidos em elevadas temperaturas, a concentração de nitrato e amônio tem diminuído no solo com aplicação de biochar. Alguns motivos que explicam esse efeito negativo são perdas de N por volatilização durante a pirólise, imobilização microbiológica, absorção pelas plantas, perdas gasosas (N2), adsorção devido ao aumento da porosidade do solo com biochar e recalcitrância

do N presente no biochar (Shenbagavalli & Mahimairaja, 2012; Schulz et al., 2013; Nelissen et al., 2014; Tammeorg et al., 2014).

45 Teores de nutrientes nas folhas de rabanete em resposta à dose de biochar

O aumento da concentração de nutrientes e dos indicadores de fertilidade do solo tiveram como consequência a maior absorção de nutrientes pela planta de rabanete, com o aumento da dose de biochar (Tabela 7).

Tabela 7. Teores de nutrientes na folha de rabanete em resposta às doses de biochar de lodo de esgoto. Dose N P K+ Ca2+ Mg2+ S g kg-1 0 nd 1,83 c 42,25 a 28,28 a 1,93 b 13,23 a 20 29,30 c 5,78 b 27,43 ab 30,98 a 3,70 a 15,65 a 40 33,27 c 6,15 ab 17,55 b 30,65 a 4,38 a 14,95 a 60 46,45 b 6,78 ab 22,55 b 29,80 a 4,33 a 14,12 a 80 58,67 a 7,13 ab 26,40 ab 24,60 a 3,98 a 11,65 a 100 55,37 ab 8,08 a 18,95 b 27,93 a 4,15 a 12,65 a Dose B Zn2+ Mn2+ Cu2+ mg kg-1 0 nd 158,50 a 70,25 b 2,63 b 20 15,25 b 88,25 b 118,00 a 6,00 a 40 16,00 b 59,50 b 69,50 b 5,75 a 60 21,75 a 57,75 b 62,75 b 6,25 a 80 21,75 a 85,25 b 52,00 b 8,00 a 100 22,25 a 69,75 b 51,00 b 7,50 a

Médias seguidas por letras iguais na coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05). nd: não determinado por falta de material em quantidade suficiente.

A concentração de nitrogênio na folha de rabanete aumentou proporcional a dose de biochar aplicada, sem incremento após a dose de 80 Mg ha-1. Para todas as doses os teores encontrados são considerados adequados para o rabanete (Boaretto et al., 2009). Essa maior absorção de N ocorreu devido aos elevados teores de N no biochar (Tabela 4) que se refletiu em aumento de N no solo em formas prontamente absorvíveis como NO3- e NH4+ (Tabela 6).

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de desenvolvimento (Figura 2). Chan et al. (2007) também mostraram maior absorção de N pelo rabanete quando aumentaram a dose de biochar aplicada ao solo. Possivelmente a absorção de amônio foi maior que a de nitrato, pois o pH do solo estava perto da neutralidade, o que favorece a absorção de NH4+ (Cantarella, 2007).

O mesmo comportamento que ocorreu com o N foi observado nas concentrações de P nas folhas, que foram crescentes com o aumento da dose do biochar, chegando a ser três vezes maiores na dose 40 Mg ha-1 em comparação ao controle. Os elevados teores de P no solo (Tabela 5) proporcionado pelo biochar podem explicar os maiores teores desse nutriente nas plantas, considerados adequados no rabanete (Boaretto et al., 2009). Há também uma relação direta da absorção de N pela planta com a absorção do P, pois adubações nitrogenadas influenciam de maneira positiva a absorção de P (Cantarella, 2007), o que pode ter ocorrido neste experimento. Além disso, o biochar tem melhorado o crescimento de micorrizas e com isso aumentado a absorção de P (Mau & Utami, 2014; Hammer et al., 2014). Outro fator que pode explicar a maior absorção de P foi o pH do solo próximo à neutralidade com reflexos positivos no aumento da disponibilidade desse nutriente no solo (Atkinson et al., 2010; Uzoma et al., 2011). No entanto, a aplicação de biochar em solos alcalinos pode ter efeito negativo na disponibilidade de P decorrente da sua precipitação com altos teores de sais (Smider & Singh, 2014).

Ao contrário dos resultados encontrados para fósforo, não houve elevação dos teores de K na planta com a aplicação de biochar, chegando a haver redução nas concentrações em relação ao controle, nas doses de 40, 60 e 100 Mg ha-1, por efeito de diluição, uma vez que o controle produziu baixíssima quantidade de massa seca da parte aérea (Figura 3). Os baixos teores de K no rabanete com a aplicação de biochar pode ser resultado dos baixos teores fornecidos pelo biochar, do processo de lixiviação e de possíveis efeitos antagônicos com outros cátions, fornecidos em grandes quantidades pelo biochar como cálcio e amônio, que podem ter afetado a absorção de K pela planta (Ernani et al., 2007). Diferentemente dos resultados do presente estudo, as concentrações de K nas plantas aumentaram com a elevação da dose de biochar de madeira (Oram et al., 2014) e de resíduos verdes de tomate (Smider & Singh, 2014), em virtude dos teores adequados desse nutriente na matéria prima.

De forma semelhante ao P, o aumento da disponibilidade de Mg no solo pela adição de biochar (Tabela 5) se refletiu em maior acúmulo desse nutriente na planta de rabanete (Tabela 7). Os teores de Mg com a adição do biochar foram todos considerados adequados, enquanto o teor com a dose zero foi baixo (Boaretto et al., 2009). Apesar do teor de Mg no solo após o

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cultivo ter sido considerado baixo (Sousa & Lobato, 2004), o rabanete conseguiu absorver o nutriente adequadamente, como resultado da adequada relação Ca:Mg, em torno de 5 (Gunes et al., 2014).

Os teores de cálcio e enxofre nas folhas de rabanete não foram alterados pela aplicação de biochar, apesar do aumento da disponibilidade de cálcio no solo promovido pelo biochar. Mecanismos de antagonismo podem ter impedido maior absorção de cálcio quando da aplicação de biochar. Apesar disso, os teores desses dois nutrientes foram considerados adequados para a cultura do rabanete (Boaretto et al., 2009).

A concentração de B nas folhas de rabanete aumentou a partir da dose 60 Mg ha-1 e sem diferenças para as demais doses superiores, mostrando que o biochar de LE também é uma fonte desse micronutriente tão importante para solos extremamente intemperizados como os que predominam no Cerrado brasileiro. A aplicação de biochar promoveu diminuição dos teores de Zn no rabanete. Apesar dessa diminuição, todos os teores encontrados foram considerados adequados (Boaretto et al., 2009). A elevada concentração de Zn no rabanete na dose zero (controle) pode ser resultado do fator diluição, como verificado para o potássio, promovido pela maior produção de massa seca da planta com a aplicação de biochar.

Assim como aconteceu com o Mg, o teor de cobre nas folhas aumentou com adição do biochar, com aumentos superiores a 100% a partir da dose 20 Mg ha-1. Com a aplicação do biochar ao solo os teores nas folhas foram considerados adequados, entre 5 e 20 mg kg-1 (Dechen & Nachtigall, 2007). Com adição do biochar houve aumento na concentração de Cu nas folhas de forma inversa aos teores encontrados para Zn, que pode confirmar a relação de inibição da absorção entre esses dois nutrientes. Para Cu Smider & Singh (2014) observaram que há um aumento na concentração desse nutriente nas folhas de milho em função da dose, efeito do fator concentração, devido ao baixo crescimento da planta.

O Mn teve seu maior teor para a dose 20 Mg ha-1, não havendo diferença entre as demais doses. Porém, todos os teores encontrados são considerados adequados, estando entre 50 e 250 mg kg-1 (Boaretto et al., 2009). Smider & Singh (2014) observaram que a concentração desse nutriente na folha de milho não diminuiu em função da dose de biochar de resíduos verdes de tomate aplicada.

48 Parâmetros biométricos e produtividade do rabanete

Como resultado da melhoria da fertilidade do solo e da maior absorção de nutrientes, a aplicação de biochar de LE promoveu aumento do desenvolvimento vegetativo da cultura do rabanete (Figura 3). Os indicadores de desenvolvimento da planta como número de folhas, comprimento de folhas, altura da planta e massa seca da parte aérea apresentaram resposta positiva a aplicação de biochar na faixa de 20 a 60 Mg ha-1 (Figura 3). Dessa forma, os resultados demonstram o potencial do biochar de LE para ser usado como fertilizante até em cultura de ciclo muito curto, como é o caso do rabanete. Esse potencial nutricional do biochar também foi observado por diversos pesquisadores com culturas e regiões diferentes, por exemplo, Chan et al. (2007) com biochar de LE na Austrália, Jha et al. (2010) com diversos biochars na Índia (rabanete), Hossain et al. (2010) com biochar de LE na Austrália (tomate), Zhang et al. (2012) com biochar de madeira, Khan et al. (2013) com biochar de LE na China (arroz), Liu et al. (2014) com biochar de LE na China (couve) e Smider & Singh (2014) com biochar de madeira na Austrália (milho).

De maneira geral houve aumento nos parâmetros agronômicos avaliados em resposta à disponibilidade de nutrientes presentes no biochar. Chan et al. (2007) em estudo com rabanete com adição de biochar de LE observaram aumentos nesses parâmetros com doses a partir de 50 Mg ha-1, Hossain et al. (2011) com biochar de LE, Zhang et al. (2012) e Schulz et al. (2013) com biochar de madeira também verificaram comportamentos similares.

Smider & Singh (2014) mostraram que a massa seca da cultura do milho foi aumentada em resposta a aplicação de biochar e Vaccari et al. (2011) verificaram aumento de 30% na biomassa do trigo com aplicação de 30 Mg ha-1 biochar de madeira. Já Tammeorg et al. (2014) não observaram melhorias na produção e nem na qualidade do grão de trigo com a aplicação de biochar de madeira.

O desenvolvimento da cultura durante a condução do experimento é apresentado na figura 2. A diferença no tamanho das plantas em função da dose a ser aplicada pode ser observada claramente, comprovando o efeito benéfico quando da utilização do biochar como adubo.

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Figura 2. Desenvolvimento do rabanete em casa de vegetação. (A) plantas de rabanete sendo cultivada em vasos de 2 dm3; (B) detalhes do vigor foliar da cultura; (C) aspectos do desenvolvimento da cultura em função da dose crescente de biochar, da esquerda para direita estão as doses 0 a 100 Mg ha-1; (D) detalhes do desenvolvimento do rabanete.

Na Figura 3 são apresentados os efeitos das doses de biochar nas características de desenvolvimento da planta. O comportamento da planta em função da dose de biochar foi representado pelo modelo quadrático para todas as características estudadas.

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Figura 3. Efeito de doses de biochar de LE nos parâmetros biométricos da cultura do rabanete: (A) número de folhas; (B) altura das plantas; (C) comprimento das folhas; (D) massa seca da parte aérea; (E) teor de clorofila medida pelo índice SPAD. Barras verticais indicam o desvio padrão da média.

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O aumento da dose de biochar promoveu maior desenvolvimento da planta alcançando

um ponto máximo, variando de 55 a 69 Mg ha-1, com consequente decréscimo nas doses mais

elevadas. Isso pode ser resultado de possíveis desbalanços nutricionais como a limitação da disponibilidade de potássio e o excesso de outros nutrientes que limitam o desenvolvimento da planta em doses superiores. Outro fator que pode contribuir para esse efeito é a presença de 19,4 g kg-1 de ácido húmico no biochar. Atiyeh et al. (2002) observaram decréscimos em