Możliwości zastosowania aparatu LCpro+ do oceny parametrów fizjologicznych roślin wykorzystywanych do celów energetycznych.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Możliwości zastosowania aparatu LCpro+ do oceny parametrów fizjologicznych roślin wykorzystywanych do celów energetycznych."

Joanna Marciniak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Otwarte seminaria 2014 Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach Możliwości zastosowania aparatu LCpro+ do oceny parametrów fizjologicznych roślin wykorzystywanych do celów energetycznych. mgr inż. Dorota Ciszek dr Marta Pogrzeba dr Jacek Krzyżak Zespół Fitoremediacji Zakład Biotechnologii Środowiskowych Katowice, 16 październik 2014

2 PLAN SEMINARIUM Definicja procesu fotosyntezy, modyfikacje i czynniki wpływające na intensywność Omówienie aparatu LCpro+ Źródła biomasy roślinnej Charakterystyka różnych gatunków roślin energetycznych Wyniki Wnioski

3 6CO + 6HO O + światło CHO + 6O Proces polegający na syntezie związków organicznych (glukozy) z prostych związków nieorganicznych (sole mineralne, woda) w obecności odpowiednich barwników i przy udziale energii świetlnej to: FOTOSYNTEZA FAZA JASNA FAZA CIEMNA

4 FOTOSYNTEZA (1) FAZA JASNA (ŚWIETLNA) zachodzi w granach, gdzie zgromadzony jest chlorofil to szereg reakcji fotochemicznych wymagających do swojego przebiegu światła biorą w niej udział dwa fotosystemy chlorofilu: ewolucyjnie starszy PS I (700nm) i PS II (680nm) istotą jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych, produktami jest siła asymilacyjna w postaci NADPH 2 i ATP, produktem ubocznym jest O 2 FAZA CIEMNA (CYKL CALVINA) zachodzi w stromie chloroplastów to cykl redukcji CO 2, na który składają się reakcje biochemiczne wykorzystujące energię powstałą z fazy jasnej na cykl Calvina składają się 3 etapy: karboksylacja, redukcja, regeneracja istotą jest włączenie zasymilowanego CO 2 do cyklu z wykorzystaniem NADPH 2 i ATP, produktem jest cząsteczka glukozy i H 2 O

5 FOTOSYNTEZA (2) Modyfikacje fotosyntezy: C 4 trawy, turzyce, dwuliścienne głównie z rzędu Goździkowców (Caryophyllales) CAM- sukulenty głównie z grupy gruboszowatych C 3 - C 4 - glony - specjalne mechanizmy anatomiczne i fizjologiczne pozwalające na zwiększenie stężenia CO 2 w komórkach - proces bardziej wydajny - większy przyrost biomasy w tym samym czasie

6 FOTOSYNTEZA (3) CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA INTENSYWNOŚĆ: Natężenie światła Dwutlenek węgla Woda Sole mineralne Temperatura Zanieczyszczenia (metale ciężkie)

7 KILKA SŁÓW S W O LCpro+ System LCpro+ jest zaprojektowany do wykonywania dokładnych badań procesu fotosyntezy i transpiracji przy jednoczesnej kontroli środowiska wewnątrz komory pomiarowej liścia Komora pomiarowa liści zawiera w sobie system analityczny mierzący CO 2 i H 2 O Oprócz wymiany gazowej, automatycznie mierzone są również inne istotne parametry tj. temperatura, ciśnienie, częstotliwość naświetlenia itd. Podczas wykonywania pomiarów system można zaprogramować tak, aby automatycznie utrzymywał zadane warunki środowiskowe w komorze pomiarowej Wszystkie pomiary, obliczenia i programy badań można zapamiętać w pliku lub przerzucić na komputer

8 BUDOWA APARATU (1)

9 BUDOWA APARATU (2)

10 DODATKI CZYLI PRZYSTAWKI BROAD CHAMBER Komora do szerokich liści

11 DODATKI CZYLI PRZYSTAWKI NARROW CHAMBER Komora do wąskich liści

12 DODATKI CZYLI PRZYSTAWKI CONIFER CHAMBER Komora do drzew iglastych

13 DODATKI CZYLI PRZYSTAWKI SMALL CHAMBER Komora do małych liści (typ Arabidopsis)

14 DODATKI CZYLI PRZYSTAWKI SOIL CHAMBER Komora do gleby oraz całych roślin/ trawy

15 LCPRO+ PARAMETRY A (µmol CO 2 m -2 s -1 )- intensywność fotosyntezy E (mmol H 2 O m -2 s -1 ) transpiracja gs (mol H 2 O m -2 s -1 )- przewodnictwo szparkowe Q leaf [PAR] (µmol m -2 s -1 )- promieniowanie fotosyntetyczne czynne Ci (vpm/ µmol mol -1 )- stężenie międzykomórkowego CO 2 T l, T ch (C )- temperatura liścia, temperatura w komorze pomiarowej C e (vpm/ µmol mol -1 )- respiracja glebowa NCER (µmol CO 2 m -2 s -1 )- wymiana gazowa zachodząca w glebie

16 PARAMETRY

17 POLITYKA ENERGETYCZNA POLSKI W ZAKRESIE OZE wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii w bilansie energii finalnej do 15% w roku 2020 i 20% w roku 2030 osiągnięcie w 2020 roku 10% udziału biopaliw w rynku paliw transportowych oraz utrzymanie tego poziomu w latach następnych ochrona lasów przed nadmiernym eksploatowaniem w celu pozyskiwania biomasy oraz zrównoważone wykorzystanie obszarów rolniczych na cele OZE, w tym biopaliw, tak aby nie doprowadzić do konkurencji pomiędzy energetyką odnawialną i rolnictwem (Ministerstwo Gospodarki, 2009)

18 ŹRÓDŁA A BIOMASY ROŚLINNEJ W POLSCE odpady rolnicze (słoma, resztki warzyw, wytłoki) odpady z działalności leśnej (trociny, zrębki) plantacje roślin energetycznych

19 GATUNKI ROŚLIN ENERGETYCZNYCH gatunki zdrewniałe - wierzba (Salix sp.), topola (Populus sp.) byliny dwuliścienne ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita), sylfium przerosłe (Silphium perfoliatum) wieloletnie trawy palczatka gerarda (Andropogon gerardi), miskant (Miscanthus giganteus, M. sacchariflorus, M. sinensis), proso rózgowate (Panicum virgatum), spartyna preriowa (Spartina pectinata)

20 MISKANT OLBRZYMI (Miscanthus( x giganteus) pochodzi z Azji Wschodniej naturalna, triploidalna hybryda pomiędzy M. sacchariflorus i M. sinensis łatwy w uprawie i zbiorze rozmnażany przez rizomy ( roślin/ha) daje wysoki plon suchej masy (25 30 t s.m./ha/rok) toleruje różne odczyny gleby jednoroczne sadzonki bardzo wrażliwe na niskie temperatury plantacja może być wykorzystywana przez lat może być uprawiany na różnych rodzajach gleby

21 ŚLAZOWIEC PENSYLWAŃSKI SKI (Sida hermaphrodita) pochodzi z Ameryki Południowej niskie wymagania glebowe i klimatyczne głęboki system korzeniowy znaczna tolerancja na wahania temperatury uprawa na różnych typach gleb wrażliwość na niedobory wody, choroby, szkodniki, zachwaszczenie użytkowanie plantacji lat

porównywalna do drewna o mniejszej zawartości wody dobra tolerancja na gleby umiarkowanie

22 PROSO RÓZGOWE R (Panicum( virgatum) pochodzi z Ameryki Północnej wytwarza okazałe, zielone lub szarozielone kępy, osiągające najczęściej 1-2 m wysokości wartość kaloryczna porównywalna do drewna o mniejszej zawartości wody dobra tolerancja na gleby umiarkowanie zasolone i alkaliczne 1 rok upraw 5-8 t s.m./ha 2 rok upraw t s.m./ha 3 rok upraw t s.m./ha

23 SPARTYNA PRERIOWA (Spartina( pectinata) pochodzi z Ameryki Północnej dorasta do ok. 2 m, tworząc obszerne, luźne kępy mocny system korzeniowy umożliwia wykorzystanie przeciwerozyjne od drugiego sezonu wegetacyjnego korzystne jest zasilanie roślin nawozami mineralnymi

24 PALCZATKA GERARDA (Andropogon gerardi) pochodzi z Ameryki Północnej może być uprawiany na glebach o ph 5-8 późny okres wegetacji (zaczyna się od maja) wymaga corocznego odchwaszczania plon: gleba nie nawożona 6 t s.m./ha, nawożona 24 t s.m./ha

25 WYDMUCHRZYCA WYDŁUŻONA (Elymus elongatus) naturalne stanowiska pd-wsch Europa i Azja Mniejsza może być uprawiana na piaszczystych glebach dobrze znosi warunki klimatu suchego plon t s.m./ha/rok wysiew z nasion obniża koszty produkcji biomasy

26 ŚLAZÓWKA TURYNGSKA (Lavatera thuringiaca) pochodzi z południowo- wschodniej i środkowej Europy wymaga stanowiska słonecznego i gleb przepuszczalnych roślina miododajna, samopłodna, o dużym systemie korzeniowym plon ok.15 t s.m./ha/rok

27 DOPUSZCZALNE STĘŻ ĘŻENIA METALI CIĘŻ ĘŻKICH W GLEBIE LUB ZIEMI (Ministerstwo Środowiska, 2002) Pierwiastek Obszary specjalnej ochrony Grunty orne Tereny przemysłowe Arsen Chrom Cynk Kadm Miedź Ołów Rtęć 0,5 2 30

28 OBSZAR BADAŃ Parametr ph (KCl ) Wartość 6,79 ± 0,01 Całkowita zawartość metali (ekstrakcja wodą królewską) Pb (mg/kg) 547,0 ± 27,92 Cd (mg/kg) 20,84 ± 1,17 Zn (mg/kg) 2174,5 ± 103 Biodostępne formy metali (ekstrakcja 0,01 M CaCl2) Pb (mg/kg) 0,39 ± 0,03 Cd (mg/kg) 1,20 ± 0,03 Zn (mg/kg) 46,52 ± 1,51

29 CEL BADAŃ Ocena i analiza zmienności parametrów fizjologicznych, związanych z procesem fotosyntezy Zróżnicowanie gatunków roślin energetycznych pod kątem parametrów fizjologicznych

30 WYNIKI Porównanie parametrów fizjologicznych rośliny jedno- oraz dwuliściennej Porównanie parametrów fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych wariantach glebowych Porównanie parametrów fizjologicznych roślin z plantacji 1-rocznej i 5-letniej Krzywa świetlna dla wybranych dwóch gatunków traw

31 Porównanie parametrów w fizjologicznych rośliny jedno- oraz dwuliściennej

32 Porównanie parametrów w fizjologicznych rośliny jedno- oraz dwuliściennej

33 Porównanie parametrów w fizjologicznych rośliny jedno- oraz dwuliściennej

34 Porównanie parametrów w fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych r wariantach glebowych

35 Porównanie parametrów w fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych r wariantach glebowych

36 Porównanie parametrów w fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych r wariantach glebowych

37 Porównanie parametrów w fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych r wariantach glebowych

38 Porównanie parametrów w fizjologicznych Ślazówki turyngskiej uprawianej na różnych r wariantach glebowych

39 Porównanie parametrów w fizjologicznych roślin z plantacji 1-rocznej i 5-letniej5

40 Porównanie parametrów w fizjologicznych roślin z plantacji 1-rocznej i 5-letniej5

41 KRZYWA ŚWIETLNA DLA MISKANTA

42 KRZYWA ŚWIETLNA DLA SPARTYNY

43 WNIOSKI Proces fotosyntezy jest ściśle związany z gatunkiem i w znacznym stopniu modyfikowany przez warunki środowiska. Rośliny dwuliścienne charakteryzują się znacznie wyższymi parametrami intensywności i transpiracji w porównaniu do roślin jednoliściennych. Wykazano istotne różnice w pomiarach tego samego gatunku uprawianego na różnych wariantach glebowych- WUE. współczynnik Plany na następne sezony wegetacyjne

44 Otwarte seminaria 2014 Dziękuj kuję za uwagę mgr inż.. Dorota Ciszek

45 Otwarte seminaria 2014 Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach Seminarium było transmitowane on-line przy wykorzystaniu systemu wideokonferencyjnego zakupionego w projekcie Rozbudowa infrastruktury informatycznej gromadzenia, przetwarzania i analizy danych środowiskowych in2in. Projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka i współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

Podobne dokumenty

MoŜliwości uprawy roślin energetycznych na terenie zanieczyszczonym metalami cięŝkimi

SEMINARIA MoŜliwości uprawy roślin energetycznych na terenie zanieczyszczonym metalami cięŝkimi IETU d r M a r t a P o g r z e b a Z e s p ó ł F i t o r e m e d i a c j i / Z a k ł a d B i o t e c h n