Prezentacja programu PowerPoint -...
Transcript of Prezentacja programu PowerPoint -...
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
drobiowego
pH w H2O - 7.53 ± 0.02 8.10 ± 0.02
Przewodność elektrolityczna µS·cm-1 49.1 ± 12.4 91.5 ± 2.60
Sucha masa g · kg-1 323 ± 2 986 ± 1
Popiół
g · kg-1 s.m.
312 ± 0 421 ± 1
C ogólny 336 ± 19.7 390 ± 10
N ogólny 25.9 ± 4.65 33.6 ± 0.76
S ogólna 4.51 ± 0.70 5.28 ± 0.23
H ogólny 50.5 ± 5.14 35.5 ± 1.40
O ogólny 265 ± 28 107 ± 12
P ogólny 18.3 ± 2.20 27.6 ± 2.90
K ogólny 29.9 ± 0.66 36.7 ± 1.81
Cd ogólny
mg · kg-1 s.m.
0.37 ± 0.01 0.54 ± 0.07
Cu ogólny 16.1 ± 1.22 57.6 ± 0.88
Pb ogólny 3.29 ± 0.22 4.42 ± 1.35
Zn ogólny 110 ± 5 280 ± 3
Powierzchnia właściwa SBET m2 · g-1 1.83 ± 0.22 2.76 ± 0.29
Objętość mikroporów cm3·g-1 0.006 ± 0.000 0.011 ± 0.002
Wielkość mikroporów nm 14 ± 2 18 ± 3
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
?
Symbol obiektu Nazwa obiektu
C gleba bez nawożenia (kontrola)
MF gleba nawożona nawozami mineralnymi
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)
Obiekt C ogólny
[g ⋅ kg-1s.m.] N ogólny
[g ⋅ kg-1s.m.] pH H2O pH KCl
Przewodność elektrolityczna
[uS·cm-1]
C 10.3a ± 0.75 0.94a± 0.01 6.75a ± 0.52 5.70a±0.31 40.7a ± 0.00
MF 10.4a ± 2.04 0.96b± 0.04 6.56a ± 0.27 5.34a±0.10 45.0a ± 0.00
PL 11.8a ± 1.57 0.98a ± 0.06 6.60a ± 0.26 5.49a±0.34 46.6a ± 0.01
PLB I 11.0a ± 1.00 0.94a±0.05 6.49a± 0.12 5.59a ± 0.26 37.4a ± 0.01
PLB II 10.4a ± 0.86 0.97a ± 0.06 6.57b ± 0.18 5.46a± 0.09 48.8b ± 0.00
± 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
ZAWARTOŚĆ WĘGLA ORGANICZNEGO (Corg) I EKSTRAHOWALNEGO Na4P2O7 + NaOH (Cext)
± 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 ZAWARTOŚĆ WĘGLA KWASÓW HUMINOWYCH I FULWOWYCH ORAZ WĘGLA NIEHYDROLIZUJĄCEGO
± 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
Obiekt Ckwasów huminowych
(CKH) Ckwasów fulwowych
(CKF) CKH:CKF C NIEHYDROLIZUJĄCY
C 1.98a ± 0.00 1.24a ± 0.69 1.35a 6.56ab ± 1.15
MF 1.76a ± 0.22 1.74a ± 0.38 1.06a 5.85a ± 0.37
PL 1.47a ± 0.25 1.37a ± 0.17 1.02a 8.07b ± 0.44
PLB I 1.76a ± 0.44 1.74a ± 0.72 1.19a 6.75ab ± 1.11
PLB II 1.91a ± 0.71 1.86a ± 0.44 1.13a 5.27a ± 1.32
BIOMASA MIKROORGANZMÓW 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
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Cd Cr
Ni
WWA
Pb
Mn
Al
Zn Cu
?
Objekt
BR
(µg C-CO2·kg-1
s.m.·h-1)
% do
kontroli
SIR
(µg C-CO2·kg-1
s.m.·h-1)
% do
kontroli QR
% do
kontroli
C 3.24ab ± 1.46 100 19.8a ± 2.64 100 0.16ab ± 0.07 100
MF 2.63a ± 0.97 81 13.2c ± 5.04 67 0.25b ± 0.06 156
PL 3.28ab ± 0.62 101 26.2b ± 7.78 68 0.13a ± 0.03 81
PLB I 2.66a ± 0.71 82 21.0a ± 3.79 106 0.13a ± 0.05 81
PLB II 3.94b ± 0.93 122 23.5ab ± 4.17 119 0.17ab ± 0.05 106
± 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.