WPŁYW STOSOWANIA ODPADÓW NA WYBRANE WSKAŹNIKI JAKOŚCIOWE GLEBY

Transkrypt

1 Proceedings of ECOpole Vol. 1, No. 1/2 27 Monika SKOWROŃSKA 1 WPŁYW STOSOWANIA ODPADÓW NA WYBRANE WSKAŹNIKI JAKOŚCIOWE GLEBY IMPACT OF WASTES APPLICATION ON SELECTED SOIL QUALITY PARAMETERS Streszczenie: W doświadczeniu polowym badano wpływ stosowania odpadów organicznych na bilans i skład frakcyjny substancji organicznej w glebie lekkiej. Schemat doświadczenia obejmował 3 bloki, w których wyodrębniono losowo 6 obiektów: obiekt kontrolny, bez nawożenia (); nawożenie mineralne NPK (NPK); trociny z tartaku + wapno defekacyjne (T t + Ca def); trociny z zakładu rzemieślniczego + wapno defekacyjne (T rz + + Ca def); wapno defekacyjne (Ca def); obornik (FYM). Poziom akumulacji węgla organicznego w glebie nawożonej odpadami z przemysłu drzewnego i rolno-spożywczego wskazuje na jednoznacznie pozytywny kierunek przemian zachodzący w środowisku glebowym. Zastosowane nawożenie oddziaływało na zmiany w składzie frakcyjnym humusu, czego wyrazem było gromadzenie się w glebie frakcji trwałych (humin) oraz zmiany wartości stosunku C KH : C KF. Pod względem oddziaływania na jakość związków humusowych badane substancje organiczne i mineralne można uszeregować następująco: FYM > T rz + Ca def > T t + Ca def > Ca def. Słowa kluczowe: glebowa substancja organiczna, odpady, trociny, wapno defekacyjne Substancja organiczna (SOM) jest powszechnie uznawana za główny wskaźnik jakości gleb. Jest to związane z kluczową rolę, jaką spełnia humus w kształtowaniu ich właściwości: fizycznych (barwa, gęstość, stabilizacja agregatów, retencja wody), fizykochemicznych/chemicznych (wymiana jonowa, właściwości buforowe, rozpuszczalność i migracja pierwiastków, detoksykacja środowiska, źródło nutrientów), biologicznych (dostarczanie składników pokarmowych i energii dla mikroorganizmów, biostymulacja wzrostu i rozwoju roślin, regulacja bioróżnorodności) [1-4]. Oceniając jakość gleb uprawnych, przyjmuje się, że zawartość SOM równa 4 6 g kg -1 jest prawidłowa, zaś poziom SOM < 2 g kg 1 wskazuje na zaburzenie równowagi w agroekosystemie [5]. Według kryteriów IUNG, za małą zawartość materii organicznej uważa się zawartość C org < 5,7 g kg 1 [3]. Arshad i Martin [6] proponują, aby przy monitoringu jakości gleb za liczbę graniczną uznać wzrost lub spadek ilości węgla organicznego o 15% w stosunku do wartości początkowej. Równie ważnym, obok ilości próchnicy w glebie, jest zagadnienie jej właściwości. Za jeden ze wskaźników jakości humusu uznaje się stosunek zawartości węgla kwasów huminowych do węgla kwasów fulwowych; większe wartości tego stosunku są charakterystyczne dla gleb żyźniejszych. Zawartość i jakość próchnicy determinują czynniki siedliskowe (właściwości fizyczne i chemiczne gleby, klimat, szata roślinna) i antropogenne, a szczególnie nawożenie mineralne, organiczne oraz resztki pożniwne [3]. Ostatnio coraz częściej zwraca się uwagę na możliwość wykorzystania odpadów pochodzących z przemysłu drzewnego i rolno-spożywczego do poprawy bilansu substancji organicznej w glebach [7]. Jednak z uwagi na wzrost zakwaszenia gleb podczas przyrodniczego zagospodarowanie trocin, co związane jest z produkcją kwasów przez grzyby uczestniczące w biodegradacji lignin, 1 Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Akademia Rolnicza w Lublinie, ul. Akademicka 15, 2-95 Lublin, tel , fax , monika.skowronska@ar.lublin.pl

2 228 Monika Skowrońska zasadne wydaje się stosowanie wraz z tymi odpadami środków odkwaszających [8]. Celem tej pracy była ocena wpływu odpadów pochodzących z przemysłu drzewnego (trociny) i rolno-spożywczego (wapno defekacyjne) na bilans i skład frakcyjny substancji organicznej w glebie lekkiej. Materiał i metody Trzyletnie, ścisłe doświadczenie polowe założono w układzie bloków kompletnie zrandomizowanych na glebie bielicowej właściwej o składzie granulometrycznym piasku gliniastego lekkiego. Schemat doświadczenia obejmował 3 bloki, w których wyodrębniono losowo 6 obiektów: obiekt kontrolny, bez nawożenia (); nawożenie mineralne NPK (NPK); obornik (FYM); trociny z tartaku + wapno defekacyjne (T t + Ca def ); trociny z zakładu rzemieślniczego + wapno defekacyjne (T rz + Ca def ); wapno defekacyjne (Ca def ). Dawki odpadów organicznych obliczono na podstawie ilości azotu ogólnego wnoszonego wraz z dawką obornika (25 Mg ha 1 ), tj. ok. 125 kg N t ha 1. Dawkę wapna defekacyjnego (37% CaO) obliczono według 1 dawki kwasowości hydrolitycznej. Substancje odpadowe zastosowano raz na trzy lata, na początku doświadczenia. Dawki nawożenia mineralnego azotem, fosforem i potasem ustalono dla wszystkich roślin testowych na podstawie zaleceń nawozowych. Roślinami testowymi były: w I roku owies bezplewkowy odmiany Akt (po zbiorze owsa wysiano łubin żółty odmiany Juna, który przyorano późną jesienią na nawóz zielony), w II roku ziemniaki jadalne odmiany Sante, w III roku pszenica ozima odmiany Mewa. W każdym roku pobierano próbki glebowe z każdego obiektu z głębokości 2 cm w dwóch terminach: przed rozpoczęciem wegetacji (I termin) oraz po zbiorze każdej rośliny (II termin). W próbkach tych oznaczono skład frakcyjny próchnicy metodą Kononowej-Bielczikowej: C wydzielony mieszaniną,1 mol Na 4 P 2 O 7 dm 3 +,1 mol NaOH dm 3 (C W ), C kwasów huminowych (C KH ). Z różnicy między ilością węgla w wyciągu (C W ) a ilością węgla kwasów huminowych zawartych w tym wyciągu obliczono C kwasów fulwowych (C KF ) oraz stosunek C KH : C KF. Z różnicy między zawartością węgla organicznego (C org ) a ilością węgla w wyciągu (C W ) obliczono pozostałość po ekstrakcji - C humin (C H ), a na podstawie początkowej i końcowej zawartości węgla organicznego (oznaczonej metodą Tiurina) obliczono jego bilans. Omówienie wyników i ich analiza Ilościowe i jakościowe procesy transformacji glebowej substancji organicznej były uzależnione od aplikacji nawozów oraz odpadów. Porównując oddziaływanie poszczególnych substancji na akumulację węgla organicznego w glebie należy stwierdzić, że najkorzystniejszy wpływ odnotowano w przypadku stosowania obornika, który po trzech latach badań spowodował przyrost zawartości C org o 5,1 g kg 1 (rys. 1). Pomimo że akumulacja C org w glebie po zastosowaniu trocin oraz wapna defekacyjnego była mniejsza aniżeli w przypadku obornika, to przekroczyła graniczną wartość 15% zaproponowaną przez Arshada i Martina [6] do oceny jakości zachodzących w glebie przemian. Trociny zawierają w swoim składzie ligniny, celulozę, związki fenolowe, które w wyniku skomplikowanych przemian przekształcają się w humus [9]. Zastosowane wapno defekacyjne, uczestnicząc w degradacji substancji organicznej, mogło powodować szybkie wytrącanie się niektórych powstających związków humusowych. W doświadczeniach Sollinsa i in. [1] dodatek wapnia i magnezu zwiększał adsorpcję substancji humusowych

3 Wpływ stosowania odpadów na wybrane wskaźniki jakościowe gleby kationy te pełniły funkcję mostków pomiędzy ujemnie naładowaną powierzchnią minerałów i grupami funkcyjnymi substancji próchnicznych. Należy jednocześnie zauważyć, że na akumulację próchnicy, oprócz zastosowanego nawożenia, miała wpływ ilość i jakość resztek organicznych pozostawionych na polu z nawozem zielonym (łubin żółty), o czym świadczy przyrost zawartości węgla organicznego w glebie obiektu kontrolnego (bez nawożenia) (rys. 1). 6, 5, 5,1 4,8 4, 3,7 3,3 g kg -1 3, 2,6 2, 1,2 1,, NPK FYM Cadef Tt + Cadef Trz + Cadef obiekt Rys. 1. Przyrost zawartości węgla organicznego w glebie po trzech latach badań 2,5 2 1,97 1,89 1,5 1,5,83 1,17,83,85,78,71,97,96 1,11,78,78,77,91 1,14,84,84,78,75,88,83,68,74,81,74,81 1,28,65 1,33,76,57,84,76,82,73 NPK FYM Cadef Tt + Cadef Trz + Cadef termin termin termin termin termin termin Rys. 2. Stosunek C KH : C KF w glebie I II I II I II I rok II rok III rok Zmianom zawartości węgla organicznego w glebie towarzyszył wzrost ilości jego bardzo aktywnej frakcji, wydzielanej mieszaniną,1 mol Na 4 P 2 O 7 dm 3 +,1 mol NaOH dm 3 po trzech latach prowadzenia doświadczenia. Dotyczyło to w większym stopniu węgla kwasów fulwowych, a w mniejszym kwasów huminowych, co

4 23 Monika Skowrońska wyraziło się w większości przypadków zawężeniem stosunku C KH : C KF. Uzyskane wyniki potwierdzają spostrzeżenie Kononowej [11], że wskaźnik ten w glebach bielicowych kształtuje się na poziomie < 1. Do wzrostu ilości frakcji węgla wydzielonego w największym stopniu przyczynił się obornik i wapno defekacyjne (tab. 1). Przy czym obornik w głównej mierze powodował zwiększenie ilości węgla kwasów huminowych, a wapno defekacyjne kwasów fulwowych. W glebie obiektów nawożonych trocinami w połączeniu z wapnem defekacyjnym wzrost ilości C-W był spowodowany na ogół w nieco większym stopniu podwyższeniem zawartości C KH aniżeli C KF (rys. 2). NPK FYM Ca def Obiekt T t + Ca def T rz+ Ca def Skład frakcyjny próchnicy Tabela 1 I rok II rok III rok I II I II I II x A C W C W C W C W C W C W % C % C % C % C % C % C 3,75 3,69 3,24 5,77 4,92 4,24 4,27 58,23 53,63 48,21 65,72 71,2 55,6 58,68 3,75 4,41 2,76 4,32 4,38 5,96 4,26 58,23 52,5 41,69 5,35 48,88 65,49 52,86 5,43 5,37 4,62 6,19 6,97 6,61 5,87 47,14 45,66 4,1 51,11 52,84 57,13 49, 4,89 4,53 4,2 5,47 7,54 6,63 5,54 37,5 43,9 38,46 47,73 6,27 65, 48,74 4,71 4,83 3,84 5,6 6,71 6,47 5,36 45,15 47,87 43,24 47,3 51,66 66,36 5,26 5,19 4,47 3,54 5,55 6,55 6,82 5,35 45,5 47,76 37,82 45,16 55,74 6,57 48,68 4,62 4,55 3,7 5,48 6,18 6,12 x 48,48 48,55 41,59 51,23 56,77 61,6 4,59 4,59 6,15 x B 48,51 46,41 59,18 x C I 4,83 termin 48,94 II 5,39 termin 53,79 NIR,5 A nawożenie -,84 B lata -,47 C termin -,31 - Obiekt NPK FYM Ca def T t + Ca def T rz+ Ca def I rok II rok III rok I II I II I II x A C H C H C H C H C H C H % C % C % C % C % C % C 2,69 3,19 3,48 3,1 1,99 3,46 2,97 41,77 46,37 51,79 34,28 28,8 44,94 41,33 2,69 3,99 3,86 4,26 4,58 3,14 3,75 41,77 47,5 58,31 49,65 51,12 34,51 47,14 6,9 6,39 6,9 5,92 6,22 4,96 6,8 52,86 54,34 59,9 48,89 47,16 42,87 51, 8,31 5,79 6,72 5,99 4,97 3,57 5,89 62,95 56,1 61,54 52,27 39,73 35, 51,27 5,73 5,26 5,4 6,24 6,28 3,28 5,31 54,89 52,13 56,76 52,7 48,34 33,64 49,74 6,33 4,89 5,82 6,74 5,2 4,44 5,57 54,95 52,24 62,18 54,84 44,26 39,43 51,32

5 Wpływ stosowania odpadów na wybrane wskaźniki jakościowe gleby 231 x x B x C 5,31 4,92 5,3 5,36 4,87 3,81 51,53 51,45 58,41 48,77 43,24 38,4 5,11 5,33 4,34 51,49 53,59 4,82 I termin 5,16 NIR,5 51,6 A nawożenie - 1,84 II termin 4,7 B lata - 46,21 C termin - - Uzyskane wyniki wskazują, że odpady z przemysłu drzewnego i rolno-spożywczego miały wpływ na stabilizację próchnicy - w glebie obiektów nawożonych stwierdzano większe ilości węgla humin w stosunku do wartości uzyskanych w materiale glebowym pochodzącym z obiektów kontrolnych (bez nawożenia) (tab. 1). Wnioski 1. Poziom akumulacji węgla organicznego w glebie nawożonej odpadami z przemysłu drzewnego i rolno-spożywczego wskazuje na jednoznacznie pozytywny humusowy przemian zachodzących w środowisku glebowym. 2. Zastosowane nawożenie oddziaływało na zmiany w składzie frakcyjnym humusu, czego wyrazem było gromadzenie się w glebie frakcji humusowy (humin) oraz zmiany wartości stosunku C KH : C KF. 3. Pod względem oddziaływania na jakość związków humusowych badane substancje organiczne i mineralne można uszeregować następująco: FYM > T rz + Ca def > T t + + Ca def > Ca def. Literatura [1] Ekschmitta K., Liub M., Vettera S., Fox O. i Wolters V.: Strategies used by soil biota to overcome soil organic matter stability - why is dead organic matter left over in the soil? Geoderma, 25, 128, [2] Loveland P. i Webb J.: Is there a critical level of organic matter in the agricultural soils of temperate regions: a review. Soil & Tillage Res., 23, 7, [3] Gonet S.S.: Problemy ochrony zasobów materii organicznej gleb - uwarunkowania i rekomendacje. [w:] Metody badań substancji humusowych ekosystemów wodnych i lądowych, (red.) D. Gołębiowska. Wyd. AR, Szczecin 24, [4] Yang C., Yanga L. i Ouyang Z.: Organic carbon and its fractions in paddy soil as affected by different nutrient and water regimes. Geoderma, 25, 124, [5] Schoenholtza S.H., Miegroet H. i Burgerc J.A.: A review of chemical and physical properties as indicators of soil quality: challenges and opportunities. Ecol. Manage., 2, 138, [6] Arshad M.A. i Martin S.: Identifying critical limits for soil quality indicators in agro-ecosystems. Agricult., Ecosyst. Environ., 22, 88, [7] Tonn B. i Marland G.: Carbon sequestration in wood products: a method for attribution to multiple parties. Environ. Sci. & Policy, 27, 1, [8] Jellison J., Goodell B., Doyle B., Ullman B., Fekete F. i Ostrofsky A.: The role of cations in the biodegradation of wood by brown rot fungi. Internat. Biodeterior. Biodegrad., 1997, 39, [9] Lopez M.J., Vargas M.C.G., Suarez F. i Moreno J.: Biodelignification and humification of horticultural plant residues by fungi. Internat. Biodeterior. Biodegrad., 26, 57, [1] Sollins P., Homann P. i Caldwell B.C.: Stabilization and destabilization of soil organic matter: mechanisms and controls. Geoderma, 1996, 74, [11] Kononowa M.: Zagadnienia próchnicy glebowej. PWRiL, Warszawa 1968.

6 232 Monika Skowrońska IMPACT OF WASTES APPLICATION ON SELECTED SOIL QUALITY PARAMETERS Summary: On the basis of a field experiment, the influence of organic wastes application on the balance and the fractional composition of organic matter in light soil was investigated. The scheme of the experiment consisted of three blocks with 6 randomized treatments each: control treatment, without fertilization (); NPK mineral fertilization (NPK); farmyard manure (FYM); sawdust from a sawmill + waste lime from a sugar factory (T t + Ca def); sawdust from a workshop + waste lime from a sugar factory (T rz + Ca def); and waste lime from a sugar factory(ca def). The level of soil organic carbon accumulation under conditions of wood and food industry wastes application shows that a significant positive change in the soil occurred. The applied fertilization affected changes in the fractional composition of humus, which was manifested in the increase of stable fractions (the humins) as well as a change in C KH : C KF ratios. With regard to the positive influence on the quality of humus compounds, the studied substances were ranked as follows: FYM > T rz + Ca def > T t + Ca def > Ca def. Keywords: soil organic matter, wastes, sawdust, waste lime from a sugar factory