WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH I POPIOŁOWO-TORFOWYCH NA PLON I ZAWARTOŚĆ PIERWIASTKÓW W MIESZANCE TRAW Z KOMONICĄ ZWYCZAJNĄ

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 520: WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH I POPIOŁOWO-TORFOWYCH NA PLON I ZAWARTOŚĆ PIERWIASTKÓW W MIESZANCE TRAW Z KOMONICĄ ZWYCZAJNĄ CZĘŚĆ II METALE CIĘśKIE Jacek Antonkiewicz Katedra Chemii Rolnej, Akademia Rolnicza im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp Odpady paleniskowe (popioły i ŜuŜle) deponowane na składowiskach jeśli nie są wykorzystywane gospodarczo winny być poddane zagospodarowaniu przyrodniczemu, poniewaŝ powodują pylenie i dlatego stanowią zagroŝenie dla środowiska przyrodniczego [ROSIK-DULEWSKA 1998]. W skład popiołów paleniskowych, oprócz korzystnych składników z punktu widzenia rolnictwa, wchodzi cała gama metali cięŝkich, które mogą stanowić zagroŝenie dla środowiska [QUANT 2000]. Ryzyko przenikania metali cięŝkich z popiołów do roślin moŝe być niewielkie z racji wysokiej wartości ph. Ponadto roślinne utrwalanie składowisk odpadów paleniskowych zapobiega między innymi pyleniu i ogranicza migrację metali w głąb profilu składowiska [GILEWSKA 2004; MACIAK 1981]. Kolejnym odpadem, który moŝe być wykorzystywany w zabiegach rekultywacyjnych, jest osad ściekowy. O przyrodniczym, w tym takŝe rolniczym zagospodarowaniu osadów decyduje w duŝej mierze zawartość N, P, K, Ca, Mg, materii organicznej [MAZUR 2002]. Ze względu na znaczną koncentrację metali cięŝkich moŝliwości wykorzystania osadów ściekowych są ograniczone [ROZPORZĄDZENIE MŚ 2002]. Poszukuje się ciągle nowych sposobów zagospodarowania osadów. Wymieszanie ściekowego komunalnego osadu z popiołem paleniskowym moŝe doprowadzić do związania wielu metali w formach o niskiej dostępności dla roślin i poprawić właściwości fizykochemiczne [KALEMBASA, WYSOKIŃSKI 2004; WYSOKIŃSKI, KALEMBASA 2006; BOGACZ 1995; JACKOWSKA 2002]. Dodatkowo mieszanina taka moŝe być źródłem wapnia, magnezu oraz działać odkwaszająco [NOWAK, CIEĆKO 1983; ANTONKIEWICZ 2005a]. Celem badań było poznanie wpływu popiołu, osadu, torfu oraz mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowo-torfowych wprowadzonych do gleby na zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną. Materiał i metody

2 266 J. Antonkiewicz Niniejsza praca stanowi kontynuację badań wpływu mieszanin popiołowoosadowych i popiołowo-torfowych na skład chemiczny roślin [ANTONKIEWICZ 2006]. Badania nad zawartością metali cięŝkich w mieszance traw z komonicą zwyczajną przeprowadzono w latach , w warunkach doświadczenia wazonowego. Do badań uŝyto glebę mineralną o składzie granulometrycznym pyłu ilastego [Systematyka ], (tab. 1). Tabela 1; Table 1 Charakterystyka fizyko-chemiczna materiałów zastosowanych w doświadczeniu Physico-chemical characteristic of material used in the experiment Wyszczególnienie Specification Jednostka Unit Gleba Soil Osad Sewage sludge Popiół Ash Torf Peat phkcl 3,60 6,67 9,85 4,82 phh2o 4,73 6,82 10,06 5,26 Skład granulometryczny Composition Cr mg kg -1 s.m.; DM płi* psp** gpp*** - 39,33 48,95 33,85 11,55 Pb 40,40 59,25 18,65 2,75 Cu 8,28 272,25 74,50 1,18 Zn 70, ,50 93,75 9,28 Cd 0,43 5,10 0,28 0,05 Ni 30,08 23,03 39,98 7,30 * płi pył ilasty; clayey silt ** psp piasek słabo gliniasty pylasty; slightly loamy silty sand *** gpp glina piaszczysta pylasta; slightly sandy loam Zawierała ona 18% piasku, 8% pyłu grubego, 36% pyłu drobnego, 24% iłu pyłowego grubego, 9% iłu pyłowego drobnego i 5% iłu koloidalnego. Odczyn gleby, zastosowanej w doświadczeniu był bardzo kwaśny. Gleba charakteryzowała się naturalną zawartością Cr, Pb, Cu, a podwyŝszoną Zn, Cd i Ni [KABATA-PENDIAS i in. 1995]. W doświadczeniu zastosowano mieszaninę popiołowo-ŝuŝlową z mokrego odprowadzenia odpadów paleniskowych o numerze katalogowym [USTAWA 2001]. Popiół paleniskowy pochodził ze spalania węgla kamiennego. Zawartość metali cięŝkich w popiołach, w porównaniu do gleby, nie była na tyle duŝa, by moŝna było podnosić alarm odnośnie potencjalnych zagroŝeń ze strony popiołów paleniskowych (tab. 1). Doświadczenie przeprowadzono w czterech powtórzeniach, w wazonach polietylenowych, o pojemności 6 kg, napełnionych mieszaninami popiołowoosadowymi i popiołowo-torfowymi w ilości 1-30% w stosunku do ogólnej masy gleby, co odpowiadało dawkom od 15 do 450 t ha -1. W schemacie doświadczenia uwzględniono równieŝ obiekty obejmujące jedynie komponenty wchodzące w skład mieszanin. Doświadczenie obejmowało następujące obiekty: I. kontrola, gleba; II. komunalny osad ściekowy; III. popiół lotny; IV. torf niski; V. mieszanina popiołowoosadowa wymieszana w stosunku wagowym 1 : 1 (PO); VI. mieszanina popiołowotorfowa wymieszana w stosunku wagowym 1 : 1 (PT); Obiekty VII-XVIII obejmowały mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowo-torfowe wymieszane w stosunku wagowym 1 : 1 i dodane do gleby w ilości od 1% do 30% w stosunku do ogólnej masy gleby, tj. VII. popiół-osad 1%; VIII. popiół-osad 2%; IX. popiół-osad 5%; X. popiółosad 10%; XI. popiół-osad 20%; XII. popiół-osad 30%; XIII. popiół-torf 1%; XIV. popiół-torf 2%; XV. popiół-torf 5%; XVI. popiół-torf 10%; XVII. popiół-torf 20%;

3 WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH... CZ. II XVIII. popiół-torf 30% (tab. 1). We wszystkich wazonach stosowano corocznie stałe nawoŝenie NPK w ilości: 0,3 g N, 0,08 g P, 0,2 g K kg -1 gleby, w formie NH 4 NO 3, KH 2 PO 4, KCl. Nawozy mineralne w formie roztworów zastosowano w pierwszym roku na dwa tygodnie przed wysianiem roślin i dokładnie wymieszano z podłoŝem. W drugim i trzecim roku badań nawozy stosowano wczesną wiosną przed ruszeniem wegetacji mieszanki roślin. Mieszankę traw z komonicą zwyczajną wysiano 25 kwietnia 2003 r. w ilości 85 nasion/wazon. W skład testowanej mieszanki weszły: kostrzewa czerwona (Festuca rubra L.) - 47%, kostrzewa trzcinowa (Festuca arundinacea SCHREB.) - 17,5%, wiechlina łąkowa (Poa pratensis L.) - 23,5%, komonica zwyczajna (Lotus corniculatus L.) - 12%. W czasie wegetacji rośliny podlewano wodą redestylowaną, utrzymując wilgotność gleby na poziomie 60% maksymalnej pojemności wodnej. Zbioru mieszanki roślin przeprowadzono corocznie w trzech pokosach. Rośliny zbierano z kaŝdego wazonu (powtórzenia), następnie po wysuszeniu w suszarce w temp. 75 C określono wielkość plonu suchej masy i wyraŝono w g s.m. z wazonu. Do analizy chemicznej została pobrana próbka (5 g s.m.) materiału roślinnego z kaŝdego wazonu (powtórzenia) z trzech pokosów. W materiale roślinnym po mineralizacji na sucho, z kaŝdego powtórzenia, oznaczono: Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni metodą ICP-AES (inductively coupled plasma - atomowa spektrofotometria emisyjna oparta na palniku indukcyjnie wzbudzonej plazmy). W niniejszej pracy przedstawiono średnią waŝoną z trzech pokosów z poszczególnych lat oraz średnią waŝoną z całego okresu badań ( ). Do obliczeń statystycznych zastosowano arkusz kalkulacyjny Microsoft Excel 7.0. Istotność róŝnic między porównywanymi średnimi plonów mieszanki roślin i zawartości pierwiastków określano metodą Duncana. Analizę wariancji i test Duncana wykonywano na poziomie istotności α = 0,01 [ULIŃSKA 1957]. Obliczono współczynniki zmienności wskazujące zmienność zawartości badanych pierwiastków w roślinach. Wyniki badań Plon. Wielkość plonu testowanej mieszanki była zróŝnicowana i w zaleŝności od obiektu i roku badań wahała się w zakresie: 9,61-135,38 g wazon -1. Suma plonu uzyskanego z trzech lat badań ( ) wahała się, w zaleŝności od obiektu, od 36,26 do 375,89 g wazon -1 (rys. 1). Analiza sumarycznego plonu uzyskanego z 3 lat badań wykazała, Ŝe zastosowane w doświadczeniu mieszaniny popiołowo-osadowe w ilości od 1 do 30% w stosunku do ogólnej masy utworu glebowego (obiekty VII-XII) powodowały istotny wzrost plonu mieszanki traw w porównaniu do obiektu kontrolnego. Wzrost ten, w zaleŝności od obiektu, wynosił od 3 do 44% w stosunku do kontroli. Ponadto zaobserwowano równieŝ dodatni wpływ zastosowanej wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowej (obiekt V) na wielkość plonu testowanej mieszanki roślin. Wzrost plonu z wyŝej wymienionego obiektu wynosił ponad 35% w porównaniu do kontroli. Spośród badanych podłoŝy istotnie najwyŝszy plon uzyskano na obiekcie, na którym zastosowano dodatek 30% mieszaniny popiołowo-osadowej w stosunku do gleby.

4 268 J. Antonkiewicz Zastosowany w doświadczeniu wyłącznie osad, popiół, torf oraz mieszanina popiołowotorfowa (obiekty II-IV, VI) istotnie obniŝyła plon suchej masy mieszanki w porównaniu do obiektu kontrolnego. Spośród wyŝej wymienionych wariantów najniŝszy plon uzyskano w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie torf. ObniŜenie plonu w/w obiekcie wynosiło ponad 86% w stosunku do kontroli. Zastosowany wyłącznie popiół paleniskowy (obiekt III) obniŝył plon o 40%, mieszanina popiołowo-torfowa (obiekt VI) o 31,41%, a osad ściekowy (obiekt II) o 16,71% w porównaniu do obiektu kontrolnego. Spośród wyŝej wymienionych obiektów, zastosowany wyłącznie osad ściekowy w najmniejszym stopniu wpłynął na obniŝenie plonu. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-torfowych, w ilości od 5 do 30% (obiekty XV-XVIII), spowodował istotne obniŝenie plonu mieszanki roślin i obniŝenie to wynosiło od 5 do 20% w porównaniu do kontroli. Analiza plonowania roślin w poszczególnych latach badań wykazała, Ŝe najwyŝsze zbiory uzyskano w drugim i trzecim roku badań. Ponadto warto nadmienić, Ŝe skład botaniczny testowanej mieszanki był stabilny w poszczególnych latach badań. Metale cięŝkie. W zaleŝności od roku prowadzenia doświadczenia oraz obiektu zawartość metali cięŝkich w testowanej mieszance roślin wahała się w zakresie: 0,51-2,55 mg Cr; 6,06-155,70 mg Zn; 0,14-1,23 mg Pb; 0,99-16,11 mg Cu; 0,03-1,64 mg Cd; 0,42-6,32 mg Ni kg -1 s.m. (tab. 2, 3). Zawartość metali cięŝkich w mieszance traw z komonicą zwyczajną była zróŝnicowana i zaleŝała od obiektu i roku prowadzenia doświadczenia. Największym zróŝnicowaniem charakteryzował się cynk (V = 118,49%, w trzecim roku wegetacji), a najmniejszym chrom (V = 8,41%, w trzecim roku wegetacji). Chrom. Średnia waŝona ( ) zawartości chromu w testowanej mieszance wahała się, w zaleŝności od składu podłoŝa, w zakresie: 1,39-2,19 mg kg -1 s.m. W badaniach własnych stwierdzono, Ŝe mieszaniny popiołowo-osadowe zastosowane w ilości od 5 do 30% w stosunku do gleby powodowały istotny wzrost zawartości tego metalu w materiale roślinnym. Wzrost zawartości chromu w mieszance roślin zebranych z obiektu, w którym zastosowano 30% dodatek mieszaniny popiołowoosadowej, wynosił 43,98% w stosunku do obiektu kontrolnego. Odwrotną zaleŝność zarejestrowano w przypadku mieszanin popiołowo-torfowych. W miarę wzrostu udziału tego komponentu w glebie stwierdzono systematyczne obniŝanie się zawartości tego pierwiastka w mieszance roślin. Istotny wzrost zawartości chromu stwierdzono w mieszance roślin uprawianej wyłącznie na osadzie (obiekt II) i popiele (obiekt III). Wymieszanie osadu oraz torfu z popiołem (obiekty V, VI) równieŝ wpłynęło na istotny wzrost zawartości chromu w biomasie roślin. Zastosowany wyłącznie torf (obiekt IV) nie wpłynął na wzrost zawartości tego pierwiastka w roślinach. Z badań własnych wynika, Ŝe znaczącym źródłem chromu w mieszance roślin był popiół. Zawartość chromu w poszczególnych latach badań była zróŝnicowana. NajniŜsze zawartości stwierdzono w pierwszym roku, a najwyŝsze w trzecim roku badań. Cynk. Średnia waŝona ( ) zawartości cynku w testowanej mieszance, w zaleŝności od obiektu, wahała się od 12,63 do 116,34 mg kg -1 s.m. Zastosowane mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowo-torfowe do gleby powodowały systematyczne obniŝanie się zawartości cynku w mieszance roślin. ObniŜenie zawartości tego mikroelementu przy 30% dodatku wyŝej wymienionych mieszanin wynosiło około 40% w stosunku do obiektu kontrolnego. Źródłem cynku w mieszance roślin był osad ściekowy, poniewaŝ zastosowany wyłącznie osad (obiekt II) spowodował ponad 250% wzrost zawartości tego pierwiastka. Dodatek do osadu popiołu (obiekt V) spowodował obniŝenie zawartości tego pierwiastka do poziomu występującego w obiekcie kontrolnym. Zastosowane wyłącznie komponenty, tj. popiół, torf oraz ich mieszanina

5 WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH... CZ. II (obiekty III, IV, VI) wpłynęły istotnie na obniŝenie zawartości cynku w materiale roślinnym. Z niniejszych badań wynika, Ŝe popiół lotny oraz torf wyraźnie hamują pobieranie tego mikroelementu przez rośliny. Z analizy zawartości cynku z poszczególnych lat badań wynika, Ŝe najwyŝsze zawartości tego pierwiastka stwierdzono w pierwszym roku wegetacji a najniŝsze w trzecim. Ołów. Średnia waŝona zawartości ołowiu ( ) w mieszance traw z komonicą zwyczajną wahała się w zakresie: 0,34-0,83 mg kg -1 s.m. W niniejszych badaniach, podobnie jak w przypadku cynku stwierdzono, Ŝe dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych (w ilości 10-30%) i popiołowo-torfowych (w ilości 5-30%) powodował istotne systematyczne obniŝenie zawartości ołowiu w mieszance roślin. Zastosowany w doświadczeniu wyłącznie popiół, torf oraz ich mieszanina równieŝ wpłynęła istotnie na obniŝenie zawartości tego metalu w roślinie. NajwyŜszą zawartość ołowiu stwierdzono w mieszance uprawianej wyłącznie na osadzie ściekowym (obiekt II). Wzrost tego pierwiastka wynosił ponad 27% w porównaniu do kontroli. W badaniach własnych wykazano, Ŝe popiół ograniczał pobieranie tego metalu przez roślinę. Wymieszanie popiołu z osadem (obiekt V) równieŝ wpłynęło istotnie na obniŝenie ołowiu w testowanej roślinie. Z analizy zawartości ołowiu z poszczególnych lat wynika, Ŝe zawartość tego pierwiastka była najniŝsza w trzecim roku wegetacji. Jedynie w przypadku osadu stwierdzono odwrotną zaleŝność. Miedź. Średnia waŝona zawartości miedzi ( ) w materiale roślinnym wahała się od 2,63 do 13,71 mg kg -1 s.m. Mieszaniny popiołowo-osadowe dodane do gleby w ilości 20-30% wpłynęły istotnie na obniŝenie zawartości miedzi w mieszance roślin w stosunku do kontroli. Natomiast mieszaniny popiołowo-torfowe zaaplikowane do gleby juŝ w ilości 2-30% istotnie hamowały pobieranie miedzi przez rośliny. Z badań wynika, Ŝe mieszaniny popiołowo-torfowe skuteczniej hamowały proces pobierania miedzi z podłoŝa aniŝeli mieszaniny popiołowo-osadowe. Źródłem miedzi w materiale roślinnym był osad ściekowy, poniewaŝ w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad wzrost zawartości tego mikroelementu wynosił ponad 188% w porównaniu do kontroli. Wymieszanie popiołu z osadem spowodowało wyraźne obniŝenie miedzi w roślinach w porównaniu do obiektu z osadem. Bardzo niskie zawartości miedzi zarejestrowano w mieszance roślin uprawianej na komponentach takich jak popiół, torf oraz ich mieszaninie (obiekt III, IV, VI). Z niniejszych badań wynika, Ŝe wyŝej wymienione komponenty wyraźnie ograniczają pobieranie miedzi przez testowaną mieszankę roślin. Rozkład zawartości miedzi w poszczególnych latach badań był w miarę wyrównany. Kadm. Średnia waŝona zawartości kadmu ( ) w mieszance roślin wahała się w zakresie: 0,04-1,03 mg kg -1 s.m. Zastosowane do gleby mieszaniny popiołowoosadowe i popiołowo-torfowe w ilości 2-30% w stosunku do ogólnej masy gleby wpłynęły istotnie na podwyŝszenie zawartości kadmu w mieszance roślin. NajniŜsze zawartości kadmu stwierdzono w obiektach II-VI, w których zastosowano wyłącznie osad, popiół, torf oraz ich mieszaniny. Zawartość tego metalu w materiale roślinnym z obiektu kontrolnego była znacznie wyŝsza w porównaniu do wyŝej wymienionych obiektów. Wynikało to z między innymi z niŝszej zawartości Cd w popiele i torfie aniŝeli w glebie (tab. 1). ObniŜenie zawartości kadmu w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie popiół, torf wynosiło odpowiednio: 93,32 i 87,73% w porównaniu do kontroli. Z niniejszych badań wynika, Ŝe osad a zwłaszcza popiół, torf oraz ich mieszaniny wyraźnie hamują proces pobierania kadmu przez testowaną mieszankę roślin. Z analizy zawartości kadmu z poszczególnych okresów wegetacji wynika, Ŝe najniŝszą zawartość stwierdzono w trzecim roku badań, natomiast odwrotną zaleŝność stwierdzono w przypadku osadu. Nikiel. Średnia waŝona zawartości niklu ( ) w mieszance roślin wahała się od

6 270 J. Antonkiewicz 0,85-5,27 mg kg -1 s.m. Stosunkowo wysoką zawartość niklu stwierdzono w mieszance uprawianej wyłącznie na glebie mineralnej. W niniejszych badaniach stwierdzono istotny wpływ mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowo-torfowych na obniŝenie zawartości niklu w testowanej mieszance. ObniŜenie zawartości niklu w materiale zebranym z obiektu, w którym zastosowano 30% dodatek mieszaniny popiołowoosadowej i popiołowo-torfowej wynosił odpowiednio: 63,34 i 68,01% w porównaniu do kontroli. Komponenty uŝyte w doświadczeniu osad, popiół, torf oraz ich mieszaniny (obiekty II-VI) równieŝ istotnie wpłynęły na obniŝenie zawartości niklu w mieszance roślin. Największym obniŝeniem zawartości niklu charakteryzowała się mieszanka roślin zebrana z obiektu, w którym zastosowano wyłącznie torf. ObniŜenie to wynosiło ponad 82% w stosunku do kontroli. Z analizy zawartości niklu z poszczególnych lat badań wynika, Ŝe najwyŝszą zawartość stwierdzono w trzecim roku badań wegetacji. Dopuszczalna zawartość metali cięŝkich w materiale roślinnym przeznaczonym na pasze wynosi: Cd = 0,5 mg; Zn = 100,0 mg; Pb = 10 mg; Cu = 30 mg; Ni = 50 mg; Cr < 20 mg kg -1 s.m. [KABATA-PENDIAS i in. 1993; GORLACH 1991]. Wyceniając mieszankę traw z komonicą zwyczajną według powyŝszego kryterium stwierdzono, Ŝe spełniała ona wymogi pod względem zawartości Cr, Pb, Zn, Cu, Ni stawiane paszom dobrej jakości, jedynie zawartość kadmu w analizowanym materiale wykluczała ją do wykorzystania na cele paszowe, poniewaŝ zastosowane mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowo-torfowe jako komponenty glebowe wpłynęły na przekroczenie dopuszczalnej zawartości tego pierwiastka w zebranym plonie. Warto podkreślić, Ŝe uzyskana mieszanka traw z komonicą zwyczajną z obiektów, w których jako podłoŝe zastosowano wyłącznie osad, popiół, torf oraz ich mieszaniny (obiekty II-VI) ograniczały pobieranie kadmu przez rośliny w porównaniu do obiektu kontrolnego. Zawartość kadmu w mieszance traw z komonicą uzyskana z tych obiektów nie przekroczyła wartości progowych [KABATA-PENDIAS i in. 1993]. Wydaje się, Ŝe plon mieszanki traw z komonicą zwyczajną uzyskany z terenów rekultywowanych, gdzie jako podłoŝe występuje osad ściekowy, popiół paleniskowy, torf oraz ich mieszaniny z glebą moŝe być przeznaczony tylko do produkcji kompostu, a takŝe na cele przemysłowe a nie paszowe [ANTONKIEWICZ, JASIEWICZ 2004]. Dyskusja Popioły ze spalania węgla zawierają pewną ilość metali cięŝkich z reguły mniejszą niŝ osady ściekowe [ROSIK-DULEWSKA 1998; SIUTA 2001]. Wadą popiołów lotnych jest ich wysoki odczyn kształtujący się granicach Jest to odczyn silnie zasadowy, rzadko spotykany w glebach uprawnych [GILEWSKA 2004]. Wysoka wartość ph przyczynia się do zmniejszenia rozpuszczalności metali cięŝkich w roztworze glebowym [JOHNSON i in. 1996; MIZUTANI i in. 1996]. W mieszaninach popiołowoosadowych i popiołowo-torfowych wartość ph zwiększa się wraz ze zwiększeniem udziału popiołu. Niniejsze badania potwierdzają, Ŝe zastosowane mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowo-torfowe wyraźnie hamowały proces pobierania metali (Zn, Pb, Cu, Ni) przez testowaną mieszankę roślin. W pracy ANTONKIEWICZA i JASIEWICZ [2004] wykazano równieŝ, iŝ metale cięŝkie w niewielkim stopniu są pobierane przez mieszankę roślin uprawianych na mieszaninach popiołowo-osadowych i popiołowotorfowych. Wysoka wodochłonność popiołów i mieszanin popiołowo-osadowych, popiołowo-torfowych, w tym duŝa ilość materii organicznej trwale zmniejsza mobilność metali cięŝkich, co ogranicza zarówno wymywanie jak i dostępność dla roślin [MACIEJEWSKA, WROŃSKA 2003; KALEMBASA, WYSOKIŃSKI 2004]. UwaŜa się, Ŝe ograniczenie pobierania metali cięŝkich (Cr, Pb, Zn, Ni) było efektem zmniejszenia ich

7 WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH... CZ. II przyswajalności w wyniku związania przez materię organiczną oraz obniŝenia rozpuszczalności w wyniku zobojętnienia torfu popiołem [CURYŁO, JASIEWICZ 1998]. Popioły paleniskowe w swoim składzie chemicznym zawierają metale cięŝkie, ale są one mało dostępne dla roślin [ANDRUSZCZAK i in. 1981; QUANT 2000]. We wcześniejszych badaniach ANTONKIEWICZA [2005b] równieŝ stwierdzono, Ŝe mieszaniny popiołowoosadowe wyraźnie wpływają na obniŝenie zawartości metali cięŝkich w mieszance trawiasto-motylkowatej. W niniejszym doświadczeniu stwierdzono, Ŝe mieszaniny popiołowo-osadowe zastosowane w wazonach jako podłoŝe, wpłynęły na podwyŝszenie zawartości Cr w mieszance traw z komonicą zwyczajną, natomiast mieszaniny popiołowo-torfowe obniŝały pobieranie tego pierwiastka. W doświadczeniu równieŝ stwierdzono, Ŝe dodatek do gleby wyŝej wymienionych mieszanin wpłynął na wzrost zawartości kadmu w roślinach. Pod wpływem zastosowanych mieszanin być moŝe nastąpiło zwiększenie rozpuszczalności Cd na przykład w wyniku zobojętnienia kwasowości gleby. Być moŝe większą rolę w pobieraniu Cd przez rośliny odgrywa zmiana odczynu gleby, aniŝeli wzrost zawartości materii organicznej [GORLACH, GAMBUŚ 1996]. Mechanizm uruchamiania metali cięŝkich mógł polegać na oddziaływaniu zwiększającego wymywanie metali przez zmiany właściwości fizykochemicznych podłoŝa [BOSECKER 2001; MACIEJEWSKA, WROŃSKA 2003] oraz na zwiększeniu dostępności metali dla roślin [ERNST 1996; KUCOWSKI i in. 1997]. Oznacza to, Ŝe mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowo-torfowe są odpadem, w którym następują przemiany chemiczne i biologiczne, mogące oddziaływać na środowisko. Analiza właściwości fizycznych i chemicznych w zastosowanych w doświadczeniu podłoŝach są przedmiotem kolejnej pracy przeznaczonej do opublikowania. Wnioski 1. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych wpłynął istotnie na podwyŝszenie plonu, a mieszanin popiołowo-torfowych na jego obniŝenie. Zastosowanie wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowej wpłynęło na istotny wzrost plonu mieszanki roślin, natomiast stwierdzono istotne obniŝenie plonu zebranego na obiektach na których zastosowano wyłącznie popiół, torf, osad oraz mieszaniny popiołowo-torfowej. 2. Stwierdzono, Ŝe w miarę wzrostu procentowego udziału mieszanin popiołowoosadowych i popiołowo-torfowych w glebie systematycznie malała zawartość Zn, Pb, Cu, Ni, natomiast wzrastała zawartość Cd w mieszance roślin. 3. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych wpływał na podwyŝszenie zawartości Cr, a pod wpływem mieszanin popiołowo-torfowych na obniŝenie zawartości tego pierwiastka. 4. Zastosowany wyłącznie osad ściekowy wpłynął na podwyŝszenie zawartości Cr, Zn, Pb, Cu, a obniŝenie Cd i Ni, natomiast popiół paleniskowy na wzrost zawartości Cr oraz na obniŝenie zawartości Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną. 5. Zastosowane wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowe wpłynęły istotnie na wzrost zawartości Cr, Cu, a na obniŝenie zawartości Pb, Cd, Ni w mieszance roślin. Natomiast zastosowanie w doświadczeniu wyłącznie mieszanin popiołowo-torfowych wpłynęło istotnie na wzrost zawartości Cr, a na obniŝenie zawartości Zn, Pb, Cu, Cd, Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną. 6. Wyceniając zawartość Cu, Ni, Cr, Zn, Pb w mieszance traw wg liczb granicznych

8 272 J. Antonkiewicz IUNG stwierdzono, Ŝe odpowiadała ona normom stawianym paszy dobrej jakości. Natomiast biorąc pod uwagę zawartość Cd w mieszance traw z komonicą zwyczajną stwierdzono przekroczenia dopuszczalnej zawartości tego pierwiastka. 7. Zawartość metali cięŝkich w mieszance roślin zaleŝała takŝe od roku badań. NajwyŜsze zawartości Cr, Ni stwierdzono w trzecim roku, natomiast Zn, Pb, Cu Cd w pierwszym i drugim roku badań. Literatura ANDRUSZCZAK E., STRĄCZYŃSKI S., śurawski H., PABIN J., KAMIŃSKA W Właściwości fizyczne i chemiczne popiołów z hałdy Elektrociepłowni Czechnica oraz skład chemiczny roślin zasiedlających hałdę. Rocz. Glebozn. 32(2): ANTONKIEWICZ J Wpływ róŝnych mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowotorfowych na plon i zawartość pierwiastków w mieszance traw z komonicą zwyczajną. Cz. I. Makroelementy. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 520: ANTONKIEWICZ J. 2005a. Wpływ osadów ściekowych i popiołów paleniskowych oraz ich mieszanin na plonowanie i zawartość azotu w mieszance traw i roślin motylkowych. Fragm. Agronom. 22, 1(85): ANTONKIEWICZ J. 2005b. Utilisation of sewage sludge for biological management of ash disposal site. Content of selected heavy metals in plants. Chemia i InŜynieria Ekologiczna 12(3): ANTONKIEWICZ J., JASIEWICZ CZ Wpływ róŝnych mieszanin osadowo-popiołowych i torfowo-popiołowych na wielkość i jakość plonu mieszanki traw z komonicą zwyczajną. Biul. IHAR 234: BOGACZ A Oddziaływanie melioracyjnych dawek popiołu ze spalania węgla kamiennego na niektóre właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleb piaszczystych siedliska borowego świeŝego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 418: BOSECKER K Microbial leaching in environmental clean-up programs. Hydrometallurgy 59: CURYŁO T., JASIEWICZ CZ Wpływ róŝnych nawozów organiczno-mineralnych na pobieranie metali cięŝkich przez warzywa. Rocz. AR Poznań 304, Ogrodn. 27: ERNST W.H.O Bioavaibility of heavy metals and decontamination of soils by plants. Appield Geochemistry 11: GILEWSKA M Rekultywacja biologiczna składowisk popiołowych z węgla brunatnego. Rocz. Glebozn. 55(2): GORLACH E Zawartość pierwiastków śladowych w roślinach pastewnych jako miernik ich wartości. Zesz. Nauk. AR w Krakowie 262, Sesja Nauk. 34: GORLACH E., GAMBUŚ F Badania nad moŝliwością ograniczenia pobierania kadmu przez rośliny z gleb zanieczyszczonych tym metalem. Rocz. Glebozn. 47(3/4): JACKOWSKA I Metale cięŝkie w dolomitowanych osadach pościekowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 482: JOHNSON C.A., KERSTEN M., ZIEGLER F., MOOR H.C Leaching behavior and solubility-controlling solid phases of heavy metals in municipal solid waste incinerator ash. Waste Management 16: KABATA-PENDIAS A., MOTOWICKA-TERELAK T., PIOTROWSKA M., TERELAK H., WITEK T Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metalami cięŝkimi i siarką. Ramowe

9 WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH... CZ. II wytyczne dla rolnictwa. Puławy P(53), IUNG: 20 ss. KABATA-PENDIAS A., PIOTROWSKA M., MOTOWICKA-TERELAK T., MALISZEWSKA-KORDY- BACH T., FILIPIAK K., KRAKOWIAK A., PIETRUCH CZ Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb - metale cięŝkie, siarka i WWA. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska. Bibliot. Monit. Środ., Warszawa: 41 ss. KALEMBASA S., WYSOKIŃSKI A Wpływ dodatku popiołów do osadów ściekowych oraz kompostowania otrzymanych mieszanin na zawartość miedzi i cynku w wydzielonych frakcjach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 502: KUCOWSKI J., LAUDYN D., PRZEKWAS M Energetyka a ochrona środowiska. Wyd. Nauk. Techn., Warszawa: 484 ss. MACIAK F Wpływ wysokich (melioracyjnych) dawek popiołów z węgla brunatnego i kamiennego na niektóre fizykochemiczne i biochemiczne właściwości gleby piaskowej. Rocz. Glebozn. 32(1): MAZUR T RozwaŜania o wartości nawozowej odpadów organicznych. Acta Agrophysica 70: MACIEJEWSKA A., WROŃSKA D Zagospodarowanie mieszanin osadowo-popiołowych w świetle literatury, obowiązujące prawa i praktyki. Monogr. t II. Obieg pierwiastków w przyrodzie. Wyd. IOŚ, Warszawa 2003: MIZUTANI S., YOSHIDA T., SAKAI S., TAKATSUKI H Release of metals from MSW I fly ash and availability in alkali condition. Waste Management 16 (5-6): NOWAK G.A., CIEĆKO Z Działanie popiołu z węgla kamiennego i kory drzewnej na plonowanie roślin i właściwości gleby. Zesz. Nauk. ART Olsztyn 36: QUANT B Przeciwdziałanie negatywnemu oddziaływaniu składowisk odpadów paleniskowych na otoczenie z wykorzystaniem osadów ściekowych. Ekologia i Technika VIII 4: ROSIK-DULEWSKA CZ ZagroŜenie środowiska w zasięgu oddziaływania wtórnego pylenia z transportowanych pyłów energetycznych. Arch. Ochr. Środ. 24(3): ROZPORZĄDZENIE MŚ Z dnia 1 sierpnia 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz. U. Nr 134, poz SIUTA J Gospodarka odpadami w środowisku. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 477: Systematyka gleb Polski Rocz. Glebozn. 40(3/4): ULIŃSKA M Technika obliczeń przy opracowywaniu wyników doświadczeń rolniczych. IUNG 59. Wyd. PWRiL Warszawa: 108 ss. USTAWA O ODPADACH Dz. U. Nr 62, poz Z dnia 27 kwietnia 2001 r. WYSOKIŃSKI A., KALEMBASA S Wybrane parametry fizykochemiczne świeŝych i kompostowanych osadów ściekowych oraz ich mieszanin z CaO lub popiołem z węgla brunatnego. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 5(1): Słowa kluczowe: mieszanka traw, komonica zwyczajna, plon, Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni, osad ściekowy, popiół, torf, mieszaniny Streszczenie

10 274 J. Antonkiewicz Poznano wpływ róŝnych dawek mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowotorfowych na wielkość plonu i zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną. Badania prowadzono w warunkach doświadczenia wazonowego na glebie mineralnej, do której dodawano mieszaniny popiołowo-osadowe i popiołowotorfowe w ilości 1-30% w stosunku do ogólnej masy gleby. Wielkość plonu była zróŝnicowana i w zaleŝności od obiektu i roku wahała się w zakresie: 9,61-135,38 g s.m. wazon -1. NajwyŜszy plon stwierdzono w trzecim roku, a najniŝszy w pierwszym. Istotne obniŝenie plonu stwierdzono na obiektach, na których zastosowano wyłącznie popiół, torf oraz ich mieszaniny. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych wpłynął istotnie na podwyŝszenie plonu, a mieszanin popiołowo-torfowych na jego obniŝenie. Zawartość pierwiastków w mieszance traw była zróŝnicowana, zaleŝała od wariantu oraz terminu zbioru i wahała się w zakresie: 0,51-2,55 mg Cr; 6,06-155,70 mg Zn; 0,14-1,23 mg Pb; 0,99-16,11 mg Cu; 0,03-1,64 mg Cd; 0,42-6,32 mg Ni kg -1 s.m. Stwierdzono, Ŝe w miarę wzrostu udziału procentowego mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowo-torfowych wzrastała systematycznie zawartość Cd w mieszance roślin, a malała zawartość Zn, Pb, Cu i Ni. THE INFLUENCE OF VARIOUS ASH-AND-SLUDGE AND ASH-AND-PEAT MIXTURES ON YIELD AND ELEMENTS CONTENT IN GRASS-BIRDSFOOT-TREFOIL MIXTURE PART II HEAVY METALS Jacek Antonkiewicz Department of Agricultural Chemistry, Agricultural University, Kraków Key words: grass mixture, yield, Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni, sewage sludge, ash, peat, mixtures Summary The research aimed at studying the effect of various doses of sewage-and-ash and peat-and-ash mixtures on the amount of yield and concentrations of Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni in a grass mixture with bird' s foot trefoil. The investigations were conducted as pot experiment on mineral soil, to which ash-and-sewage and ash-and-peat mixtures were added at the doses of 1-30% in relation to the total soil mass. The amount of yield was diversified and dependend on the treatment and year ranged from 9.61 to g DM pot -1. The largest yield was produced in the third years and the smallest in the first. A significant decline in the yield was registered in treatments where solely ash, peat or their mixtures were used. A supplement of ash-andsewage mixtures significantly influenced a raise in the yield, whereas ash-and-peat mixture decreased it. A heavy metal content in grass mixture was diversified, depending on the variant and date of harvest and ranged between: mg Cr; mg Zn; mg Pb; mg Cu; mg Cd; mg Ni kg -1 DM. It

11 WPŁYW RÓśNYCH MIESZANIN POPIOŁOWO-OSADOWYCH... CZ. II was determined that with an increasing percentage of sludge-and-ash mixtures the Cd content in plant mixture increased, while the concentrations of Zn, Pb, Cu, and Ni declined. Dr inŝ. Jacek Antonkiewicz Katedra Chemii Rolnej Akademia Rolnicza im. H. Kołłątaja Al. Mickiewicza KRAKÓW

12 Zawartość Cr, Zn, Pb w mieszance traw z komonicą zwyczajną (mg kg -1 s.m.) The content of Cr, Zn, Pb in the grass mixture with Lotus corniculatus (mg kg -1 DM) Tabela 2; Table 2 Numer Number Obiekty; Objects Cr Zn Pb nazwa; name rok; year rok; year rok; year _* _* _* I kontrola; control 0,84 1,70 2,01 1,52 38,87 34,94 24,61 32,75 0,73 0,66 0,56 0,65 II osad; sewage sludge 1,10 1,77 2,00 1,64 68,00 122,40 155,70 116,34 0,59 0,69 1,23 0,83 III popiół; ash 1,21 1,95 2,49 1,97 15,56 11,19 16,05 13,83 0,58 0,45 0,33 0,44 IV torf; peat 1,09 1,76 2,22 1,57 12,91 18,58 6,06 12,63 0,29 0,59 0,14 0,34 V PO; ash sludge 1 : 1 1,22 1,75 2,04 1,70 48,08 35,48 22,19 34,52 0,55 0,54 0,24 0,44 VI PT; ash peat 1 : 1 1,17 1,61 2,49 1,82 18,85 15,13 11,16 14,59 0,56 0,47 0,23 0,41 VII PO 1%; ash sludge 1% 0,51 1,66 2,10 1,45 45,56 36,47 26,76 36,05 0,73 0,77 0,60 0,70 VIII PO 2%; ash sludge 2% 0,55 1,74 2,20 1,54 46,09 34,92 25,73 35,19 0,74 0,66 0,55 0,65 IX PO 5%; ash sludge 5% 0,66 1,85 2,29 1,66 43,14 33,77 23,29 32,83 0,71 0,59 0,47 0,59 X PO 10%; ash sludge 10% 1,16 2,26 2,38 1,98 34,13 27,43 22,04 27,54 0,50 0,50 0,39 0,46 XI PO 20%; ash sludge 20% 1,37 2,41 2,50 2,14 27,87 20,76 20,21 22,63 0,44 0,48 0,30 0,40 XII PO 30%; ash sludge 30% 1,46 2,42 2,55 2,19 25,20 17,44 18,18 19,90 0,37 0,45 0,27 0,36 XIII PT 1%; ash peat 1% 0,91 1,76 2,22 1,65 42,01 36,03 25,55 34,39 0,68 0,84 0,50 0,67 XIV PT 2%; ash peat 2% 0,86 1,92 2,22 1,67 38,03 31,52 23,10 30,81 0,57 0,63 0,46 0,55 XV PT 5%; ash peat 5% 0,81 1,81 2,18 1,59 34,65 27,33 20,04 27,50 0,52 0,58 0,39 0,50 XVI PT 10%; ash peat 10% 0,69 1,70 2,10 1,49 31,63 25,19 18,73 25,30 0,44 0,55 0,33 0,44 XVII PT 20%; ash peat 20% 0,67 1,59 2,04 1,43 28,37 21,63 17,65 22,62 0,40 0,46 0,30 0,39 XVIII PT 30%; ash peat 30% 0,64 1,52 2,01 1,39 24,67 18,06 15,97 19,55 0,38 0,43 0,26 0,36 Współczynnik zmienności Variability coefficient (%) 30,89 14,19 8,41 14,16 38,78 76,30 118,49 72,88 25,31 20,50 57,09 27,82 NIR0,01; LSD0.01 0,19 0,26 0,11 0,11 3,31 5,43 4,37 2,76 0,09 0,09 0,47 0,14 _* średnia waŝona; weighted mean Tabela 3; Table 3

13 Zawartość Cu, Cd, Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną (mg kg -1 s.m.) The content of Cu, Cd, Ni in the grass mixture with Lotus corniculatus (mg kg -1 DM) Numer Number Obiekty; Objects Cu Cd Ni nazwa; name rok; year rok; year rok; year _* _* _* I kontrola; control 4,61 4,62 5,04 4,76 0,66 0,57 0,42 0,55 4,27 5,37 5,25 4,97 II osad; sewage sludge 10,40 14,37 16,11 13,71 0,17 0,35 0,55 0,36 1,45 2,30 2,58 2,13 III popiół; ash 5,72 4,08 3,20 4,14 0,05 0,03 0,04 0,04 0,62 0,95 1,86 1,19 IV torf; peat 0,99 4,44 3,67 2,63 0,08 0,08 0,03 0,07 0,42 1,06 1,38 0,85 V PO; ash sludge 1 : 1 8,62 6,09 4,10 6,13 0,17 0,10 0,06 0,11 0,75 0,95 1,87 1,21 VI PT; ash peat 1 : 1 5,64 3,83 2,30 3,72 0,09 0,06 0,03 0,06 0,73 1,14 1,78 1,27 VII PO 1%; ash sludge 1% 5,43 4,86 5,08 5,11 0,68 0,59 0,41 0,56 4,09 4,62 5,39 4,71 VIII PO 2%; ash sludge 2% 5,27 4,74 4,69 4,88 0,81 0,66 0,42 0,63 3,85 3,64 5,28 4,26 IX PO 5%; ash sludge 5% 5,26 4,61 4,60 4,79 0,87 0,71 0,45 0,67 2,74 3,22 4,93 3,67 X PO 10%; ash sludge 10% 4,86 4,41 4,12 4,44 1,00 0,87 0,48 0,77 2,29 2,92 3,84 3,05 XI PO 20%; ash sludge 20% 4,40 4,02 3,96 4,11 1,16 0,94 0,52 0,85 1,33 2,28 3,15 2,31 XII PO 30%; ash sludge 30% 4,40 3,87 3,72 3,97 1,28 0,99 0,55 0,92 0,90 1,86 2,52 1,82 XIII PT 1%; ash peat 1% 5,32 4,29 4,90 4,82 0,69 0,61 0,44 0,58 4,06 5,36 6,32 5,27 XIV PT 2%; ash peat 2% 4,74 3,64 4,52 4,30 0,79 0,66 0,46 0,64 3,68 4,61 5,76 4,69 XV PT 5%; ash peat 5% 3,97 3,46 4,18 3,87 0,94 0,72 0,50 0,73 2,24 3,25 3,68 3,04 XVI PT 10%; ash peat 10% 3,97 3,35 3,25 3,53 1,16 0,76 0,50 0,82 1,64 2,60 3,26 2,49 XVII PT 20%; ash peat 20% 3,84 2,97 2,74 3,19 1,30 0,80 0,56 0,89 1,38 2,04 2,44 1,95 XVIII PT 30%; ash peat 30% 3,49 2,87 2,46 2,94 1,64 0,87 0,58 1,03 0,88 1,73 2,16 1,59 Współczynnik zmienności Variability coefficient (%) 39,11 53,91 65,29 50,70 63,41 55,19 51,00 55,80 66,13 52,96 44,96 52,08 NIR0,01; LSD0.01 0,84 0,63 0,35 0,38 0,08 0,10 0,04 0,05 0,24 0,54 0,32 0,23 _ * średnia waŝona; weighted mean

14 obiekty I-XVIII jak w tabeli 2; objects I-XVIII explantions see Table 2 Rys. 1. Plon mieszanki traw z komonicą zwyczajną Fig. 1. Yield of the mixture of grases with birds foot trifoil NIR0,01; LSD0.01