ROLNICZE WYKORZYSTANIE POPIOŁÓW W ZE SPALANIA BIOMASY

Transkrypt

1 ROLNICZE WYKORZYSTANIE POPIOŁÓW W ZE SPALANIA BIOMASY dr inż.. Roman Wacławowicz awowicz Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Katedra Kształtowania towania Agroekosystemów w i Terenów w Zieleni roman.waclawowicz@up.wroc.pl tel ,

2 Popioły y z biomasy Korzyści: źródło o składnik adników w pokarmowych dla roślin substytut nawozów w wapniowych Zagrożenia: obecność substancji szkodliwych niedogodności związane zane z zastosowaniem tego odpadu

3 Źródło o składnik adników w pokarmowych dla roślin najstarszy z nawozów w mineralnych

4 Zawartość popiołu u w biomasie * Biomasa Zawartość popiołu u [%] Słoma zbóż 3-6 Ziarno zbóż 0,6-2,1 Drewno 0,3-5 Miskant 3,5-5,3 5,3 Ślazowiec pensylwański ski 2,5-5,9 5,9 Wierzba krzewiasta 1,5-3,2 Topinambur 5,6 Róża bezkolcowa 3,1 Węgiel kamienny 22 * - wg różnych r autorów: Ściążko i wsp., Grzybek i wsp.. Niedziółka, Zuchniarz, Kowalczyk-Ju Juśko, Wilk, Kalembasa Stankowski i wsp., Biomasa.org, Ciesielczuk i wsp.

5 Składniki odżywcze zawarte w popiołach * Biomasa % P 2 O 5 % K 2 O % CaO % MgO Straty prażenia % s.m. Pelety z siana 4,3 10,4 18,8 2,7 4,2 Ziarno owsa 11,8 14,8 3,5 4,5 25,2 Wierzba 4,0 8,9 34,4 0,3 7,0 Drewno dębowed 2,2 9,4 40,3 3,5 1,4 Słoma z pszenżyta 4,8 28,8 16,4 1,5 9,8 Słoma jara 3,6 6,5 7,4 3,4 13,9 Sorgo 3,4 13,6 8,1 2,9 7,0 Zrębki z kotła fluidalnego 1,3 3,6 15,4 6,3 7,4 * - badania własnew

6 Substytut nawozów w wapniowych ph popiołów w * ,9 13,7 13,2 12,9 12, * - badania własne w 9,3 10,1 Brykiet z siana Ziarno owsa Wierzba Drewno dębowe Słoma z pszenżyta Słoma z żyta Sorgo zrębki - kocioł fluidalny

7 Obecność substancji szkodliwych Metale cięż ężkie zawarte w popiołach [mg/kg s.m.]*.]* Biomasa Pb Cd Ziarno owsa* 1,53 0,42 Wierzba* 0,017 Hg As Drewno dębowe* d 33, ,8-29 0, , Słoma z pszenżyta** 18,44 5,03 Sosna** 186,6 25,55 Popiół lotny - zrębki (kocioł fluidalny BFB) *** 85 8,26 0,172 3,72 Dozwolona zawartość metali w nawozach mineralnych **** * Chojnacka i wsp., Górecka G i wsp. ** Ciesielczuk i wsp. *** Badania własnew **** Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów w ustawy o nawozach i nawożeniu. Dziennik Ustaw - rok 2008, nr 119, poz. 765 z dnia

8 I Doświadczenie wazonowe (lata ) 2011) OCENA ROLNICZEJ PRZYDATNOŚCI POPIOŁÓW Z BIOMASY W UPRAWIE PSZENICY JAREJ

9 II Doświadczenie polowe (2011 r.) WPŁYW POPIOŁÓW W PRZEMYSŁOWYCH POCHODZĄCYCH CYCH Z ELEKTROCIEPŁOWNI OWNI CZECHNIC ECHNICA ORAZ POPIOŁÓW LOKALNYCH NA PLONOWANIE PSZENŻYTA JAREGO I WŁAŚCIWOŚCI SIEDLISKA GLEBOWEGO Celem doświadcze wiadczeń jest ocena możliwo liwości rolniczego zastosowania popiołów w pochodzących cych ze spalenia różnych r rodzajów w biomasy.

10 Doświadczenie wazonowe W doświadczeniu uwzględniono dwa czynniki badawcze: I. Rodzaj popiołu: ziarno owsa wierzba słoma ze zbóż ozimych słoma jara sorgo drewno dębowe pelety z siana zrębki drewniane (elektrociepłownia) II. Zróżnicowany poziom nawożenia popiołami: 5 g/10 kg gleby (1300 kg/ha) 10 g/10 kg gleby 20 g/10 kg gleby Uwzględniony został także obiekt kontrolny nie zawierający popiołów

11 Metodyka doświadczenie założono ono w wazonach Wagnera w 5 powtórzeniach metodą serii niezależnych nych z obiektem kontrolnym, na glebie o niskiej zawartości fosforu i potasu. pszenica jara odmiany Parabola została a wysiana w ilości 30 ziarniaków w na wazon (ziarno zaprawione), po ustabilizowaniu się roślin po wschodach obsadę doprowadzono do 18 roślin/wazon. przez cały y okres wegetacji wilgotność była a utrzymywana na poziomie 60 % m.k.p.w. liczba wazonów: w: 8 rodzajów w popiołów w x 3 dawki popiołu x 5 powtórze rzeń + 8 obiektów w kontrolnych = 128 wazonów

12

13

14 3 tygodnie po siewie

15 Zakres badań: Badania dotyczące ce pszenicy jarej: ocena wschodów dynamika wzrostu pomiary roślin w 5 terminach: faza liści, krzewienie, 2-kolanko, 2 kłoszenie k i zbiór ocena zawartości chlorofilu (chlorofilometr)) w fazie 2 kolanka i kwitnienia powierzchnia liścia flagowego w terminie kwitnienia na 3 roślinach z wazonu analiza chemiczna roślin w fazie ich kwitnienia (sucha masa, NPK). w terminie zbioru z każdego wazonu oznaczono: masę ziarna i słomys omy, podstawowe cechy biometryczne (długo ugość źdźbeł i kłosk osów, rozkrzewienie produktywne, liczba i masa ziarna z kłosa, k masa 1000 ziaren) ocena porażenia źdźbła a i korzeni przez choroby podstawy źdźbła w fazie dojrzałości woskowej w ziarnie i słomie s określona została zawartość białka, fosforu i potasu

16 Zakres badań: Właściwości gleby: badanie gleby przed założeniem doświadczenia ph,, N, P, K, Mg, Ca, węgiel organiczny w średnich próbkach obiektowych po zbiorze roślin zostanie oznaczona zawartość azotu ogólnego, przyswajalnych form fosforu i potasu, magnezu, wapnia, węgla w organicznego oraz ph gleby

17 WYNIKI BADAŃ roślina Wysokość roślin pszenicy jarej w fazie 2 liści (cm) Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 22,0 21,4 22,1 21,5 23,5 24,3 23,3 24, ,2 21,2 22,9 21,5 24,8 26,7 24,9 23, ,6 21,1 23,4 20,5 26,2 23,9 24,8 22,5 Średnio 23,3 21,2 22,8 21,2 24,8 24,9 24,4 23,6 Kontrola 21,4 NIR 0,05 1,6 Żółtym kolorem czcionki oznaczono wyniki istotnie różnice się od obiektu kontrolnego

18 2 tygodnie po siewie

19 WYNIKI BADAŃ roślina Zawartość chlorofilu (SPAD) w pszenicy jarej w fazie 2 kolanka Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 27,3 24,7 28,7 28,3 28,1 28,0 29,8 27, ,6 26,1 28,4 28,8 29,4 28,6 28,1 29, ,0 28,1 29,1 30,2 29,2 31,0 29,8 31,2 Średnio 27,3 26,3 28,8 29,1 28,9 29,2 29,2 29,5 Kontrola 25,3 NIR 0,05 2,3 Żółtym kolorem czcionki oznaczono różnice istotne

20 5 tygodni po siewie

21 WYNIKI BADAŃ roślina Zawartość azotu (% s.m.).) w pszenicy jarej w fazie jej kwitnienia 1,2 1 0,8 0,6 0,4 5 g 10 g 20 g Średnio 0,2 0 Ziarno ow sa Wierzba Słoma z ozimin Słoma jara Sorgo Drew no dębow e Siano Zrębki drew niane kontrola

22 WYNIKI BADAŃ roślina Masa ziarna z wazonu (g) 1 rok badań Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 28,8 26,1 28,0 26,5 27,9 28,0 27,8 27, ,6 26,5 27,7 25,7 28,0 29,3 27,5 27, ,0 27,3 28,3 26,1 28,8 29,6 28,6 28,3 Średnio 28,4 26,6 28,0 26,1 28,2 28,9 28,0 27,8 Kontrola 24,8 NIR 0,05 1,6

23 WYNIKI BADAŃ roślina Masa ziarna z wazonu (g) 2 rok badań Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 27,2 29,6 28,9 29,4 25,8 27,9 26,6 24, ,2 32,2 30,6 29,2 26,3 32,8 29,5 26, ,8 35,0 34,8 31,9 30,4 36,2 30,5 30,3 Średnio 29,4 32,3 31,4 30,2 27,5 32,3 28,9 26,9 Kontrola 24,0 NIR 0,05 1,7

24 WYNIKI BADAŃ roślina Przyrost plonu ziarna po zastosowaniu popiołu (śr. z lat ) 30 % Zrębki Ziarno owsa Wierzba Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano drzewne

25 WYNIKI BADAŃ roślina Masa tysiąca ziaren pszenicy jarej (g) Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 44,6 43,0 43,8 44,2 43,6 44,7 43,8 43, ,5 42,3 43,5 43,0 44,7 45,3 45,4 44, ,0 43,3 46,1 44,9 45,4 46,1 46,2 45,7 Średnio 45,0 42,9 44,4 44,0 44,6 45,0 45,1 44,6 Kontrola 41,5 NIR 0,05 1,6

26 WYNIKI BADAŃ roślina Liczba ziaren w kłosie k (szt.) Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 43,0 39,2 42,0 38,9 42,6 41,8 42,5 40, ,3 41,7 41,8 39,8 41,7 43,1 40,4 42, ,9 41,5 41,0 38,1 42,2 42,8 41,4 41,4 Średnio 42,1 40,8 41,6 38,9 42,2 42,6 41,4 41,4 Kontrola 38,6 NIR 0,05 2,5

27 WYNIKI BADAŃ roślina Zawartość fosforu (% s.m.).) w ziarnie pszenicy jarej 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 5 g 10 g 20 g Średnio 0,1 0 Ziarno ow sa Wierzba Słoma z ozimin Słoma jara Sorgo Drew no dębow e Siano Zrębki drew niane kontrola

28 WYNIKI BADAŃ roślina Zawartość potasu (% s.m.).) w ziarnie pszenicy jarej 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 5 g 10 g 20 g Średnio 0,1 0 Ziarno ow sa Wierzba Słoma z ozimin Słoma jara Sorgo Drew no dębow e Siano Zrębki drew niane kontrola

29 WYNIKI BADAŃ roślina Indeks porażenia korzeni pszenicy jarej Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 43,4 25,0 40,0 20,0 21,6 50,0 26,6 21, ,3 35,0 48,3 13,3 76,6 20,0 28,3 21, ,0 65,0 70,0 31,6 48,3 31,6 51,6 30,0 Średnio 57,2 41,7 52,8 21,6 48,8 33,9 35,5 24,4 Kontrola 15,8

30 WYNIKI BADAŃ gleba

31 WYNIKI BADAŃ gleba ph gleby w 1M KCl po zbiorze pszenicy jarej Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 4,6 5,0 4,9 4,5 4,6 5,3 4,6 4,5 10 4,6 5,8 5,2 4,6 4,9 6,2 4,8 4,6 20 4,8 6,6 6,0 4,9 5,5 7,3 5,2 4,9 Średnio 4,7 5,8 5,4 4,7 5,0 6,3 4,9 4,7 Kontrola 4,4

32 WYNIKI BADAŃ gleba Zawartość fosforu przyswajalnego w glebie po zbiorze pszenicy jarej (P mg kg gleby - 1 ) Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne 5 64,4 62,6 63,2 50,8 53,3 64,4 49,2 57, ,6 89,0 68,6 56,1 68,1 81,1 40,1 48, ,5 109,2 119,0 66,7 82,9 121,8 62,6 51,6 Średnio 86,2 87,0 83,6 57,9 68,1 89,1 50,6 52,4 Kontrola 51,5

33 WYNIKI BADAŃ gleba Zawartość potasu przyswajalnego w glebie po zbiorze pszenicy jarej (K mg kg gleby - 1 ) Dawka popiołu na wazon (g) Ziarno owsa Wierzba Popioły ze spalania biomasy Słoma z ozimin Słoma ze zbóż jarych Sorgo Drewno dębowe Siano Zrębki drzewne Średnio Kontrola 53

34 Badania uzupełniaj niające Dodatkowe analizy dotyczące ce składu chemicznego popiołu u pochodzącego cego ze zrębek drzewnych spalanych w piecu fluidalnym (BFB) 1.mikroelementy (Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B) 2.metale ciężkie (Cd, As, Hg, Pb) 3.pozostałe (Al, Na, Cr, Ti)

35 Mikroelementy [% s.m.] Badania uzupełniaj niające Popiół Fe 2 O 3 Mn 3 O 4 Zn Cu Ni B Zrębki drzewne 1,400 0,410 0,054 0,013 0,015 0,012 Metale ciężkie [% s.m.] Popiół Cd As Hg Pb Zrębki drzewne 0, , , ,0085 Pozostałe pierwiastki [% s.m.] Popiół Al Na Cr Ti Zrębki drzewne 1,0855 0,2773 0, ,0525

36 Doświadczenie polowe W doświadczeniu uwzględniono dwa czynniki badawcze: I. Rodzaj popiołu: a) popioły przemysłowe (elektrociepłownia Czechnica) zrębki drzewne zrębki drzewne+kukurydza+słoma zrębki drzewne+wierzba b) popioły lokalne ziarno owsa słoma ze zbóż ozimych drewno dębowe II. Zróżnicowany poziom nawożenia popiołami: 3000 kg/ha 6000 kg/ha Uwzględniony został także obiekt kontrolny nie zawierający popiołów

37 Metodyka doświadczenie założono ono metodą losowanych bloków w w 3 powtórzeniach na glebie o odczynie kwaśnym o niskiej zawartości fosforu i potasu pszenżyto jare zostało o wysiane w optymalnej obsadzie w pierwszej dekadzie kwietnia liczba poletek: 6 rodzajów w popiołów w x 2 dawki popiołu u x 3 powtórzenia + 9 obiektów w kontrolnych = 45 poletek

38 Zakres badań: Badania dotyczące ce pszenżyta jarego: ocena wschodów indeks pokrycia powierzchni liści w terminie zbioru z każdego poletka oznaczono: plon ziarna i słomy, s podstawowe cechy biometryczne (długo ugość źdźbeł i kłosk osów, rozkrzewienie produktywne, liczba i masa ziarna z kłosa, k masa 1000 ziaren) w ziarnie i słomie s określona została zawartość białka, fosforu i potasu

39 Zakres badań: Właściwości gleby: badanie gleby przed założeniem doświadczenia ph,, N, P, K, Mg, Ca, węgiel w organiczny w średnich próbkach obiektowych po zbiorze roślin została oznaczona zawartość azotu ogólnego, przyswajalnych form fosforu i potasu, magnezu, wapnia, węgla w organicznego oraz ph gleby

40 Dawka popiołu g/ha 3000 WYNIKI BADAŃ (wstępne) zrębki drzewne 4,65 Plon ziarna t/ha (2011 r.) przemysłowe zrębki drzewne +kukury +słoma 4,76 Popioły ze spalania biomasy zrębki drzewne +wierzba 4,35 ziarno owsa 4,70 lokalne słoma ze zbóż ozimych 5,16 drewno dębowe 4, ,88 5,08 4,61 5,22 5,21 4,76 Średnio 4,77 4,67 4,48 4,96 5,19 4,75 Kontrola 4,35

41 WYNIKI BADAŃ Przyrost plonu ziarna po zastosowaniu popiołów 25,0 20,0 Popioły przemysłowe popioły lokalne 15, kg/ha 10, kg/ha 5,0 0,0 zrębki drzewne zrębki drzewne+kukury+słoma zrębki drzewne+wierzba ziarno owsa słoma ze zbóż ozimych drewno dębowe

42 Dawka popiołu 3000 kg/ha 6000 kg/ha Średnio zrębki drzewne 5,9 6,4 6,2 WYNIKI BADAŃ przemysłowe zrębki drzewne +kukury+ słoma 5,9 5,9 5,9 ph gleby (H 2 O) Popioły ze spalania biomasy zrębki drzewne +wierzba 6,0 6,0 6,0 ziarno owsa 6,0 6,0 6,0 lokalne słoma ze zbóż ozimych 6,1 6,5 6,3 drewno dębowe 6,6 6,8 6,7 Kontrola 5,7

43 Podsumowanie 1. Powrót popiołu wytworzonego ze spalania biomasy do gleby (najkorzystniej do tej, z której zostały zebrane rośliny przeznaczone do cieplnego przetwarzania) jest najbardziej ekologicznym i zgodnym ze zrównoważonym rozwojem sposobem ich utylizacji. 2. Znaczna część makro- i mikroelementów pobranych z gleby przez rośliny powraca do siedliska zamykając obieg składników mineralnych. 3. Produkty uboczne powstałe w wyniku spalania biomasy produkowanej na terenach rolniczych nieskażonych, na ogół nie zawierają substancji toksycznych (w tym szczególnie metali ciężkich) w ilości przekraczającej polskie normy i nie stanowią zagrożenia dla środowiska. 4. Wymieszanie z glebą popiołów pochodzących ze spalania biomasy przyczynia się do wzrostu plonowania pszenicy jarej i pszenżyta jarego. 5. Wzrost dawki badanych popiołów na ogół sprzyja polepszeniu plonowania roślin.

44 Podsumowanie 6. Zwiększenie plonowania roślin wynika głównie ze wzrostu masy ziaren z kłosa oraz masy tysiąca ziaren. 7. Wprowadzenie do gleby popiołów w znacznym stopniu poprawia właściwości chemiczne gleby. 8. Wysoko alkaliczny odczyn popiołów umożliwia odkwaszenie gleb, a także pozwala zmniejszyć ilość toksycznego glinu wymiennego. 9. Popioły przyczyniają się do zwiększenia koncentracji fosforu i potasu w roślinie, wpływają natomiast na obniżenie zawartości azotu w ziarnie pszenicy jarej. 10. Ze względu na silne działanie odkwaszające popiołów istnieje ryzyko zwiększonej podatności zainfekowania roślin zbożowych przez choroby podsuszkowe. 11. W związku z korzystnymi z rolniczego punktu widzenia właściwościami popiołów pochodzących ze spalania biomasy i niepełną wiedzą na temat oddziaływania ubocznych produktów spalania na glebę i rośliny uprawne uzasadniona wydaje się konieczność prowadzenia dalszych badań (szczególnie polowych i laboratoryjnych).