Monika Mierzwa-Hersztek 1 , Krzysztof Gondek 1 , Agnieszka Klimkowicz-Pawlas 2 1 Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie 2 Zakład Gleboznawstwa, Erozji i Ochrony Gruntów, IUNG, Puławy OCENA STANU MATERII ORGANICZNEJ ORAZ AKTYWNOŚCI RESPIRACYJNEJ I ENZYMATYCZNEJ GLEBY PO APLIKACJI BIOWĘGLA „Biowęgiel w Polsce: nauka, technologia, biznes” Serock 30-31.05.2016r.
20
Embed
Prezentacja programu PowerPoint · 1Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie 2Zakład Gleboznawstwa, ... pokojowej, przesiano przez sito o średnicy
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Monika Mierzwa-Hersztek1, Krzysztof Gondek1, Agnieszka Klimkowicz-Pawlas2
1Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
2Zakład Gleboznawstwa, Erozji i Ochrony Gruntów, IUNG, Puławy
OCENA STANU MATERII ORGANICZNEJ ORAZ
AKTYWNOŚCI RESPIRACYJNEJ I
ENZYMATYCZNEJ GLEBY PO APLIKACJI BIOWĘGLA
„Biowęgiel w Polsce: nauka, technologia, biznes” Serock 30-31.05.2016r.
PLAN PREZENTACJI
1. Wprowadzenie 2. Cel badań 3. Materiał i metody badań 4. Wyniki 5. Wnioski 6. Literatura
BIOWĘGIEL
Surowce używane do produkcji biowęgla: Odpady leśne np. zrębki, kora, trociny, liście; Odpady rolnicze pochodzenia roślinnego np.
słoma z kukurydzy, słoma pszenna, łupiny i łuski z nasion, warzywa, liście;
Produkty uboczne z przetwórstwa i produkcji zwierzęcej np. pomiot, pióra, mączka mięsno-kostna, skóry, włosy, kości;
Osady ściekowe i odpady komunalne; Algi i rośliny wodne; Rośliny energetyczne np. miskant, wierzba.
Do produkcji biowęgla nie można używać odpadów nieorganicznych!!!
„Biochar - BC - to stały produkt otrzymany w czasie termochemicznej konwersji biomasy w warunkach ograniczonego dostępu powietrza (1-2%) który posiada fizyko-chemiczne właściwości pozwalające na bezpieczne i długotrwałe zatrzymanie węgla w środowisku”
BIOWĘGIEL – właściwości
• wysoka zawartość węgla organicznego • porowata struktura i duża powierzchnia
właściwa • obecność grup funkcyjnych na powierzchni
biowęgla
właściwości te wpływają m.in. na:
Poprawę zdolności sorpcyjnych utworu glebowego ograniczając wymywanie składników pokarmowych
Zmniejszenie zakwaszenia Poprawę struktury i stosunków powietrzno-
wodnych gleby Wiązanie zanieczyszczeń organicznych i
nieorganicznych
Images from www.airterra.com and ”Biochar: Environmental Management” (edited by Lehmann and Joseph. 2009)
140 x corn cob
280 x miscanthus
Celem przeprowadzonych badań była ocena stanu materii organicznej oraz
aktywności respiracyjnej i enzymatycznej w glebie po aplikacji biowęgla
wyprodukowanego z pomiotu drobiowego
Pomiot drobiowy przed pirolizą Pomiot drobiowy po pirolizie
Proces termicznej transformacji pomiotu drobiowego przeprowadzono na stanowisku do gazyfikacji biomasy, przy ograniczonym dostępie powietrza (1-2%),
Temperatura w komorze spalania wynosiła 300 ºC, a czas ekspozycji 15 minut.
• zawartość suchej masy w temperaturze 105 °C przez 12 godzin; • odczyn metodą potencjometryczną; • skład elementarny (C, H, N, S) biowęgli na analizatorze CHNS (Vario EL Cube firmy Elementar); • zawartość ogólną badanych pierwiastków popielnych (P, K, Cu, Cd, Zn i Pb) oznaczono po
spopieleniu próbki w piecu komorowym w temperaturze 450o C przez 12 godzin i mineralizacji pozostałości w mieszaninie stężonych kwasów azotowego i nadchlorowego (3:2 v/v). W uzyskanych roztworach zawartość poszczególnych pierwiastków oznaczono metodą ICP-OES przy użyciu aparatu Optima 7300 DV firmy Perkin Elmer .
• Powierzchnię właściwą materiałów organicznych (SBET) oraz wielkość i objętość porów oznaczono za pomocą wielofunkcyjnej aparatury do pomiaru powierzchni właściwej i porowatości ASAP 2010 produkcji amerykańskiej firmy Micromeritics. Powierzchnię właściwą (SBET) wyznaczono metodą fizycznej adsorpcji azotu w temperaturze ciekłego azotu (77 oK) z równania Brunauera-Emmeta-Tellera. Czas odgazowywania próbek wynosił 16 godzin. Stan odgazowania powierzchni kontrolowano w trybie automatycznym.
Proces przekształcenia termicznego
Oznaczenia wykonane w pomiocie drobiowym przed i po pirolizie:
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
? Właściwości fizyczne i chemiczne pomiotu drobiowego przed i po przekształceniu termicznym
±odchylenie standardowe, n=3
Oznaczenie Jednostka Pomiot drobiowy Biowęgiel z pomiotu
PL gleba nawożona nawozami mineralnymi i pomiotem drobiowym
PLB I gleba nawożona nawozami mineralnymi i biowęglem z pomiotu
drobiowego w dawce 2,25 t s.m.·ha-1
PLB II gleba nawożona nawozami mineralnymi i biowęglem z pomiotu
drobiowego w dawce 5 t s.m.·ha-1
W materiale glebowym wykonano następujące oznaczenia: pH - potencjometrycznie w zawiesinie gleby i wody oraz w zawiesinie gleby i roztworu KCl o stężeniu 1 mol · dm-3
Przewodność elektrolityczną - konduktometrycznie;
Zawartość azotu ogólnego metodą Kjeldahla;
Zawartość węgla organicznego metodą Tiurina;
Skład frakcyjny próchnicy metodą Kononowej i Bielczikowej [1968]; Gęstość optyczną kwasów huminowych określono na podstawie stosunku ekstynkcji A2/6 i A4/6 przy
długości fali 270 nm (A2 ), 465 nm (A4 ) i 665 nm (A6 ).
Aktywność dehydrogenaz (DhA) określano metodą Casida i in. (1964) przy wykorzystaniu chlorku trifenylotetrazolu (TTC) jako akceptora elektronów.
Podstawową aktywność oddechową (BR) oznaczono wg normy ISO 16072 (2002) a aktywność oddechową indukowaną substratem (SIR) oznaczono wg normy ISO 14240-1 (1997)
Biomasę mikroorganizmów (Cmic) obliczono ze wzoru Cmic (µg g-1) = 40.4 · R + 0.37 po wyznaczeniu aktywności oddechowej indukowanej substratem
Próbki materiału glebowego pobrano po zakończeniu wegetacji roślin, wysuszono je w temperaturze pokojowej, przesiano przez sito o średnicy oczek 2 mm, a następnie poddano analizom chemicznym.
WARUNKI METEOROLOGICZNE W CZASIE PROWADZENIA EKSPERYMENTU
WYNIKI BADAŃ
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
?
WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE
GLEBY (0-10 cm) PRZED ZAŁOŻENIEM
DOŚWIADCZENIA
±odchylenie standardowe, n=3
OZNACZENIE JEDNOSTKA WARTOŚĆ
Zawartość frakcji
%
1.0-0.1 mm 73
0.1-0.02 mm 15
<0.02 mm 12
pH H2O - 6.40 ± 0.02
pH KCl - 5.48 ± 0.01
Przewodność
elektrolityczna µS·cm-1 29.0 ± 0.00
C ogólny g ∙ kg-1 s.m
9.78 ± 0.96
N ogólny 0.96 ± 0.01
Cd ogólny
mg ∙ kg-1 s.m.
0.62 ± 0.02
Cu ogólny 5.76 ± 0.12
Pb ogólny 26.1 ± 2.5
Zn ogólny 135 ± 19
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
?
WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE GLEBY PO DRUGIM ROKU BADAŃ (0-10 cm)
± odchylenie standardowe. n=3; Średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie według testu Duncana przy α < 0.05;
czynnik: nawożenie
C – gleba bez nawożenia (kontrola); MF –gleba nawożona nawozami mineralnymi; PL- gleba nawożona NPK i pomiotem
drobiowym; PLB I - gleba nawożona NPK i biowęglem z pomiotu drobiowego w dawce 2.25 t s.m.∙ha-1; PLB II - gleba nawożona
NPK i biowęglem z pomiotu drobiowego w dawce 5 t s.m.∙ha-1
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
? Katedra Chemii Rolnej
i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy
w Krakowie AKTYWNOŚĆ ODDECHOWA GLEBY
PO DRUGIM ROKU BADAŃ (0-10 cm)
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
?
AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA GLEBY PO DRUGIM ROKU BADAŃ (0-10 cm)
± odchylenie standardowe, n=3; Średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie według testu Duncana przy α < 0.05;
czynnik: nawożenie
C – gleba bez nawożenia (kontrola); MF –gleba nawożona nawozami mineralnymi; PL- gleba nawożona NPK i pomiotem drobiowym; PLB I-
gleba nawożona NPK i biowęglem z pomiotu drobiowego w dawce 2.25 t s.m.∙ha-1; PLB II - gleba nawożona NPK i biowęglem z pomiotu
drobiowego w dawce 5 t s.m.∙ha-1
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
? Katedra Chemii Rolnej
i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy
w Krakowie WNIOSKI 1. Doglebowa aplikacja materiałów organicznych przed i po przekształceniu termicznym po drugim roku badań,
niezależnie od zastosowanej dawki, nie przyczyniła się do istotnego zwiększenia zawartości węgla organicznego w porównaniu do obiektu kontrolnego.
2. Niezależnie od zastosowanego nawożenia, po drugim roku badań, stwierdzono zmniejszenie zawartości węgla kwasów huminowych i zwiększenie zawartości węgla kwasów fulwowych.
3. Ocena związków próchnicznych na podstawie wartości stosunku Ckh : Ckf wykazała, że zastosowane nawożenie nie spowodowało statystycznie istotnych zmian w wartości tego parametru.
4. Dodatek biowęgla do gleby w dawkach 2.25 t i 5 t s.m·ha-1 przyczynił się do istotnego zwiększenia biomasy mikroorganizmów w porównaniu do obiektu, w którym zastosowano wyłącznie nawożenie mineralne odpowiednio o 59% i 77%, a w stosunku do gleby obiektu kontrolnego o 6% i 18%.
5. Istotnie zwiększenie aktywności respiracyjnej oznaczono w glebie obiektu, do którego wprowadzono 5 t s.m.·ha-1 biowęgla. Aplikacja biowęgla w dawce 2.25 t s.m·ha-1 do gleby spowodowała efekt odwrotny tj. zmniejszenie wartości tego parametru o 17.9%.
6. Nie stwierdzono istotnego zwiększenia aktywności enzymatycznej dehydrogenaz w glebie po zastosowaniu materiałów organicznych przed i po przekształceniu termicznym w stosunku do obiektu kontrolnego.