OCENA NAWOśENIA WIERZBY KOMPOSTEM Z OSADÓW KOMUNALNYCH NA PLON BIOMASY, CIEPŁO SPALANIA ORAZ EMISJĘ TLENKÓW AZOTU NO X PODCZAS JEJ SPALANIA

Transkrypt

1 LESZEK STYSZKO DIANA FIJAŁKOWSKA MONIKA SZTYMA-HORWAT Politechnika Koszalińska Zakład Roślin Energetycznych OCENA NAWOśENIA WIERZBY KOMPOSTEM Z OSADÓW KOMUNALNYCH NA PLON BIOMASY, CIEPŁO SPALANIA ORAZ EMISJĘ TLENKÓW AZOTU NO X PODCZAS JEJ SPALANIA Słowa kluczowe: wierzba, plon, sucha masa, klony, liczba lat odrastania pędów, nawoŝenie, kompost z osadów komunalnych EKO- -KOMP, nawóz Hydrofoska 16, termin pobrania prób biomasy, temperatura spalania biomasy, ciepło spalania, tlenki azotu NO x Key words: willow, crop, dry biomass, clones, number of years of shoots regrowth, fertilization, EKO-KOMP compost from municipal sludge, Hydrofoska 16 fertilizer, time of biomass sampling, temperature of biomass combustion, combustion heat, nitrogen oxides NO x Wstęp Do 2020 roku udział OZE w bilansie krajowej energetyki ma wzrosnąć z obecnych 9% do 15%, a w dalszej perspektywie do 2030 roku do 20%. Bez wykorzystania biomasy osiągnięcie tego celu nie będzie moŝliwe. Udział biomasy w bilansie paliwowym w 2008 roku w Polsce wyniósł 87,7%, a w UE-25 46,0% [7]. Podstawowym paliwem stałym z biomasy jest biomasa leśna, ale większego znaczenia nabierają takŝe paliwa z biomasy rolniczej. Do nich zalicza się biomasę drzew i krzewów szybko rosnących, a głównie wierzby krzewiastej, topoli, traw wieloletnich, słomy oraz pozostałości organicznych. Ze względu na znaczne rozdrobnienie polskiego rolnictwa, spalanie biomasy na duŝą skalę oznacza takŝe konieczność ujednolicenia jakości pozyskiwanego surowca i zwiększenia jego podaŝy. Z tego punktu widzenia waŝne jest rozpo-

2 172 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat znanie produktywności klonów wierzby energetycznej w warunkach lokalnych, a szczególnie na glebach lekkich, które są obecnie wyłączone z produkcji rolniczej i stanowią szansę na zwiększenie podaŝy biomasy. W uprawie wierzby na glebach lekkich duŝe znaczenie ma nawoŝenie organiczne, zwłaszcza z kompostów pochodzących z komunalnych osadów ściekowych. Podczas spalania biomasy wytwarza się ciepło. Ilość tego ciepła zaleŝy od rodzaju biomasy, wilgotności, gatunku roślin oraz składu chemicznego. Kryteriami określającymi jakość paliwa stałego są: ciepło spalania, wilgotność paliwa, zawartość części lotnych, zawartość popiołu, wartość opałowa i ziarnistość paliwa [2, 12]. DuŜe znaczenie dla środowiska ma skład chemiczny biomasy, a zwłaszcza zawartość związków chloru, siarki i azotu, gdyŝ w wyniku spalania biomasy stałej powstają gazy, które zanieczyszczają powietrze, a ich ilość zaleŝy takŝe od rodzaju biomasy i temperatury spalania. W literaturze przedmiotu stawia się niekiedy pytanie, czy biomasa jest paliwem ekologicznym? [38]. Największym zagroŝeniem dla środowiska są powstające z biomasy zanieczyszczenia gazowe (NO x, CO 2, węglowodory) oraz cząstki stałe (popiół lotny, koks i sadza) [12]. Ponadto w czasie spalania paliw organicznych w urządzeniach spalających dochodzi do tworzenia tlenków azotu: N 2 O, NO i NO 2, które oznaczane są jako tlenki azotu NO x. PrzewaŜającym składnikiem tlenków azotu NO x jest tlenek azotu NO, który stanowi 95% całości NO x, a pozostałe tlenki ok. 5% NO x. Emisja tlenków azotu NO x podczas spalania przyczynia się do powstawania kwaśnych deszczy oraz przyziemnego ozonu, z którego tworzy się smog, powodujący u ludzi m.in. trudności z oddychaniem [2]. Tworzenie się tlenków azotu zaleŝy przede wszystkim od temperatury spalania paliw. Znane są trzy mechanizmy powstawania tlenków azotu: paliwowe, termiczne i przejściowe [12]. Przy spalaniu paliw stałych w temperaturze do C przewaŝający udział w powstawaniu tlenków azotu mają paliwowe tlenki azotu, powstające z utlenienia części azotu zawartego w paliwie [2]. Dlatego właściwości spalanej biomasy mają zasadniczy wpływ na wytwarzanie tlenków azotu podczas spalania. Znane są przykłady róŝnic w powstawaniu dwutlenku azotu (NO 2 ) w zaleŝności od gatunku spalanego drewna oraz gatunku kory drewna. Zawartość azotu w biomasie drewna jodły i sosny wynosi 0,03%, świerku 0,04%, a grochodrzewu 0,18%. Natomiast w korze tych drzew azotu było zawsze więcej (jodła 0,42%, sosna 0,44%, świerk 0,33% i grochodrzew 1,06%) [2]. W przypadku wierzby udział kory zaleŝy od wieku odrostów pędów. Z obserwacji autorów wynika, Ŝe w cienkich i młodych pędach wierzby proporcjonalnie jest więcej kory niŝ w starszych i grubszych pędach. Skład chemiczny kory i drewna bardzo się róŝni i zaleŝy nie tylko od gatunku drzewa, lecz takŝe od siedliska, warunków wzrostu, wieku drewna, a nawet części drzewa (30, 31, 32).

3 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 173 W literaturze mało jest opracowań dotyczących związku pomiędzy technologią pozyskania biomasy wierzbowej a ciepłem jej spalania i emisją tlenków azotu przy spalaniu pędów róŝniących się liczbą lat odrastania po skoszeniu. Celem pracy jest ocena plonowania wierzby, ciepła spalania i emisji tlenków azotu NO x ze spalania biomasy wierzbowej dziewięciu klonów wierzby krzewiastej (Salix viminalis), pozyskanej w 2009 roku z doświadczenia, gdzie pędy wierzby odrastały przez cztery, dwa lata i jeden rok, na zróŝnicowanym nawo- Ŝeniu organicznym i mineralnym, na glebie lekkiej klas IVb V, o głębokim poziomie lustra wody (950 cm). Materiał i metody Na polu doświadczalnym Politechniki Koszalińskiej w Kościernicy wysadzono dziewięć klonów wierzby w 2005 roku, na glebie lekkiej klas IVb V, przy zagęszczeniu 33,2 tys. karp na hektarze. Doświadczenie składało się z okresu przygotowawczego (2005 rok), w którym wysadzono zrzezy, a po zakończonej wegetacji skoszono jednoroczne pędy, oraz z okresu odrastania pędów (lata ). Na istniejących nasadzeniach wierzby załoŝono w 2006 roku doświadczenie ścisłe, metodą losowanych podbloków w układzie zaleŝnym w trzech powtórzeniach, gdzie podblokami I rzędu były cztery kombinacje nawozowe, a II rzędu dziewięć klonów wierzby. Poletko miało powierzchnię 34,5 m 2 (2,3 x 15,0 m), które podzielono na trzy równe części po 11,5 m 2. Dane o jakości gleby pod doświadczeniem, zabiegach ochronnych oraz przebiegu pogody w latach uprawy wierzby podano w innych pracach autorów [25, 26, 27]. W ramach kombinacji nawozowych zastosowano: (a) obiekty bez nawoŝenia, (b) nawoŝone kompostem (10 t ha -1 s.m.), (c) nawoŝone kompostem (10 t ha -1 s.m.) i Hydrofoską 16 w ilości 562,5 kg ha -1 oraz (d) nawoŝone kompostem (10 t ha -1 s.m.) i Hydrofoską 16 w ilości 1125,0 kg ha -1. W kwietniu 2006 roku zastosowano kompost oraz Hydrofoskę 16. Nawozy te wymieszano z glebą. W latach 2007, 2008 i 2009, przed ruszeniem wegetacji wierzby, wysiano pogłównie Hydrofoskę 16. Do badań włączono dziewięć klonów wierzby: 1047, 1054, 1023, 1013, 1052, 1047D, 1056, 1033 i Po drugiej (luty 2008), trzeciej (luty 2009) i czwartej wegetacji (listopad 2009) skoszono wierzbę, w kaŝdym terminie po 1/3 powierzchni poletka. W listopadzie 2009 roku skoszono wszystkie odrośnięte pędy na poletku, na którym znajdowały się odrosty 2-letnie (koszenie luty 2008), 1-roczne (koszenie luty 2009) i 4-letnie (koszenie luty 2006), a takŝe oceniono plon biomasy i pobrano próby pędów do analiz chemicznych oraz spalania. Próbki biomasy pobrano w dniu koszenia (26 XI 2009) oraz po sześciu miesiącach ich leŝakowania na polu (20 V 2010). W kaŝdym terminie pobierania prób oznaczono w nich zawartość suchej masy metodą suszarkową. Pędy

4 174 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat wierzby wysuszono, rozdrobniono i zmielono. Próbki przekazano do laboratorium analiz biomasy (Wydziału Analiz Chemicznych Południowego Koncernu Energetycznego S.A. przy Elektrowni Siersza w Trzebini) w celu oznaczenia ciepła spalania. Analizy powyŝsze wykonano zgodnie z procedurą Q/ZK/P/15/12/ A:2005, która jest zbieŝna z procedurą opisaną w normie PN-81: G Zmielone próbki pędów o masie 0,05 grama spalano w elektrycznym piecu typu PRC 20/1300M, wyposaŝonym w programowany mikroprocesorowy regulator temperatury SM 2002 firmy Czylok z Jastrzębia Zdroju. Oznaczenia tlenków azotu NO x w gazach pochodzących ze spalania biomasy wierzbowej wykonano przy pomocy przepływowego analizatora gazów spalania typu GA-21 plus firmy ELJACK Electronics w Zgierzu. Próbki biomasy spalano w temperaturach: C, C, C i C. Podczas spalania natęŝenie przepływu powietrza wynosiło 8,0 dm 3 min -1. Uzyskane ze spalania, uśrednione z dwóch analiz, maksymalne wartości tlenków azotu NO x w ppm, odczytywane co 10 sekund, przeliczono na mg NO x w 1 m 3 gazów spalinowych w warunkach normalnych, z zastosowaniem prawa Avogarda [10]. Dane dotyczące plonu biomasy, ciepła spalania oraz zawartości tlenków azotu NO x opracowano statystycznie, z wykorzystaniem programu Statistica. Wykonano analizy wariancji i regresji oraz oznaczono strukturę komponentów wariancyjnych, a istotność efektów oceniono testem F. W analizach regresji estymowano parametry modelu metodą najmniejszych kwadratów na podstawie danych z próby losowej. Zmiennymi niezaleŝnymi były: dawka suchej masy kompostu w t ha -1 (X 1 ), efekt liniowy dawki nawozu Hydrofoska 16 w kg ha -1 (X 2 ), efekt kwadratowy dawki nawozu Hydrofoska 16 w kg ha -1 (X 3 ) i liczba lat odrastania pędów (X 4 ). Zmienną zaleŝną (Y 1 ) był plon suchej masy pędów, (Y 2 ) ciepło spalania i (Y 3 ) zawartość tlenków azotu NO x w spalinach. Wyznaczono współczynniki korelacji wielokrotnej (R), determinacji (R 2 ), współczynnik β oraz współczynnik korelacji semicząstkowej. Wyniki badań Wpływ badanych czynników na plon suchej masy pędów, ciepło spalania oraz zawartość tlenków azotu NO x w spalinach biomasy skoszonej w listopadzie 2009 roku zestawiono w tabeli 1. Na plon suchej masy pędów dominujący był wpływ liczby lat odrastania pędów (89,8%), a mały współdziałania kombinacji nawozowych z liczbą lat odrastania pędów (5,2%) oraz względnie mały, chociaŝ istotny klonów wierzby (1,1%) i kombinacji nawozowych (0,7%). Na ciepło spalania pędów bardzo duŝy wpływ miała liczba lat odrastania pędów (40,4%), mniejszy klony wierzby (11,8%), kombinacje nawozowe (8,1%) i termin pobrania prób (3,9%) (tab. 1). Spośród współdziałań przy cieple

5 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 175 spalania wierzby większe znaczenie miały interakcje liczby lat odrastania pędów z klonami (2,8%), takŝe z kombinacjami nawozowymi (2,9%), z terminem pobierania prób (8,1%) oraz dodatkowo interakcja liczby lat odrastania pędów z klonami i kombinacją nawozową (9,9%). Tabela 1. Wpływ badanych czynników na plon suchej masy, ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach biomasy Komponent wariancyjny Poziomy czynnika Struktura procentowa komponentów wariancyjnych plon suchej masy pędów ciepło spalania zawartość NO x w spalinach Klony wierzby [E] 9 1,1*** 11,8*** 0,1*** Kombinacje nawozowe [D] 4 0,7*** 8,1*** 0,3*** Temperatura spalania biomasy [C] ,8*** Termin pobrania prób biomasy [B] 2-3,9*** 0,6*** Liczba lat odrastania pędów [A] 3 89,8*** 40,4*** 7,0*** Suma współdziałań 8,4 35,8 25,2 W tym współdziałania ED 0,2 2,7 0,1*** EC - - 0,0 DC - - 0,3*** EB - 0,5 0,0 DB - 1,8 0,0 CB - - 1,5*** EA 0,8 2,8*** 0,0 DA 5,2*** 2,9*** 0,3*** CA - - 9,4*** BA - 8,1*** 2,5*** EDC - - 0,1* EDB - 0,4*** 0,0 ECB - - 0,0 DCB - - 0,5*** EDA 3,0 9,9*** 0,3*** ECA - - 0,0 DCA - - 0,8*** EBA - 1,1* 0,0 DBA - 1,7*** 0,5*** CBA - - 5,7*** EDCB - - 0,0 EDCA - - 0,1 EDBA - 3,9 0,0 ECBA - - 0,0 DCBA - - 1,3*** EDCBA - - 1,8 Suma 100,0 100,0 100,0 Istotność przy poziomie ufności: * α = 0,05; *** α = 0,001 Źródło: Badania własne.

6 176 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat Tabela 2. Wpływ badanych czynników na plon suchej masy, ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach biomasy Badane czynniki Liczba lat odrastania pędów [A] Termin pobrania prób biomasy [B] Temperatura spalania biomasy C] Kombinacje nawozowe [D] Klony wierzby [E] Poziomy czynnika Plon suchej masy pędów Ciepło spalania biomasy Zawartość NO x w spalinach [t ha -1 ] róŝnice 1 [kj kg -1 s.m.] róŝnice 1 [mg m -3 ] róŝnice , ,6 2 3,679 23, ,4 57,4 1 2, ,0 NIR 0,05 1,151*** 18*** 2,4*** I ,0 II ,9 11,9 NIR 0,05-15*** 2,0*** C - - 7, C , C ,3 199, C ,6 NIR 0, ,8*** a 9, ,9 b 10, ,5 c 11,069 2, ,9 12,7 d 12, ,6 NIR 0,05 1,329*** 21*** 2,8*** , , , , , , , , ,973 4, ,5 1047D 12, , , , , , , ,4 NIR 0,05 1,994*** 32*** 4,2*** Średnia 10, ,0 - Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. Wpływ badanych czynników na zawartość tlenków azotu NO x w spalinach był inny niŝ przy plonie suchej masy i jej cieple spalania (tab. 1). DuŜe znaczenie miała temperatura spalania (66,8%), mniejsze liczba lat odrastania pędów (7,0%), a małe, chociaŝ istotne kombinacje nawozowe (0,3%) i klony wierzby (0,1%). Spośród współdziałań duŝy wpływ na zawartość tlenków azotu NO x w spalinach miały interakcje temperatury spalania z liczbą lat odrastania pędów (9,4%) oraz dodatkowo z terminem pobrania prób (5,7%). Zawartość tlenków azotu NO x w spalinach uzaleŝniona była takŝe od innych współdziałań badanych czynników, ale ich wpływ był mniejszy niŝ wspomnianych wyŝej. 8,1

7 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 177 Średnie wartości z doświadczenia koszonego w listopadzie 2009 roku były następujące: plon suchej masy 10,85 t ha -1, ciepło spalania kj kg -1 s.m. i zawartość NO x w spalinach 110,0 mg m -3 (tab. 2). RóŜnice między skrajnymi wielkościami plonów suchej masy na obiektach były następujące: przy liczbie lat odrastania 23,70 t ha -1, tj. 218,5% poziomu średniej, przy klonach 4,88 t ha -1, tj. 45,0% średniej i przy kombinacjach nawozowych 4,88 t ha -1, tj. 26,5% średniej. NajniŜsze plony suchej masy wierzby były na obiektach: z 1-rocznym odrastaniem pędów (2,59 t ha -1 ), u klonu 1056 (8,16 t ha -1 ) i w kombinacji nawozowej a (9,71 t ha -1 ). Natomiast najwyŝsze plony suchej masy wierzby uzyskano z obiektów: po 4-letnim odrastaniu pędów (26,28 t ha -1 ), u klonu 1047 (13,04 t ha -1 ) i z kombinacji nawozowej d (12,55 t ha -1 ). RóŜnice pomiędzy skrajnymi wartościami ciepła spalania, w kolejności malejących efektów, były następujące: przy liczbie lat odrastania 349 kj kg -1 s.m., tj. 1,9% poziomu średniej z doświadczenia, przy klonach 324 kj kg -1 s.m., tj. 1,7% średniej, przy kombinacjach nawozowych 166 kj kg -1 s.m., tj. 0,9% średniej i przy terminie pobrania prób 77 kj kg -1 s.m., tj. 0,4% średniej. NajniŜsze wartości ciepła spalania biomasy były na obiektach: po 4-letnim odrastaniu pędów ( kj kg -1 s.m.), w II terminie pobrania prób, tj. w 6 miesięcy po skoszeniu ( kj kg -1 s.m.), w kombinacji nawozowej d ( kj kg -1 s.m.) i u klonu 1054 ( kj kg -1 s.m.). Natomiast najwyŝsze wartości ciepła spalania biomasy były na obiektach: po 1-rocznym odrastaniu pędów ( kj kg -1 s.m.), w I terminie pobrania prób, tj. w dniu skoszenia ( kj kg -1 s.m.), w kombinacji nawozowej z kompostem b ( kj kg -1 s.m.) oraz u klonu 1018 ( kj kg -1 s.m.). RóŜnice pomiędzy skrajnymi zawartościami tlenków azotu NO x w spalinach, w kolejności malejących efektów, były następujące: temperatura spalania 199,3 mg m -3, tj. 181,2% poziomu średniej z doświadczenia, liczba lat odrastania pędów 57,4 mg m -3, tj. 52,2% poziomu średniej, kombinacje nawozowe 12,7 mg m -3, tj. 11,5% średniej, termin pobrania prób 11,9 mg m -3, tj. 10,8% średniej i klony 8,1 mg m -3, tj. 7,4% średniej. NajniŜsze zawartości tlenków azotu NO x w spalinach biomasy stwierdzono na obiektach: po 4-letnim odrastaniu pędów (77,6 mg m -3 ), w I terminie pobrania prób, tj. w dniu skoszenia (104,0 mg m -3 ), przy temperaturze spalania C (7,3 mg m -3 ), w kombinacji nawozowej a (103,9 mg m -3 ) i u klonu 1018 (107,4 mg m -3 ). Natomiast najwyŝsze zawartości tlenków azotu NO x w spalinach pochodziły z obiektów: po 1-rocznym odrastaniu pędów (135,0 mg m -3 ), w II terminie pobrania prób, tj. po upływie 6 miesięcy od koszenia wierzby (115,9 mg m -3 ), przy temperaturze spalania C (206,6 mg m -3 ), w kombinacji nawozowej z kompostem d (116,6 mg m -3 ) oraz u klonu 1052 (115,5 mg m -3 ).

8 178 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat Wpływ współdziałania nawoŝenia z liczbą lat odrastania pędów na plon suchej masy, ciepło spalania oraz na zawartość tlenków azotu NO x w spalinach tej biomasy zestawiono w tab. 3. Tabela 3. Wpływ współdziałania nawoŝenia z liczbą lat odrastania pędów wierzby na plon suchej masy, ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach Plon suchej masy pędów w latach odrastania pędów [t ha -1 ] Ciepło spalania biomasy w latach odrastania pędów [kj kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach w latach odrastania pędów [mg m -3 ] Kombinacje nawozowe róŝ róŝ róŝ. 1 a 20,838 4,837 3,442 17, ,8 111,3 124,6 48,8 b 23,635 3,940 2,633 21, ,8 116,6 126,0 49,2 c 28,439 2,630 2,138 26, ,5 121,5 137,6 58,1 d 32,218 3,309 2,131 30, ,2 120,0 151,7 73,5 RóŜnice 1 11,380 2,207 1, ,7 10,2 27,1 - NIR 0,05 2,302*** 37*** 4,8*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 róŝ. - róŝnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. Przy plonie suchej masy, róŝnice pomiędzy kombinacjami nawozowymi były największe na obiektach z 4-letnim odrastaniem pędów (11,38 t ha -1, tj. 104,8% średniego plonu z doświadczenia), mniejsze z 2-letnim odrastaniem pędów (2,21 t ha -1, tj. 20,4% średniej), a najmniejsze z 1-rocznym odrastaniem pędów (1,31 t ha -1, tj. 12,1% średniej). RóŜnice w plonach suchej masy między liczbą lat odrastania pędów takŝe były większe na obiektach z intensywniejszym nawoŝeniem (obiekty b, c i d) niŝ bez nawoŝenia (obiekt a). Tabela 4. Wpływ współdziałania terminu pobrania prób z liczbą lat odrastania pędów wierzby na ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach Termin pobrania Ciepło spalania biomasy w latach odrastania pędów [kj kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach w latach odrastania pędów [mg m -3 ] prób róŝnice róŝnice 1 I ,8 102,2 124,1 38,3 II ,3 132,6 145,8 76,5 RóŜnice ,5 30,4 21,7 13,9 NIR 0,05 26*** 3,4*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne.

9 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 179 Przy cieple spalania biomasy, róŝnice pomiędzy kombinacjami nawozowymi były większe na obiektach z 1-rocznym odrastaniem pędów niŝ z pędami dwui czteroletnimi (tab. 3). Największe róŝnice pomiędzy latami odrastania pędów były na obiekcie z nawoŝeniem kompostem ( b ), a najmniejsze na obiekcie bez nawoŝenia ( a ). Przy zawartości NO x w spalinach biomasy, róŝnice pomiędzy kombinacjami nawozowymi były największe na obiektach z 1-rocznym odrastaniem pędów i malały w miarę spalania starszych pędów (tab. 3). Podobne zaleŝności wystąpiły równieŝ przy porównywaniu wpływu lat odrastania pędów w ramach kaŝdej kombinacji nawozowej, przy czym narastały one w miarę intensyfikacji nawoŝenia. Efekt współdziałania terminu pobrania prób z liczbą lat odrastania pędów na ciepło spalania biomasy i zawartości NO x w spalinach zestawiono w tab. 4. Dane te potwierdzają spostrzeŝenie, Ŝe największe wartości ciepła spalania i zawartości NO x w spalinach były na obiektach z pędami 1-rocznymi, a najmniejsze z pędami 4-letnimi. Tabela 5. Wpływ współdziałania terminu pobrania prób z temperaturą spalania biomasy na zawartość NO x w spalinach Termin pobrania Temperatura spalania biomasy [ 0 C] prób C C C C róŝnice 1 I 7,1 33,2 189,5 186,3 182,4 II 7,6 32,0 197,1 226,9 219,3 RóŜnice 1 0,5 1,2 7,6 40,6 36,9 NIR 0,05 3,9*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. W tabeli 5 zestawiono dane o wpływie współdziałania terminu pobrania prób i temperatury spalania na zawartość NO x w spalinach. Najmniejsze róŝnice w zawartości NO x w spalinach między terminami pobrania prób wystąpiły podczas spalania w temperaturze C i powiększały się w miarę podwyŝszania temperatury spalania. RóŜnice pomiędzy temperaturami spalania w zawartości NO x w spalinach były większe przy pobraniu prób w II terminie, tj. po upływie 6 miesięcy od koszenia wierzby, niŝ w I terminie, tj. w dniu zbioru. W tabeli 6 zestawiono dane o wpływie współdziałania liczby lat odrastania pędów i temperatury spalania na zawartość NO x w spalinach. W przypadku spalania w temperaturze C nie było istotnych róŝnic w zawartości tlenków NO x w spalinach, a w wyŝszych temperaturach (600 0 C C) róŝnice te były istotne. NajniŜsza zawartość NO x w spalinach w kaŝdej temperaturze spalania była przy spalaniu 4-letnich pędów, a najwyŝsza przy 2-letnich pędach w temperaturach C i C oraz przy pędach 1-rocznych w temperaturach

10 180 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat C i C. W miarę podwyŝszania temperatury spalania róŝnice pomiędzy wartościami skrajnymi zwiększały się. Dane te potwierdzają spostrzeŝenia, Ŝe róŝnice w zawartości NO x w spalinach między latami odrastania pędów narastały w miarę podwyŝszania temperatury spalania wierzby. RównieŜ w zawartości NO x w spalinach między temperaturami spalania powiększały się w miarę skracania okresu odrastania pędów z 4 lat do 1 roku. Tabela 6. Wpływ współdziałania temperatur spalania biomasy z liczbą lat odrastania pędów wierzby na zawartość NO x w spalinach Temperatury spalania biomasy [ 0 C] Liczba lat odrastania pędów róŝnice ,7 6,5 6,8 2, ,1 41,1 30,6 15, ,6 198,2 238,1 94, ,9 223,6 264,3 132,4 RóŜnice 1 134,9 217,1 257,5 130,2 NIR 0,05 4,8*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. Tabela 7. Wpływ współdziałania terminu pobrania prób z latami odrastania pędów wierzby i temperaturą spalania biomasy na zawartość NO x w spalinach Termin pobrania prób I II Liczba lat odrastania Temperatura spalania biomasy [ 0 C] pędów C C C C róŝnice 1 4 7,9 25,7 171,9 137,9 164,0 2 6,4 48,5 182,2 171,7 175,8 1 7,0 25,5 214,5 249,3 242,3 RóŜnice 1 1,5 22,8 42,6 111,4 78,3 NIR 0,05 6,8*** 9,4 26,6 115,3 125,8 116,4 2 6,7 33,7 214,3 275,6 268,9 1 II 4 261,6 279,3 272,7 RóŜnice 1 2,8 9,2 146,3 153,5 156,3 NIR 0,05 6,8*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. W tabeli 7 zestawiono dane o wpływie potrójnego współdziałania liczby lat odrastania pędów z terminami pobrania prób i temperaturami spalania na zawartość NO x w spalinach. RóŜnice w zawartości NO x w spalinach między latami odrastania pędów narastały w miarę podwyŝszania temperatury spalania

11 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 181 i były one większe w II terminie pobrania prób, tj. po upływie 6 miesięcy od koszenia wierzby, niŝ w I terminie, tj. przy pobraniu prób biomasy w dniu zbioru. Tabela 8. Wpływ współdziałania kombinacji nawozowych z temperaturami spalania biomasy wierzby na zawartość NO x w spalinach (mg m -3 ) Temperatury spalania biomasy Kombinacje nawozowe [ 0 C] a b c d róŝnice ,1 7,2 7,4 7,7 0, ,2 29,5 33,3 37,5 8, ,8 192,8 203,1 196,4 22, ,5 196,4 207,6 224,9 28,5 RóŜnice 1 190,4 189,2 200,2 217,2 27,9 NIR 0,05 4,84*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. W tabeli 8 zestawiono dane o wpływie interakcji nawoŝenia z temperaturami spalania na zawartość NO x w spalinach. RóŜnice w zawartości NO x w spalinach między obiektami bez nawoŝenia ( a ) a nawoŝonymi kompostem EKO-KOMP nie były istotne poza temperaturą C. W kombinacjach nawozowych c i d uzyskano większą zawartość NO x w spalinach w kaŝdej temperaturze spalania i były one większe w temperaturach C i C niŝ C i C. RóŜnice skrajnych zawartości NO x w spalinach między temperaturami spalania rosły w miarę intensyfikacji nawoŝenia na obiektach z kompostem (obiekty c i d w stosunku do b ). Natomiast róŝnice między obiektami bez nawoŝenia ( a ) i nawoŝonymi kompostem EKO-KOMP ( b ) były nieistotne. W tabeli 9 zestawiono dane o wpływie potrójnego współdziałania liczby lat odrastania pędów z terminem pobrania prób i nawoŝeniem na ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach. RóŜnice w cieple spalania wierzby między kombinacjami nawozowymi rosły w miarę skracania liczby lat odrastania pędów i były one większe w I terminie, tj. pobrania prób w dniu zbioru, niŝ w II terminie, tj. po upływie 6 miesięcy od koszenia wierzby. W obu terminach pobierania prób największe róŝnice w cieple spalania pomiędzy latami odrastania pędów wystąpiły w kombinacji nawoŝonej kompostem ( b ). W kaŝdym terminie pobrania prób największe wartości dla ciepła spalania uzyskano z obiektów z 1-rocznymi pędami, a najniŝsze z pędami 4-letnimi, a w przypadku zawartości tlenków azotu NO x w spalinach było odwrotnie. NawoŜenie kompostem EKO-KOMP ( b ) podwyŝszyło wartość ciepła spalania przy pędach 1-rocznych, a obniŝyło przy pędach 2- i 4-letnich. RóŜnice te były większe w I terminie pobrania prób (w dniu zbioru) niŝ w II (po upływie 6 miesięcy od koszenia). Zintensyfikowanie nawoŝenia Hydrofoską 16 na obiektach z kompostem,

12 182 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat c i d, spowodowało spadek wartości ciepła spalania, który był większy w I terminie pobrania prób niŝ w II. RównieŜ róŝnice w cieple spalania pomiędzy pędami 1-rocznymi a 4-letnimi były większe w I terminie pobrania prób niŝ w II. Badając zawartości NO x w spalinach, uzyskano istotne róŝnice pomiędzy kombinacjami nawozowymi w przypadku pędów 1-rocznych i 2-letnich, a brak istotności przy pędach 4-letnich. Pędy 4-letnie w kaŝdej kombinacji nawozowej miały mniejszą zawartość NO x w spalinach w II terminie pobrania prób niŝ w I, natomiast przy pędach 1-rocznych i 2-letnich było odwrotnie. RóŜnice w zawartości tlenków azotu NO x w spalinach między latami odrastania pędów narastały w miarę intensyfikacji nawoŝenia, ale były one większe w II terminie pobrania prób niŝ w I. Tabela 9. Wpływ współdziałania liczby lat odrastania pędów z terminem pobrania prób i kombinacjami nawozowymi na ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach Termin pobrania prób I II Kombinacje nawozowe Ciepło spalania biomasy w latach odrastania pędów [kj kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach w latach odrastania pędów [mg m -3 ] róŝnice róŝnice 1 a ,4 92,9 111,9 29,5 b ,0 96,3 121,8 33,8 c ,9 106,0 126,6 36,7 d ,0 113,6 136,1 53,1 RóŜnice ,5 20,7 24,2 NIR 0,05 52*** 6,8*** a ,2 129,8 137,3 68,1 b ,6 137,0 130,3 71,4 c ,1 137,0 148,6 79,5 d ,4 126,5 167,2 93,8 RóŜnice ,8 10,5 36,9 25,7 NIR 0,05 52*** 6,8*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. W tabeli 10 przedstawiono wpływ współdziałania klonów z kombinacjami nawozowymi na zawartość NO x w spalinach. RóŜnice między skrajnymi zawartościami NO x w spalinach dla klonów w ramach kombinacji nawozowych oraz dla kombinacji nawozowych w ramach klonu były istotne. Największe zawartości tlenków azotu NO x w spalinach stwierdzono na obiektach z kombinacją nawozową d u klonów 1047, 1054, 1023, 1013 i 1047D, a u klonów 1052, 1056, 1033 i 1018 na obiektach z nawoŝeniem c. Najmniejsze zawartości NO x w spalinach były na obiektach a, poza klonami 1056 i 1018, gdzie mniejsze wartości wystąpiły na obiekcie b, przy czym u większości klonów róŝnice między obiektami a i b były nieistotne, poza klonem 1052.

13 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 183 Tabela 10. Wpływ współdziałania klonów wierzby z kombinacjami nawozowymi na zawartość NO x w spalinach [mg m -3 ] Klon wierzby Kombinacje nawozowe a b c d róŝnice ,1 98,6 106,8 115,3 19, ,3 108,1 110,7 118,1 13, ,1 103,9 107,4 124,3 22, ,5 107,1 105,9 117,6 12, ,9 116,4 121,1 118,4 15,2 1047D 105,9 106,8 108,4 121,9 16, ,1 105,5 120,8 110,5 14, ,8 110,9 122,1 112,8 18, ,5 100,9 112,7 110,5 7,2 RóŜnice 1 10,0 17,8 16,2 13,8 15,0 NIR 0,05 8,4*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 1 RóŜnice pomiędzy wartościami skrajnymi Źródło: Badania własne. Uszeregowanie klonów w kolejności wzrastających róŝnic zawartości NO x w spalinach między kombinacjami nawozowymi było następujące: 1018 (7,2 mg m -3 ), 1013 (12,1 mg m -3 ), 1054 (13,8 mg m -3 ), 1056 (14,7 mg m -3 ), 1052 (15,2 mg m -3 ), 1047D (16,0 mg m -3 ), 1033 (18,3 mg m -3 ), 1047 (19,2 mg m -3 ) i 1023 (22,2 mg m -3 ). W tabeli 11 zestawiono wyniki analiz regresji plonu suchej masy pędów, ciepła spalania i zawartości NO x w spalinach u badanych klonów wierzby względem dawki kompostu, dawki nawozu Hydrofoska 16 i liczby lat odrastania pędów po ich koszeniu. Klony róŝniły się reakcją na nawoŝenie kompostem, Hydrofoską 16 oraz na zwiększanie liczby lat odrastania pędów przy plonie suchej masy, cieple spalania i zawartości tlenków azotu NO x w spalinach (tab. 11). Klony 1052, 1047D i 1023 reagowały spadkiem plonu suchej masy na 10 t ha -1 suchej masy kompostu EKO-KOMP odpowiednio 0,023 t ha -1, 0,057 t ha -1 i 0,080 t ha -1, a pozostałe klony reagowały zwyŝką plonu od 0,020 t ha -1 u klonu 1056 do 0,160 t ha -1 u klonu Reakcja klonów na nawoŝenie Hydrofoską 16 równieŝ była róŝna. Ujemne współczynniki regresji liniowej względem dawki tego nawozu wystąpiły u klonów: 1047, 1054, 1052, 1033 i 1018 oraz dodatnie przy efektach kwadratowych. Natomiast u klonów 1023, 1013, 1047D i 1056 wystąpiły dodatnie efekty liniowe i ujemne efekty kwadratowe względem dawki Hydrofoski 16. Wyliczono, zgodnie z regułą podaną przez prof. Ewę Fotymę, Ŝe optymalna dawka nawozu Hydrofoska 16 dla wydania maksymalnego plonu wynosiła odpowiednio u klonów: kg ha -1, kg ha -1, 1047D 936 kg ha -1, i kg ha -1 [5]. U pozostałych klonów wyliczona w ten sposób optymalna dawka nawozu Hydrofoska 16 wynosiła: kg ha -1, kg ha -1, kg ha -1, kg ha -1 i kg ha -1.

14 184 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat Tabela 11. Składniki równań regresji dla oceny wpływu klonów, nawoŝenia kompostem EKO-KOMP i nawozem Hydrofoska 16 oraz liczby lat odrastania pędów na plon suchej masy pędów wierzby, ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach, dane z równań regresji Cecha Klon Składniki równania regresji i ich istotność 1) wierzby a b c d e Współczynnik determinacji [R 2 ] ,679 0,033-0,225 0,045 8,834*** 0,859** ,080* 0,160-0,388 0,058 7,866*** 0,861** ,500-0,080 1,013-0,078 9,029*** 0,857** ,233* 0,070 0,569-0,052 9,214*** 0,885** ,963-0,023-0,462 0,101 7,741** 0,808* 1047D -7,946-0,057 0,880-0,047 8,077*** 0,867** ,167* 0,020 0,305-0,044 8,000*** 0,877** ,746 0,070-0,142 0,043 8,305*** 0,857** ,379* 0,130-0,353 0,041 8,405*** 0,876** Plon suchej masy pędów w latach odrastania pędów [t ha -1 ] Ciepło spalania biomasy w latach odrastania pędów [KJ kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach w latach odrastania pędów [mg m -3 ] średnia -9,856*** 0,036 0,133 0,008 8,386*** 0,831*** *** 1,633 1,363-1, ,161** 0,509* *** 5,433-51,615 3, ,464 0,811** *** 17,467* -48,474* 2, ,839*** 0,899** *** 7,100-34,370 1, ,739** 0,748* *** 1,767-32,237 1, ,304** 0,692* 1047D 18897*** -5,067-2,044-0,900-66,661* 0,594 n.i *** -0,133-21,482 0, ,625** 0,754** *** -4,767-27,170 1,880-86,161* 0,621n.i *** -8,033-21,244-0, ,482** 0,837** średnia 19018*** 1,711-26,364* 1, ,504*** 0,547*** ,625*** 0,260 1,410 0,006-16,525*** 0,889** ,179*** 0,387 0,047 0,075-18,834*** 0,944*** ,392 0,180-0,587 0,214-19,411*** 0,917*** ,283*** 0,167-1,393 0,206-20,493*** 0,945*** ,983 1,050 1,502-0,117-21,036*** 0,948*** 1047D 147,675*** 0,093-0,779 0,188-17,904*** 0,896** ,842*** -0,063 5,007-0,406-19,161*** 0,916*** ,696*** 0,700 3,822-0,324-18,784*** 0,938*** ,396-0,263 3,351-0,222-20,941*** 0,940*** średnia 148,563*** 0,279 1,376-0,042-19,232*** 0,889*** 1) istotność przy poziomie ufności: * α= 0,05; ** α= 0,01; *** α= 0,001 a wyraz wolny w równaniu regresji b współczynnik regresji dla zmiennej niezaleŝnej X 1 (dawka suchej masy kompostu 0 i 10 t ha -1 ) c współczynnik regresji dla zmiennej niezaleŝnej X 2 (dawka nawozu Hydrofoska 16 0; 5,625 i 11,25 dt ha -1 ) d współczynnik regresji dla zmiennej niezaleŝnej X 3 (kwadrat dawki nawozu Hydrofoska 16 0; 31,6406 i 126,5625) e współczynnik regresji dla zmiennej niezaleŝnej X 4 (lata odrastania pędów: 4, 3, 2 i 1) Źródło: Badania własne.

15 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 185 Tabela 12. Wpływ klonów wierzby, kombinacji nawozowych i liczby lat odrastania pędów wierzby na plon suchej masy, ciepło spalania i zawartość NO x w spalinach, dane według równań regresji Klon Kombinacje nawozowe Plon suchej masy pędów w latach odrastania pędów [t ha -1 ] Ciepło spalania biomasy w latach odrastania pędów [kj kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach w latach odrastania pędów [mg m -3 ] a 26,6 9,0 0, ,5 101,6 118,1 b 27,0 9,3 0, ,1 104,2 120,7 c 27,2 9,5 0, ,3 112,3 128,8 d 30,2 12,5 3, ,8 120,8 137,4 D, % 85,9** 68,8* 88,9** 1054 a 22,4 6,6 0, ,8 110,5 129,3 b 24,0 8,2 0, ,7 114,4 133,2 c 23,6 7,9 0, ,3 117,0 135,8 d 27,0 11,3 3, ,7 124,4 143,2 D, % 86,1** 81,1** 94,4*** 1023 a 26,6 8,6 0, ,7 108,6 128,0 b 25,8 17,8 0, ,5 110,4 129,8 c 29,1 11,1 2, ,0 113,8 133,2 d 27,6 9,6 0, ,0 130,8 150,2 D, % 85,7** 89,9** 91,7*** 1013 a 23,6 5,2 0, ,3 112,3 132,8 b 24,3 5,9 0, ,0 114,0 134,5 c 25,8 7,5 0, ,7 112,7 133,2 d 24,2 5,8 0, ,4 124,4 144,9 D, % 88,5** 74,8* 94,5*** 1052 a 22,0 6,5 0, ,8 112,9 133,9 b 21,8 6,3 0, ,3 123,4 144,4 c 22,4 6,9 0, ,1 128,1 149,2 d 29,4 13,9 6, ,4 125,4 146,5 D, % 80,8** 69,2* 94,8*** 1047D a 24,4 8,2 0, ,1 111,9 129,8 b 23,8 7,6 0, ,0 112,8 130,7 c 27,3 11,1 3, ,6 114,4 132,3 d 27,8 11,6 3, ,0 127,8 145,7 D, % 86,7** 59,4 n.i. 89,6** 1056 a 21,8 5,8 0, ,2 112,5 131,7 b 22,0 6,0 0, ,6 111,9 131,0 c 22,3 6,3 0, ,9 127,2 146,4 d 19,8 3,8 0, ,6 116,9 136,0 D, % 87,7** 75,4* 91,6*** 1033 a 23,5 6,9 0, ,6 110,1 128,9 b 24,2 7,6 0, ,6 117,1 135,9 c 24,7 8,1 0, ,8 128,4 147,1 d 28,0 11,4 3, ,5 119,1 137,8 D, % 85,7** 62,1 n.i. 93,8***

16 186 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat Średnia z 9 klonów a 22,2 5,4 0, ,6 110,5 131,5 b 23,5 6,7 0, ,0 107,9 128,8 c 22,8 6,0 0, ,8 119,7 140,7 d 24,7 7,9 0, ,6 117,5 138,5 D, % 87,6** 83,7** 94,0*** a 23,7 6,9 0, ,6 110,1 129,3 b 24,0 7,3 0, ,4 112,9 132,1 c 25,0 8,3 0, ,8 119,3 138,5 d 26,5 9,7 1, ,6 123,0 142,3 D, % 83,1*** 54,7*** 88,9*** Istotność przy poziomie ufności: *** α = 0,001 D, % współczynnik determinacji, % Źródło: Badania własne. Klony reagowały takŝe róŝnym przyrostem plonu na 1 rok odrastania pędów. NajwyŜsze przyrosty suchej masy wystąpiły u klonu 1013 (9,214 t ha -1 /rok), a najniŝsze u klonu 1052 (7,741 t ha -1 /rok). Spadkiem wartości ciepła spalania na nawoŝenie dawką 10 t ha -1 suchej masy kompostu charakteryzowały się klony 1056 (0,133 kj kg -1 s.m.), 1033 (4,767 kj kg -1 s.m.), 1047D (5,067 kj kg -1 s.m.) i 1018 (8,033 kj kg -1 s.m.). U pozostałych klonów wystąpił wzrost ciepła spalania od 1,633 kj kg -1 s.m. u klonu 1047 do 17,467 kj kg -1 s.m. u klonu Wszystkie badane klony, oprócz klonu 1047, zareagowały spadkiem ciepła spalania na kaŝdą dawkę 562,5 kg ha -1 nawozu Hydrofoska 16 w wysokości od 2,0 kj kg -1 s.m. u klonu 1047D do 51,6 kj kg -1 s.m. RównieŜ wszystkie klony zareagowały spadkiem ciepła spalania na kaŝdy rok odrastania pędów w wysokości od 66,7 kj kg -1 s.m. u klonu 1047D do 141,2 kj kg -1 s.m. u klonu Spadkiem zawartości NO x w spalinach na nawoŝenie dawką 10 t ha -1 suchej masy kompostu EKO-KOMP charakteryzowały się klony 1056 (0,063 mg m -3 ) i 1018 (0,263 mg m -3 ). Natomiast nawoŝenie kompostem pozostałych klonów spowodowało wzrost zawartości NO x w spalinach od 0,093 mg m -3 u klonu 1047D do 1,050 mg m -3 u klonu W spalinach z biomasy wykryto róŝną zawartość tlenków azotu NO x przy nawoŝeniu Hydrofoską 16. Klony 1023, 1047D i 1013 zareagowały spadkiem zawartości NO x na kaŝde 562,5 kg nawozu odpowiednio o 0,587 mg m -3, 0,779 mg m -3 i 1,050 mg m -3. U pozostałych klonów nastąpił wzrost zawartości tlenków azotu NO x na kaŝde 562,5 kg nawozu od 0,05 mg m -3 u klonu 1054 do 5,01 mg m -3 u klonu U wszystkich klonów zanotowano spadek zawartości tlenków azotu NO x na kaŝdy rok odrastania pędów, od 16,5 mg m -3 u klonu 1047 do 20,9 mg m -3 u klonu 1018.

17 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 187 Tabela 13. Charakterystyka układów regresyjnych przy ocenie wpływu nawo- Ŝenia kompostem i nawozem Hydrofoska 16 oraz liczby lat odrastania pędów na plon suchej masy wierzby, ciepło spalania biomasy i zawartość NO x w spalinach, dane z równań regresji Cecha Plon suchej masy pędów [t ha -1 ] Ciepło spalania biomasy [KJ kg -1 s.m.] Zawartość NO x w spalinach [mg m -3 ] Klon Statystyki dla klonów wierzby i zmiennych niezaleŝnych 1) wierzby współczynnik β korelacje semicząstkowe X 1 X 2 X 3 X 4 X 1 X 2 X 3 X ,012-0,088 0,196 0,919*** 0,010-0,210 0,049 0,919*** ,065-0,169 0,283 0,914*** 0,053-0,040 0,070 0,914*** ,028 0,386-0,322 0,920*** -0,023 0,091-0,080 0,920*** ,025 0,217-0,219 0,938*** 0,020 0,051-0,054 0,938*** ,009-0,191 0,464 0,854** -0,007-0,045 0,115 0,854** 1047D -0,022 0,374-0,222 0,918*** -0,018 0,888-0,055 0,918*** ,008 0,133-0,217 0,932*** 0,007 0,031-0,054 0,932*** ,027-0,058 0,197 0,913*** 0,022-0,014 0,049 0,913*** ,050-0,146 0,187 0,933*** 0,041-0,035 0,047 0,933*** średnia 0,013 0,054 0,035 0,906*** 0,011 0,013 0,009 0,906*** ,030 0,027-0,372-0,759** 0,025 0,006-0,093-0,759** ,131-1,336 1,071-0,827** 0,107-0,316 0,267-0,827** ,429* -1,282 0,796-0,826*** 0,350-0,303 0,198 0,826*** ,183-0,955 0,495-0,757** 0,150-0,226 0,123-0,757** ,040-0,788 0,450-0,754** 0,033-0,186 0,112-0,754** 1047D -0,157-0,068-0,334-0,594* -0,128-0,016-0,083-0,594* ,003-0,605 0,206-0,765** -0,003-0,143 0,051-0,765** ,134-0,825 0,635-0,700* -0,110-0,195 0,158-0,700* ,151-0,431-0,077-0,692** -0,124-0,102-0,019-0,692** średnia 0,036-0,599* 0,262-0,660*** 0,029-0,142* 0,065-0,660*** ,048 0,283 0,014-0,886*** 0,039 0,067 0,004-0,886*** ,068 0,009 0,157-0,950*** 0,055 0,002 0,039-0,950*** ,029-0,102 0,412-0,899*** 0,024-0,024 0,103-0,899*** ,027-0,243 0,400-0,954*** 0,022-0,057 0,100-0,954*** ,165 0,254-0,221-0,951*** 0,135 0,060-0,055-0,951*** 1047D 0,016-0,148 0,397-0,909*** 0,013-0,035 0,099-0,909*** ,011 0,906-0,816-0,927*** -0,009 0,214-0,203-0,927*** ,121 0,710-0,670-0,933*** 0,099 0,168-0,167-0,933*** ,042 0,570-0,420-0,953*** -0,034 0,135-0,105-0,953*** średnia 0,046 0,247-0,084-0,922*** 0,038 0,058-0,021 0,922*** 1) istotność przy poziomie ufności: * α= 0,05; ** α= 0,01; *** α= 0,001 X 1 X 4 zmienne niezaleŝne (objaśnienie pod tabelą 11) Źródło: Badania własne. W tabeli 12 zostały zawarte dane dla plonu suchej masy, ciepła spalania i zawartości NO x w spalinach dla klonów, liczby lat odrastania i kombinacji nawozowej, po rozwiązaniu równań regresji, dla których odpowiednie współczynniki zestawiono w tab. 11. Dane te ujmują syntetycznie wszystkie zaleŝności, które zostały wcześniej omówione przy charakteryzowaniu wpływu poszczególnych czynników.

18 188 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat W tabeli 13 zestawiono statystyki układów regresyjnych dla plonu suchej masy, ciepła spalania i zawartości tlenków azotu NO x, w odniesieniu do współczynnika β (kol. 2 6) oraz korelacji semicząstkowych (kol. 7 10) dla zmiennych niezaleŝnych: X 1 (dawka suchej masy kompostu t ha -1 ), X 2 (dawka nawozu Hydrofoska 16 dt ha -1 ), X 3 (kwadrat dawki nawozu Hydrofoska 16) i X 4 (lata odrastania pędów). Współczynnik β informuje, o ile odchyleń standardowych zmienia się zmienna zaleŝna, jeśli zmienna niezaleŝna zmieni się o jedno odchylenie standardowe. Kwadrat współczynnika korelacji semicząstkowej mówi, jak zmienna niezaleŝna samodzielnie wyjaśnia wariancję zmiennej zaleŝnej, po wyłączeniu wpływu innych zmiennych. W przypadku plonu suchej masy, ciepła spalania i zawartości tlenków azotu NO x największe wartości współczynnika β i korelacji semicząstkowych wystąpiły przy latach odrastania pędów (zmienna X 4 ). Zmienna ta równieŝ w największym stopniu samodzielnie wyjaśniała wariancję zmiennych zaleŝnych. Dyskusja Potrzeby biomasy dla energetyki w Polsce są duŝe, przy czym jest znaczna rozbieŝność w ich wyliczeniach. Prognozowane zapotrzebowanie na węgiel i biomasę prognozowane przez energetykę zawodową w Polsce (elektrownie i elektrociepłownie) wyniesie w 2020 r. 123,1 mln ton węgla i 8,3 mln ton biomasy, a w 2030 r. 121,3 mln ton węgla i 10,6 mln ton biomasy [15]. Oznacza to, Ŝe w 2020 r. powinno się uprawiać rośliny energetyczne do pozyskania paliwa stałego z powierzchni 0,5 mln hektarów, a w 2030 r. 0,8 mln ha. Obecnie w Polsce trwałe plantacje roślin energetycznych zajmują tylko 0,01 mln ha. Według innego opracowania zapotrzebowanie roczne energetyki na biomasę stałą dla energetyki systemowej i cieplnej w roku 2020 wyniesie ok. 17,47 mln ton, z czego na energetykę systemową przypada 11,25 mln ton i cieplną 6,22 mln ton [6]. W myśl tego opracowania, do podstawowych barier związanych z rozwojem energetyki odnawialnej w Polsce naleŝy m.in. brak rynku biomasy oraz niedostateczny rozwój produkcji i dostaw. Zwiększanie produktywności wierzby energetycznej metodami agrotechnicznymi ma bardzo duŝe znaczenie praktyczne, ale prac doświadczalnych w tym zakresie jest mało. W warunkach polskich badania takie prowadzi niewiele ośrodków naukowych [1, 9, 13, 19, 24, 25, 34, 35]. W wielu krajach uprawy wierzby lokalizowane są w pobliŝu oczyszczalni ścieków, gdzie wykorzystuje się ścieki miejskie do nawoŝenia tych upraw [14]. W Polsce do celów energetycznych wykorzystuje się równieŝ odpady drzewne, pochodzące z gospodarki komunalnej. Wykonane przez autorów badania dotyczą zastosowania kompostu z komunalnych osadów ściekowych EKO-KOMP z Sianowa k. Koszalina do nawoŝenia dziewięciu klonów wierzby, uprawianych na glebie lekkiej, na Pomorzu,

19 Ocena nawoŝenia wierzby kompostem z osadów komunalnych na plon biomasy 189 w czteroletniej rotacji. W ramach kombinacji nawozowych badano obiekty bez nawoŝenia, z nawoŝeniem kompostem oraz dwie kombinacje, w których zastosowano dodatkowo nawoŝenie nawozem wieloskładnikowym (Hydrofoska 16) w dwóch dawkach (562,5 kg ha -1 i 1125 kg ha -1 ), co równowaŝy dawkę azotu 90 kg ha -1 N i 180 kg ha -1 N. Wycinek pracy dotyczącej zbioru biomasy w latach opublikowano w innym opracowaniu [25], a obecnie porównano plon i jakość energetyczną biomasy wierzby z odrostów cztero- i dwuletnich oraz jednorocznych, zebranych jesienią 2009 roku. Metodą komponentów wariancyjnych ustalono znaczenie liczby lat odrastania pędów, kombinacji nawozowych, klonów wierzby, terminu pobrania prób i ich współdziałań, mających wpływ na plon suchej masy oraz na ciepło spalania biomasy. Przy ocenie spalania biomasy uwzględniono dodatkowo temperaturę spalania i współdziałania z wcześniej wymienionymi czynnikami na emisję do powietrza zanieczyszczeń tlenkami azotu NO x. Zastosowana metoda komponentów wariancyjnych sprawdziła się w tym przypadku, mimo Ŝe jest nadal rzadko stosowana przy opracowywaniu wyników doświadczeń przyrodniczych [23]. Metoda ta została opisana dość dawno [16, 37, 39]. Komponenty wariancyjne, będące ocenami wariancji czynników losowych lub średnich kwadratów efektów czynników pozostałych, traktowanych jako stałe, wyliczono w pracy zgodnie z regułą Schultza. Metoda komponentów wariancyjnych okazała się przydatna do ustalenia hierarchii waŝności liczby lat odrastania pędów, kombinacji nawozowych, klonów wierzby, terminu pobrania prób i ich współdziałań przy ich wpływie na plon suchej masy oraz na ciepło spalania biomasy, a takŝe temperatury spalania i współdziałań z wcześniej wymienionymi czynnikami na zawartość tlenków azotu NO x w spalinach. Dominujący wpływ na plon suchej masy pędów miała liczba lat odrastania pędów (89,8%), a mały, chociaŝ istotny interakcje kombinacji nawozowych z liczbą lat odrastania pędów (5,2%) i względnie mały, chociaŝ istotny klony wierzby (1,1%) oraz kombinacje nawozowe (0,7%). Analizując ciepło spalania pędów, zauwaŝono równieŝ bardzo duŝy wpływ lat odrastania pędów (40,4%), mniejszy klonów wierzby (11,8%), kombinacji nawozowych (8,1%) i terminu pobrania prób (3,9%). Spośród współdziałań w przypadku ciepła spalania wierzby większe znaczenie miały interakcje liczby lat odrastania pędów z klonami (2,8%), takŝe z kombinacjami nawozowymi (2,9%), z terminem pobrania prób (8,1%) oraz dodatkowo interakcja liczby lat odrastania pędów z klonami i kombinacją nawozową (9,9%). Badania zawartości tlenków azotu NO x w spalinach wykazały, Ŝe wpływ badanych czynników był inny niŝ przy plonie suchej masy i cieple spalania. Dominujące znaczenie miały temperatury spalania (66,8%), mniejsze liczba lat odrastania pędów (7,0%), a małe, chociaŝ istotne kombinacje nawozowe

20 190 Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma-Horwat (0,3%) i klony wierzby (0,1%). Spośród współdziałań duŝe znaczenie na zawartość tlenków azotu NO x w spalinach miały interakcje temperatury spalania z liczbą lat odrastania pędów (9,4%) oraz dodatkowo z terminem pobrania prób (5,7%), a inne współdziałania miały mniejsze znaczenie. Na plon suchej masy, oprócz czynników kontrolowanych w doświadczeniu, wpływały równieŝ czynniki losowe, a szczególnie rozkład opadów w okresie wegetacji [25, 27] oraz szkody łowieckie [28, 29]. W latach w Kościernicy w okresie I XII opady wynosiły od 753 mm do 1062 mm, a w okresie IV X od 459 mm w 2008 roku do 654 mm w 2007 roku. Charakterystyka warunków hydrotermicznych, dokonana wyłącznie na podstawie ilości opadów rocznych, okazała się dla uprawy wierzby niewystarczająca, bowiem występowały takŝe okresy skrajnie i bardzo suche, nawet w latach uznanych za mokre. Gleba na polu w Kościernicy nie retencjonowała wody, a poziom lustra wody gruntowej występował dopiero na głębokości 950 cm [25, 26, 27]. Według Jadczyszyn [8] do uprawy wierzby energetycznej nadają się rejony, gdzie opady roczne przekraczają 575 mm oraz występują gleby zaliczane do kompleksów rolniczej przydatności, takich jak: Ŝytni bardzo doby (4), Ŝytni dobry (5), zboŝowo-pastewny mocny (8), zboŝowo-pastewny słaby (9) oraz uŝytki zielone słabe i bardzo słabe (3z). Doświadczenie z wierzbą w Kościernicy zostało zlokalizowane na glebie, gdzie woda opadowa praktycznie była jedynym jej źródłem, a wierzba naleŝy do roślin o duŝych wymaganiach wodnych [3, 34]. Nierównomierność rozkładu opadów w okresie wegetacji wierzby w Kościernicy rzutowała na dynamikę przyrostów długości, grubości oraz liczby pędów w krzaku [26]. Brak dostępu korzeni wierzby do wody gruntowej powodował silną reakcję roślin na stres suszy. Wtedy obserwowano zamieranie pędów w krzaku po suszach wiosennych, a takŝe wyrastanie nowych pędów po obfitych opadach deszczu w lecie. Regulacja liczby pędów w krzaku wierzby, będąca wynikiem reakcji wierzby na suszę, jest czymś nowym w literaturze [17]. Pole doświadczalne z uprawą wierzby w Kościernicy zlokalizowano w bezpośrednim sąsiedztwie lasu, a doświadczenia ścisłe zostały załoŝone w centrum plantacji, w odległości 700 m od skraju lasu. W pierwszych latach prowadzenia uprawy wierzby nie zaobserwowano szkód łowieckich, ale narastały one w dalszych latach. Pomiary biometryczne wykazały negatywny wpływ szkód łowieckich na przyrosty długości i grubości pędów, a pozytywny na liczbę pędów w krzaku. Ich negatywny wpływ na przyrost pędów wierzby corocznie wzrastał mimo malejącej intensywności zgryzania wierzchołków pędów [28, 29]. Dlatego z odrostów 1-rocznych i 2-letnich pędów wierzby uzyskano niewielkie plony suchej masy.