rozprawy Jacek Antonkiewicz Zeszyty Naukowe zeszyt 331 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie nr 454 ISSN rozprawy zeszyt 331 Jacek Antonkiewicz Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Praca wykonana w Katedrze Chemii Rolnej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Kraków 2009 Antonkiewicz.indd :51:24

2 Pracę opiniowali: Prof. dr hab. Barbara Gworek (Instytut Ochrony Środowiska w Warszawie) Prof. dr hab. Zygmunt Strzyszcz (Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu) Redaktor Naczelny Wydawnictwa Dr hab. inż. Józef Bieniek Redaktor Naukowy Prof. dr hab. Maria Moś Wydano za zgodą Rektora Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie Copyright by Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego, Kraków 2009 Projekt okładki: Monika Wojtaszek-Dziadusz Publikacje Wydawnictwa UR w Krakowie można nabyć w siedzibie Wydawnictwa. Prowadzona jest również sprzedaż wysyłkowa. Wydawnictwo UR w Krakowie, Kraków, al. 29 Listopada 46 tel.: (0-12) , , wydawn@ar.krakow.pl, www: wydawnictwo.ur.krakow.pl Ark. wyd. 11, ark. druk. 8,25, nakład 120 egz. Druk i oprawa: EXPOL, P. Rybiński, J. Dąbek, sp.j., ul. Brzeska 4, Włocławek, tel. (0-54) , sekretariat@expol.home.pl ISSN Antonkiewicz.indd :51:24

3 Spis treści 1. Wstęp Przegląd literatury Ilość popiołów paleniskowych wytwarzanych w Polsce Skład chemiczny polskich popiołów paleniskowych Wpływ popiołów na zawartość metali ciężkich w glebach uprawnych terenów uprzemysłowionych Wykorzystanie popiołów w Polsce szansa i zagrożenie Ilość komunalnych osadów ściekowych produkowanych w Polsce Rekultywacja biologiczna składowisk odpadów paleniskowych Zagospodarowanie mieszanin popiołowo-osadowych w biologicznej rekultywacji terenów poprzemysłowych Cel i zakres pracy Materiał i metody badań Wprowadzenie Doświadczenia wazonowe Charakterystyka gleby i odpadów zastosowanych do doświadczeń wazonowych Obiekty badawcze doświadczeń wazonowych Warunki prowadzenia doświadczeń wazonowych Doświadczenia polowe Charakterystyka gleby i odpadów użytychw doświadczeniach polowych Obiekty badawcze doświadczeń polowych Warunki prowadzenia doświadczeń polowych Metody badań laboratoryjnych Frakcjonowanie metali ciężkich Opracowanie statystyczne Wyniki badań Doświadczenia wazonowe Plon roślin Wpływ zastosowanych odpadów na zawartość metali ciężkichw roślinach Ocena zawartości metali ciężkich w roślinach uprawianychna mieszani - nach popiołowo-osadowych oraz na popiołach Antonkiewicz.indd :51:24

4 4 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Wpływ zastosowanych odpadów na pobranie metali ciężkich przez rośliny Zmiany wybranych właściwości chemicznych gleby i odpadów Zawartość metali ciężkich w glebie i odpadach Frakcje metali ciężkich w glebie i odpadach Doświadczenia polowe Plon roślin Zawartość metali ciężkich w roślinach Ocena zawartości metali ciężkich w roślinach uprawianych na mieszaninach popiołowo-osadowych oraz na składowisku odpadów paleniskowych nawożonych osadem ściekowym Pobranie metali ciężkich przez rośliny Zmiany wybranych właściwości chemicznych podłoży Zawartość metali ciężkich w podłożach Frakcje metali ciężkich w podłożach Dyskusja wyników Wnioski Literatura Summary Antonkiewicz.indd :51:24

5 1. Wstęp Problem właściwego zagospodarowania odpadów paleniskowych w Polsce, a także w wielu innych krajach uzyskujących energię elektryczną ze spalania węgla, stał się przedmiotem intensywnych badań naukowych. Wynika to przede wszystkim z potrzeby zabezpieczenia terenów ich składowania przed pyleniem, migracją metali ciężkich do podłoża oraz polepszenia warunków higienicznych i estetycznych środowiska [Strzyszcz i Bzowski 1993, Kwiatkowska i in. 2006]. Ponadto olbrzymie ilości tych odpadów są gromadzone na składowiskach, które zajmują coraz większe powierzchnie i wymagają odpowiedniego zagospodarowania. Powierzchnia składowisk odpadów paleniskowych wymagających biologicznego zagospodarowania w Polsce wynosi ponad 4500 ha. Podejmowane są próby ograniczania niekorzystnego oddziaływania odpadów paleniskowych na środowisko. Jednym ze sposobów jest wprowadzenie do wierzchniej warstwy popiołu paleniskowego zdeponowanego na składowisku odpowiednich ilości komunalnego osadu ściekowego, które nadają mu właściwości zbliżone do warunków glebowych. Takie podłoże zawiera składniki niezbędne do życia roślin oraz mikroorganizmów i zwierząt glebowych. Stąd dokonywana tym sposobem glebotwórcza rekultywacja składowisk odpadów paleniskowych prowadzi do powstania i ukształtowania szaty roślinnej [Gilewska i Przybyła 2001, Czyż i Kitczak 2007]. W Polsce istnieją duże możliwości wykorzystania osadów ściekowych do nawożenia gleb uprawnych oraz rekultywacji składowisk odpadów przemysłowych, w tym popiołów paleniskowych [Dyrektywa , Rozporządzenie Ministra Środowiska , Ochrona Środowiska ]. Jedną z cech odpadów paleniskowych jest brak w nich materii organicznej (nie licząc pozostałości węgla) oraz azotu. Dlatego dodatek osadów ściekowych zasobnych w te składniki może przyczynić się do poprawy ich właściwości. Biologiczne zagospodarowanie popiołów paleniskowych oraz komunalnych osadów ściekowych umożliwi rozwój szaty roślinnej oraz pozwoli na poprawę właściwości fizyczno-chemicznych komponentów środowiska. Wspomniane wcześniej badania powinny dać podstawę do racjonalnego zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych i odpadów paleniskowych [Kowalik i in. 2001, Gilewska 2004]. Antonkiewicz.indd :51:24

6 6 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Odpady paleniskowe charakteryzują się specyficznymi właściwościami fizycznochemicznymi i biologicznymi, które są często różnie oceniane [Rosik-Dulewska i Dulewski 1989]. Można się spotkać ze skrajnymi opiniami. Część autorów stwierdza, że ze względu na zawartość metali ciężkich i innych toksycznych składników popioły nie powinny być stosowane w celach przyrodniczych, a tym bardziej rolniczych [Bzowska i in. 1997, Staisz i in. 2000, Kwiatkowska i in. 2006]. Inni natomiast sądzą, że odpady te wykazują wiele cech, które będą korzystnie oddziaływać na środowisko glebowe, np. poprzez odkwaszanie, dostarczanie składników pokarmowych, poprawienie siedliska dla roślin [Stankowski i in. 2006, Gibczyńska i in. 2007]. Popioły paleniskowe zawierają pewną ilość metali ciężkich, z reguły mniejszą niż komunalne osady ściekowe [Bahranowski i in. 1999, Quant 2000]. W mieszaninach popiołowo-osadowych wartość ph wzrasta wraz ze zwiększaniem się udziału popiołu. Odczyn odpowiadający wartości ph przyczynia się do zmniejszania rozpuszczalności metali ciężkich [Satoshi i in. 1996, Maciejewska i Wrońska 2003]. Z racji tego, że popioły paleniskowe charakteryzują się słabą odsączalnością oraz odczynem alkalicznym [Kucowski i in. 1997], mogą być wykorzystane do wiązania metali ciężkich znajdujących się w osadach ściekowych, a tym samym ograniczać ich dostępność dla roślin. Antonkiewicz.indd :51:24

7 2. Przegląd literatury 2.1. Ilość popiołów paleniskowych wytwarzanych w Polsce Produkcja energii elektrycznej wiąże się między innymi ze spalaniem węgla kamiennego i brunatnego, a to z kolei prowadzi do gromadzenia olbrzymich ilości odpadów paleniskowych. Odpady paleniskowe dzielą się na mieszanki popiołowo-żużlowe, popioły lotne i żużle. W całości odpadów paleniskowych żużle stanowią około 15 20% [Kucowski i in. 1997]. Według danych GUS [Ochrona Środowiska ] w 2006 roku powstało ponad 120 mln ton odpadów przemysłowych, w tym ok. 14 mln ton odpadów paleniskowych (tab. 1). Wykorzystaniu (poddanie odzyskowi) mieszanek popiołowo-żużlowych z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych podlega niecałe 50%, pozostała część zostaje zdeponowana na składowiskach. Popioły lotne z węgla oraz żużle, popioły paleniskowe i pyły z kotłów są prawie w całości poddane odzyskowi. Odpady paleniskowe stanowią ok. 11,4% całkowitej ilości wytwarzanych odpadów przemysłowych. W 2006 roku ogólna ilość popiołów zalegających na składowiskach wynosiła około 280,9 mln ton [Ochrona Środowiska ]. Tak duże ilości popiołów ze względu na swoje niekorzystne właściwości fizykochemiczne stanowią duże zagrożenie dla środowiska. W związku z tym powinno się prowadzić zintegrowane działania w kierunku ich zagospodarowania, między innymi poprzez rekultywację składowisk popiołów energetycznych. Powierzchnia składowisk w 1979 roku zajmowała 1369 ha [Góra 1986]. W Polsce rocznie przybywało średnio około 150 ha terenów pod składowiska w 2000 roku powierzchnia składowisk wynosiła ponad 4500 ha. Polska, będąc członkiem Unii Europejskiej, zobowiązała się do ustanowienia własnej strategii mającej na celu zmniejszenie ilości odpadów umieszczanych na składowiskach oraz zapobieganie lub zredukowanie do minimum negatywnych skutków oddziaływania składowanych odpadów na środowisko, w szczególności w zakresie zanieczyszczenia ekosystemów wodnych, wód gruntowych, gleb, powietrza i otaczającego środowiska, uwzględniając przy tym efekt cieplarniany, a także zdrowie człowieka [Dyrektywa ]. Antonkiewicz.indd :51:24

8 8 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 1. Ilość odpadów przemysłowych i paleniskowych wytworzonych w Polsce i ich wykorzystanie w 2006 roku Table 1. Amount of industrial and furnace wastes generated in Poland and their utilisation in 2006 Wyszczególnienie Item Odpady, w tym: Wastes, in which mieszanki popiołowo- -żużlowe slag-ash mixtures popioły lotne z węgla coal fly ashes żużle, popioły paleniskowe i pyły z kotłów slag, furnace ashes and boiler dusts ogółem total [mln ton M tons] Odpady wytworzone w ciągu roku Wastes generated during the year poddane odzyskowi recovered unieszkodliwione disposed razem total w tym składowane in which deposited magazynowane czasowo temporarily stored [% wytworzonych / % of generated] Odpady dotychczas składowane Wastes deposited so far [mln ton M tons] 123,5 94,9 23,8 18,8 4,8 1746,0 7,6 49,8 45,7 45,6 4,5 244,0 4,3 96,6 1,6 1,6 1,8 18,8 2,2 94,2 2,7 1,3 3,1 18,1 Źródło/Source: Ochrona środowiska Skład chemiczny polskich popiołów paleniskowych Pod względem zawartości, pierwiastki występujące w popiołach węgla kamiennego dzielimy na pierwiastki matrycy, pierwiastki główne oraz śladowe [Bickelhaupt 1975, Bennet 1977, Coles i in. 1979, Matusiewicz i Janowicz 1983]. Pierwiastki matrycy to między innymi: krzemionka, tlenek glinu, tlenki żelaza. Tworzą one tzw. szkło glinokrzemianowe odpowiedzialne za niską rozpuszczalność popiołów. Do pierwiastków głównych zaliczamy takie pierwiastki jak wapń, magnez, potas, sód, fosfor, lit, tytan i siarka. Pierwiastki śladowe z powodu małego ich udziału w masie odpadów stanowią 0,1 0,3% całkowitej masy odpadów paleniskowych. Popioły z węgla kamiennego zawierające mikroelementy i metale ciężkie w znacznych ilościach mogą stanowić poważne zagrożenie w układzie gleba roślina zwierzę [Bzowska i in. 1997, Goswami Antonkiewicz.indd :51:24

9 Przegląd literatury 9 i Mahanta 2007]. Zawartość pierwiastków śladowych zmienia się w szerokim zakresie w zależności od rodzaju spalonego węgla, ilości i rodzaju zawartych w nim części niepalnych oraz parametrów technicznych urządzeń spalających węgiel [Kucowski i in. 1997]. Z licznych analiz chemicznych wynika, że zawartość pierwiastków śladowych w odpadach paleniskowych waha się w zakresie: ołów mg; kadm 0,5 4,6 mg; miedź 7,2 670,0 mg; cynk 46,6 520,0 mg; chrom 35,5 272,0 mg; nikiel 19,0 180,0 mg; mangan mg; arsen 0,85 0,93 mg kg 1 s.m. [Maciak 2003, Kucowski i in. 1997, Bahranowski i in. 1999]. Ponadto odpady paleniskowe mogą zawierać znaczne ilości boru [Herman 1996]. Z reguły jednak ilość metali ciężkich w popiołach nie przekracza wartości uznawanych za dopuszczalne dla gleb. Ze względu na znaczne różnice w składzie chemicznym węgli poszczególnych pokładów niezbędne jest określenie zawartości metali ciężkich w konkretnych próbkach popiołu. Różnice w zawartości metali ciężkich w węglu są tak znaczne, że wymóg ten powinien być obligatoryjny Wpływ popiołów na zawartość metali ciężkich w glebach uprawnych terenów uprzemysłowionych Gleby uprawne terenów uprzemysłowionych, zwłaszcza w otoczeniu składowisk odpadów paleniskowych, elektrowni, zakładów chemicznych, hut metali żelaznych i nieżelaznych, zostały w różnym stopniu zanieczyszczone metalami ciężkimi. Wielokrotne zwiększenie naturalnych zawartości metali ciężkich w wierzchniej warstwie gleb powoduje niekorzystne zmiany w środowisku glebowym, a także stwarza potencjalne ryzyko pobierania przez rośliny uprawne nadmiernych ilości zanieczyszczeń chemicznych [Borowiec i Zabłocki 1998, Gorlach i Gambuś 2000, Staisz i in. 2000]. Wzrastająca ilość składowanych odpadów stanowi obecnie istotne zagrożenie dla chemicznej równowagi niektórych ekosystemów [Maciak i in. 1976c, Czurda i Haus 2002]. Jednym z proponowanych sposobów częściowej likwidacji odpadów paleniskowych jest wykorzystanie ich do produkcji cementu, jako dodatku do kruszyw betonów, do produkcji lekkich elementów budowlanych, jako materiałów drogowych [Bzowska i in. 1997, Czerniak 2004]. Popioły paleniskowe poleca się do nawożenia gleb uprawnych lub w rekultywacji. Wykorzystanie popiołów z węgli kamiennych i brunatnych do tych celów jest już często stosowane w praktyce [Bogacz i in. 1995, Ferdyn i Strzyszcz 2002, Stankowski i in. 2006]. Popioły paleniskowe, obok pozytywnych efektów działania na glebę i rośliny, mogą okazać się toksyczne dla środowiska z powodu znacznej zawartości metali ciężkich [Maciak i in. 1976a, 1976b, Kabata-Pendias i in. 1987]. Wieloletnie badania [Quant 1997, 2000] dowiodły, że w warunkach składowania popiołów lotnych istnieje możliwość wyługowania ok. 1/3 Antonkiewicz.indd :51:24

10 10 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych całkowitej zawartości metali ciężkich z popiołów. Z drugiej jednak strony należy zdawać sobie sprawę z faktu, iż deponowanie popiołów w sposób umożliwiający filtracje wód przez warstwę tego materiału znacznie zwiększa możliwość wymywania metali ciężkich, do wartości przekraczającej nawet 80% całkowitej zawartości poszczególnych metali. Ponadto kwaśne opady atmosferyczne, działając na popioły paleniskowe, ze względu na swoją agresywność sprzyjają zwiększonej rozpuszczalności związków metali, które mogą przedostawać się do wód powierzchniowych i gruntów, a następnie do organizmów żywych [Quant 2000, Kwiatkowska i in. 2006] Wykorzystanie popiołów w Polsce szansa i zagrożenie Szansą na wzrost wykorzystania popiołów paleniskowych jest ich potencjał chemiczny, wyrażający się własnościami wiążącymi o charakterze hydraulicznym. W niektórych przypadkach wiązanie to, dzięki syntezie etryngitu, następuje bardzo szybko, co może stanowić przeszkodę w praktycznych zastosowaniach [Ratajczak i in. 1999, Stankowski i in. 2006]. Zróżnicowanie składu chemicznego wynikające z różnych cech spalonego węgla nie pozwala na otrzymanie popiołów o stałej jakości. Są to okoliczności utrudniające wykorzystanie popiołów; trudności te można próbować pokonać poprzez stabilizację, częściową hydratację, mieszanie z komunalnymi osadami ściekowymi lub inne procesy uzdatniające jak np. kompos towanie popiołów z dodatkiem węgla brunatnego czy osadami ściekowymi [Wójcikowska-Kapusta 2006, Wysokiński i Kalembasa 2006, Antonkiewicz 2007]. Wykorzystanie popiołów w Polsce poza rekultywacją terenów kopalń węgla brunatnego i wypełnieniami kopalń węgla kamiennego jest niewielkie. Obecnie rozwinięto szereg technologii optymalnego formowania rekultywowanego obszaru, tj. bezglebowej metody rekultywacji i wprowadzenie roślinności na warstwę popiołową [Strzyszcz 2004]. Kierunkiem działań niedocenianym jeszcze w Polsce jest przyrodnicze wykorzystanie popiołów do rekultywacji terenów zdegradowanych chemicznie oraz przyrodnicze wykorzystanie osadów ściekowych do rekultywacji składowisk popiołów paleniskowych. Wobec nowych regulacji, znacznie zaostrzających warunki składowania [Dyrektywa ], przyrodnicze wykorzystanie popiołów, obok wykorzystania przemysłowego, staje się sprawą kluczową. Brak odpowiednich norm w tym zakresie nie pozwala na zastosowanie popiołu nawet tam, gdzie jego własności fizykochemiczne to umożliwiają. Istnieją jedynie regulacje dotyczące wykorzystania popiołów lotnych w drogownictwie [PN-S-96035: 1997]. Ponadto obowiązuje norma branżowa [BN-79/ ], która klasyfikuje popioły na kruszywa i wypełniacze. W świetle literatury [Meyer i in. 1997, Wileński 1997, Czerniak i Poszyler-Adamska 2006] uboczne produkty spalania można wykorzystać do bu- Antonkiewicz.indd :51:24

11 Przegląd literatury 11 dowy dróg, nawierzchni parkingów, wałów przeciwpowodziowych, nasypów komunikacyjnych oraz nasypów konstrukcyjnych pod rurociągi. W warunkach polskich jedynie współpraca wytwórców popiołów (elektrowni zawodowych i przemysłowych oraz elektrociepłowni) z jednostkami naukowo-badawczymi, przy poważnym wsparciu finansowym ze strony rządowej oraz programów Unii Europejskiej, daje szanse na podjęcie skoordynowanych działań prowadzących do wykorzystania popiołów w rolnictwie oraz rekultywacji i zamknięcia składowisk odpadów paleniskowych Ilość komunalnych osadów ściekowych produkowanych w Polsce Bardzo dynamiczny w ostatnich latach rozwój sieci kanalizacyjnej, a także samej technologii oczyszczania ścieków sprawia, że w Polsce szybko rośnie liczba oczyszczalni ścieków i w związku z tym nasila się problem zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych [Ochrona Środowiska ]. Zasady postępowania z osadami ściekowymi określają przepisy ustawy o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r. oraz rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych z dnia 1 sierpnia 2002 r. [Ustawa o odpadach , Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Najczęstszymi sposobami postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi są: wykorzystanie rolnicze, składowanie na składowisku odpadów, wykorzystanie w celu rekultywacji terenu, magazynowanie na składowisku przy oczyszczalni ścieków, kompostowanie, przekształcanie termiczne. Komunalne oczyszczalnie ścieków obsługiwały w roku 2004 około 84% ludności miast i 17% mieszkańców wsi, wytwarzając 476,1 tys. ton suchej masy odpadów, z czego ok. 40% było składowane. Z danych opracowanych przez GUS [Ochrona Środowiska ] wynika, że ilość wytworzonej suchej masy osadów komunalnych corocznie systematycznie rośnie i w 2006 roku wyniosła 501,3 tys. ton (tab. 2). Przewiduje się, że do 2015 roku ilość osadów powstających w ciągu roku może się podwoić. Jak wynika z danych zawartych w tabeli 2, obecnie do celów rolniczych wykorzystana jest niewielka ilość osadów komunalnych, a główna ich część jest deponowana na składowiskach. Według danych GUS składowanie osadów komunalnych na składowiskach obejmuje prawie 30%, natomiast do rekultywacji terenów, w tym gruntów na cele rolne stosuje się 21,8%. Z danych przedstawionych w tabeli 2 wynika, że w Polsce wzrasta procentowy udział wykorzystania osadów ściekowych do rekultywacji terenów, a maleje ich składowanie. Antonkiewicz.indd :51:24

12 12 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 2. Ilość osadów komunalnych oraz sposoby postępowania z nimi Table 2. Amount of municipal wastes and their management Wyszczególnienie Item Osady wytworzone w ciągu roku ogółem, w tym: Sludges produced during the year, in which: [tys. ton s.m. / thou. tons d.m.] 359,8 446,5 476,1 501,3 stosowane w rolnictwie / used in agriculture 58,4 66,9 80,6 stosowane do rekultywacji terenów, w tym gruntów na cele rolne / used for land reclamation, including land for agricultural purposes stosowane stosowane do uprawy roślin przeznaczonych do produkcji kompostu / used for plant cultivation for compost 105,2 110,7 109,7 25,5 19,7 29,7 28,1 przekształcone termicznie / thermally processed 5,9 6,3 1,4 4,5 składowane / deposited 151,6 164,9 162,7 147,1 magazynowane czasowo / temporarily stored 38,6 inne / other 92,1 92,8 Źródło/Source: Ochrona środowiska Rekultywacja biologiczna składowisk odpadów paleniskowych Po zakończeniu eksploatacji składowisko odpadów paleniskowych podlega rekultywacji i ponownemu zagospodarowaniu [Siuta 1998, Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Odpady paleniskowe, których głównym ilościowo składnikiem są popioły lotne, stwarzają określone uciążliwości dla otoczenia. Decydują o tym dwa zjawiska: pylenie i migracja metali ciężkich. Pylenie jest praktycznie łatwe do eliminacji. Popioły lotne są materiałem o bardzo dużych zdolnościach pylenia, ale wyłącznie w stanie suchym. Przy podniesieniu wilgotności popiołów do wartości powyżej 5% problem ten zanika. Jednak pozostawienie popiołów w stanie naturalnym powoduje bardzo często wtórne przesuszenie do wartości wilgotności poniżej 5%, co skutkuje ponownym wystąpieniem pylenia. W praktyce w wypadku składowania tych odpadów zaleca się utrzymywanie wilgotności odpadów paleniskowych na określonym poziomie, co często bywa jednak trudne do zrealizowania w dłuższym czasie [Quant 2000, Gilewska i in. 2007]. Drugim z wymienionych zjawisk, które mogą stanowić potencjalne zagrożenie dla środowiska, jest względnie wysoka zawartość metali ciężkich w tych odpadach. Problem migracji metali ciężkich z odpadów paleniskowych do otaczającego środowiska (gruntów, wód podziemnych) powinien być rozwiązywany poprzez elimi- Antonkiewicz.indd :51:24

13 Przegląd literatury 13 nację filtracji wód przez warstwę popiołów. Kierunkiem działań zabezpieczających migrację metali ciężkich do środowiska jest wytwarzanie biologicznych barier (zadarnienie) ograniczających bądź uniemożliwiających wnikanie wód opadowych w masę odpadów. W wypadku składowisk odpadów paleniskowych problem wytwarzania bariery biologicznej polega na zapewnieniu odpowiednich warunków rozwoju roślinności wprowadzanej na składowisko. Korzystnym rozwiązaniem wydaje się pokrycie powierzchni odpadów paleniskowych komunalnymi osadami ściekowymi lub ich wymieszanie z wierzchnią warstwą popiołu [Siuta 1998, Gilewska i Przybyła 2001]. Zastosowany na składowisku popiołów osad ściekowy zespala lotne części popiołu, zapobiegając pyleniu, oraz dostarcza składników pokarmowych dla roślin stosowanych w rekultywacji. Warto nadmienić, że w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002 roku w sprawie komunalnych osadów ściekowych jako jeden ze sposobów wykorzystania osadów ściekowych podaje się właśnie rekultywacje terenów na cele nierolne (np. składowiska odpadów, stabilizacja powierzchni, przeciwdziałanie pyleniu) Zagospodarowanie mieszanin popiołowo-osadowych w biologicznej rekultywacji terenów poprzemysłowych W wielu aglomeracjach w Polsce powstają przemysłowe i komunalne osady ściekowe. W świetle obowiązującego prawa przyrodnicze wykorzystanie przemysłowych osadów ściekowych jest zabronione [Ustawa o odpadach ]. W wypadku komunalnych osadów ściekowych zawierających ponadnormatywne ilości metali ciężkich czy też skażonych sanitarnie, również zgodnie z prawem obowiązującym w naszym kraju, nie ma możliwości ich przyrodniczego zagospodarowania. Natomiast powstająca duża ilość komunalnych osadów ściekowych kwalifikuje się pod względem zawartości metali ciężkich do przyrodniczego ich zagospodarowania. Ustawodawca wprowadził limity aplikacyjne osadów ściekowych, kierując się pewnymi wielkościami efektywnej koncentracji metali w podłożu, uznawanymi za dopuszczalne, czyli niepowodujące negatywnych skutków w środowisku [Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Wykorzystanie komunalnych osadów ściekowych oraz odpadów paleniskowych do biologicznego zagospodarowania składowisk odpadów spotyka się jednakże z oporem, argumentowanym faktem, iż osady stanowią dodatkowe źródło metali ciężkich oraz innych nieobojętnych dla środowiska związków chemicznych. Bardzo często można spotkać się z argumentem, że nie powinno się do jednego groźnego (?) odpadu dodawać innego, jeszcze groźniejszego (?). Istota problemu polega więc na tym, czy wymieszanie popiołu z osadem przyczyni się do powstania mieszaniny popiołowo-osadowej o korzystniejszych właściwościach w porównaniu z substancjami Antonkiewicz.indd :51:24

14 14 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych wyjściowymi i czy otrzymana mieszanina nie będzie powodowała migracji zanieczyszczeń, w tym metali ciężkich, do środowiska. Dlatego w niniejszej pracy przedstawiono metodę przyrodniczego zagospodarowania osadów, popiołów oraz mieszanin popiołowo-osadowych. Z literatury wynika, że popioły paleniskowe pochodzące ze spalania węgla kamiennego zawierają metale ciężkie w ilościach z reguły mniejszych niż osady ściekowe [Bahranowski i in. 1999, Quant 2000]. W mieszaninach popiołowo-osadowych wartość ph jest na tyle wysoka, że przyczynia się do zmniejszania rozpuszczalności związków metali ciężkich w roztworze glebowym [Satoshi i in. 1996, Johnson i in. 1996]. Wymieszanie popiołów paleniskowych z osadami ściekowymi i wprowadzenie ich do gleby może zwiększyć wymywalność metali przez zmiany fizykochemiczne podłoża oraz dostępność pierwiastków toksycznych dla roślin [Ernst 1996, Oudeh i in. 1999, Maciejewska i Wrońska 2003, Wysokiński i Kalembasa 2006]. Oznacza to, że mieszaniny popiołowo-osadowe są odpadem, w którym następują przemiany fizyczne, chemiczne i biologiczne mogące oddziaływać na komponenty środowiska, gdzie po wprowadzeniu do podłoża istnieje zagrożenie wystąpienia toksycznego odcieku. Dlatego podłoża, na które zastosuje się te mieszaniny, powinny być monitorowane. Migracja metali ciężkich z podłoża, gdzie zastosowano mieszaniny popiołowo-osadowe, może zachodzić drogą wymywania przez wody opadowe lub pobieranie przez gatunki roślin dobranych pod kątem wytwarzania obfitej biomasy. Przemysłowe przeznaczenie biomasy roślin jest gwarancją wyłączenia pobranych przez nie metali ciężkich z łańcucha troficznego [Salt i in. 1998, Antonkiewicz i Jasiewicz 2002, Karczewska 2003]. Nadal jednak nie wyjaśniono jednoznacznie kwestii szkodliwego oddziaływania na rośliny pierwiastków oraz związków chemicznych występujących w formach łatwo dostępnych w popiołach, osadach oraz ich mieszaninach. Stąd prawidłowa ocena wpływu metali ciężkich uwalnianych z popiołów paleniskowych i osadów ściekowych oraz ich mieszanin na środowisko glebowe i rośliny winna, oprócz uwzględnienia znajomości całkowitej zawartości owych metali, opierać się także na wiedzy o występowaniu poszczególnych form metali ciężkich w glebie oraz ich wpływie na rośliny. Znajomość rozmieszczenia metali ciężkich w poszczególnych formach dostarcza też informacji o ich dostępności dla organizmów roślinnych [Piotrowska 1997, Gworek i in. 2004]. Na koniec należy zaznaczyć, że brak jest również badań wskazujących na chemiczne zmiany występujące w środowisku glebowym pod wpływem dużych dawek popiołów z węgla kamiennego oraz mieszanin popiołowo-osadowych. Dlatego podjęto próbę oceny przyrodniczego zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych i popiołów paleniskowych oraz ich mieszanin. Antonkiewicz.indd :51:24

15 3. Cel i zakres pracy Celem pracy była ocena przyrodniczego wykorzystania komunalnych osadów ściekowych i odpadów paleniskowych oraz ich mieszanin. Cel ten osiągnięto poprzez przeprowadzenie doświadczeń wegetacyjnych wazonowych i polowych. W badaniach tych uwzględniono: 1) wielkości plonów roślin, 2) zawartości i pobranie metali ciężkich przez rośliny, 3) zmiany właściwości chemicznych podłoży w wyniku stosowania tych odpadów, w tym: zmianę odczynu, kwasowości, zawartości węgla organicznego, azotu ogółem i przyswajalnych składników w glebach i podłożach, ogólną i rozpuszczalną w 1 mol HCl zawartość metali ciężkich w glebach i pod łożach, udział metali ciężkich w wydzielonych frakcjach. Roślinami testującymi odpady (popioły, osady oraz ich mieszaniny) w warunkach doświadczeń wazonowych były rośliny trawiaste i motylkowate oraz kukurydza. Badania Góral i Roli [2001] oraz L. Rogalskiego i in. [2001] wskazują na korzystny wpływ mieszaniny popiołów z osadami na wzrost i rozwój roślin trawiastych i motylkowatych. W badaniach Gosa [1999] oraz Kitczaka i in. [1999] wykazano również, że rośliny trawiaste i motylkowate najlepiej nadają się do rekultywacji hałd popiołowożużlowych. Stąd w doświadczeniu wazonowym zastosowano mieszankę składającą się z roślin trawiastych (kostrzewy czerwonej, kostrzewy trzcinowej, wiechliny łąkowej) oraz motylkowatej (komonicy zwyczajnej). W przedstawionych badaniach w doświadczeniach wazonowych wykorzystano również kukurydzę. Za jej wyborem przemawiał fakt, że jest to roślina o sporych wymaganiach pokarmowych, dająca znaczne plony i w związku z tym pobierająca dużo składników pokarmowych w konsekwencji można spodziewać się zmian we właściwościach chemicznych podłoży, na których była uprawiana. W kolejnym doświadczeniu wazonowym oceniono oddziaływanie popiołu paleniskowego na wybrane gatunki traw (tymotka łąkowa, kostrzewa czerwona, kostrzewa łąkowa, wiechlina łąkowa, życica trwała) pod kątem przydatności do biologicznego zagospodarowania składowiska odpadów paleniskowych. Antonkiewicz.indd :51:24

16 16 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych W doświadczeniu polowym testowano mieszaniny popiołowo-osadowe poprzez uprawę mieszanki traw (kostrzewa czerwona, kostrzewa trzcinowa, wiechlina łąkowa) z roślinami motylkowatymi (komonica zwyczajna i koniczyna biała). A w następnym doświadczeniu polowym, założonym na składowisku odpadów paleniskowych, zastosowano mieszankę składającą się wyłącznie z roślin trawiastych (kostrzewa czerwona, kostrzewa trzcinowa, kostrzewa łąkowa, wiechlina łąkowa, życica trwała). W doświadczeniach wegetacyjnych badano także wpływ mieszanin popiołowo- -osadowych na wybrane właściwości chemiczne podłoży. Zastosowanie mieszanin popiołowo-osadowych do gleby może zwiększyć rozpuszczalność metali ciężkich przez zmiany chemiczne podłoża, a w konsekwencji zwiększyć dostępność pierwiastków toksycznych dla roślin. Dlatego podjęto badania nad występującymi w popiołach paleniskowych metalami, które w największym stopniu zagrażają środowisku, mianowicie: Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni. Prześledzono również wpływ oddziaływania osadów ściekowych i popiołów paleniskowych oraz ich mieszanin na transformację metali ciężkich z form łatwo rozpuszczalnych w formy trudno rozpuszczalne. Bliższe poznanie właściwości chemicznych popiołów i osadów ściekowych pozwoli na ich optymalne wykorzystywanie w nawożeniu roślin oraz do rekultywacji biologicznej składowisk odpadów. Natomiast niewłaściwe zagospodarowanie tych odpadów może spowodować większe straty ekologiczne niż korzyści ekonomiczne. Antonkiewicz.indd :51:25

17 4. Materiał i metody badań 4.1. Wprowadzenie Określony wyżej cel badań realizowano, opierając się na trzech ścisłych doświadczeń wazonowych i dwóch doświadczeń polowych. Doświadczenia wazonowe przeprowadzono w latach w hali wegetacyjnej Katedry Chemii Rolnej Uniwersytetu Rolniczego (wówczas Akademii Rolniczej) w Krakowie, z kolei doświadczenia polowe I na terenie Miejsko-Przemysłowej Oczyszczalni Ścieków w Oświęcimiu w latach , a doświadczenie II na składowisku odpadów paleniskowych należącym do Firmy Chemicznej Dwory S.A. w latach Doświadczenia wazonowe W doświadczeniach wazonowych badano wpływ komunalnych osadów ściekowych, popiołów paleniskowych i mieszanin popiołowo-osadowych na przemiany chemiczne oraz na pobieranie metali ciężkich z podłoży przez rośliny testowe Charakterystyka gleby i odpadów zastosowanych do doświadczeń wazonowych Do badań w doświadczeniu wazonowym I użyto gleby o składzie granulometrycznym pyłu ilastego zawierała ona 18% piasku, 8% pyłu grubego, 36% pyłu drobnego, 24% iłu pyłowego grubego, 9% iłu pyłowego drobnego i 5% iłu koloidalnego. Na podstawie procentowego udziału części spławianych zastosowaną glebę zaliczono do gleb ciężkich [Zalecenia nawozowe 1990]. W doświadczeniu II i III użyto natomiast gleby lekkiej o składzie granulometrycznym piasku gliniastego lekkiego (tab. 3). Antonkiewicz.indd :51:25

18 18 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 3. Właściwości gleby oraz odpadów zastosowanych w doświadczeniach wazonowych Table 3. Properties of soil and wastes used in pot experiments Parametr Parameter Uziarnienie Texture Odczyn (ph KCl ) Reaction (ph KCl ) Jednostka Unit Gleba / Soil Popiół / Ash Osad / Sludge Doświadczenia / Experiments I II, III I III I płi pgl gpp 4,60 4,66 9,85 6,67 Odczyn (ph ) H2 O 4,73 5,67 10,06 6,82 Reaction (ph ) H2 O Hh 70,68 51,15 161,96 S mmol(+) kg 1 42,45 34,06 260,25 887,03 Węgiel organiczny Organic carbon 18,48 8,33 23,69 219,16 g kg 1 Azot ogółem Total nitrogen 1,92 0,59 0,53 35,25 P przyswajalny P available 57,43 32,44 41,18 611,40 K przyswajalny K available Mg przyswajalny Mg available Cr mg kg 1 s.m. mg kg 1 d.m. 72,42 18,61 140,33 247,60 109,75 59,76 989,86 885,49 39,33 17,95 33,85 48,95 Zn 70,25 65,25 93, ,50 Pb mg kg 1 s.m. 40,40 25,25 18,65 59,25 Cu mg kg 1 d.m. 8,28 4,35 74,50 272,25 Cd 0,43 0,43 0,28 5,10 Ni 30,08 11,43 39,98 23,03 płi pył ilasty / clayey silt, pgl piasek gliniasty lekki / light loamy sand, gpp glina piaszczysta pylasta / sandy silty loam, Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity Zawierała ona 71% piasku, 6% pyłu grubego, 10% pyłu drobnego, 6% iłu pyłowego grubego, 4% iłu pyłowego drobnego i 3% iłu koloidalnego [Systematyka gleb ]. Odczyn gleby ciężkiej zastosowanej w doświadczeniu I i gleby lekkiej z doświadczenia II i III był kwaśny [Zalecenia nawozowe 1990]. Gleba z doświadczenia I charakteryzowała się naturalną zawartością Pb, Cu i Cd, a podwyższoną Cr, Zn i Ni. Natomiast w glebie lekkiej z doświadczeń II i III stwierdzono naturalną zawartość Cr i Cu, a podwyższoną Zn, Pb, Cd i Ni [Kabata-Pendias i in. 1993, Kabata-Pendias Antonkiewicz.indd :51:25

19 Materiał i metody badań 19 i in. 1995]. Stwierdzona koncentracja metali ciężkich kształtowała się poniżej dopuszczalnych zawartości tych pierwiastków w glebach zakwalifikowanych do nawożenia osadami ściekowymi [Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. We wszystkich przeprowadzonych doświadczeniach wazonowych zastosowano popiół paleniskowy pochodzący ze spalania węgla kamiennego. Popiół paleniskowy pobrano ze składowiska odpadów paleniskowych (osadnik III, kwatera czynna LŁ popiołów paleniskowych) należącego do Firmy Chemicznej Dwory S.A. Była to mieszanina popiołowo-żużlowa z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych o numerze katalogowym [Katalog odpadów ]. Popiół paleniskowy został zaliczony do grupy 10, do której należą odpady z procesów termicznych, i podgrupy 01 odpady z elektrowni i innych zakładów energetycznego spalania paliw. Zastosowany w doświadczeniach wazonowych popiół paleniskowy odpowiadał pod względem kategorii agronomicznej glebie średniej, a pod względem składu granulometrycznego glinie piaszczystej pylastej (tab. 3). Porównując zawartość metali ciężkich w zastosowanym popiele paleniskowym do dopuszczalnej ilości metali ciężkich, jaką przyjęto dla osadów ściekowych, stwierdzono, że użyty popiół można wprowadzić do gleby, nie pogarszając jej właściwości chemicznych (zawartość metali ciężkich). Ponadto porównując zawartość metali ciężkich w badanym popiele paleniskowym według liczb granicznych zaproponowanych przez IUNG, stwierdzono naturalną zawartość metali ciężkich z wyjątkiem miedzi [Kabata-Pendias i in. 1995]. Zawartość metali ciężkich w popiołach, w porównaniu z glebą, nie powinna stanowić zagrożenia ze strony popiołów paleniskowych. Komunalny osad ściekowy ustabilizowany w procesie mezofilnej fermentacji metanowej, a zastosowany w doświadczeniu I pochodził z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków w Oświęcimiu. Komunalny osad ściekowy zawierał znacznie większe ilości metali ciężkich w porównaniu z popiołem paleniskowym (tab. 3). Oznaczona zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w osadzie ściekowym nie przekraczała dopuszczalnych wartości warunkujących ich wykorzystanie przyrodnicze. Ponadto ilość metali ciężkich w glebach zastosowanych w doświadczeniach wazonowych nie przekraczała dopuszczalnych wartości przy rekultywacyjnym wykorzystaniu komunalnych osadów ściekowych [Rozporządzenie Ministra Środowiska ] Obiekty badawcze doświadczeń wazonowych Doświadczenie wazonowe I Dwuczynnikowe doświadczenie wazonowe I obejmowało czynniki: czynnik 1 kombinacje zastosowanych odpadów, czynnik 2 rośliny (mieszanka traw z komonicą zwyczajną i kukurydzą). W doświadczeniu uwzględniono następujące kombinacje (tab. 4): Antonkiewicz.indd :51:25

20 20 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 4. Kombinacje odpadów zastosowanych w doświadczeniu wazonowym I Table 4. Combinations of wastes used in pot experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja / Combination Dawka [g wazon 1] Dose [g pot 1] 1 Kontrola (gleba ciężka) / Control (heavy soil) Komunalny osad ściekowy / Municipal sewage sludge (O) Popiół paleniskowy / Furnace ash (P) Mieszanina popiołowa-osadowa 1:1 / Ash-sludge mixture 1:1 (PO) Mieszanina popiołowo-osadowa 1% / Ash-sludge mixture 1% (PO 1%) Mieszanina popiołowo-osadowa 2% / Ash-sludge mixture 2% (PO 2%) Mieszanina popiołowo-osadowa 5% / Ash-sludge mixture 5% (PO 5%) Mieszanina popiołowo-osadowa 10% / Ash-sludge mixture 10% (PO 10%) Mieszanina popiołowo-osadowa 20% / Ash-sludge mixture 20% (PO 20%) Mieszanina popiołowo-osadowa 30% / Ash-sludge mixture 30% (PO 30%) (kontrola) gleba ciężka / 1 (control) heavy soil, PO mieszanina popiołu z osadem w stosunku wagowym 1:1 / blend of ash with sludge at weight ratio 1:1, PO 1 30% gleba z dodatkiem mieszaniny w ilości 1 30% ogólnej masy gleby / soil with addition of blend in amount equivalent to 1 30% of total soil mass W doświadczeniu uwzględniono obiekty obejmujące wyłącznie komponenty wchodzące w skład mieszanin (obiekty 1 3). Obiekt 4 obejmował jedynie mieszaninę popiołowo-osadową wymieszaną w stosunku wagowym 1:1. Obiekty 5 10 obejmowały mieszaniny popiołowo-osadowe wymieszane w stosunku wagowym 1 : 1 i dodane do gleby w ilości od 1% do 30% w stosunku do ogólnej masy gleby w wazonie, co odpowiadało dawkom od 15 do 450 t ha 1. Wyżej wymienione odpady (komunalny osad ściekowy, popiół paleniskowy oraz ich mieszaniny) zastosowano w doświadczeniu jednorazowo, w pierwszym roku, przed wysianiem roślin. Drugim czynnikiem doświadczalnym były rośliny: tj. mieszanka traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydza odm. Kosmo 230. Mieszankę roślin wysiano w liczbie 85 nasion na wazon, a kukurydzy 9 szt. na 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%, komo- Antonkiewicz.indd :51:25

21 Materiał i metody badań 21 nica zwyczajna (Lotus corniculatus L.) 12%. Okres wegetacji kukurydzy w latach wynosił odpowiednio: 91, 98, 92 dni. Doświadczenie wazonowe I przeprowadzono w wazonach polietylenowych o pojemności 6 kg. Doświadczenie wazonowe II Jednoczynnikowe doświadczenie wazonowe II obejmowało wzrastające dawki popiołów w glebie, na których uprawiano kukurydzę odm. Kosmo 230. Kukurydzę wysiano w ilości 9 szt. na wazon. Doświadczenie przeprowadzono w wazonach polietylenowych o pojemności 4 kg, napełnionych glebą lekką i wzrastającymi dawkami popiołu paleniskowego w ilości od 13,33 do 800,0 g wazon 1 (tab. 5). Tabela 5. Dawki popiołu paleniskowego zastosowanego w doświadczeniu wazonowym II Table 5. Doses of furnace ash used in pot experiment II Nr obiektu Object No. Dawka popiołu / Ash dose [g wazon 1 / g pot 1 ] [t ha 1 ] , , , , , , , ,00 wyłącznie popiół / ash alone Dawki popiołu odpowiadały od 10 do 600 t ha 1. W schemacie doświadczenia uwzględniono również obiekt kontrolny, obejmujący wyłącznie glebę i obiekt z samym popiołem paleniskowym (obiekt 9). Okres wegetacji kukurydzy w latach wynosił odpowiednio: 91, 99, 92 dni. Doświadczenie wazonowe III Dwuczynnikowe doświadczenie wazonowe III obejmowało gatunki traw uprawiane na glebie lekkiej z dodatkiem popiołu. Pierwszy czynnik doświadczalny stanowiła dawka popiołu (533 g wazon 1, odpowiadająca 400 t ha 1 ) oraz obiekt kontrolny, tj. gleba bez dodatku popiołu (tab. 6). Drugim czynnikiem były gatunki traw: tymotka łąkowa (Phleum pratense L.), kostrzewa czerwona (Festuca rubra L.), kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis Huds.), wiechlina łąkowa (Poa pratensis L.), życica trwała (Lolium perenne L.). Gatunki traw wysiano w ilości 30 nasion na wazon. Antonkiewicz.indd :51:25

22 22 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 6. Kombinacje popiołu paleniskowego zastosowanego w doświadczeniu wazonowym III Table 6. Combinations of furnace ash used in pot experiment III Lp. / No Gatunek trawy Grass species Tymotka łąkowa Timothy grass Kostrzewa czerwona Red fescue Wiechlina łąkowa Meadow grass Kostrzewa łąkowa Meadow fescue Życica trwała Perennial ryegrass Kombinacja Combination Dawka popiołu [g wazon 1 ] Ash dose [g pot 1 ] Kontrola / Control (IK) 0 Popiół / Ash (IP) 533 Kontrola / Control (IIK) 0 Popiół / Ash (IIP) 533 Kontrola / Control (IIIK) 0 Popiół / Ash (IIIP) 533 Kontrola / Control (IVK) 0 Popiół / Ash (IVP) 533 Kontrola / Control (VK) 0 Popiół / Ash (VP) Warunki prowadzenia doświadczeń wazonowych Doświadczenia wazonowe przeprowadzono w latach w czterech powtórzeniach. Mieszankę roślin i gatunki traw wysiano jednorazowo w pierwszym roku prowadzenia doświadczenia. W drugim i trzecim roku prowadzenia doświadczenia w/w rośliny były traktowane jako uprawa wieloletnia. W doświadczeniach wazonowych kukurydzę wysiewano corocznie. We wszystkich wazonach stosowano corocznie stałe nawożenie NPK w ilości: 0,3 mg N, 0,08 mg P, 0,2 mg K kg 1 gleby, w formie NH 4 NO 3, KH 2 PO 4, KCl. Nawozy mineralne w formie roztworów zastosowano w wypadku mieszanki roślin i gatunków traw w pierwszym roku na dwa tygodnie przed wysianiem roślin i dokładnie wymieszano z podłożem. W drugim i trzecim roku badań nawozy stosowano wczesną wiosną, nim ruszyła wegetacja roślin. W wypadku kukurydzy nawozy stosowano corocznie na dwa tygodnie przed wysianiem roślin. W czasie wegetacji rośliny podlewano wodą redestylowaną, utrzymując wilgotność gleby na poziomie 60% maksymalnej pojemności wodnej. Zbiory mieszanki traw oraz gatunków przeprowadzono corocznie w trzech pokosach. Natomiast zbioru kukurydzy dokonywano po około 90 dniach wegetacji, przed wyrzuceniem wiech. Mieszankę traw z komonicą zwyczajną, gatunki traw oraz kukurydzę zbierano z każdego wazonu (powtórzenia), następnie po wysuszeniu w suszarce w temp. 75 o C określono wielkość plonu suchej masy i wyrażono w g s.m. na wazon. Do analizy chemicznej została pobrana próbka (5 g s.m.) materiału roślinnego z każdego wazonu. Antonkiewicz.indd :51:25

23 Materiał i metody badań Doświadczenia polowe W warunkach doświadczeń polowych badano wpływ zróżnicowanych dawek osadów ściekowych oraz mieszanin popiołowo-osadowych na plon i pobieranie metali ciężkich przez rośliny oraz na właściwości chemiczne podłoży Charakterystyka gleby i odpadów użytych w doświadczeniach polowych Doświadczenie polowe I założono na glebie o składzie granulometrycznym gliny średniej. Wierzchnia warstwa gleby (0 20 cm) zawierała 42% piasku, 7% pyłu grubego, 10% pyłu drobnego, 11% iłu pyłowego grubego, 12% iłu pyłowego drobnego, 18% iłu koloidalnego. Odczyn gleby (ph KCl ), na której założono doświadczenie polowe, był obojętny, natomiast popiołu paleniskowego zasadowy, a komunalnego osadu ściekowego lekko kwaśny (tab. 7). Gleba zawierała C i N odpowiednio 8,24 i 0,67 g kg 1 s.m. Stwierdzona w osadzie ściekowym zawartość węgla organicznego i azotu ogółem była odpowiednio ponad 26- i 41-krotnie wyższa w porównaniu z glebą, natomiast ponad 3- i 2-krotnie wyższa w porównaniu z popiołem paleniskowym. Zawartość przyswajalnego P i K w glebie kształtowała się na poziomie średnim, a Mg na poziomie bardzo wysokim. Z kolei w użytym w doświadczeniu polowym I osadzie ściekowym zawartość przyswajalnych makroelementów (P, K, Mg) kształtowała się na poziomie bardzo wysokim. W popiele paleniskowym zawartość przyswajalnego P i K kształtowała się na poziomie wysokim, a Mg na bardzo wysokim [Zalecenia nawozowe 1990]. Według granicznych zawartości metali ciężkich w powierzchniowych warstwach gleb zaproponowanych przez IUNG [Kabata-Pendias i in. 1993, Kabata-Pendias i in. 1995] badana gleba charakteryzowała się naturalną zawartością Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni (stopień 0). Glebę, na której założono doświadczenie, cechowała się zawartością metali ciężkich dopuszczalną przy stosowaniu osadów ściekowych do rekultywacji gruntów na potrzeby rolnicze i nierolnicze [Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Zastosowany w doświadczeniach polowych (I i II) komunalny osad ściekowy pochodził z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków w Oświęcimiu. Badany osad ściekowy charakteryzował się ponad 24-krotnie wyższą zawartością Zn w porównaniu z popiołem paleniskowym, natomiast zawartość Ni w osadzie była niższa w porównaniu z popiołem i glebą. Przy zestawieniu uzyskanych wyników z danymi z literatury okazało się, że analizowany osad charakteryzował się niską zawartością metali ciężkich [Kuziemska i Kalembasa 1997a, Gambuś 1999]. W doświadczeniach polowych, podobnie jak w doświadczeniach wazonowych, użyto popiołu paleniskowego pochodzącego ze spalania węgla kamiennego. Była to Antonkiewicz.indd :51:25

24 24 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 7. Właściwości gleby oraz odpadów zastosowanych w doświadczeniach polowych Table 7. Properties of soil and wastes used in field experiments Parametr Parameter Uziarnienie Texture Odczyn (ph KCl ) Reaction (ph KCl ) Jednostka Unit Doświadczenie polowe I Field experiment I Gleba Soil Popiół Ash Osad Sludge Doświadczenie polowe II Field experiment II Popiół Ash Osad Sludge gs pgmp płz 6,81 8,46 5,88 8,74 6,25 Odczyn (ph ) H2 O 7,20 8,72 6,32 8,83 6,72 Reaction (ph ) H2 O Hh 8,15 184,27 134,11 mmol(+) kg S 1 97,47 248,35 798,35 207,09 845,98 Węgiel organiczny 8,24 26,09 217,04 40,36 268,46 Organic carbon g kg 1 Azot ogółem 0,67 1,91 27,51 1,55 38,91 Total nitrogen P przyswajalny P available 48,15 85,33 576,23 145,98 648,96 K przyswajalny mg kg 1 s.m. K available mg kg 1 d.m. 135,85 155,36 365,15 121,62 412,48 Mg przyswajalny Mg available 211,35 538,45 452,67 453,97 865,87 Cr 19,66 20,33 48,20 35,80 72,45 Zn 64,70 33,10 805,00 35,25 987,23 Pb mg kg 1 s.m. 14,26 10,36 64,60 9,25 58,96 Cu mg kg 1 d.m. 21,30 35,60 236,00 42,45 547,36 Cd 0,55 0,61 2,04 0,15 3,14 Ni 19,75 22,20 14,35 36,50 36,47 gs glina średni,a / medium loam, pgmp piasek gliniasty mocny pylasty / heavy loamy silty sand, płz pył zwykły / silt, Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity mieszanina popiołowo-żużlowa z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych o numerze katalogowym [Katalog odpadów ]. Zastosowany w doświadczeniu polowym I popiół paleniskowy odpowiadał pod względem kategorii agronomicznej glebie lekkiej, a pod względem składu granulometrycznego piaskowi gliniastemu mocnemu pylastemu, natomiast popiół paleniskowy zdeponowany na składowisku odpowiadał glebie średniej, a pod względem składu granulometrycznego pyłowi zwykłemu (tab. 7). Odczyn popiołu paleniskowego użytego w doświadczeniach polowych był zasadowy, a zatem nie ujawniła się kwasowość wymienna. Wysoka zawartość węgla organicznego i azotu ogółem w po piele paleniskowym tłumaczy się obecnością niespalonego węgla organicznego. Zawartość przy- Antonkiewicz.indd :51:25

25 Materiał i metody badań 25 swajalnego P i Mg w popiele zdeponowanym na składowisku kształtowała się na poziomie bardzo wysokim, a K na poziomie średnim. Zawartość metali ciężkich w popiołach paleniskowych użytych w doświadczeniach polowych była stosunkowo niska i porównywalna do ilości występujących w glebach uprawnych [Dudka 1992]. Zastosowany na składowisku popiołów paleniskowych komunalny osad ściekowy charakteryzował się odczynem lekko kwaśnym, a zawartość węgla organicznego i azotu ogółem była odpowiednio 6,6- i 25-krotnie wyższa w porównaniu z popiołem paleniskowym (tab. 7). Osad ściekowy był bogatym źródłem przyswajalnych makroelementów, ponieważ zawartość przyswajalnego P, K i Mg kształtowała się na poziomie bardzo wysokim. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w osadzie ściekowym była odpowiednio ponad 1-, 27-, 5-, 11- i 19-krotnie wyższa w porównaniu ze zdeponowanym popiołem paleniskowym. Zawartość niklu w osadzie była na porównywalnym poziomie jak w popiele paleniskowym. Z danych zamieszczonych w tabeli 7 wynika, że osad ściekowy pod względem zawartości metali ciężkich może być wykorzystywany przyrodniczo, tj. stosowany w rolnictwie lub przeznaczony do rekultywacji np. odpadów paleniskowych [Rozporządzenie Ministra Środowiska ] Obiekty badawcze doświadczeń polowych Doświadczenie polowe I Jednoczynnikowe doświadczenie polowe I założono w układzie losowanych bloków. Powierzchnia poletek wynosiła 8 m 2. Schemat doświadczenia obejmował 6 obiektów różniących się dawką wprowadzonych osadów ściekowych i popiołów oraz ich mieszanin (tab. 8). Popiół i osady oraz ich mieszaniny zastosowano jednorazowo na powierzchnię gleby (bez przyorywania) na dwa tygodnie przed wysianiem mieszanki roślin. W doświadczeniu wysiano mieszankę składającą się z traw i roślin motylkowatych o następującym składzie botanicznym: Festuca rubra (L.) kostrzewa czerwona Brudzyńska (40%), Festuca arundinacea (Schreb.) kostrzewa trzcinowa Skarpa (15%), Poa pratensis (L.) wiechlina łąkowa Skiz (20%), Lotus corniculatus (L.) komonica zwyczajna Skrzeszowicka (10%), Trifolium repens (L.) koniczyna biała Haifa (15%). Doświadczenie polowe II Jednoczynnikowe doświadczenie polowe II na składowisku popiołów paleniskowych, założono w układzie losowanych bloków. Powierzchnia poletek wynosiła 10 m 2. Doświadczenie obejmowało 5 obiektów (każdy w czterech powtórzeniach), różniących się dawką wprowadzonych komunalnych osadów ściekowych (tab. 9). Antonkiewicz.indd :51:25

26 26 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 8. Kombinacje odpadów zastosowanych w doświadczeniu polowym I Table 8. Combinations of wastes used in field experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja / Combination Dawka odpadu [t ha 1 s.m.] Waste dose [t ha 1 d.m.] 1 Kontrola (gleba) / Control (soil) 0 2 Komunalny osad ściekowy Municipal sewage sludge (O) Popiół paleniskowy / Furnace ash (P) Mieszanina popiołowo-osadowa 3/4:1/4 Ash-sludge mixture 3/4:1/4 (PO 3/4:1/4) Mieszanina popiołowo-osadowa 1/4:3/4 Ash-sludge mixture 1/4:3/4 (PO ) Mieszanina popiołowo-osadowa 1:1 Ash-sludge mixture 1:1 (PO 1:1) 150 osadu + 50 popiołu 150 sludge + 50 ash 50 osadu popiołu 50 sludge ash 100 osadu popiołu 100 sludge ash Tabela 9. Dawki osadu ściekowego zastosowanego w doświadczeniu polowym II Table 9. Doses of sewage sludge used in field experiment II Nr obiektu Object No. Kombinacja / Combination Dawka osadu [t ha 1 s.m.] Sludge dose [t ha 1 d.m.] 1 Kontrola (składowisko) / Control (landfill) 0 2 Komunalny osad ściekowy / Municipal sewage sludge 25 3 Komunalny osad ściekowy / Municipal sewage sludge 50 4 Komunalny osad ściekowy / Municipal sewage sludge 75 5 Komunalny osad ściekowy / Municipal sewage sludge 100 Komunalny osad ściekowy zastosowano powierzchniowo na dwa tygodnie przed wysianiem mieszanki traw. We wcześniejszych badaniach (doświadczenie wazonowe I) stwierdzono, że rośliny motylkowate słabiej zadarniały popioły paleniskowe oraz mieszaniny popiołowo-osadowe [Antonkiewicz, Radkowski 2006], dlatego w doświadczeniu polowym II założonym na składowisku odpadów paleniskowych zastosowano mieszankę składającą się wyłącznie z roślin trawiastych. Wysiano mieszankę traw o następującym składzie botanicznym: Festuca rubra (L.) kostrzewa czerwona, odm. Brudzyńska (20%), Festuca arundinacea (Schreb.) kostrzewa trzcinowa, odm. Skarpa (25%), Festuca pratensis (L.) kostrzewa łąkowa, odm. Skiba (25%), Poa pratensis (L.) wiechlina łąkowa, odm. Skiz (5%), Lolium perenne (L.) (życica trwała) rajgras angielski, odm. Solen (25%) Warunki prowadzenia doświadczeń polowych Doświadczenie polowe I przeprowadzone w latach zostało zlokalizowane na terenie Miejsko-Przemysłowej Oczyszczalni Ścieków EMPOŚ w Oświęcimiu. Mieszankę roślin wysiano ręcznie w trzeciej dekadzie lipca 2002 roku, a ilość wysie- Antonkiewicz.indd :51:25

27 Materiał i metody badań 27 wu mieszanki wynosiła 26,40 kg ha 1. Norma wysiewu mieszanki roślin została zwiększona o 20% ze względu na niekorzystne warunki, jakimi charakteryzują się popioły, stanowiące utwory jałowe o złych właściwościach powietrzno-wodnych [Bogacz i in. 1995]. Początkowo zasiewy mieszanki zraszano wodą w miarę wysychania podłoża na głębokość 2 cm. Po 2 tygodniach od wysiewu obserwowano wschody. W doświadczeniu nie stosowano nawożenia mineralnego (NPK). Rośliny w pierwszym roku wegetacji skoszono w trzeciej dekadzie września (1 odrost), natomiast w kolejnych latach koszono trzykrotnie, pierwszy raz w fazie kłoszenia dominujących gatunków traw, a pozostałe pokosy po upływie 6 7 tygodni. Doświadczenie polowe I przeprowadzono metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach. Doświadczenie polowe II przeprowadzono w latach na składowisku odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne należące do Firmy Chemicznej Dwory S.A., w pobliżu Miejsko-Przemysłowej Oczyszczalni Ścieków EMPOŚ w Oświęcimiu. Składowisko posiada między innymi kwaterę popiołową, nieczynną, wypełnioną odpadami paleniskowymi, tj. mieszanką popiołowo-żużlową z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych, o numerze katalogowym [Katalog odpadów ]. Składowany popiół, czyli mieszanka popiołowo-żużlowa doprowadzona została hydrotransportem i zdeponowana w kwaterze popiołowej. Mieszankę traw wysiano ręcznie 3 sierpnia 2005 roku w ilości 53 kg ha 1. Norma wysiewu traw została zwiększona o 50%, ponieważ trawy początkowo słabo kiełkują w warunkach wysokiego odczynu [Rogalski i Kardyńska 1999]. Początkowo zasiewy mieszanki zraszano wodą w miarę wysychania podłoża na głębokość 2 cm. Po 3 tygodniach od wysiewu obserwowano wschody. W doświadczeniu tym również nie stosowano nawożenia mineralnego (NPK). Rośliny w pierwszym roku wegetacji skoszono w pierwszej dekadzie października (1 odrost), natomiast w kolejnych latach koszono jednokrotnie, w pierwszej dekadzie września. Doświadczenia polowe II przeprowadzano również metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach Metody badań laboratoryjnych Do analizy chemicznej została pobrana próbka (5 g s.m.) materiału roślinnego z każdego powtórzenia (wazonu, poletka). W materiale roślinnym po jego spopieleniu w temperaturze 450 o C przez 8 godz. i roztworzeniu popiołu w HNO 3 (1 : 2), oznaczono zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni. Próbki gleby z doświadczeń wazonowych i polowych pobrano również z każdego powtórzenia (wazonu, poletka). Próbki gleby, odpadów z doświadczeń polowych pobrano z warstwy 0 20 cm za pomocą laski Egnera. W materiale glebowym z każdego powtórzenia, oznaczono podstawowe właściwości chemiczne metodami ogólnie przyjętymi w stacjach chemiczno-rolniczych [Metody badań ]. Były to następujące oznaczenia: odczyn (ph) w roz- Antonkiewicz.indd :51:25

28 28 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych tworze 1 mol KCl dm 3, kwasowość hydrolityczna metodą Kappena, suma kationów zasadowych w 1 mol dm 3 CH 3 COONH 4, zawartość węgla organicznego metodą Tiurina, zawartość przyswajalnego fosforu i potasu metodą Egnera-Riehma, zawartość magnezu metodą Schatschabela. W glebie (podłożach) oznaczono zawartość metali ciężkich zbliżoną do ogólnej po uprzednim spopieleniu materii organicznej i trawieniu w mieszaninie HClO 4 i HNO 3 (3 : 2) oraz ich frakcje metali, a także zawartość metali rozpuszczalną w 1,0 M HCl. Zawartość metali ciężkich zarówno w przesączach gleb (podłoży), jak i w materiale roślinnym oznaczono metodą ICP AES (inductively coupled plasma atomowa spektrofotometria emisyjna oparta na palniku indukcyjnie wzbudzonej plazmy) Frakcjonowanie metali ciężkich W oznaczeniach zawartości różnych frakcji metali w badanych podłożach wykorzystano wersję schematu sekwencyjnego frakcjonowania metali zaproponowaną przez Tessiera i in. [1979]. Wyodrębniono pięć frakcji metali ciężkich (Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni): 1) metale wymienne (FI) powietrznie suchy i zhomogenizowany materiał ekstrahowano z 8 cm 3 1,0 M MgCl 2, przy ph 7, wytrząsając przez 1 godz. w temp. 25 o C; 2) metale związane z węglanami (FII) pozostałość po formie wymiennej ekstrahowano 8 ml 1,0 M CH 3 COONa, przy ph 5, ciągle wytrząsając przez 5 godz. w temp. 25 o C; 3) metale związane z tlenkami żelaza i manganu (FIII) pozostałość po węglanach ekstrahowano przez 5 godz. w 20 cm 3 0,04 M NH 2 OH HCl rozpuszczonego w 25% CH 3 COOH (vol/vol) w temp. 96 o C, mieszając od czasu do czasu; 4) metale związane z materią organiczną (FIV) pozostałość po formie tlenków Fe-Mn ekstrahowano 3 cm 3 0,02 M HNO cm 3 30% H 2 O 2 (vol/vol) przez 2 godz. w temp. 85 o C, mieszając od czasu do czasu, następnie dodawano 3 cm 3 30% H 2 O 2 w temp. 85 o C mieszając od czasu do czasu, a na koniec wytrząsano z 5 ml 3,2 M CH 3 COONH 4 w 20% HNO 3 (vol/vol) przez 0,5 godz. w temp. 25 o C; 5) pozostałość metali związana z krzemianami, frakcja rezydualna (FV) pozostałość po formie organicznej rozkładano na gorąco z 10 cm 3 40% HF i 2 cm 3 70% HClO 4, po podsuszeniu dodawano 1 cm 3 HClO 4, i ogrzewano do pojawienia się białych dymów, a pozostałość rozpuszczano w HCl (1:1) i rozcieńczano do 100 cm 3. Ekstrakcję jednogramowych próbek podłoża prowadzono w 50 cm 3 polietylenowych gilzach wirówkowych. Po każdej ekstrakcji próbki wirowano 3000 obr./min przez 30 min. Pozostałość ekstrakcji przemywano 8 cm 3 H 2 O, wirowano ponownie Antonkiewicz.indd :51:25

29 Materiał i metody badań 29 jak wyżej i supernatant usuwano. W przesączach, z każdego powtórzenia (wazonu), oznaczono zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni występujących w poszczególnych frakcjach metodą ICP AES. W badaniach przyjęto za najbardziej mobilne, tj. łatwo dostępne dla roślin, pierwsze dwie frakcje (FI FII). Z literatury [Rosik-Dulewska 1999, Gworek i in. 2006] wiadomo, że za bardzo ruchliwe, czyli łatwo przechodzące do roztworu glebowego i pobierane przez rośliny, uważa się formy metali rozpuszczalne w wodzie wymienne i związane z węglanami (FI FII). Frakcje metali śladowych silniej związane z fazą stałą gleby (odpadu), głównie z tlenkami żelaza i manganu oraz materią organiczną (FIII FIV), stanowią również potencjalne źródło metali ciężkich dla roślin, jednakże ich uwalnianie z gleby (odpadów) zachodzi na ogół wolniej. Metale tworzące połączenia glinokrzemianowe (pozostałość FV) ulegają rozpuszczeniu dopiero w stężonych kwasach mineralnych i uważa się je za niedostępne dla roślin [Tessier i in. 1979, Rosik-Dulewska 1999, Gworek i in. 2006] Opracowanie statystyczne Do obliczeń statystycznych użyto arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel 7.0 i Statistica v Statystycznej oceny poszczególnych źródeł zmienności dokonano, wykorzystując procedurę analizy wariancji. Istotność różnic między porównywanymi średnimi badanych cech (parametrów, wskaźników) stwierdzono, opierając się na teście T Tukeya przy poziomie istotności dla doświadczeń wazonowych α = 0,01, a dla doświadczeń polowych α = 0,05. Antonkiewicz.indd :51:26

30 5. Wyniki badań 5.1. Doświadczenia wazonowe Plon roślin Plon roślin uzyskany w doświadczeniach wazonowych przedstawiono w tabelach jako średnią z całego okresu badań ( ) oraz w poszczególnych latach badań. Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na wielkość plonu mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Zastosowanie mieszanin popiołowo-osadowych do gleby wpłynęło na wzrost plonu mieszanki traw, natomiast obniżyło plon kukurydzy (tab. 10). Trzyletni cykl badań wykazał, że zastosowane w doświadczeniu mieszaniny popiołowo-osadowe w ilości od 2 do 30% w stosunku do ogólnej masy utworu glebowego (obiekty 6 10) powodowały istotny wzrost plonu mieszanki traw w porównaniu z obiektem kontrolnym. Wzrost ten w zależności od obiektu wynosił od 9 do 44% w stosunku do kontroli. Spośród badanych podłoży istotnie najwyższy plon uzyskano na obiekcie, na którym zastosowano dodatek 30% mieszaniny popiołowo-osadowej w stosunku do masy utworu glebowego. W wypadku kukurydzy najwyższy plon części nadziemnych uzyskano w obiekcie z 1-procentowym dodatkiem mieszaniny popiołowo-osadowej. Zwiększanie procentowego udziału mieszanin popiołowo-osadowych w wielkości 2 30% w stosunku do masy gleby wpłynęło istotnie na obniżenie plonu części nadziemnych kukurydzy. Przy najwyższej dawce mieszaniny popiołowo-osadowej w glebie obniżenie plonu kukurydzy wynosiło 40% w stosunku do kontroli. Zastosowanie wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowej (obiekt 4) wpłynęło na ponad 35-procentowy wzrost plonu mieszanki traw, natomiast na 11-procentowe obniżenie plonu części nadziemnych kukurydzy. Zastosowanie w doświadczeniu wyłącznie osadu i popiołu (obiekty 2, 3) istotnie obniżyło plon suchej masy mieszanki i kukurydzy Antonkiewicz.indd :51:26

31 Wyniki badań 31 Tabela 10. Plon mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Table 10. Yield of grass mixture with birdsfoot trefoil and yield of maize pot experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Rok / Year Mieszanka traw z komonicą zwyczajną [g s.m. wazon 1 ] Grass mixture with birdsfoot trefoil [g d.m. pot 1 ] Średnia Average 1 Kontrola / Control 84,6 88,6 87,4 86,9 2 O 66,3 81,7 69,1 72,4 3 P 34,6 68,0 54,0 52,2 4 PO 103,3 126,0 123,5 117,6 5 PO 1% 83,7 95,6 89,9 89,7 6 PO 2% 85,7 104,2 95,8 95,2 7 PO 5% 88,8 113,3 106,6 102,9 8 PO 10% 99,1 119,7 116,2 111,7 9 PO 20% 102,6 127,9 124,5 118,3 10 PO 30% 107,1 135,3 133,3 125,3 Średnia / Average 85,6 106,0 100,0 97,2 NIR (α = 0,01) dla lat LSD (α = 0.01) for years 3,44 3,38 3,92 Kukurydza [g s.m. wazon 1 ] / Maize [g d.m. pot 1 ] 1 Kontrola / Control 133,3 123,5 128,9 128,6 2 O 91,2 88,4 94,9 91,5 3 P 32,0 26,5 31,6 30,0 4 PO 119,5 108,0 115,6 114,4 5 PO 1% 134,0 128,4 136,4 132,9 6 PO 2% 134,5 124,5 134,3 131,1 7 PO 5% 122,4 116,0 115,5 117,9 8 PO 10% 112,1 102,9 109,1 108,0 9 PO 20% 94,4 84,1 91,6 90,0 10 PO 30% 82,4 71,7 76,6 76,9 Średnia / Average 105,6 97,4 103,4 102,1 NIR (α = 0,01) dla lat LSD (α = 0.01) for years 6,54 8,85 8,20 NIR (α = 0,01) dla rośliny LSD (α = 0.01) for plant NIR (α = 0,01) dla obiektu LSD (α = 0.01) for object NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,83 3,07 4,34 *patrz tabela 4 / see Table 4 Antonkiewicz.indd :51:26

32 32 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych w porównaniu z obiektem kontrolnym. Z niniejszych badań wynika, że wyżej wymienione obiekty w większym stopniu wpłynęły na obniżenie plonu części nadziemnych kukurydzy w porównaniu z mieszanką. Obniżenie plonu mieszanki traw i części nadziemnych kukurydzy w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad, wynosiło odpowiednio: 16% i 28%, a dla popiołu 40% i 76% w stosunku do kontroli. Z badań wynika także, że zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego w największym stopniu wpłynęło na obniżenie plonu mieszanki i części nadziemnych kukurydzy, natomiast wpływ osadu ściekowego na obniżenie plonu testowanych roślin był mniejszy. Analiza plonowania mieszanki traw z komonicą zwyczajną w poszczególnych latach badań wykazała, że najwyższe zbiory uzyskano w drugim i trzecim roku badań, natomiast wielkość plonu części nadziemnych kukurydzy była w miarę wyrównana. Ponadto warto nadmienić, że skład botaniczny testowanej mie szanki pozostawał stabilny w poszczególnych latach badań. Wpływ wzrastających dawek popiołów do gleby na plon kukurydzy doświadczenie wazonowe II Średnia wielkość plonu części nadziemnych kukurydzy wahała się w zależności od obiektu od 11,8 do 40,5 g s.m. wazon 1 (tab. 11). Dodatek do gleby 13,33 g popiołu na wazon wpłynął istotnie na podwyższenie plonu części nadziemnych kukurydzy Tabela 11. Plon kukurydzy doświadczenie wazonowe II Table 11. Yield of maize pot experiment II Nr obiektu Object No. Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Rok / Year [g s.m. wazon 1 ] / [g d.m. pot 1 ] Średnia Average 1 0,00 28,8 29,9 30,6 36,4 2 13,33 31,8 33,0 32,0 40,5 3 26,67 30,2 32,2 29,5 38,0 4 66,67 24,5 25,3 26,7 31, ,33 24,5 22,8 25,8 29, ,67 23,4 21,9 23,8 28, ,33 22,6 20,4 22,2 26, ,00 19,1 16,5 18,5 22, ,00 7,3 8,6 10,3 11,8 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 2,87 2,95 5,03 2,31 * patrz tabela 5 / see Table 5 Antonkiewicz.indd :51:26

33 Wyniki badań 33 w porównaniu z kontrolą. Podwojenie dawki popiołu (26,67 g wazon 1 ) nie wpłynęło istotnie na podwyższenie plonu części nadziemnych kukurydzy, aczkolwiek zarejestrowano niewielki wzrost w porównaniu z kontrolą. Natomiast kolejne dawki popiołu wprowadzone do gleby w ilości od 66,67 do 800 g wazon 1 wpłynęły istotnie na obniżenie plonu części nadziemnych kukurydzy w porównaniu z obiektem kontrolnym. Obniżenie masy części nadziemnych kukurydzy przy najwyższej dawce popiołu (obiekt 8, tj. 800 g na wazon, co odpowiadało 600 t ha 1 ) wynosiło 38% w stosunku do kontroli. Zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego (obiekt 9) również wpłynęło istotnie na obniżenie plonu kukurydzy. Obniżenie plonu części nadziemnych w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie popiół, wynosiło ponad 67% w porównaniu z kontrolą. Plon części nadziemnych kukurydzy uzyskany w poszczególnych latach badań był w miarę wyrównany. Wpływ dodatku popiołu do gleby lekkiej na plon gatunków traw doświadczenie wazonowe III Wielkość plonu w obiektach kontrolnych, wahała się w zależności od gatunku i obiektu od 11,7 do 43,7 g, a w obiektach z popiołem od 6,0 do 33,5 g s.m. wazon 1 (tab. 12). Spośród badanych gatunków największym plonem zarówno w obiekcie kontrolnym, jak i z dodatkiem popiołu charakteryzowała się kostrzewa łąkowa i życica trwała, natomiast najniższym wiechlina łąkowa. Dodatek do gleby 533,33 g popiołu na wazon wpłynął istotnie na obniżenie plonu badanych gatunków traw w porównaniu z kontrolą. Największe obniżenie plonu zarejestrowano w wypadku wiechliny łąkowej i kostrzewy czerwonej. Obniżenie plonu wyżej wymienionych gatunków po dodaniu popiołu wynosiło blisko 50% (48,5 i 48,7%) w porównaniu z kontrolą. Dodatek popiołu do gleby w najmniejszym stopniu wpłynął na obniżenie plonu kostrzewy łąkowej i życicy trwałej. Obniżenie plonu obu gatunków wynosiło ponad 21% (21,3% i 23,2%) w porównaniu z kontrolą. Większe oddziaływanie popiołów na wielkość plonu zarejestrowano w wypadku tymotki łąkowej. Obniżenie plonu tego gatunku pod wpływem popiołu wynosiło blisko 40% w stosunku do kontroli. Najniższym spadkiem plonu na oddziaływanie popiołu zareagowała życica trwała i kostrzewa łąkowa, następnie tymotka łąkowa, kostrzewa czerwona, a największy spadek plonu obserwowano u wiechliny łąkowej. Analiza plonu gatunków traw wykazała, że najwyższe plony uzyskano w drugim roku, natomiast najniższe w pierwszym roku wegetacji. Antonkiewicz.indd :51:26

34 34 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 12. Plon gatunków traw doświadczenie wazonowe III Table 12. Yield of grass species pot experiment III Tymotka łąkowa Timothy grass Gatunek trawy Grass species Kostrzewa czerwona Red fescue Wiechlina łąkowa Meadow grass Kostrzewa łąkowa Meadow fescue Życica trwała Perennial ryegrass Średnia dla dawki popiołu Average for ash dose Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Rok Średnia Average [g s.m. wazon 1 ] / [g d.m. pot 1 ] 31,6 18,9 25,2 11,1 10,1 3,8 35,9 27,0 39,8 30,4 28,5 18,3 42,5 26,7 38,3 21,3 15,3 9,6 44,7 36,6 49,4 37,6 38,0 26,4 35,5 20,6 30,7 15,8 9,8 4,6 39,0 30,4 41,9 32,6 31,4 20,8 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu / LSD (α = 0.01) for ash dose 0,71 1,52 1,10 0,58 NIR (α = 0,01) dla gatunku / LSD (α = 0.01) for species 1,11 2,40 1,74 1,30 NIR (α = 0,01) dla interakcji / LSD (α = 0.01) for interaction 1,58 3,40 2,46 1,83 *patrz tabela 6 / see Table 6 36,5 22,1 31,4 16,1 11,7 6,0 39,8 31,3 43,7 33,5 32,6 21, Wpływ zastosowanych odpadów na zawartość metali ciężkich w roślinach Zawartość metali ciężkich w roślinach uzyskanych w doświadczeniach wazonowych przedstawiono jako średnią ważoną z całego okresu badań ( ) na rycinach 1 3. Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na zawartość metali ciężkich w mieszance traw z komonicą zwyczajną i kukurydzy doświadczenie wazonowe I W badaniach własnych stwierdzono, że mieszaniny popiołowo-osadowe zastosowane do gleby powodowały systematyczny wzrost zawartości Cr w mieszance traw z komonicą zwyczajną oraz w kukurydzy (ryc. 1). Wzrost zawartości Cr w mieszance roślin i kukurydzy w obiekcie, w którym zastosowano 30% dodatku mieszaniny popiołowo-osadowej, wynosił odpowiednio 43% i 26% w stosunku do obiektu kontrolnego. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych powodował również Antonkiewicz.indd :51:26

35 Wyniki badań 35 Ryc. 1. Zawartość metali ciężkich w mieszance traw i w kukurydzy (mg. kg 1 s.m.) doświadczenie wazonowe I; opis obiektów patrz tabela 4 Fig. 1. Heavy metal contents of grass mixture and maize (mg. kg 1 d.m.) pot experiment I; see Table 4 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:29

36 36 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych wzrost zawartości Cd, ale tylko w mieszance roślin, natomiast zawartość tego metalu w kukurydzy uległa obniżeniu. Odwrotną zależność po zastosowaniu mieszanin popiołowo-osadowych do gleby zarejestrowano w wypadku Cu. Zawartość tego mikroelementu w mieszance ulegała obniżeniu, natomiast w kukurydzy systematycznie wzrastała. W niniejszych badaniach stwierdzono, że w miarę wzrostu udziału mieszanin popiołowo-osadowych w glebie systematyczne obniżają się zawartości Zn, Pb i Ni w mieszance oraz w kukurydzy. Obniżenie zawartości wyżej wymienionych metali przy 30% dodatku mieszaniny popiołowo-osadowej do gleby wynosiło odpowiednio: dla Zn 39% i 54%, dla Pb 44% i 58%, dla Ni 63% i 24% w stosunku do obiektu kontrolnego. Zastosowanie w doświadczeniu wyłącznie osadu ściekowego (obiekt 2) wpłyneło na wzrost zawartości Zn i Cu w mieszance oraz kukurydzy. Ponadto w mieszance uprawianej na osadzie zarejestrowano wzrost zawartości Cr i Pb, natomiast w kukurydzy zawartość tych pierwiastków ulegała obniżeniu. Osad ściekowy wpłynął na obniżenie Cd i Ni w testowych roślinach. Popiół paleniskowy zastosowany jako jedyny (obiekt 3) wyraźnie oddziaływał na obniżenie zawartości Zn, Pb, Cd i Ni w testowych roślinach. Ponadto popiół paleniskowy wpłynął na wzrost zawartości Cr w mieszance i wzrost zawartości Cu w kukurydzy. Wymieszanie popiołu z osadem ściekowym (obiekt 4) wpłynęło na obniżenie zawartości Pb, Cd i Ni w mieszance i kukurydzy. Wyżej wymieniona mieszanina spowodowała wzrost zawartości Cr i Zn w mieszance traw z komonicą zwyczajną, a obniżyła występowanie tych pierwiastków w kukurydzy. Z danych zamieszczonych na rycinie 1 wynika, że mieszanka traw z komonicą zwyczajną gromadziła więcej Cr, Pb, Cu, Cd i Ni aniżeli kukurydza. W kukurydzy stwierdzono wyższe zawartości Zn w porównaniu z mieszanką. Z badań własnych wynika, że mieszaniny popiołowo-osadowe oraz ich komponenty różnicują zawartość metali ciężkich w roślinach. Ponadto popiół paleniskowy oraz mieszaniny popiołowo-osadowe wpłynęły na obniżenie zawartości Zn, Pb i Ni w mieszance traw z komonicą zwyczajną oraz w kukurydzy, natomiast osad ściekowy stanowił źródło badanych metali dla roślin. Wpływ wzrastających dawek popiołów wprowadzonych do gleby na zawartość metali ciężkich w kukurydzy doświadczenie wazonowe II W doświadczeniu badano wpływ wzrastających dawek popiołu wprowadzonych do gleby lekkiej na zawartość metali ciężkich w kukurydzy (ryc. 2). Stwierdzono, że kukurydza uprawiana na glebie, do której wprowadzono wzrastające dawki popiołu, wykazywała systematyczny wzrost zawartości chromu i miedzi. Zwiększenie zawartości chromu i miedzi w częściach nadziemnych kukurydzy, przy najwyższej dawce popiołu w glebie (800 g wazon 1 ) wynosiło odpowiednio 38% i 51% w stosunku do kontroli. Zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego (obiekt 9) również istotnie Antonkiewicz.indd :51:29

37 Wyniki badań 37 Ryc. 2. Zawartość metali ciężkich w kukurydzy (mg. kg 1 s.m.) doświadczenie wazonowe II; opis obiektów patrz tabela 5 Fig. 2. Heavy metal contents of maize (mg. kg 1 d.m.) pot experiment II; see Table 5 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:29

38 38 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych oddziaływało na wzrost zawartości Cr i Cu w częściach nadziemnych kukurydzy. Z omawianych badań wynika, że popiół zastosowany jako jedyny w większym stopniu oddziaływał na wzrost zawartości tych pierwiastków w kukurydzy aniżeli popiół dodany do gleby. Zaaplikowane do gleby popioły paleniskowe wpłynęły natomiast na obniżenie zawartości Zn, Pb, Cd i Ni w częściach nadziemnych kukurydzy w stosunku do obiektu kontrolnego. Spośród badanych metali ciężkich, przy najwyższej dawce popiołu do gleby (obiekt 8, tj. 800 g wazon 1, co odpowiadało 600 t ha 1 ) największe obniżenie zawartości w częściach nadziemnych kukurydzy zarejestrowano w wypadku kadmu 91%, następnie cynku 68%, i niklu 51%, a najmniejsze w wypadku ołowiu 46% w stosunku do obiektu kontrolnego. Zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego w jeszcze większym stopniu wpłynęło na obniżenie zawartości tych metali w częściach nadziemnych. Z niniejszych badań wynika, że znaczącym źródłem Cr i Cu w kukurydzy był zastosowany w doświadczeniu popiół paleniskowy. Wpływ popiołów na zawartość metali ciężkich w gatunkach traw doświadczenie wazonowe III Prezentowane na rycinie 3 wyniki wskazują na istotne różnice w zawartości metali ciężkich w badanych gatunkach traw. Spośród gatunków traw uprawianych na glebie z dodatkiem popiołu najwyższe ilości Cr, Pb, Ni gromadziła wiechlina łąkowa, Zn tymotka łąkowa, Cu życica trwała, Cd kostrzewa łąkowa. Zastosowanie popiołu do gleby spowodowało istotne obniżenie zawartości Zn, Pb, Cd i Ni we wszystkich badanych gatunkach. Dodatek popiołu do gleby w największym stopniu obniżył zawartość Zn i Pb w kostrzewie łąkowej obniżenie to wynosiło odpowiednio 65,7% i 44,7% w stosunku do kontroli. Natomiast największe obniżenie zawartości Cd i Ni (odpowiednio 66,4% i 47,2% w porównaniu z obiektem kontrolnym) pod wpływem popiołu zastosowanego do gleby zarejestrowano u życicy trwałej. W wypadku Cr, w odróżnieniu od pozostałych badanych pierwiastków, zarejestrowano istotny wpływ dodatku popiołu do gleby na wzrost zawartości tego pierwiastka w większości gatunków traw. Wyjątkiem była kostrzewa łąkowa, u której oznaczono istotnie niższą zawartość chromu (ponad 10% w stosunku do kontroli) w efekcie wprowadzenia popiołu do gleby. Zastosowanie popiołu do gleby wpłynęło istotnie na obniżenie zawartości miedzi u kostrzewy czerwonej i łąkowej oraz wiechliny łąkowej, natomiast tymotka łąkowa i życica trwała reagowały zwiększonym pobieraniem Cu z obiektów z popiołem. Antonkiewicz.indd :51:30

39 Wyniki badań 39 Ryc. 3. Zawartość metali ciężkich w gatunkach traw (mg. kg 1 s.m.) doświadczenie wazonowe III; opis obiektów patrz tabela 6 Fig. 3. Heavy metal contents of grass species (mg. kg 1 d.m.) pot experiment III; see Table 6 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:30

40 40 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Ocena zawartości metali ciężkich w roślinach uprawianych na mieszaninach popiołowo-osadowych oraz na popiołach Dopuszczalna zawartość metali ciężkich 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 s.m. [Gorlach 1991, Kabata-Pendias i in. 1993]. Oceniając mieszankę traw z komonicą zwyczajną według powyższego kryterium, stwierdzono, że spełniała ona wymogi pod względem zawartości Cr, Pb, Zn, Cu, Ni stawiane paszom dobrej jakości; jedynie zawartość Cd w analizowanym materiale wykluczała wykorzystanie jej do celów paszowych, ponieważ zastosowane mieszaniny popiołowoosadowe jako komponenty glebowe wpłynęły na przekroczenie dopuszczalnej zawartości tego pierwiastka w zebranym plonie. Warto podkreślić, że mieszanka traw z komonicą zwyczajną uzyskana z obiektów, w których jako podłoże zastosowano wyłącznie osad, popiół oraz ich mieszaninę (obiekty 2 4), cechowała się niższym pobieraniem Cd przez rośliny w porównaniu z obiektem kontrolnym. Zawartość Cd w mieszance traw z komonicą uzyskanej z tych obiektów nie przekroczyła wartości progowych. Natomiast oceniając części nadziemne kukurydzy uzyskane w tych samych warunkach co mieszanka traw z komonicą zwyczajną stwierdzono, że pod względem zawartości Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni spełniała ona wymogi stawiane paszom dobrej jakości. Doświadczenie wykazało, że jedynie zawartość Cd w częściach nadziemnych kukurydzy uprawianej w kontroli i obiektach, w których zastosowano 1 i 2% dodatku mieszanin popiołowo-osadowych, wykluczała ją do wykorzystania na cele paszowe. Stwierdzono także, że zastosowanie wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowej wyraźnie ograniczało pobieranie Cr, Zn, Pb, Cd, Ni przez kukurydzę, a tym samym nie skutkowało przekroczeniem dopuszczalnej zawartości metali ciężkich w zebranym plonie. Ponadto uzyskany plon części nadziemnych kukurydzy z obiektów, w których jako podłoże zastosowano wyłącznie osad i popiół, charakteryzował się zawartością metali ciężkich poniżej wartości progowych. Oceniając części nadziemne kukurydzy uprawianej na glebie lekkiej ze wzrastającymi dawkami popiołu paleniskowego, stwierdzono, że spełniała ona również wymogi stawiane pod względem zawartości Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni paszom dobrej jakości. Jedynie zawartość Cd w częściach nadziemnych kukurydzy uprawianej w kontroli wykluczała ją z wykorzystania na cele paszowe. Uzyskany plon części nadziemnych kukurydzy z obiektów, w których jako podłoże zastosowano wyłącznie popiół, cechował się zawartością metali ciężkich poniżej wartości progowych. Oceniając gatunki traw uprawiane na glebie z dodatkiem popiołu, stwierdzono, że pod względem zawartości Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni spełniały one wymogi stawiane paszom dobrej jakości. W badaniach ustalono, że zastosowany popiół paleniskowy wyraźnie ograniczał pobieranie Zn, Pb, Cd, Ni przez gatunki traw i kukurydzę, a tym samym nie przyniósł skutku w postaci przekroczenia dopuszczalnej zawartości metali ciężkich w zebranym plonie. Antonkiewicz.indd :51:30

41 Wyniki badań 41 Uprawa roślin na osadach, popiołach, mieszaninach popiołowo-osadowych stwarza możliwość przemieszczania się metali ciężkich z wyżej wymienionych odpadów do części nadziemnych roślin, dlatego też uzyskany plon powinien być przeznaczony między innymi do produkcji kompostu albo na cele energetyczne Wpływ zastosowanych odpadów na pobranie metali ciężkich przez rośliny Pobranie (wynos) metali ciężkich przez rośliny w doświadczeniach wazonowych przedstawiono jako sumę z całego okresu badań, tj. z lat , na rycinach 4 6. Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na pobranie metali ciężkich przez mieszankę traw z komonicą zwyczajną i kukurydzę doświadczenie wazonowe I Stwierdzono, że pod wpływem wzrastającego udziału mieszanin popiołowo-osadowych w glebie (obiekty 5 10) pobranie Cr przez mieszankę traw systematycznie się zwiększało, natomiast pobranie tego pierwiastka przez kukurydzę, przy 30% dodatku wyżej wymienionej mieszaniny, ulegało obniżeniu (ryc. 4). Mieszaniny popiołowo-osadowe zastosowane do gleby wpłynęły na systematyczne obniżenie pobrania Pb i Ni przez testowe rośliny. W wypadku cynku również stwierdzono obniżenie pobrania przy najwyższych dawkach powyższej mieszaniny. Dodatek do gleby mieszanin popiołowo-osadowych powodował wzrost pobrania Cu i Cd przez mieszankę traw z komonicą zwyczajną, natomiast obniżenie pobrania tych metali przez kukurydzę. Najmniejszy wynos badanych metali ciężkich przez testowe rośliny zarejestrowano w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie popiół paleniskowy (obiekt 3). Najniższe pobranie metali ciężkich tłumaczy się między innymi najniższym plonem (tab. 10) i występowaniem pierwiastków w formach biologicznie niedostępnych (tab. 19). Ponadto zarejestrowano, że mieszanka traw z komonicą zwyczajną uprawiana na popiele pobierała więcej Cr, Zn, Pb, Cu i Ni w porównaniu z kukurydzą uprawianą w tych samych warunkach. Pobranie Cd przez testowe rośliny z popiołu paleniskowego było na zbliżonym poziomie. Rośliny uprawiane na osadzie ściekowym (obiekt 2) wyniosły mniejsze ilości Cr, Cd i Ni w porównaniu z kontrolą, natomiast Zn i Cu pobierały znacznie więcej. Stwierdzono, że spośród badanych metali Cr, Pb, Cu i Ni z osadu ściekowego były pobierane w większych ilościach przez mieszankę traw z komonicą zwyczajną aniżeli przez kukurydzę. Odwrotną zależność stwierdzono w wypadku Cd kukurydza pobierała z osadu ściekowego znacznie więcej tego metalu aniżeli mieszanka traw. Natomiast ilość Zn pobrana z osadu ściekowego przez testowe rośliny była na podobnym poziomie. Antonkiewicz.indd :51:30

42 42 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Ryc. 4. Pobranie metali ciężkich przez mieszankę traw oraz kukurydzę (mg. wazon 1 ) doświadczenie wazonowe I; opis obiektów patrz tabela 4 Fig. 4. Heavy metal uptake by grass mixture and maize (mg. pot 1 ) pot experiment I; see Table 4 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:30

43 Wyniki badań 43 Wpływ wzrastających dawek popiołów wprowadzonych do gleby na pobranie metali ciężkich przez kukurydzę doświadczenie wazonowe II Ilość badanych metali wyniesionych (pobranych) przez kukurydzę zależała od wielkości plonu i zawartości danego pierwiastka (ryc. 5). Pod wpływem wzrastających dawek popiołu do gleby zarejestrowano systematyczne obniżanie pobrania Cr, Zn, Pb, Cd i Ni przez części nadziemne kukurydzy. Największy wynos Cr, Zn i Cu przez części nadziemne kukurydzy stwierdzono przy dawce popiołu 13,33 g wazon 1, co odpowiadało 10 t ha 1, natomiast Pb, Cd i Ni w obiekcie kontrolnym, w którym nie zastosowano popiołu. Obniżenie pobrania badanych metali przez części nadziemne kukurydzy przy najwyższej dawce popiołu zaaplikowanej do gleby (obiekt 8) wynosiło dla Cr ponad 15%, dla Zn 81%, dla Pb 67%, dla Cu 8%, dla Cd 94%, dla Ni 70% w stosunku do obiektu kontrolnego. W wypadku Cu wzrastające dawki popiołu do gleby nie miały istotnego wpływu na obniżenie lub wzrost pobrania tego mikroelementu przez części nadziemne kukurydzy. Aczkolwiek w obiektach nawożonych popiołem (2 7) w dawkach 13,33 533,33 g wazon 1, co odpowiadało t ha 1, zarejestrowano niewielki wzrost pobrania tego mikroelementu. Dopiero najwyższa dawka popiołu zastosowana do gleby (800 g wazon 1 ) dała skutek w postaci obniżenia o 8% pobrania Cu przez kukurydzę. Zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego (obiekt 9) istotnie obniżyło pobranie Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni przez części nadziemne kukurydzy. W obiekcie tym stwierdzono największe obniżenie pobrania metali ciężkich przez kukurydzę. Spośród badanych metali, największe obniżenie pobrania pierwiastków stwierdzono w wypadku Cd (98%) i Zn (93%), następnie Ni i Pb (ponad 85%), a najmniejsze w wypadku Cr i Cu (ponad 50%). Obniżenie pobrania metali ciężkich było związane głównie ze spadkiem plonu kukurydzy. Wpływ popiołów na pobranie metali ciężkich przez gatunki traw doświadczenie wazonowe III Spośród gatunków traw uprawianych w warunkach kontrolnych największe pobranie Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni zarejestrowano u życicy trwałej i kostrzewy łąkowej (ryc. 6). Natomiast zastosowanie popiołu do gleby lekkiej w dawce 533 g wazon 1, co odpowiadało 400 t ha 1, wpłynęło na obniżenie pobrania metali ciężkich przez wszystkie testowane gatunki traw. Spośród badanych gatunków traw największe obniżenie pobrania Cr i Ni w porównaniu z kontrolą zarejestrowano u kostrzewy czerwonej (47% i 68%), natomiast Zn, Pb i Cu u wiechliny łąkowej (79% dla Zn, ponad 61% dla Pb i Cu). Związane to było głównie z obniżką plonu sięgającą blisko 50% w porównaniu z kontrolą (tab. 12). W niniejszych badaniach wykazano, że popiół paleniskowy zaaplikowany do gleby wyraźnie ogranicza pobieranie metali ciężkich przez testowane gatunki traw. Wśród obserwowanych gatunków dodatek popiołu do gle- Antonkiewicz.indd :51:31

44 44 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Ryc. 5. Pobranie metali ciężkich przez kukurydzę (mg. wazon 1 ) doświadczenie wazonowe II; opis obiektów patrz tabela 5 Fig. 5. Heavy metal uptake by maize (mg. pot 1 d.m.) pot experiment II; see Table 5 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:31

45 Wyniki badań 45 Ryc. 6. Pobranie metali ciężkich przez gatunki traw (mg. wazon 1 ) doświadczenie wazonowe III; opis obiektów patrz tabela 6 Fig. 6. Heavy metal uptake by grass species (mg. pot 1 ) pot experiment III; see Table 6 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:31

46 46 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych by w najmniejszym stopniu ograniczył pobranie badanych metali przez życicę trwałą i kostrzewę łąkową. Związane to było głównie z najmniejszym obniżeniem plonu (ponad 21%, tab. 12) w stosunku do pozostałych gatunków. Uzyskane w doświadczeniu rezultaty wskazują, że życica trwała i kostrzewa łąkowa odprowadziły najwięcej badanych metali z gleby nawożonej popiołem Zmiany wybranych właściwości chemicznych gleby i odpadów Zastosowanie w doświadczeniach wazonowych osadu ściekowego, popiołu paleniskowego oraz ich mieszanin przyczyniło się do zmiany właściwości chemicznych gleb użytych w doświadczeniach. Wybrane właściwości chemiczne gleby i odpadów, na których były uprawiane rośliny, przedstawiono w tabelach Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na zmiany właściwości chemicznych gleby po doświadczeniu z mieszanką traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzą doświadczenie wazonowe I Odczyn, kwasowość hydrolityczna W badaniach stwierdzono, że po 3-letnim okresie wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy wartość ph gleby osadu i popiołu (obiekty 1 3) uległa obniżeniu w porównaniu z wartościami wyjściowymi (tab. 3, 13). Największe obniżenie odczynu zarejestrowano w obiekcie z popiołem paleniskowym i osadzie ściekowym (o ponad 1,1 jednostki), a najniższe w glebie. Po zakończeniu badań stwierdzono także wzrost kwasowości hydrolitycznej gleby i osadu ściekowego w porównaniu z wartością wyjściową (tab. 3, 13). Odczyn gleby z obiektu kontrolnego po zakończeniu doświadczenia był bardzo kwaśny, osadu (obiekt 2) lekko kwaśny, natomiast po piołu paleniskowego (obiekt 3) nadal zasadowy. Wzrastające dawki mieszanin popiołowo- -osadowych zastosowane do gleby powodowały istotny wzrost jej odczynu oraz obniżenie kwasowości hydrolitycznej w stosunku do obiektu kontrolnego. Wzrost wartości ph KCl w glebie, w której zastosowano 30% dodatku mieszaniny popiołowo-osadowej (obiekt 10), wynosił dla obiektu z mieszanką traw ponad 66%, a dla obiektu z kukurydzą 58% w stosunku do obiektu kontrolnego. W tym obiekcie zarejestrowano również największy spadek kwasowości hydrolitycznej wynosił on dla mieszanki traw i kukurydzy ponad 76% w stosunku do kontroli. Odczyn gleby z 1-procentowym dodatkiem wyżej wymienionej mieszaniny był bardzo kwaśny (obiekt 5), natomiast po zaaplikowaniu mieszaniny popiołowo-osadowej w wysokości 30% zmienił się na obojętny. Po trzech latach uprawy mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy odczyn zasadowy stwierdzono w obiektach, w których zastosowano wyłącznie popiół paleniskowy oraz mieszaninę popiołowo-osadową. Antonkiewicz.indd :51:31

47 Wyniki badań 47 Tabela 13. Podstawowe właściwości chemiczne gleby po uprawie mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Table 13. Basic chemical properties of soil after cultivation of grass mixture with birdsfoot-trefoil and cultivation of maize pot experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* ph H2 O ph KCl Hh S C-org. Organic C N ogółem Total N C : N Przyswajalny / Available P K Mg [mmol(+) kg 1] [g kg 1] [mg kg 1] Mieszanka traw z komonicą zwyczajną / Grass mixture with birdsfoot trefoil 1 Kontrola / Control 4,3 4,1 76,2 39,4 16,8 1,3 12,9 62,4 79,8 96,8 2 O 5,8 5,5 187,4 866,5 203,0 31,0 6,6 503,3 199,1 827,0 3 P 8,9 8,8 247,3 29,8 1,5 19,9 45,1 162,4 965,7 4 PO 8,1 7,9 245,6 57,5 2,8 20,3 141,3 99,1 1538,8 5 PO 1% 4,9 4,2 63,9 43,4 15,6 1,7 9,0 53,5 75,4 132,2 6 PO 2% 5,0 4,4 61,9 46,7 16,9 1,7 9,6 73,1 75,7 166,9 7 PO 5% 5,4 4,5 57,1 47,2 18,3 1,8 9,9 80,4 84,0 177,2 8 PO 10% 5,7 4,7 50,7 53,2 21,0 1,9 11,0 94,3 85,2 432,2 9 PO 20% 6,3 5,4 24,3 111,1 30,7 1,9 15,8 117,7 94,0 467,8 10 PO 30% 7,5 6,8 17,6 122,1 37,5 2,1 18,0 127,3 102,7 474,1 Kukurydza / Maize 1 Kontrola / Control 4,5 4,4 72,6 36,1 11,4 1,1 9,8 51,4 51,4 32,2 2 O 5,7 5,5 184,5 526,5 190,0 25,7 7,4 395,0 142,9 866,0 3 P 8,6 8,4 242,6 25,8 0,9 28,7 91,5 192,5 954,7 4 PO 7,6 7,4 273,8 81,1 3,1 25,5 263,5 211,4 1662,2 5 PO 1% 4,6 4,5 61,8 39,9 12,6 1,3 9,3 55,1 53,5 40,1 6 PO 2% 5,0 4,7 59,0 43,1 13,8 1,5 8,7 58,0 67,1 72,2 7 PO 5% 6,0 4,9 55,4 49,6 15,4 1,7 9,1 59,1 87,4 146,0 8 PO 10% 6,4 5,8 49,8 59,5 19,5 1,7 10,9 83,3 124,3 184,5 9 PO 20% 6,9 6,7 22,2 64,9 26,3 1,8 14,5 163,9 137,1 255,3 10 PO 30% 7,2 7,0 16,2 80,1 33,8 2,1 15,9 168,3 183,6 328,0 NIR (α = 0,01) dla rośliny LSD (α = 0.01) for plant 0,07 0,30 1,02 4,02 2,03 0,44 0,78 4,86 4,13 14,47 NIR (α = 0,01) dla obiektu LSD (α = 0.01) for object NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,27 0,11 3,76 14,79 7,46 1,63 2,88 17,85 15,19 53,18 0,39 0,15 5,32 20,91 10,55 2,31 4,08 25,25 21,49 75,21 *patrz tabela 4 / see Table 4 Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity Antonkiewicz.indd :51:32

48 48 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Suma kationów zasadowych Zmiany w kompleksie sorpcyjnym dotyczyły również sumy kationów o charakterze zasadowym. Po trzech latach wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy uprawianej na glebie, osadzie i popiele stwierdzono obniżenie sumy kationów o charakterze zasadowym w stosunku do wartości wyjściowych (tab. 3, 13). Większe obniżenie sumy kationów zasadowych odnotowano w obiektach po doświadczeniu z kukurydzą w osadzie ściekowym wynosiło ono ponad 40% w stosunku do wartości wyjściowej, następnie w glebie ponad 14%, a najmniejsze w popiele paleniskowym ponad 6%. Spośród badanych kombinacji nawozowych największą wartością sumy kationów zasadowych charakteryzował się osad ściekowy, następnie popiół i mieszanina popiołowo-osadowa, a najmniejszą gleba. Po 3-letniej wegetacji mieszanki traw wartość sumy kationów zasadowych osadu ściekowego była ponad 21-krotnie wyższa w porównaniu z kontrolą, natomiast po 3-letniej uprawie kukurydzy ponad 14-krotnie wyższa w porównaniu z glebą kontrolną. Zastosowanie mieszanin popiołowo-osadowych w ilościach 20 30% w stosunku do ogólnej masy gleby powodowało istotny przyrost sumy kationów o charakterze zasadowym. Wzrost sumy kationów zasadowych w glebie, w której zastosowano 30-procentowy dodatek mieszaniny popiołowo-osadowej (obiekt 10) wynosił dla mieszanki traw ponad 209%, a dla kukurydzy ponad 120% w stosunku do obiektu kontrolnego. W doświadczeniu z kukurydzą stwierdzono mniejszy przyrost sumy kationów zasadowych w porównaniu z obiektami, na których była uprawiana mieszanka traw z komonicą zwyczajną. Węgiel organiczny Gleba użyta w doświadczeniu charakteryzowała się zawartością C organicznego na poziomie 18,48 g kg 1 gleby (tab. 3). Mieszanka traw oraz kukurydza uprawiana na glebie nienawożonej w znacznym stopniu korzystała ze składników pokarmowych dostarczonych w nawozach mineralnych (NPK) i powstałych na drodze mineralizacji związków próchnicznych gleby. Po zakończeniu badań z kukurydzą stwierdzono w porównaniu z mieszanką traw większą obniżkę zawartości C organicznego w glebie w stosunku do zawartości wyjściowej (tab. 3, 13). Spadek C organicznego w glebie kontrolnej po trzech latach trwania doświadczenia wyniósł dla mieszanki traw 8%, a dla kukurydzy 37% jego wyjściowej zawartości w glebie. Obniżenie zawartości C organicznego zarejestrowano także w wypadku osadu ściekowego wynosiło ono odpowiednio 7% i 13%. W popiele paleniskowym odnotowano 26% wzrost zawartości C, co było spowodowane bujnym wzrostem systemu korzeniowego mieszanki traw z komonicą zwyczajną, natomiast dla kukurydzy wzrost zawartości C organicznego był nieznaczny i nie przekraczał 9% w stosunku do zawartości wyjściowej. Zastosowanie wzrastających dawek mieszanin popiołowo-osadowych do gleby wpłynęło na systematyczny wzrost zawartości C organicznego w podłożach. Antonkiewicz.indd :51:32

49 Wyniki badań 49 Istotny wzrost zawartości C organicznego w glebie zarejestrowano przy dawce mieszanin w ilości 20 30% w stosunku do ogólnej masy gleby dla mieszanki kształtowało się ono na poziomie od 82 do 122%, natomiast dla kukurydzy wzrost tego pierwiastka był wyższy i wynosił od 129 do 194% w stosunku do kontroli. Po zakończeniu badań oznaczona zawartość C organicznego w osadzie, popiele i mieszaninie popiołowo-osadowej (obiekty 2 4), na których uprawiano mieszankę roślin, była odpowiednio 11-, 0,7- oraz 2,4-krotnie wyższa w porównaniu z glebą obiektu kontrolnego, natomiast po zakończeniu uprawy kukurydzy stwierdzono większą zawartość C organicznego w wyżej wymienionych odpadach. Zawartość C w osadzie ściekowym była ponad 15-krotnie wyższa, a w popiele paleniskowym ponad 1,2-krotnie wyższa, natomiast w mieszaninie popiołowo-osadowej (obiekt 4) ponad 6-krotnie wyższa w stosunku do gleby. Wyższą zawartość C organicznego w odpadach w porównaniu z wartościami wyjściowymi tłumaczy się między innymi pozostałością materii organicznej pochodzącej z systemu korzeniowego uprawianych roślin. Azot Po trzech latach wegetacji mieszanki roślin zawartość N w glebie uległa obniżeniu o 31% w stosunku do zawartości wyjściowej (tab. 3, 13). Natomiast zawartość N w osadzie (obiekt 2), na którym była uprawiana mieszanka traw z komonicą zwyczajną, uległa obniżeniu o 11% w stosunku do zawartości wyjściowej (tab. 3, 13). Jeszcze większe obniżenie zawartości N zarejestrowano po uprawie kukurydzy wynosiła dla gleby kontrolnej 39%, a dla osadu 26% w stosunku do zawartości wyjściowej. Obniżenie zawartości N w glebie i osadzie ściekowym tłumaczy się intensywnym pobieraniem tego pierwiastka przez uprawianą mieszankę i kukurydzę. Spośród badanych komponentów podłoży najwyższą zawartość w osadzie stwierdzono w wypadku N była ponad 22 razy wyższa w porównaniu z kontrolą. W wypadku popiołu paleniskowego, pod wpływem corocznego nawożenia mineralnego (NPK), po zakończeniu wegetacji mieszanki traw i kukurydzy nie zarejestrowano istotnego wzrostu zawartości tego pierwiastka w tym podłożu. Zastosowane do gleby mieszaniny popiołowo-osadowe powodowały systematyczny wzrost N w podłożach, aczkolwiek wzrost ten nie był istotny. Stosunek węgla do azotu (C : N) Przy ocenie warunków siedliskowych, a tym samym ocenie jakości próchnicy, oprócz bezwzględnej ilości składników pokarmowych dla roślin i zawartości masy organicznej ważny jest w stosowanych odpadach stosunek C : N, który decyduje o intensywności przemian substancji organicznej odpadów wprowadzonych do gleby. Stosunek C : N w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad ściekowy, wynosił 6,2 : 1,0 (tab. 3), a po trzech latach wegetacji mieszanki traw stosunek C:N utrzymywał się na podobnym poziomie (zarejestrowano nieznaczny wzrost tego Antonkiewicz.indd :51:32

50 50 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych stosunku do 6,6 : 1,0). Natomiast po 3 latach uprawy kukurydzy wartość stosunku C : N w osadzie ściekowym kształtowała się na nieco wyższym poziomie i wynosiła 7,4:1,0, co świadczy o mineralizacji substancji organicznej osadu (tab. 13, obiekty 2). Wymieszanie popiołu paleniskowego o bardzo szerokim stosunku C : N z osadem ściekowym wpłynęło na wzrost wartości tego stosunku. Szeroki stosunek C : N w popiele i mieszaninie popiołowo-osadowej wskazuje na bardzo trudny rozkład substancji organicznej zawarty w popiele. Po zakończeniu doświadczenia z kukurydzą stosunek C : N w popiele i mieszaninie popiołowo-osadowej miał znacznie wyższą wartość aniżeli po doświadczeniu z mieszanką. Po trzech latach uprawy kukurydzy, podobnie jak mieszanki roślin, stwierdzono, że zastosowane do gleby mieszaniny popiołowo-osadowe w ilości 20 30%, powodowały istotny wzrost stosunku C : N, a tym samym wpływały na wzrost trwałości substancji organicznej w tych podłożach. Przyswajalny fosfor, potas i magnez Gleba, na której przeprowadzono doświadczenie, wykazywała średnią zasobność w P, bardzo niską zasobność w K, a wysoką zawartość przyswajalnego Mg (tab. 3). Po 3 latach uprawy mieszanki traw zasobność gleby i popiołu w przyswajalny P i K (obiekty 1, 3) w stosunku do zawartości wyjściowej w tych podłożach nieznacznie wzrosła, natomiast zawartość Mg obniżyła się (tab. 3, 13). Wzrost przyswajalnego P i K w glebie i popiele, na których była uprawiana mieszanka roślin, wyjaśnia się corocznym nawożeniem mineralnym (NPK). Zasobność gleby i osadu ściekowego (obiekty 1 2) w przyswajalny P, K i Mg po trzech latach uprawy kukurydzy uległa z kolei nieznacznemu obniżeniu w porównaniu z zawartością wyjściową, co sugeruje, że kukurydza wykorzystała przyswajalne makroelementy w większym stopniu niż mieszanka traw. W doświadczeniu zarejestrowano także obniżenie zawartości przyswajalnego Mg w popiele (obiekt 3) po 3 latach wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy; mimo to stwierdzono, że popiół paleniskowy był nadal bogatym źródłem przyswajalnego Mg, ponieważ zawartość tego była prawie 9-krotnie wyższa w porównaniu z glebą. W wypadku zastosowania wyłącznie osadu zarejestrowano także obniżenie zasobności w przyswajalne makroelementy. Bogatym źródłem przyswajalnych makroelementów dla roślin była także mieszanina popiołowo-osadowa. Ponadto na systematyczny wzrost zawartości owych makroelementów w glebie wpłynęło zastosowanie do gleby mieszanin popiołowo-osadowych. Po trzech latach uprawy mieszanki traw z komonicą oraz kukurydzy zasobność osadu, popiołu i mieszaniny popiołowo-osadowej w przyswajalne makroelementy była bardzo wysoka. Dlatego stosowanie osadów ściekowych, a zwłaszcza mieszanin popiołowo- -osadowych powinno być traktowane jako czynnik rekultywacyjny. Antonkiewicz.indd :51:32

51 Wyniki badań 51 Wpływ wzrastających dawek popiołu na właściwości chemiczne gleby, po doświadczeniu z kukurydzą doświadczenie wazonowe II Odczyn, kwasowość hydrolityczna, suma kationów zasadowych Odczyn gleby przed założeniem doświadczenia był kwaśny, natomiast po zakończeniu badań wartość ph KCl uległa nieznacznemu obniżeniu (o 0,15 jednostki), przy niewielkim wzroście kwasowości hydrolitycznej z 51,15 do 54,03 mmol(+) kg 1 s.m. gleby (tab. 3, 14). W glebie po zakończeniu doświadczenia zarejestrowano również obniżenie sumy kationów zasadowych w porównaniu z zawartością wyjściową. Popiół paleniskowy po doświadczeniu, podobnie jak gleba, cechował się niższym odczynem, nadal jednak zasadowym, i niewielkim obniżeniem ilości sumy kationów zasadowych. Wprowadzenie do gleby zróżnicowanych dawek popiołu (od 13,33 do 800 g wazon 1, co odpowiadało t ha 1 ) spowodowało zmianę odczynu gleby z bardzo kwaśnego (ph KCl 4,51) na zasadowy (ph KCl 7,89), zmniejszenie się kwasowości hydrolitycznej oraz wzrost sumy kationów o charakterze zasadowym z 32,37 do 105,30 mmol(+) kg 1 s.m. gleby (tab. 14). Wyniki badań wskazują, że zmiany te były tym większe, im wyższa była dawka popiołu. Istotne zmiany w wyżej wymienionych właściwościach gleby (ph, Hh, S) zarejestrowano już pod wpływem dawki 13,33 g popiołu na wazon, odpowiadającej 10 t. ha 1. Dawka popiołu do gleby powyżej 66,67 g na wazon spowodowała, że kwasowość hydrolityczna w roztworze glebowym nie ujawniła się. Najwyższą wartość ph zmierzonego w KCl i H 2 O zarejestrowano w popiele paleniskowym (obiekt 9) odczyn tego podłoża był zasadowy. Tam, gdzie zastosowano wyłącznie popiół, suma kationów zasadowych była 6,9-krotnie większa od ilości występującej w kontroli, tj. w glebie nienawożonej popiołem. Węgiel organiczny, azot ogółem, stosunek węgla do azotu (C : N) W niniejszych badaniach nie stwierdzono istotnego wpływu wzrastających dawek popiołu paleniskowego na wzrost zawartości C organicznego i N ogółem w glebie, aczkolwiek zarejestrowano systematyczne zwiększanie się wyżej wymienionych pierwiastków. W zastosowanym popiele paleniskowym (obiekt 9) stwierdzono większą zawartość C i N odpowiednio 269% i 73% w porównaniu z kontrolą. Wysoką zawartość C organicznego tłumaczy się obecnością niespalonego C w popiołach. Nieznacznie wzrastającą zawartość N w glebie wyjaśnia brak wykorzystania tego pierwiastka przez kukurydzę, której wielkość plonu ulegała obniżeniu pod wpływem wzrastającego dodatku popiołu do gleby. W niniejszych badaniach nie stwierdzono również wpływu wzrastających dawek popiołu na zmianę stosunku C organicznego do N ogółem. Natomiast szeroki stosunek C do N w zastosowanym jako jedyny popiele paleniskowym wskazuje na bardzo trudny rozkład materii organicznej (tab. 14). Antonkiewicz.indd :51:32

52 52 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 14. Podstawowe właściwości chemiczne gleby po uprawie kukurydzy doświadczenie wazonowe II Table 14. Basic chemical properties of soil after cultivation of maize pot experiment II Nr obiektu Object No. Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] ph H2 O ph KCl Hh S [mmol(+) kg 1 ] C-org. Organic C [g kg 1 ] 1 0,00 5,7 4,5 54,0 32,3 7,0 2 13,33 6,1 4,9 50,6 40,0 7,4 3 26,67 6,2 5,3 42,8 47,3 7,7 4 66,67 6,8 6,1 34,8 53,3 8, ,33 7,2 6,9 62,1 8, ,67 7,6 7,4 80,7 8, ,33 7,8 7,7 95,9 9, ,00 8,1 7,8 105,3 9, ,00 8,6 8,5 223,4 26,0 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 0,08 0,08 3,24 4,36 3,02 Nr obiektu Object No. Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] N ogółem Total N [g kg 1 ] C : N Przyswajalny / Available P K Mg [mg kg 1 ] 1 0,00 0,46 15,6 29,9 15,3 51,8 2 13,33 0,45 16,5 33,3 15,7 71,9 3 26,67 0,48 16,2 34,1 22,7 90,0 4 66,67 0,48 17,1 44,8 29,7 124, ,33 0,51 16,5 47,7 37,6 165, ,67 0,52 17,0 56,4 39,3 212, ,33 0,55 16,5 67,0 45,6 261, ,00 0,58 16,8 72,8 53,2 310, ,00 0,80 33,1 74,1 123,0 675,9 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 0,104 6,95 3,55 5,66 26,65 *patrz tabela 5 / see Table 5 Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity Przyswajalny fosfor, potas i magnez Gleba, na której przeprowadzono doświadczenie, wykazywała zasobność w przyswajalny P na poziomie niskim, w K na bardzo niskim, natomiast w Mg na poziomie wysokim. Zasobność gleby obiektu kontrolnego w przyswajalny P, K i Mg po trzech latach badań uległa nieznacznemu obniżeniu w porównaniu z zawartością wyjściową, pomimo corocznego stosowania NPK pod kukurydzę (tab. 3, 14). Obniżenie zasobności gleby w przyswajalne makroelementy świadczy o pobieraniu tych składników przez kukurydzę, a tym samym o wyczerpywaniu się przyswajalnych składników Antonkiewicz.indd :51:32

53 Wyniki badań 53 w glebie. W wypadku zastosowania wyłącznie popiołu paleniskowego stwierdzono prawie 80% wzrostu zawartości przyswajalnego P, natomiast obniżenie K o ponad 12%, a przyswajalnego Mg o 31% w stosunku do zawartości wyjściowych. W badaniach stwierdzono, że wzrastające dawki popiołu powodowały sukcesywne zwiększanie się zawartości przyswajalnych makroelementów w glebie. W wypadku gleby, do której zaaplikowano 800 g popiołu na wazon, jej zasobność w przyswajalny P, K i Mg wzrosła odpowiednio 143%, 247%, 499% w porównaniu z kontrolą. Z badań wynika, że w największym stopniu zwiększyła się ilość przyswajalnego Mg, następnie K i P. Popiół paleniskowy zastosowany jako jedyny zawierał największe ilości przyswajalnych makroelementów. Zasobność popiołu w przyswajalny P, K i Mg była odpowiednio 1,4-, 7- i 12-krotnie wyższa w stosunku do kontroli, tj. gleby nienawożonej popiołem. Zmiany właściwości fizykochemicznych gleby pod wpływem nawożenia popiołem paleniskowym uważa się za korzystne z punktu widzenia żywienia roślin. Systematyczne zwiększanie zasobności gleby w przyswajalny P i K pod wpływem nawożenia popiołem tłumaczy się corocznym nawożeniem mineralnym (NPK) pod kukurydzę oraz niepełnym ich wykorzystaniem przez uprawianą kukurydzę. Wpływ popiołu paleniskowego na zmiany właściwości chemicznych gleby po doświadczeniu z gatunkami traw doświadczenie wazonowe III Odczyn, kwasowość hydrolityczna, suma kationów zasadowych Wartość ph KCl gleby przed założeniem doświadczenia wynosiła 4,66 i po 3-letnim okresie wegetacji gatunków traw w obiektach kontrolnych uległa ona obniżeniu (tab. 3, 15). W glebie kontrolnej po zakończeniu doświadczenia z pięcioma gatunkami traw zarejestrowano również nieznaczny wzrost kwasowości hydrolitycznej i obniżenie sumy kationów zasadowych w porównaniu z zawartością wyjściową. Największe obniżenie odczynu gleby w stosunku do wartości wyjściowej (ph KCl 4,66) po trzech latach wegetacji gatunków traw zarejestrowano w obiekcie z wiechliną łąkową i kostrzewą czerwoną wartość ph KCl wynosiła tu odpowiednio 3,81 i 3,92. Natomiast najmniejsze obniżenie odczynu odnotowano w obiektach z życicą trwałą i kostrzewą łąkową, gdzie wartość ph KCl kształtowała się na poziomie 4,32 i 4,45. Zastosowany do gleby popiół paleniskowy w dawce 533 g wazon 1, co odpowiadało 400 t ha 1, po trzech latach wegetacji gatunków traw spowodował wzrost wartości ph gleby z bardzo kwaśnej (ph KCl 3,81 4,45 obiektów kontrolnych) do zasadowej (ph KCl 7,44 7,77 obiektów z popiołem). Spośród obiektów z gatunkami traw uprawianych na glebie z dodatkiem popiołu największe zmiany wartości ph gleby stwierdzono w obiekcie z wiechliną łąkową i kostrzewą czerwoną były to zmiany odpowiednio o 3,87 i 3,67 jednostki. Natomiast najmniejsze zmiany wartości ph zarejestrowano w glebie z życicą trwałą i kostrzewą łąkową. Zastosowanie popiołu do gleby, na której były uprawiane gatunki traw, spowodowało zanik kwasowości hydrolitycznej. Antonkiewicz.indd :51:32

54 54 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 15. Podstawowe właściwości chemiczne gleby po uprawie gatunków traw doświadczenie wazonowe III Table 15. Basic chemical properties of soil after cultivation of grass species pot experiment III Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] ph H2 O ph KCl Hh S [mmol(+) kg 1 ] C-org. Organic C [g kg 1 ] Tymotka łąkowa 0 4,9 4,1 56,3 27,9 8,0 Timothy grass 533 7,6 7,4 90,3 9,2 Kostrzewa czerwona 0 4,5 3,9 57,6 31,2 8,0 Red fescue 533 7,6 7,5 95,5 9,5 Wiechlina łąkowa 0 4,5 3,8 55,7 23,6 6,7 Meadow grass 533 7,8 7,6 78,6 8,0 Kostrzewa łąkowa 0 5,1 4,3 55,1 33,1 8,1 Meadow fescue 533 8,0 7,7 110,0 10,9 Życica trwała 0 5,3 4,4 54,4 33,9 8,2 Perennial ryegrass 533 8,0 7,7 109,5 10,8 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] 0,11 0,11 0,97 1,94 0,80 0,17 0,17 1,54 3,06 1,26 0,25 0,24 2,17 4,33 1,78 N ogółem Total N [g kg 1 ] C : N Przyswajalny / Available P K Mg [mg kg 1 ] Tymotka łąkowa 0 0,49 16,4 26,0 13,8 46,7 Timothy grass 533 0,39 24,3 22,3 35,2 216,1 Kostrzewa czerwona 0 0,45 18,0 27,0 12,6 54,0 Red fescue 533 0,37 25,9 24,8 40,8 240,2 Wiechlina łąkowa 0 0,56 12,2 28,0 15,8 55,6 Meadow grass 533 0,49 16,8 26,9 48,9 260,8 Kostrzewa łąkowa 0 0,40 20,6 25,3 11,5 44,2 Meadow fescue 533 0,25 44,1 24,0 34,5 195,7 Życica trwała 0 0,36 23,3 27,4 11,8 41,9 Perennial ryegrass 533 0,24 46,1 24,7 33,7 193,6 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,042 4,23 1,02 1,41 7,75 0,066 6,69 1,61 2,22 12,25 0,093 9,46 2,27 3,14 17,32 *patrz tabela 6 / see Table 6 Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity Antonkiewicz.indd :51:32

55 Wyniki badań 55 W niniejszych badaniach stwierdzono także istotny wpływ dodatku popiołu na wzrost sumy kationów zasadowych w glebie. Dawka popiołu paleniskowego do gleby lekkiej w ilości 533 g wazon 1 wpłynęła na ponad 200-procentowy (ponad 3-krotny) wzrost sumy kationów o charakterze zasadowym. Węgiel organiczny, azot ogółem, stosunek węgla do azotu (C:N) Po trzech latach badań stwierdzono obniżenie zawartości C organicznego i N ogółem w glebach kontrolnych, na których uprawiano gatunki traw, w porównaniu z ich zawartością w glebie użytej do doświadczenia (tab. 3, 15). Największe obniżenie zawartości C organicznego odnotowano w glebie kontrolnej, na której uprawiano wiechlinę łąkową (18,84%), natomiast najmniejsze w glebie z życicą trwałą. Zastosowany do gleby popiół paleniskowy wpłynął istotnie na podwyższenie zawartości C organicznego w glebie. Spośród badanych gatunków traw największy przyrost zawartości C organicznego w glebie pod wpływem nawożenia popiołem stwierdzono u kostrzewy łąkowej i życicy trwałej wynosił on ponad 30% w stosunku do obiektów kontrolnych. Tak znaczny wzrost C organicznego w glebie wyjaśnić można nie tylko nawożeniem popiołem, ale także produkcją dużej ilości masy korzeniowej badanych gatunków. Zastosowanie popiołu paleniskowego do gleby w dawce 533 g wazon 1 wpłynęło na obniżenie zawartości N ogółem w glebie (tab. 15). Spośród badanych gatunków traw największe obniżenie zawartości N w glebie pod wpływem popiołu stwierdzono u kostrzewy łąkowej i życicy trwałej wynosiło ono odpowiednio 36% i 32% w stosunku do kontroli. Obniżenie zawartości N ogółem w glebie pod wpływem nawożenia popiołem tłumaczy się ulatnianiem N w formie amoniaku w wyniku alkalizacji środowiska. Ponadto kostrzewa łąkowa i życica trwała na tle pozostałych gatunków traw odznaczały się największym plonem i pobieraniem tego pierwiastka. W doświadczeniu z gatunkami traw stwierdzono wpływ dodatku popiołu do gleby na wzrost wartości stosunku C organicznego do N ogółem w porównaniu z obiektami kontrolnymi (tab. 15). Szerszy stosunek C organicznego do N ogółem w glebie nawożonej popiołem wskazuje na większą ilość C organicznego trudnego do rozkładu. Przyswajalny fosfor, potas i magnez W doświadczeniu z gatunkami traw zasobność gleby w przyswajalny P, K i Mg po trzech latach badań uległa obniżeniu w porównaniu z wyjściową zawartością, pomimo stosowania nawozów mineralnych (NPK) pod testowe gatunki (tab. 3, 15). Zastosowanie popiołu paleniskowego do gleby w dawce 533 g wazon 1 wpłynęło na obniżenie przyswajalnego fosforu w glebie, na której uprawiano gatunki traw. Statystycznie istotne obniżenie zawartości P w glebie stwierdzono u tymotki łąkowej wynosiło ono ponad 14% w stosunku do kontroli; natomiast pod pozostałymi gatunkami obniżenie było w miarę wyrównane i nie przekraczało 8%. Zastosowany Antonkiewicz.indd :51:32

56 56 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych popiół paleniskowy wpłynął istotnie na wzrost zawartości przyswajalnego K i Mg w glebie. Spośród badanych gatunków traw największy przyrost zawartości przyswajalnego K i Mg stwierdzono w glebie spod kostrzewy czerwonej i wiechliny łąkowej. Wzrost przyswajalnego K w glebie z tymi gatunkami wynosił ponad 200%, a Mg ponad 400% w stosunku do obiektów kontrolnych. Źródłem przyswajalnego K i Mg w glebie był zastosowany popiół paleniskowy. Zasobność gleby z obiektów kontrolnych w przyswajalny K była na poziomie bardzo niskim pomimo corocznego nawożenia mineralnego (NPK). W obiektach nawożonych popiołem i nawozami mineralnymi ilość K dostępnego dla gatunków traw nie zwiększyła się do poziomu optymalnego. Natomiast zasobność gleby w przyswajalny Mg pod wpływem nawożenia popiołem paleniskowym była na poziomie bardzo wysokim. Z niniejszych badań wynika, że zastosowany popiół paleniskowy istotnie wpłynął na wzrost zawartości przyswajalnego Mg i K, a obniżył zawartość przyswajalnego P Zawartość metali ciężkich w glebie i odpadach Całkowitą i rozpuszczalną zawartość metali ciężkich w glebie oraz odpadach zastosowanych w doświadczeniach wazonowych przedstawiono w tabelach Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na całkowitą i rozpuszczalną w 1 mol HCl zawartość metali ciężkich, po doświadczeniu z mieszanką traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Zawartość całkowita Gleba użyta w doświadczeniu charakteryzowała się naturalną zawartością Pb, Cu i Cd, a podwyższoną Cr, Zn i Ni (tab. 3) [Kabata-Pendias i in. 1995]. Stwierdzona zawartość metali ciężkich kształtowała się poniżej dopuszczalnych ilości tych pierwiastków w glebach zakwalifikowanych do nawożenia osadami ściekowymi [Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Ponadto porównując zawartość metali ciężkich w popiele paleniskowym do liczb granicznych zaproponowanych przez IUNG [Kabata-Pendias i in. 1995], stwierdzono naturalną zawartość tych pierwiastków z wyjątkiem Cu (tab. 3). Zawartość metali ciężkich w popiele w porównaniu z glebą nie stanowiła zatem potencjalnego zagrożenia jako źródło metali wprowadzanych do gleb. Zastosowany osad ściekowy zawierał większe ilości metali ciężkich w porównaniu z popiołem paleniskowym, jednak oznaczona koncentracja tych metali nie przekraczała dopuszczalnych wartości warunkujących ich przyrodnicze wykorzystanie [Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Po trzech latach wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy odnotowano, że pod wpływem wzrostu procentowego udziału mieszanin popiołowo- Antonkiewicz.indd :51:32

57 Wyniki badań 57 -osadowych (obiekty 5 10) nastąpił wzrost zawartości Cr, Zn, Cu i Cd w glebie, natomiast zawartość Pb i Ni utrzymywała się na zbliżonym poziomie (tab. 16). Istotny wzrost zawartości Cr, Zn, Cu i Cd w glebie nawożonej mieszaninami popiołowo- -osadowymi tłumaczy się wyższą zawartością tych pierwiastków w osadzie ściekowym w porównaniu z zawartością w glebie. Ponadto źródłem miedzi w tych obiektach był również popiół paleniskowy. Zawartość Cr, Zn, Cu i Cd w osadzie ściekowym zastosowanym jako jedyny (obiekt 2) była po zakończeniu uprawy kukurydzy wyższa niż w glebie z mieszanką traw, co sugeruje, że mieszanka traw z komonicą zwyczajną w większych ilościach pobierały metale ciężkie (tab. 16, ryc. 4). W osadzie ściekowym (obiekt 2) zawartość Cr, Zn, Cu i Cd po zakończeniu uprawy kukurydzy była odpowiednio ponad 0,32-, 21-, 42- i 14-krotnie wyższa w stosunku do gleby z obiektu kontrolnego. Natomiast po zakończeniu wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną zawartość Cr, Zn, Cu i Cd w osadzie była odpowiednio ponad 0,28-, 19-, 34- i 11-krotnie wyższa od zawartości w glebie. Na wzrost zawartości Cu w glebie, do której stosowano mieszaniny popiołowo-osadowe, wpłynęła również wysoka zawartość tego pierwiastka w popiele. Zawartość Cu w popiele paleniskowym, na którym uprawiano mieszankę traw z komonicą zwyczajną, była ponad 9-krotnie wyższa, a dla kukurydzy ponad 11-krotnie wyższa w porównaniu z glebą. W doświadczeniu z mieszanką traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzą stwierdzono, że zawartość Pb i Ni w glebie i obiektach nawożonych mieszaninami popiołowo-osadowymi kształtowała się na tym samym poziomie. Nieistotne zmiany w zawartości Pb i Ni w glebie nawożonej mieszaninami popiołowo-osadowymi tłumaczy się niską zawartością Pb w popiele, a Ni w osadzie ściekowym (tab. 3). W wypadku zastosowania wyłącznie mieszaniny popiołowo-osadowej (obiekt 4) stwierdzono znacznie wyższą zawartość Zn, Cu i Cd w porównaniu z kontrolą. Zawartość Zn, Cu i Cd w tym podłożu była dla mieszanki odpowiednio ponad 9-, 21- i 4,5-krotnie wyższa, a dla kukurydzy 10, 25 i 6 razy wyższa w stosunku do kontroli. Natomiast zawartość Cr i Pb w mieszaninie popiołowo-osadowej okazała się zbliżona do zawartości w glebie kontrolnej. Zawartość form rozpuszczalnych w 1 mol HCl Rozpuszczalność metali ciężkich zależała od badanego metalu i rodzaju odpadu zastosowanego do gleby (tab. 16). Po zakończeniu wegetacji mieszanki traw z komonicą zwyczajną i kukurydzy użyty do ekstrakcji HCl o stężeniu 1 mol dm 3 ekstrahował najwięcej Pb, Cu i Ni z osadu ściekowego. W wypadku Cr, po zakończeniu wegetacji mieszanki traw największe jego ilości wyekstrahowano również z osadu ściekowego, a po zakończeniu uprawy kukurydzy z mieszaniny popiołowo-osadowej. Największy udział Zn wyekstrahowanego przez 1 mol HCl stwierdzono w zastosowanym jako jedyny popiele paleniskowym oraz w osadzie i mieszaninie popiołowo-osadowej. Natomiast największe ilości Cd były ekstrahowane przez 1 mol HCl z obiektów, w których zastosowano do gleby mieszaniny popiołowo-osadowe w ilo- Antonkiewicz.indd :51:33

58 58 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 16. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w glebie po uprawie mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Table 16. Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni contents of soil after cultivation of grass mixture with birdsfoot trefoil and cultivation of maize pot experiment I Nr obiektu Object No. 1 Kombinacja* Combination* Kontrola Control Całk. Total Cr Zn Pb Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. Mieszanka traw z komonicą zwyczajną [mg kg 1 s.m.] Grass mixture with birdsfoot trefoil [mg kg 1 d.m.] Całk. Total Rozp. Solub. 35,2 49,1 53,3 42,6 32,1 69,2 2 O 45,2 73,8 1089,5 61,1 54,2 93,1 3 P 31,1 59,6 82,2 66,4 13,6 76,4 4 PO 35,2 57,1 583,6 62,0 32,7 50,6 5 PO 1% 35,1 52,3 57,3 36,3 35,2 63,6 6 PO 2% 36,3 50,7 59,3 42,1 34,8 61,2 7 PO 5% 37,3 51,4 65,0 45,6 33,5 65,5 8 PO 10% 37,9 53,1 77,8 47,7 33,3 63,8 9 PO 20% 38,8 56,8 85,2 46,6 33,0 64,4 10 PO 30% 39,1 58,0 101,8 44,2 30,8 68,3 1 Kontrola Control Kukurydza [mg kg 1 s.m.] / Maize [mg kg 1 d.m.] 34,8 40,2 52,0 51,0 34,4 57,9 2 O 46,0 58,9 1107,5 65,9 56,0 77,2 3 P 31,7 47,9 85,2 71,3 14,4 67,3 4 PO 34,2 64,4 549,2 59,7 34,1 52,8 5 PO 1% 33,9 58,3 51,8 41,6 36,5 56,7 6 PO 2% 34,0 58,9 55,4 47,6 36,5 57,7 7 PO 5% 35,1 58,7 66,8 49,2 36,0 62,8 8 PO 10% 36,4 59,6 80,2 50,8 35,9 61,8 9 PO 20% 37,0 62,6 106,6 44,8 35,8 63,1 10 PO 30% 38,4 59,2 120,2 50,3 35,3 64,4 NIR (α = 0,01) dla rośliny LSD (α = 0.01) for plant 1,81 13,22 1,34 NIR (α = 0,01) dla obiektu LSD (α = 0.01) for object NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 6,67 48,58 4,94 9,44 68,71 6,99 Antonkiewicz.indd :51:33

59 Wyniki badań 59 Tabela 16 cd. / Table 16 cont. Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Całk. Total Cu Cd Ni Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. 1 Kontrola Control Mieszanka traw z komonicą zwyczajną [mg kg 1 s.m.] Grass mixture with birdsfoot trefoil [mg kg 1 d.m.] 7,10 45,1 0,38 98,4 23,3 53,8 2 O 253,1 92,6 4,75 79,7 21,8 83,1 3 P 65,7 79,6 0,26 62,2 32,8 45,2 4 PO 156,7 45,4 2,10 57,5 30,1 54,4 5 PO 1% 7,9 57,3 0,34 117,1 22,3 57,1 6 PO 2% 9,4 52,0 0,40 95,1 22,4 53,8 7 PO 5% 9,6 56,1 0,41 93,5 23,3 51,4 8 PO 10% 12,7 47,2 0,44 88,8 23,4 50,9 9 PO 20% 15,4 45,7 0,56 77,1 24,1 49,2 10 PO 30% 22,0 41,9 0,63 91,5 24,2 49,6 Kukurydza [mg kg 1 s.m.] / Maize [mg kg 1 d.m.] 1 Kontrola Control 6,0 41,3 0,34 87,8 24,9 56,6 2 O 258,8 75,5 4,91 73,9 17,8 84,7 3 P 71,7 64,4 0,25 53,5 30,2 46,1 4 PO 153,3 42,7 2,13 52,8 28,7 50,1 5 PO 1% 8,1 49,9 0,40 90,8 24,8 53,6 6 PO 2% 8,2 52,7 0,41 94,7 24,8 52,2 7 PO 5% 10,7 44,8 0,43 92,3 25,1 50,9 8 PO 10% 14,3 42,7 0,49 87,1 25,2 49,2 9 PO 20% 21,2 39,8 0,53 87,7 25,3 48,6 10 PO 30% 30,2 42,5 0,65 73,0 25,4 47,9 NIR (α=0,01) dla rośliny LSD (α=0.01) for plant NIR (α=0,01) dla obiektu LSD (α=0.01) for object NIR (α=0,01) dla interakcji LSD (α=0.01) for interaction 5,32 0,132 0,65 19,55 0,484 2,41 27,65 0,684 3,41 *patrz tabela 4 / see Table 4 Całk. całkowita zawartość pierwiastka (przyjęta jako 100%) / Total total element content (assumed as 100%), Rozp. procentowy udział pierwiastka w formie rozpuszczalnej w stosunku do jego całkowitej zawartości / Solub. percentage of element in soluble form in relation to its total content Antonkiewicz.indd :51:33

60 60 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych ści 1 5% w stosunku do ogólnej masy gleby (obiekty 5 7). Zastosowane do gleby mieszaniny popiołowo-osadowe wpłynęły na wzrost rozpuszczalności Cr, Zn i Pb w stosunku do ich całkowitej zawartości. Natomiast procentowy udział Cu, Cd i Ni rozpuszczalnego w 1 molu HCl ulegał pod wpływem wyżej wymienionych mieszanin obniżeniu, co było spowodowane wzrostem wartości ph gleby i zawartością C organicznego. Z badań własnych wynika, że rozpuszczalność Cr, Zn i Pb w glebie zwiększała się wraz ze wzrostem udziału mieszanin popiołowo-osadowych, które wpłynęły na wzrost odczynu. W niniejszym doświadczeniu zaobserwowano również stosunkowo duży procentowy udział rozpuszczalności metali ciężkich w osadzie ściekowym i popiele paleniskowym (komponentach nawozowych), w których odczyn był zasadowy (obiekt 2 3). Wpływ wzrastających dawek popiołów na całkowitą i rozpuszczalną w 1 mol HCl zawartość metali ciężkich w glebie doświadczenie wazonowe II Zawartość całkowita Piasek gliniasty lekki zastosowany w doświadczeniu z kukurydzą charakteryzował się naturalną zawartością Cr, Zn, Pb, Cd i Ni oraz podwyższoną ilością miedzi (tab. 3) [Kabata-Pendias i in. 1995]. Po trzech latach uprawy kukurydzy na glebie lekkiej, do której zaaplikowano wzrastające dawki popiołu, stwierdzono systematyczny wzrost zawartości Cr, Zn, Cu i Ni, a obniżenie Pb i Cd (tab. 17). Źródłem wzrostu zawartości Cr, Zn, Cu, Ni w glebie była wyższa zawartość tych pierwiastków w zastosowanym popiele paleniskowym. Zwiększenie się zawartości Cr i Ni w glebie nawożonej wzrastającymi dawkami popiołu nie było statystycznie udowodnione, natomiast istotny wzrost zawartości Zn w glebie stwierdzono przy dawce 533,33 g wazon 1, co odpowiadało 400 t ha 1, a Cu już przy dawce 266,67 g wazon 1, co odpowiadało 200 t ha 1. Zastosowanie najwyższej dawki popiołu do gleby w ilości 800 g wazon 1 (tj. 600 t ha 1, obiekt 8), spowodowało najwyższy wzrost zawartości tych pierwiastków. Spośród badanych pierwiastków najwyższy wzrost zarejestrowano w wypadku miedzi 396%, następnie niklu 41%, i cynku 21%, a najmniejszy w wypadku chromu 14% w stosunku do obiektu kontrolnego. Po trzech latach uprawy kukurydzy w zastosowanym jako jedyny popiele (obiekt 9) stwierdzono zawartość Cu ponad 20 razy oraz Ni 2,4, Cr 0,8, Zn 0,5 razy wyższą niż w glebie nienawożonej popiołem. Wzrastające dawki popiołu wpłynęły na systematyczne obniżanie zawartości Pb i Cd w glebie, aczkolwiek obniżenie tych metali nie było statystycznie udowodnione. W popiele zastosowanym w sposób wyłączny zarejestrowano najniższą zawartość Pb i Cd w porównaniu z kontrolą (tab. 3, 17). Antonkiewicz.indd :51:33

61 Wyniki badań 61 Tabela 17. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w glebie po uprawie kukurydzy doświadczenie wazonowe II Table 17. Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni contents of soil after cultivation of maize pot experiment II Nr obiektu Object No. 1 Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Kontrola Control Całk. Total Cr Zn Pb Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. [mg kg 1 s.m.] / [mg kg 1 d.m.] Całk. Total Rozp. Solub. 16,8 71,8 54,1 91,1 22,7 78,2 2 13,33 17,0 72,7 54,7 90,9 22,5 81,7 3 26,67 17,1 73,8 57,3 88,7 22,1 76,9 4 66,67 17,2 75,2 57,7 87,2 22,1 76, ,33 17,3 78,1 58,8 86,3 21,2 72, ,67 18,0 78,3 60,6 82,8 20,2 71, ,33 18,2 75,9 62,5 80,4 19,0 70, ,00 19,3 79,6 65,7 74,7 18,5 67, ,00 31,5 64,2 84,5 73,3 15,2 65,0 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 4,19 8,22 5,60 Cu Cd Ni 1 Kontrola Control 3,1 53,4 0,39 96,8 9,9 85,4 2 13,33 3,4 54,2 0,39 94,8 10,1 87,3 3 26,67 3,7 52,0 0,38 93,5 10,2 83,4 4 66,67 4,0 54,7 0,38 92,9 10,7 77, ,33 5,0 56,3 0,36 88,6 11,0 73, ,67 7,0 62,0 0,35 85,4 11,3 71, ,33 10,2 66,2 0,34 83,5 12,1 64, ,00 15,5 74,0 0,33 76,4 14,0 58, ,00 68,2 77,0 0,24 53,6 34,3 51,2 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 3,50 0,204 6,63 *patrz tabela 5/ see Table 5 Całk., Rozp. patrz tabela 16 / Total, Solub. see Table 16 Zawartość form rozpuszczalnych w 1 mol HCl Po trzyletnim okresie uprawy kukurydzy na glebie lekkiej nawożonej popiołami paleniskowymi stwierdzono większą rozpuszczalność metali ciężkich w porównaniu z glebą ciężką, do której zaaplikowano mieszaniny popiołowo-osadowe (tab. 17). W glebie kontrolnej, tj. nienawożonej popiołem, największą rozpuszczalność w wyniku ekstrakcji w 1 mol HCl zarejestrowano w wypadku Cd i Zn ponad 91%, następnie Ni ponad 85%, Pb i Cr ponad 71%, a najmniejszą w wypadku Cu ponad 53% w stosunku do całkowitej zawartości. Zastosowanie wzrastających dawek popiołów do Antonkiewicz.indd :51:33

62 62 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych gleby wpłynęło na wzrost rozpuszczalności Cr i Cu w glebie w stosunku do ich całkowitej zawartości. W wypadku Zn, Pb, Cd i Ni rozpuszczalność tych pierwiastków malała pod wpływem dodatku popiołu do gleby. Z przedstawionych badań wynika, że udział rozpuszczalnego Cr i Cu zwiększał się ze wzrostem udziału dawki popiołu w glebie, co było związane ze wzrostem całkowitej ich zawartości. W przypadku Zn i Ni, pomimo wzrostu całkowitej zawartości tych pierwiastków, ich rozpuszczalność malała pod wpływem popiołu. Wzrost rozpuszczalności Cr i Cu w glebie oraz jej obniżenie w wypadku Zn, Pb, Cd i Ni pokrywały się z zawartością tych pierwiastków w kukurydzy. Zwiększenie rozpuszczalności Cr i Cu w glebie pod wpływem popiołu wpłynęło również na wzrost zawartości tych pierwiastków w testowanej roślinie. Natomiast obniżenie rozpuszczalności Zn, Pb, Cd i Ni pod wpływem wzrastających dawek popiołów oddziałało też na obniżenie zawartości tych metali w kukurydzy. W zastosowanym jako jedyny popiele paleniskowym użyty do ekstrakcji 1 mol HCl w największym procencie ekstrahował Cu i Zn (ponad 70%), następnie Cr i Pb, a najmniej Cd i Ni. Wpływ popiołu paleniskowego na całkowitą i rozpuszczalną w 1 mol HCl zawartość metali ciężkich w glebie, po doświadczeniu z gatunkami traw doświadczenie wazonowe III Zawartość całkowita W doświadczeniu z gatunkami traw zastosowano piasek gliniasty lekki do którego zaaplikowano 533,33 g wazon 1 popiołu, co odpowiadało dawce 400 t ha 1. W wyniku zastosowania popiołu stwierdzono wzrost całkowitej zawartości Cr, Zn, Cu i Ni w glebie, natomiast obniżenie Pb i Cd (tab. 18). Identyczne zależności stwierdzono także w doświadczeniu z kukurydzą uprawianą na glebie lekkiej nawożonej popiołem (doświadczenie wazonowe II). Na wzrost całkowitej zawartości wymienionych wyżej pierwiastków w glebie wpłynął popiół paleniskowy, w którym stwierdzono wyższą zawartość tych metali aniżeli w glebie (tab. 3). Po trzech latach wegetacji gatunków traw stwierdzono również wyższą zawartość Cr, Zn, Cu i Ni w glebie nawożonej popiołem paleniskowym w porównaniu z obiektami kontrolnymi. Istotny wzrost zawartości metali ciężkich w glebie pod wpływem popiołu zarejestrowano w wypadku Cr, Cu i Ni, natomiast wzrost Zn w glebie nawożonej popiołem nie został statystycznie udowodniony. Spośród badanych metali ciężkich największy wzrost zawartości Cr w glebie nawożonej popiołem stwierdzono w obiektach z tymotką łąkową (18%), Zn w obiektach z kostrzewą łąkową (12%), a Cu i Ni w obiektach z życicą trwałą (227% i 29%). Zastosowanie popiołu przyniosło skutek w postaci obniżenia zawartości Pb i Cd w glebie w porównaniu z obiektami kontrolnymi, co było spowodowane niższą zawartością tych metali w popiele. Obniżenie to w wypadku Pb (3 10% w porównaniu z kontrolą) było większe niż w wypadku Cd (2 3%). Antonkiewicz.indd :51:33

63 Wyniki badań 63 Tabela 18. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w glebie po uprawie gatunków traw doświadczenie wazonowe III Table 18. Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni contents of soil after cultivation of grass species pot experiment III Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Całk. Total Cr Zn Pb Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. [mg kg 1 s.m.] / [mg kg 1 d.m.] Tymotka łąkowa 0 15,0 71,4 54,7 95,5 21,3 76,0 Timothy grass ,9 75,2 59,7 82,7 19,3 71,2 Kostrzewa czerwona 0 15,5 70,7 55,4 87,8 21,9 80,9 Red fescue ,2 72,6 60,6 79,4 19,5 71,0 Wiechlina łąkowa 0 16,3 83,1 59,8 90,6 23,0 82,9 Meadow grass ,8 89,2 61,9 85,5 21,7 76,3 Kostrzewa łąkowa 0 14,6 81,1 51,4 93,4 20,7 80,9 Meadow fescue ,1 82,6 57,8 86,9 19,1 73,3 Życica trwała 0 14,8 74,0 50,6 94,5 19,5 78,7 Perennial ryegrass ,4 74,3 54,3 85,31 18,9 72,7 Średnia dla dawki popiołu 0 15,2 76,1 54,4 92,4 21,3 79,9 Average for ash dose ,9 79,0 58,9 84,0 19,7 72,9 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 1,36 8,80 1,87 2,16 13,91 2,95 3,05 19,68 4,17 Cu Cd Ni Tymotka łąkowa 0 3,4 51,4 0,40 92,6 9,8 86,5 Timothy grass ,0 65,4 0,38 84,4 11,9 62,8 Kostrzewa czerwona 0 3,6 61,6 0,38 93,0 10,4 87,8 Red fescue ,5 67,6 0,36 86,0 12,2 65,7 Wiechlina łąkowa 0 3,8 55,4 0,41 94,0 10,8 92,5 Meadow grass ,5 0,39 86,4 12,6 68,7 Kostrzewa łąkowa 0 3,2 54,0 0,36 96,1 9,2 88,9 Meadow fescue ,2 67,0 0,34 88,9 11,6 66,1 Życica trwała 0 3,0 54,2 0,36 94,1 8,9 87,4 Perennial ryegrass ,1 69,3 0,35 87,1 11,5 67,9 Średnia dla dawki popiołu 0 3,4 55,3 0,38 94,0 9,8 88,6 Average for ash dose ,0 66,0 0,36 86,5 12,0 66,2 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,83 0,069 0,82 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction *patrz tabela 6 / see Table 6 Całk., Rozp. patrz tabela 16 / Total, Solub. see Table 16 1,32 0,108 1,29 1,86 0,153 1,82 Antonkiewicz.indd :51:33

64 64 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Zawartość form rozpuszczalnych w 1 mol HCl Rozpuszczalność metali ciężkich w glebie lekkiej w wyniku ekstrakcji 1 mol HCl po trzyletnim okresie wegetacji gatunków traw była zróżnicowana (tab. 18). Zastosowanie do gleby popiołu w dawce 533,33 g wazon 1 wpłynęło na procentowy wzrost rozpuszczalności Cr i Cu, a z drugiej strony na obniżenie rozpuszczalności Zn, Pb, Cd, Ni w stosunku do całkowitej zawartości. Wzrost rozpuszczalności Cr i Cu w glebie nawożonej popiołem pokrywała się ze wzrostem całkowitej zawartości tych metali w glebie. W wypadku Zn i Ni, pomimo wzrostu całkowitej zawartości tych pierwiastków w glebach nawożonych popiołem, ich rozpuszczalność w glebie malała. Popiół zastosowany do gleby lekkiej wpłynął nie tylko na obniżenie całkowitej zawartości Pb i Cd, ale także na ich rozpuszczalność. Zwiększenie rozpuszczalności Cr i Cu w glebie pod wpływem popiołu wpłynęło także na wzrost zawartości tych pierwiastków w gatunkach traw. Podobnie obniżenie rozpuszczalności Zn, Pb, Cd i Ni pod wpływem popiołu oddziałało na obniżenie zawartości tych metali w gatunkach traw. Spośród badanych metali ciężkich największą rozpuszczalność Cr w glebie nawożonej popiołem stwierdzono pod wiechliną łąkową (89%), a Cu pod życicą trwałą (69%). Najmniejszą rozpuszczalności Zn i Pb stwierdzono z kolei w glebie spod kostrzewy czerwonej, a Cd i Ni spod tymotki łąkowej Frakcje metali ciężkich w glebie i odpadach Procentowy rozkład poszczególnych metali pomiędzy wyodrębnione frakcje był zróżnicowany w zależności od rozpatrywanego pierwiastka, obiektu (rodzaju i dawki odpadu) oraz gatunku roślin. Procentowy rozkład metali ciężkich w poszczególnych frakcjach przedstawiono w tabelach Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na udział frakcji metali ciężkich w glebie i odpadach doświadczenie wazonowe I W glebie kontrolnej po 3 latach uprawy mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy wykazano największy udział Cr, Zn, Pb we frakcji pozostałości (FV), natomiast Cu i Ni we frakcji związanej z materią organiczną (FIV), a Cd z frakcją wymienną (FI) (tab. 19). W glebie kontrolnej spośród badanych metali ciężkich najmniejszy udział we frakcjach najbardziej mobilnych, tj. dostępnych dla roślin (frakcje FI FII), stwierdzono w wypadku Cr nie przekroczył on 0,26% Cr ogólnego. Po 3-letniej uprawie mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy na osadzie ściekowym (obiekt 2) stwierdzono również niewielką ilość Cr we frakcjach mobilnych, przy czym suma udziałów dwóch pierwszych frakcji nie przekraczała 0,35% zawartości ogólnej. W osadzie ściekowym zastosowanym jako jedyny stwier- Antonkiewicz.indd :51:34

65 Wyniki badań 65 dzono największe ilości Cr, Zn i Pb we frakcji pozostałości i organicznej. Cu była najsilniej wiązana przez materię organiczną znajdującą się w osadzie (około 80%), a najwięcej Cd oznaczono we frakcji rezydualnej (43% dla mieszanki i 52% dla kukurydzy) oraz frakcji wymiennej (około 20%). W zastosowanym w sposób wyłączny popiele metale takie jak Cr, Zn, Pb i Cd występowały głównie we frakcji pozostałości, a Cu i Ni przede wszystkim we frakcji organicznej (ponad 54% i 65%). Największą dostępność metali ciężkich z popiołu paleniskowego (występowanie we frakcjach mobilnych, suma FI FII) stwierdzono w wypadku Cr i Cd przekraczała ona odpowiednio 12 i 10% ogólnej zawartości. Pozostałe badane metale, takie jak Zn, Pb, Cu i Ni, występowały w popiele we frakcjach najbardziej mobilnych w niewielkich ilościach. Zawartość Zn, Pb, Cu i Ni we frakcjach FI FII wynosiła dla mieszanki odpowiednio ponad 2,88%, 1,04%, 0,34%, 0,18%, natomiast dla kukurydzy ponad 2,35%, 0,78%, 0,49%, 0,13% ogólnej zawartości. Z badań wynika, że popioły paleniskowe w najmniejszym stopniu gromadziły Ni i Cu we frakcjach mobilnych. Znaczny udział w wiązaniu Pb, Cu, Cd i Ni miała frakcja organiczna występująca popiele w postaci resztek niespalonego węgla stanowiła ona odpowiednio dla mieszanki i kukurydzy ponad 28%, 54%, 26% i 65% jej sumarycznej zawartości. Mieszanina popiołowo-osadowa (obiekt 4) największe ilości Cr, Zn, Pb i Cd gromadziła we frakcji pozostałości, a Cu i Ni we frakcji organicznej. Pod wpływem wzrastającego udziału mieszaniny popiołowo-osadowej w glebie stwierdzono systematyczny wzrost zawartości Cr we frakcjach najbardziej mobilnych (FI FII) oraz we frakcji związanej z tlenkami Fe-Mn i organicznej (FIII FIV), która również stanowiła potencjalne źródło tego pierwiastka dla mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz dla kukurydzy. Natomiast występowanie chromu we frakcji rezydualnej (FV, praktycznie niedostępnej dla roślin) wykazywało tendencję spadkową. W wypadku ołowiu zarejestrowano zależność odwrotną, tj. stwierdzono, że mieszaniny popiołowo-osadowe dodane do gleby powodowały systematyczne obniżanie się udziału tego metalu we frakcjach dostępnych dla roślin (FI FIV), a wzrost zawartości we frakcji rezydualnej. W podłożach spod mieszanki traw z komonicą zwyczajną, w odróżnieniu od kukurydzy, stwierdzono, że w wyniku zastosowania do gleby mieszanin popiołowo-osadowych procentowy udział Cu we frakcjach uważanych za najbardziej ruchliwe (FI FII) oraz tlenkowej (FIII) systematycznie malał, a zawartość tych pierwiastków we frakcji organicznej i pozostałości wzrastał. Natomiast w podłożach spod kukurydzy zarejestrowano systematyczny wzrost zawartości Cu we frakcjach FI FIV, podczas gdy we frakcji rezydualnej udział tego pierwiastka systematycznie malał. W wyniku zastosowania do gleby mieszanin popiołowo-osadowych procentowy udział Zn we frakcjach uważanych za najbardziej ruchliwe (FI FII) oraz we frakcji tlenkowej (FIII) systematycznie spadał. W podłożach, na których była uprawiana mieszanka traw, zarejestrowano procentowy wzrost udziału Zn we frakcji organicznej, natomiast w podłożach spod kukurydzy udział tego mikroelementu systematycznie się obniżał. W wypadku Cd Antonkiewicz.indd :51:34

66 66 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 19. Procentowy udział frakcji metali ciężkich w glebie i odpadach po uprawie mieszanki traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzy doświadczenie wazonowe I Table 19. Percentage of heavy metal fractions in soil and wastes after cultivation of grass mixture with birdsfoot trefoil and cultivation of maize pot experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Cr Zn Frakcja / Fraction** [%] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV FI FII FIII FIV FV Mieszanka traw z komonicą zwyczajną / Grass mixture with birdsfoot trefoil 1 Kontrola / Control 0,09 0,15 0,56 17,78 81,42 6,98 11,32 19,76 26,25 35,69 2 O 0,13 0,22 0,94 43,42 55,29 6,07 8,95 13,64 35,32 36,02 3 P 0,05 12,73 13,62 10,74 62,87 0,22 2,65 6,69 18,72 71,71 4 PO 0,12 0,68 5,69 23,66 69,85 1,47 3,45 4,17 14,71 76,19 5 PO 1% 0,08 0,18 0,78 17,96 81,00 6,85 10,35 18,87 23,23 40,70 6 PO 2% 0,11 0,18 0,94 22,25 76,53 5,42 8,25 15,85 24,78 45,70 7 PO 5% 0,10 0,20 0,94 22,81 75,95 4,80 4,98 12,00 27,72 50,50 8 PO 10% 0,12 0,19 0,97 26,36 72,36 2,63 4,19 9,26 27,08 56,84 9 PO 20% 0,14 0,21 1,00 28,36 70,30 0,53 2,55 6,77 28,14 62,01 10 PO 30% 0,15 0,23 1,12 30,65 67,84 0,29 1,09 4,65 25,58 68,39 Kukurydza / Maize 1 Kontrola / Control 0,12 0,14 0,63 16,51 82,59 6,82 10,92 18,06 23,25 40,94 2 O 0,11 0,19 0,88 39,42 59,39 6,55 10,23 15,65 33,75 33,82 3 P 0,03 10,51 11,34 12,39 65,74 0,19 2,16 5,48 17,68 74,49 4 PO 0,08 0,52 4,96 20,25 74,18 1,37 3,86 5,62 14,93 74,21 5 PO 1% 0,09 0,15 0,71 17,07 81,97 7,87 11,82 22,51 28,92 28,87 6 PO 2% 0,11 0,16 0,92 20,25 78,57 6,41 10,47 18,01 30,22 34,89 7 PO 5% 0,12 0,19 0,88 21,66 77,16 5,04 5,54 12,75 27,73 48,94 8 PO 10% 0,13 0,18 1,01 25,84 72,83 3,08 4,64 10,26 27,92 54,10 9 PO 20% 0,14 0,20 1,02 26,68 71,96 0,57 2,49 6,65 26,24 64,04 10 PO 30% 0,15 0,22 1,10 30,74 67,79 0,31 1,06 3,96 25,35 69,33 NIR dla rośliny (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for plant 0,010 0,181 0,252 1,339 2,706 0,135 0,300 0,531 1,031 2,543 NIR dla obiektu (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for object 0,038 0,665 0,927 4,918 9,942 0,496 1,103 1,950 3,789 9,344 NIR dla interakcji (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for interaction 0,054 0,940 1,310 6,955 14,060 0,702 1,560 2,758 5,359 13,215 Antonkiewicz.indd :51:34

67 Wyniki badań 67 Tabela 19 cd. / Table 19 cont. Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Pb Cu Frakcja / Fraction** [%] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV FI FII FIII FIV FV Mieszanka traw z komonicą zwyczajną / Grass mixture with birdsfoot trefoil 1 Kontrola / Control 5,66 8,19 16,94 27,17 42,03 1,90 5,46 11,81 43,23 37,59 2 O 7,26 11,38 13,47 28,28 39,60 2,34 1,07 3,31 80,51 12,76 3 P 0,42 0,62 11,46 28,81 58,70 0,26 0,07 4,04 57,66 37,97 4 PO 0,28 0,45 7,63 18,23 73,41 3,99 0,68 3,31 60,11 31,91 5 PO 1% 5,33 7,37 15,19 25,90 46,21 1,30 4,52 9,44 43,92 40,81 6 PO 2% 4,40 7,65 15,31 25,45 47,18 0,97 3,67 7,32 46,32 41,72 7 PO 5% 4,07 7,53 12,54 19,19 56,67 0,89 2,41 6,43 48,50 41,77 8 PO 10% 2,20 3,94 6,76 19,25 67,86 0,52 1,65 4,00 51,62 42,21 9 PO 20% 0,74 3,19 5,92 13,61 76,54 0,25 1,14 2,37 51,72 44,51 10 PO 30% 0,63 1,67 3,97 11,97 81,76 0,19 0,76 1,41 52,53 45,12 Kukurydza / Maize 1 Kontrola / Control 5,63 8,06 17,28 29,17 39,86 2,33 6,72 14,11 50,03 26,81 2 O 5,91 8,46 12,03 30,67 42,92 2,45 1,82 4,07 79,42 12,25 3 P 0,33 0,45 9,16 28,30 61,76 0,39 0,09 4,71 54,99 39,81 4 PO 0,23 0,30 5,97 24,29 69,20 4,33 0,75 3,86 59,66 31,40 5 PO 1% 4,30 6,56 12,91 20,77 55,46 1,95 4,51 16,03 49,77 27,74 6 PO 2% 3,72 6,46 12,58 18,73 58,51 2,10 6,20 15,05 52,48 24,17 7 PO 5% 3,45 5,71 10,51 15,77 64,56 2,25 5,48 15,06 55,40 21,81 8 PO 10% 1,72 2,77 5,29 15,69 74,52 2,42 5,80 13,18 56,15 22,45 9 PO 20% 0,55 2,32 3,91 10,21 83,02 2,44 7,07 17,55 58,87 14,07 10 PO 30% 0,47 1,09 2,47 8,83 87,14 2,39 6,39 15,72 59,85 15,65 NIR dla rośliny (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for plant 0,272 0,226 0,432 1,771 3,961 0,103 0,197 0,570 2,182 1,873 NIR dla obiektu (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for object 0,998 0,831 1,585 6,507 14,553 0,379 0,722 2,096 8,015 6,883 NIR dla interakcji (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for interaction 1,412 1,175 2,242 9,202 20,581 0,536 1,021 2,964 11,335 9,734 Antonkiewicz.indd :51:34

68 68 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 19 cd. / Table 19 cont. Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Cd Ni Frakcja / Fraction** [%] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV FI FII FIII FIV FV Mieszanka traw z komonicą zwyczajną / Grass mixture with birdsfoot trefoil 1 Kontrola / Control 58,71 7,68 10,97 8,92 13,72 3,13 0,24 11,08 66,21 19,34 2 O 21,92 11,67 12,06 10,83 43,51 6,44 1,91 7,40 71,47 12,78 3 P 3,32 7,46 20,73 29,64 38,86 0,12 0,06 9,11 68,09 22,62 4 PO 1,25 0,31 10,67 7,44 80,33 0,44 0,16 7,41 67,51 24,48 5 PO 1% 57,54 10,01 12,51 10,16 9,77 3,01 0,28 11,25 71,15 14,31 6 PO 2% 45,37 7,75 11,07 9,89 25,93 2,72 0,26 11,00 76,84 9,18 7 PO 5% 41,97 5,31 13,28 11,22 28,22 2,39 0,23 9,27 81,41 6,70 8 PO 10% 35,15 4,52 15,07 13,87 31,39 1,96 0,21 6,64 78,76 12,43 9 PO 20% 25,02 2,27 12,32 14,17 46,21 0,77 0,17 5,67 80,75 12,64 10 PO 30% 16,89 1,76 15,83 17,15 48,37 0,58 0,10 3,89 86,63 8,79 Kukurydza / Maize 1 Kontrola / Control 47,80 5,38 8,96 13,59 24,27 2,79 0,26 10,42 65,25 21,28 2 O 19,83 8,35 9,09 10,43 52,31 6,54 2,07 7,46 64,27 19,67 3 P 3,27 4,90 14,29 26,53 51,02 0,08 0,05 9,70 65,79 24,37 4 PO 0,79 1,28 8,38 8,49 81,05 0,39 0,13 6,55 62,73 30,19 5 PO 1% 43,17 6,40 6,66 12,13 31,65 2,17 0,20 10,20 66,23 21,21 6 PO 2% 38,57 5,28 5,28 12,88 37,98 2,02 0,15 8,83 67,93 21,07 7 PO 5% 34,41 3,99 4,99 12,97 43,64 1,72 0,15 6,59 68,06 23,49 8 PO 10% 28,38 3,55 4,43 15,13 48,50 1,40 0,13 5,12 69,44 23,90 9 PO 20% 25,15 2,43 2,03 17,14 53,25 0,94 0,11 3,87 70,58 24,50 10 PO 30% 13,04 1,00 1,67 18,47 65,82 0,64 0,06 2,62 72,23 24,46 NIR dla rośliny (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for plant 1,671 0,714 1,563 1,173 4,433 0,087 0,029 0,466 3,015 1,642 NIR dla obiektu (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for object 6,140 2,624 5,742 4,309 16,287 0,321 0,105 1,713 11,079 6,031 NIR dla interakcji (α = 0.01) (α = 0,01) LSD for interaction 8,683 3,711 8,120 6,094 23,033 0,454 0,149 2,423 15,668 8,530 * patrz tabela 4 / see Table 4 ** Frakcje: FI frakcja wymienna, FII frakcja związana z węglanami, FIII frakcja związana z tlenkami żelaza i manganu, FIV frakcja związana z materią organiczną, FV frakcja rezydualna związana z krzemianami / Fractions: FI exchangeable fraction, FII fraction bound to carbonates, FIII fraction bound to iron and manganese oxides, FIV fraction bound to organic matter, FV residual fraction bound to silicates Antonkiewicz.indd :51:34

69 Wyniki badań 69 stwierdzono, że procentowy udział tego metalu we frakcji wymiennej i węglanowej systematycznie malał w glebie pod wpływem zaaplikowania mieszaniny popiołowoosadowej. W podłożach uzyskanych spod kukurydzy stwierdzono także obniżenie udziału Cd we frakcji tlenków Fe-Mn, natomiast udział Cd w tej frakcji uzyskanej spod mieszanki traw systematycznie wzrastał. Mieszaniny popiołowo-osadowe dodane do gleby wpłynęły na obniżenie procentowego udziału Ni we frakcjach FI FIV, zarejestrowano natomiast wzrost udziału tego pierwiastka we frakcji rezydualnej. W doświadczeniu z mieszanką traw z komonicą zwyczajną, podobnie jak z kukurydzą, stwierdzono, że główną rolę w magazynowaniu Cr, Zn, Pb odegrała frakcja rezydualna, a Cu i Ni frakcja związana z materią organiczną, natomiast Cd frakcja wymienna i pozostałości. Mobilność metali ciężkich (suma pierwszych dwóch frakcji) w badanych mieszaninach zastosowanych do gleby (obiekty 5 10), niezależnie od użytego ekstrahenta i rośliny, była zróżnicowana i w wypadku Cr nie przekraczała 0,39%, Zn 20%, Pb 13%, Cu 9%, Cd 68%, Ni 4% zawartości ogólnych. Z badań wynika, że największą dostępnością dla mieszanki traw i kukurydzy charakteryzował się kadm, a najmniejszą chrom. Wpływ wzrastających dawek popiołu na udział frakcji metali ciężkich w glebie doświadczenie wazonowe II Na glebie lekkiej nawożonej popiołem, na której uprawiano kukurydzę, rozkład poszczególnych metali pomiędzy wyodrębnione frakcje był również zróżnicowany i zależał od obiektu (dawki popiołu) i od rozpatrywanego pierwiastka (tab. 20). W glebie kontrolnej, tj. piasku gliniastym lekkim, po trzech latach uprawy kukurydzy stwierdzono największy udział Cr, Zn, Pb, Cu, Cd we frakcji pozostałości, a więc w formie niedostępnej dla roślin. Natomiast Ni najwięcej stwierdzono we frakcji organicznej i pozostałości. Spośród badanych pierwiastków największy udział frakcji mobilnych (suma FI FII) w stosunku do całkowitej zawartości wykazał Cd (26%), a następnie Zn (23%), Ni (20%), Pb (14%), Cr (12%) i Cu (5%). Z badań wynika, że w glebie kontrolnej największą dostępnością charakteryzował się Cd, natomiast najmniejszą Cu. Dostępność metali śladowych dla kukurydzy ulegała zmianom pod wpływem popiołu zastosowanego do gleby. Wzrastające dawki popiołu do gleby wpłynęły na systematyczny wzrost Cr i Cu we frakcjach najbardziej dostępnych (FI FII) oraz we frakcji związanej z tlenkami Fe i Mn, a także organicznej (FIII FIV). Natomiast występowanie Cr i Cu we frakcji rezydualnej systematycznie się obniżało. W odróżnieniu od Cr i Cu zastosowanie wzrastających dawek popiołu paleniskowego do gleby lekkiej wpłynęło na obniżenie dostępności Zn, Pb, Ni i Cd we frakcjach najbardziej mobilnych (FI FII) oraz związanej z tlenkami Fe i Mn (FIII). Dodatek popiołu paleniskowego do gleby wpłynął na systematyczny wzrost występowania Zn i Pb we frakcji organicznej i pozostałości. Natomiast Cd był w największym stopniu Antonkiewicz.indd :51:34

70 70 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych związany z frakcją pozostałości, praktycznie niedostępnej roślinom. Występowanie znacznych ilości Zn, Pb i Cd we frakcji organicznej w glebie nawożonej popiołem wiąże się między innymi ze wzrostem zawartości C występującego w popiele paleniskowym. Tabela 20. Procentowy udział frakcji metali ciężkich w nawożonej popiołem glebie lekkiej po uprawie kukurydzy doświadczenie wazonowe II Table 20. Percentage of heavy metal fractions in ash-fertilised light soil after cultivation of maize pot experiment II Nr obiektu Object No. Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cr 1 Kontrola / Control 1,6 10,4 9,3 6,2 72,4 2 13,33 1,7 10,6 9,7 6,2 71,8 3 26,67 1,7 11,6 10,8 6,6 69,3 4 66,67 1,7 11,8 11,9 6,9 67, ,33 1,7 12,0 12,9 7,0 66, ,67 1,7 11,7 13,6 9,0 64, ,33 1,7 11,5 13,6 8,8 64, ,00 1,7 11,8 14,2 9,9 62, ,00 1,2 11,9 18,9 16,4 51,5 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 0,18 1,38 2,29 2,51 11,28 Zn 1 Kontrola / Control 9,8 13,0 16,5 20,0 40,7 2 13,33 9,2 12,6 15,5 21,2 41,5 3 26,67 8,4 11,4 14,9 20,4 45,0 4 66,67 7,9 11,1 14,2 20,9 46, ,33 7,7 10,7 12,5 21,6 47, ,67 7,2 10,3 12,3 21,9 48, ,33 6,3 8,8 11,2 22,4 51, ,00 5,5 7,8 9,5 23,4 53, ,00 0,1 2,1 7,1 20,4 70,4 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 1,20 1,67 5,27 3,26 11,63 Pb 1 Kontrola / Control 4,8 9,3 21,9 24,7 39,3 2 13,33 4,3 8,6 20,8 22,3 43,9 3 26,67 4,2 8,6 20,9 25,5 40,9 4 66,67 3,9 8,3 19,8 26,2 41, ,33 3,8 8,0 18,8 26,2 43, ,67 3,6 8,1 18,6 25,9 43, ,33 3,5 8,1 18,7 25,1 44, ,00 3,0 7,4 16,2 26,1 47, ,00 0,4 0,5 10,0 28,2 60,9 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 0,40 0,90 3,41 6,93 5,89 Antonkiewicz.indd :51:34

71 Wyniki badań 71 Tabela 20 cd. / Table 20 cont. Nr obiektu Object No. Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cu 1 Kontrola / Control 2,9 2,3 16,3 35,6 42,9 2 13,33 3,0 2,3 16,0 40,2 38,4 3 26,67 3,1 2,8 15,3 46,1 32,6 4 66,67 3,3 3,1 15,5 46,4 31, ,33 3,0 2,6 15,6 43,9 34, ,67 3,0 2,6 17,8 40,7 35, ,33 2,7 2,2 16,1 40,1 38, ,00 2,8 2,5 15,5 47,4 31, ,00 1,4 1,0 4,9 58,8 33,9 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 0,44 0,42 2,39 6,54 7,63 Cd 1 Kontrola / Control 11,8 14,6 19,4 22,4 31,8 2 13,33 11,0 13,7 18,4 21,7 35,2 3 26,67 10,3 13,2 16,8 20,3 39,3 4 66,67 9,6 12,2 16,1 20,5 41, ,33 9,6 12,1 14,9 20,4 43, ,67 7,8 11,8 14,4 19,5 46, ,33 7,1 10,1 12,8 19,3 50, ,00 6,2 9,9 12,1 19,3 52, ,00 5,7 6,6 21,5 29,1 37,2 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 1,69 1,07 3,38 3,36 6,77 Ni 1 Kontrola / Control 9,1 11,7 15,6 33,8 29,7 2 13,33 8,8 10,9 14,8 34,9 30,6 3 26,67 8,5 9,5 13,9 35,8 32,2 4 66,67 7,5 8,4 13,0 38,7 32, ,33 7,1 7,3 12,0 39,5 34, ,67 6,2 6,6 11,6 39,8 35, ,33 5,2 5,5 10,0 43,6 35, ,00 2,9 3,8 9,1 46,9 37, ,00 0,1 0,1 8,3 66,9 24,6 NIR (α = 0,01) / LSD (α = 0.01) 1,05 1,18 2,57 4,64 4,67 * patrz tabela 5 / see Table 5 ** patrz tabela 19 / see Table 19 W popiele paleniskowym zastosowanym jako jedyny (obiekt 9) stwierdzono największy udział Zn (70%), następnie Pb (60%), Cr (51%), Cd (37%), Cu (33%), a najmniejszy Ni (24%) we frakcji pozostałości w odniesieniu do jej zawartości sumarycznej. Natomiast największy udział we frakcjach mobilnych (suma pierwszych dwóch frakcji) w popiele paleniskowym odnotowano w wypadku Cd (12%) i Cr Antonkiewicz.indd :51:35

72 72 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych (13%); dla Zn, Pb, Cu i Ni udział ten był niewielki, ponieważ nie przekraczał 3% i stanowił odpowiednio: 2,14%, 0,90%, 2,35%, 0,17% ogólnej zawartości. W doświadczeniu z kukurydzą uprawianą na glebie lekkiej nawożonej popiołem stwierdzono, że Cr, Zn, Pb i Cd występował głównie we frakcji pozostałości, a Cu i Ni związany był materią organiczną. Wpływ popiołu na udział frakcji metali ciężkich w glebie doświadczenie wazonowe III W doświadczeniu z gatunkami traw uprawianymi na glebie lekkiej nawożonej popiołem rozkład poszczególnych metali pomiędzy wyodrębnione frakcje był również zróżnicowany i zależał od gatunku trawy, od obiektu, a przede wszystkim od rozpatrywanego pierwiastka (tab. 21). Po trzech latach wegetacji gatunków traw na glebie lekkiej (obiektów kontrolnych) wykazano, że Cr, Zn i Pb występują w największych ilościach we frakcji pozostałości (FV), natomiast Cu i Ni we frakcji związanej z materią organiczną (FIV) i pozostałości. Procentowy udział tych metali przekraczał 50% ilości sumarycznej. Największy procentowy udział metali ciężkich występujących w glebie kontrolnej we frakcjach mobilnych (suma FI FII) stwierdzono w wypadku Cr u wiechliny i kostrzewy łąkowej (ponad 15%), w wypadku Zn, Pb i Ni u kostrzewy łąkowej i życicy trwałej (udział ten wyniósł odpowiednio ponad 28%, 17% i 25% w stosunku do całkowitej zawartości), w wypadku Cu u kostrzewy czerwonej (8%), natomiast w wypadku Cd u kostrzewy łąkowej i życicy trwałej (udział ten przekraczał odpowiednio 44% i 39% w stosunku do całkowitej zawartości). Gdy idzie o badane metale śladowe, w glebie lekkiej (kontrolnej) największą dostępność stwierdzono dla Cd i Zn, a najmniejszą dla Cr i Cu. Zastosowanie popiołu do gleby w dawce 0,533 g wazon 1, co odpowiadało 400 t ha 1, wpłynęło na procentowy wzrost udziału Cr i Cu we frakcjach najbardziej mobilnych (suma FI FII), a także we frakcji związanej z tlenkami Fe i Mn oraz materii organicznej (FIII FIV); natomiast występowanie tych metali we frakcji rezydualnej (FV) malało. W doświadczeniu z gatunkami traw stwierdzono także wpływ dawki popiołu na obniżenie występowania Zn, Pb, Ni i Cd we frakcjach najbardziej mobilnych (FI FII) oraz związanej z tlenkami Fe i Mn (FIII), przy czym Cd jeszcze dodatkowo we frakcji związanej z materią organiczną. Popiół paleniskowy zastosowany do gleby lekkiej wpłynął natomiast na wzrost występowania Zn, Pb i Ni we frakcjach związanych z materią organiczną i pozostałości, a Cd tylko z frakcją pozostałości. Spośród badanych gatunków traw uprawianych na glebie lekkiej z dodatkiem popiołu najwięcej frakcji mobilnych (suma FI FII) Cr i Zn oznaczono na kombinacji z kostrzewą łąkową i życicą trwałą (dla Cr udział przekracza 16%, dla Zn 20%), frakcji mobilnych Cu w życicy trwałej (12%), a Cd w kostrzewie łąkowej (23%). Natomiast największy udział frakcji mobilnych Pb i Ni stwierdzono w glebie na kombinacji z życicą trwałą, kostrzewą łąkową i wiechliną łąkową (ilości te przekraczały 14% w stosunku do ilości sumarycznej). W doświadczeniu z gatunkami traw uprawianymi na glebie lekkiej Antonkiewicz.indd :51:35

73 Wyniki badań 73 Tabela 21. Procentowy udział frakcji metali ciężkich w glebie po uprawie gatunków traw doświadczenie wazonowe III Table 21. Percentage of heavy metal fractions in soil after cultivation of grass species pot experiment III Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cr Tymotka łąkowa 0 1,5 10,0 11,3 8,7 68,6 Timothy grass 533 1,5 10,2 13,9 9,0 65,3 Kostrzewa czerwona 0 1,9 11,9 11,2 8,7 66,2 Red fescue 533 1,9 12,9 15,0 9,2 61,0 Wiechlina łąkowa 0 2,3 13,1 13,7 9,9 61,1 Meadow grass 533 2,3 13,4 14,7 10,2 59,3 Kostrzewa łąkowa 0 2,0 13,4 12,9 10,1 61,6 Meadow fescue 533 2,1 14,4 15,2 10,3 58,0 Życica trwała 0 2,1 12,7 13,6 10,6 60,9 Perennial ryegrass 533 2,2 14,0 15,5 10,7 57,7 Średnia dla dawki popiołu 0 2,0 12,2 12,5 9,6 63,7 Average for ash dose 533 2,0 13,0 14,9 9,9 60,3 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,141 0,58 0,80 0,68 4,12 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species 0,223 0,91 1,26 1,08 6,52 NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,316 1,30 1,79 1,52 9,22 Zn Tymotka łąkowa 0 11,2 14,2 21,4 14,4 38,8 Timothy grass 533 7,3 10,1 14,6 22,4 45,6 Kostrzewa czerwona 0 7,6 11,6 14,0 20,4 46,4 Red fescue 533 5,6 6,3 8,7 24,3 55,1 Wiechlina łąkowa 0 9,9 13,3 16,4 20,2 40,2 Meadow grass 533 7,4 10,5 14,0 22,1 46,0 Kostrzewa łąkowa 0 11,3 17,2 21,5 13,0 37,0 Meadow fescue 533 8,0 13,0 16,3 17,7 45,0 Życica trwała 0 13,7 16,2 25,4 12,5 32,3 Perennial ryegrass 533 8,9 13,4 18,6 16,4 42,8 Średnia dla dawki popiołu 0 10,7 14,5 19,7 16,1 38,9 Average for ash dose 533 7,4 10,7 14,5 20,6 46,9 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,76 0,90 1,74 1,42 3,84 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 1,20 1,41 2,76 2,24 6,06 1,69 2,01 3,90 3,16 8,58 Antonkiewicz.indd :51:35

74 74 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 21 cd. / Table 21 cont. Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Pb Tymotka łąkowa 0 3,9 8,4 19,6 23,5 44,6 Timothy grass 533 2,4 5,7 15,5 25,3 51,1 Kostrzewa czerwona 0 3,6 8,1 19,1 27,1 42,1 Red fescue 533 2,6 6,3 15,7 29,2 46,2 Wiechlina łąkowa 0 6,1 10,7 23,9 21,2 38,1 Meadow grass 533 4,8 9,7 20,0 24,1 41,5 Kostrzewa łąkowa 0 6,5 11,3 26,0 18,8 37,4 Meadow fescue 533 4,4 10,0 19,0 22,3 44,2 Życica trwała 0 5,8 11,6 26,3 20,0 36,3 Perennial ryegrass 533 4,9 9,4 20,2 21,7 43,8 Średnia dla dawki popiołu 0 5,2 10,0 23,0 22,1 39,7 Average for ash dose 533 3,8 8,2 18,1 24,5 45,4 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,33 0,33 0,73 3,02 3,75 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species 0,53 0,51 1,15 4,77 5,93 NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,75 0,73 1,63 6,74 8,39 Cu Tymotka łąkowa 0 1,0 1,0 12,0 40,4 45,7 Timothy grass 533 2,0 2,3 12,7 40,9 42,0 Kostrzewa czerwona 0 3,7 4,5 20,9 33,7 37,2 Red fescue 533 4,0 4,8 21,5 44,2 25,6 Wiechlina łąkowa 0 3,3 3,2 18,6 33,2 41,7 Meadow grass 533 4,2 3,5 20,8 41,1 30,4 Kostrzewa łąkowa 0 1,8 3,4 17,6 40,8 36,4 Meadow fescue 533 3,5 4,2 18,6 43,2 30,4 Życica trwała 0 1,5 2,3 18,3 40,0 38,0 Perennial ryegrass 533 6,3 6,6 26,6 48,7 11,8 Średnia dla dawki popiołu 0 2,2 2,9 17,5 37,6 39,8 Average for ash dose 533 4,0 4,3 20,0 43,6 28,1 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,30 1,13 1,37 1,84 5,19 NIR (α=0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,48 1,79 2,17 2,90 8,21 0,67 2,53 3,07 4,10 11,61 Antonkiewicz.indd :51:35

75 Wyniki badań 75 Tabela 21 cd. / Table 21 cont. Gatunek trawy Grass species Dawka popiołu* [g wazon 1 ] Ash dose* [g pot 1 ] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cd Tymotka łąkowa 0 8,5 13,1 16,2 28,7 33,5 Timothy grass 533 3,5 6,2 9,0 26,2 55,0 Kostrzewa czerwona 0 9,6 17,7 22,3 17,9 32,5 Red fescue 533 9,8 12,6 14,4 16,1 47,1 Wiechlina łąkowa 0 13,7 19,7 22,4 24,2 20,0 Meadow grass 533 6,4 9,1 10,9 20,6 52,9 Kostrzewa łąkowa 0 19,1 25,9 30,9 18,2 5,9 Meadow fescue 533 9,8 13,6 18,7 17,8 40,2 Życica trwała 0 16,9 23,1 25,7 21,3 13,1 Perennial ryegrass 533 6,9 11,8 14,5 16,9 49,9 Średnia dla dawki popiołu 0 13,6 19,9 23,5 22,0 21,0 Average for ash dose 533 7,3 10,7 13,5 19,5 49,0 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 1,01 1,29 1,21 2,63 5,07 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species 1,59 2,03 1,91 4,16 8,02 NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 2,25 2,87 2,71 5,88 11,34 Ni Tymotka łąkowa 0 7,8 9,6 13,2 37,9 31,4 Timothy grass 533 4,5 5,6 7,9 44,9 37,2 Kostrzewa czerwona 0 7,9 9,9 13,5 37,1 31,7 Red fescue 533 4,6 6,3 8,3 45,9 34,9 Wiechlina łąkowa 0 10,4 13,8 16,3 31,0 28,5 Meadow grass 533 7,0 8,0 11,6 40,4 33,0 Kostrzewa łąkowa 0 10,5 15,0 18,3 28,0 28,1 Meadow fescue 533 6,7 8,6 12,1 39,6 32,9 Życica trwała 0 11,2 13,9 17,6 28,9 28,3 Perennial ryegrass 533 6,6 7,8 10,9 39,3 35,3 Średnia dla dawki popiołu 0 9,6 12,5 15,8 32,6 29,6 Average for ash dose 533 5,9 7,3 10,2 42,0 34,7 NIR (α = 0,01) dla dawki popiołu LSD (α = 0.01) for ash dose 0,38 0,39 1,30 1,41 1,90 NIR (α = 0,01) dla gatunku LSD (α = 0.01) for species 0,60 0,62 2,06 2,23 3,00 NIR (α = 0,01) dla interakcji LSD (α = 0.01) for interaction 0,85 0,87 2,91 3,16 4,25 * patrz tabela 6 / see Table 6 ** patrz tabela 19 / see Table 19 Antonkiewicz.indd :51:35

76 76 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych z dodatkiem popiołu największy udział Cr, Zn, Pb i Cd w stosunku do całkowitej ich zawartości stwierdzono we frakcji rezydualnej (FV), a Cu i Ni we frakcji związanej z materią organiczną (FIV) Doświadczenia polowe Plon roślin Plon roślin wyrażony w t s.m. ha 1, uzyskany w doświadczeniach polowych I i II zaprezentowano w tabelach Plon suchej masy mieszanki roślin uzyskany w kolejnych latach prowadzenia doświadczenia polowego I przedstawiono jako sumę z trzech pokosów zbieranych corocznie oraz średnią z okresu badań ( ). Natomiast plon mieszanki traw uzyskany w doświadczeniu polowym II zbierano jednokrotnie i ukazano jako średnią z poszczególnych lat oraz jako średnią z okresu badań ( ). Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych zastosowanych do gleby na plon mieszanki roślin doświadczenie polowe I Plon suchej masy mieszanki roślin w zależności od obiektu i roku prowadzenia badań wahał się w zakresie 0,15 10,56 t s.m. ha 1 (tab. 22). W doświadczeniu polowym I zarejestrowano istotny wpływ osadu ściekowego i popiołu paleniskowego oraz ich mieszanin na wielkość plonu mieszanki roślin. Analizując średni plon z okresu badań, stwierdzono, że najwyższy plon uzyskano w obiekcie 4, w którym zastosowano 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popiołu na ha. Tabela 22. Plon mieszanki roślin doświadczenie polowe I Table 22. Yield of plant mixture field experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Rok wegetacji / Year of vegetation [t s.m. ha 1 ] / [t d.m. ha 1 ] Średnia Average 1 Kontrola / Control 0,49 4,39 4,33 4,06 3,32 2 O 2,45 10,22 9,41 8,56 7,66 3 P 0,15 2,65 2,60 2,35 1,94 4 PO 3/4:1/4 2,78 11,81 10,56 9,83 8,74 5 PP 1/4:3/4 0,80 6,86 6,79 6,31 5,19 6 PO 1:1 2,26 8,21 8,20 7,73 6,60 V% 76,10 47,07 43,71 43,70 46,72 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,17 0,42 0,25 0,25 0,302 * patrz tabela 8 / see Table 8 V% współczynnik zmienności / coefficient of variation Antonkiewicz.indd :51:35

77 Wyniki badań 77 Wzrost plonu mieszanki roślin w tym obiekcie wynosił ponad 160% w porównaniu z kontrolą. Osad ściekowy zastosowany w ilości 200 t ha 1 s.m. (obiekt 2) również wpłynął na ponad 130% wzrostu plonu mieszanki roślin. Mieszanina popiołowo- -osadowa wymieszana w stosunku wagowym 1:1 (wprowadzono po 100 t s.m. na ha odpadów, obiekt 6), również oddziałała istotnie na podwyższenie plonu i była prawie o 100% wyższa w porównaniu z kontrolą. Wysoka wartość nawozowa osadu ściekowego ulegała znacznemu obniżeniu w wyniku dużego dodatku popiołu w kombinacji sporządzonej z 50 t s.m. osadu i 150 t s.m. popiołu (obiekt 5). Uzyskany niższy plon, był istotnie wyższy od plonu obiektu kontrolnego. Popiół paleniskowy zastosowany jako jedyny w dawce 200 t ha 1 s.m. istotnie obniżył wielkość plonu, który stanowił 60% wielkości plonu uzyskanego w obiekcie kontrolnym. Analiza plonu mieszanki roślin w poszczególnych latach badań wykazała, że najniższy plon przyniósł pierwszy rok, a wynikało to między innymi z niepełnego okresu wegetacji mieszanki roślin. Plon mieszanki roślin w latach pozostawał w miarę wyrównany, jakkolwiek w drugim roku badań (2003) uzyskano najwyższe zbiory, po czym w następnych latach ich wielkość ulegała nieznacznemu obniżeniu. Wpływ osadu ściekowego na plon mieszanki traw uprawianych na składowisku odpadów paleniskowych doświadczenie polowe II Średni plon suchej masy mieszanki traw uzyskanej w latach na składowisku odpadów paleniskowych wahał się, w zależności od obiektu, od 2,07 do 12,10 t s.m ha 1 (tab. 23). Najniższy plon mieszanki traw uzyskano w obiekcie kontrolnym, tj. nie nawożonym osadem ściekowym. Otrzymany plon mieszanki traw uprawianej wyłącznie na popiele paleniskowym tłumaczy się niekorzystnymi właściwościami fizykochemicznymi podłoża oraz brakiem składników pokarmowych w porównaniu z obiektami nawożonymi osadem ściekowym (tab. 25). Zastosowanie osadu ściekowego na składowisku odpadów paleniskowych wpłynęło na wzrost plonu mieszanki traw. Najniższa dawka osadu ściekowego, tj. 25 t ha 1 s.m. wpłynęła na 92-procentowy wzrost plonu mieszanki traw w stosunku do kontroli. Podwojenie dawki osadu ściekowego dało skutek w postaci ponad 2,3-krotnego wzrostu plonu. Kolejne dawki osadu ściekowego również oddziałały na wzrost plonu. Największy plon mieszanki traw uzyskano w obiekcie, w którym zastosowano 100 t ha 1 s.m. osadu ściekowego. Wzrost plonu mieszanki traw z tego obiektu był ponad 4,8 razy wyższy niż w kontroli. Z badań przeprowadzonych na składowisku odpadów paleniskowych wynika, że największą wartością nawozową charakteryzował się obiekt, w którym zastosowano 100 t ha 1 s.m. osadu ściekowego. Plon mieszanki traw w latach był bardzo zróżnicowany (tab. 23). Najniższy uzyskano w pierwszym roku badań, co podobnie jak w doświadczeniu I tłumaczy się niepełnym okresem wegetacji oraz długim okresem wschodów mieszanki traw. Znacznie wyższy plon mieszanki traw przyniósł drugi rok badań, a naj- Antonkiewicz.indd :51:35

78 78 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 23. Plon mieszanki traw doświadczenie polowe II Table 23. Yield of grass mixture field experiment II Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Sludge dose* [t ha 1 d.m.] Rok wegetacji / Year of vegetation Średnia Average [t s.m. ha 1 ] / [t d.m. ha 1 ] 1 0 0,09 0,88 1,10 0, ,27 1,62 2,10 1, ,44 2,64 3,76 2, ,78 3,36 4,71 2, ,13 4,58 6,39 4,03 V% 76,62 55,51 57,99 58,44 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,10 0,27 0,41 0,220 * patrz tabela 9 / see Table 9 V% współczynnik zmienności / coefficient of variation wyższy trzeci. W zależności od obiektu wielkość plonu w trzecim roku badań kształtowała się na poziomie od 4,5 do 11,1 razy wyższym niż w pierwszym roku wegetacji. Największy przyrost plonu w porównaniu z pierwszym rokiem wegetacji uzyskano w obiekcie kontrolnym. Mieszanka traw uprawiana wyłącznie na popiele paleniskowym po rozkrzewieniu się w największym stopniu wpłynęła na przyrost plonu Zawartość metali ciężkich w roślinach Zawartość metali ciężkich w mieszance roślin uzyskanych z doświadczenia polowego I przedstawiono jako średnią ważoną z okresu badań, tj. z lat , a z doświadczenia polowego II z lat (ryc. 7 8). Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych zastosowanych do gleby na zawartość metali ciężkich w mieszance roślin doświadczenie polowe I Zastosowany w doświadczeniu polowym I komunalny osad ściekowy zawierał Cr, Zn, Pb, Cu, Cd w ilościach odpowiednio ponad 1-, 23-, 5-, 5- i 33-krotnie większych niż popiół paleniskowy (tab. 7). Zawartość Cr i Ni w popiele paleniskowym użytym w doświadczeniu była porównywalna do zawartości w glebie, a Zn i Pb niższa. Jedynie zawartość Cu i Cd oznaczona w popiele była wyższa w porównaniu z glebą (tab. 7). Zawartość metali ciężkich w mieszance roślin zależała od dawki osadu, popiołu i ich mieszanin. W zależności od obiektu średnia ważona zawartości metali ciężkich w mieszance roślin wahała się w zakresie: 1,03 1,26 mg Cr, 21,61 54,06 mg Zn, 0,74 1,27 mg Pb, 2,88 7,02 mg Cu, 0,14 0,29 mg Cd i 1,05 1,55 mg Ni kg 1 s.m. (ryc. 7). Antonkiewicz.indd :51:36

79 Wyniki badań 79 Ryc. 7. Zawartość metali ciężkich w mieszance roślin (mg. kg 1 s.m.) doświadczenie polowe I; opis obiektów patrz tabela 8 Fig. 7. Heavy metal contents of plant mixture (mg. kg 1 d.m.) field experiment I; see Table 8 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:36

80 80 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Najwyższą zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w mieszance roślin zarejestrowano w 2 obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad ściekowy, natomiast Ni w roślinach z obiektu kontrolnego. Zastosowany osad ściekowy w dawce 200 t ha 1 s.m. (obiekt 2) spowodował istotny wzrost zawartości Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w mieszance roślin w porównaniu z obiektem kontrolnym, natomiast zawartość Ni uległa obniżeniu (ryc. 7). Zaaplikowana jako jedyna dawka popiołu paleniskowego w ilości 200 t ha 1 s.m. (obiekt 3) wpłynęła istotnie na obniżenie zawartości wszystkich badanych metali w mieszance roślin. Z niniejszych badań wynika, że popiół paleniskowy nie stanowi potencjalnego źródła metali ciężkich dostępnych dla roślin. W rezultacie wymieszania popiołu paleniskowego z osadem ściekowym w różnych proporcjach nastąpiło istotnie obniżenie zawartości badanych metali w mieszance roślin w porównaniu z roślinami uprawianyni na samym osadzie ściekowym (obiekt 2). Z kolei mieszaniny popiołowo-osadowe spowodowały istotny wzrost zawartości Zn, Cu i Cd w mieszance roślin w stosunku do kontroli. Spośród badanych mieszanin największy wzrost zawartości Zn, Cu i Cd w mieszance roślin stwierdzono w kombinacji z 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popiołu (obiekt 4). Mieszanina popiołowo-osadowa wymieszana w stosunku wagowym 1:1 (wprowadzono po 100 t s.m. odpadów na ha, obiekt 6) również wpływała na wzrost zawartości wyżej wymienionych metali ciężkich w mieszance roślin. Znaczny udział popiołu w mieszaninie popiołowo-osadowej (50 t s.m. osadu i 150 t s.m. popiołu, obiekt 5) spowodował, że zawartość Cu i Cd w mieszance roślin utrzymywała się na podobnym poziomie jak w obiekcie kontrolnym. Z niniejszych badań wynika, że głównym źródłem wzrostu zawartości Zn, Cu i Cd w mieszance roślin uzyskanej na mieszaninach popiołowo-osadowych był osad ściekowy. Natomiast popiół paleniskowy zastosowany jako jedyny lub wymieszany z osadem ściekowym wpłynął na ograniczenie pobierania zwłaszcza Cr, Pb i Ni przez mieszankę roślin. Bezpośrednią przyczyną obniżenia bioprzyswajalności tych pierwiastków pod wpływem popiołu paleniskowego lub mieszanin popiołowo-osadowych może być ich słaba rozpuszczalność w roztworze glebowym w wyniku alkalizacji środowiska glebowego (tab. 24). Wpływ osadu ściekowego na zawartość metali ciężkich w mieszance traw uprawianej na składowisku odpadów paleniskowych doświadczenie polowe II Potencjalnym źródłem metali ciężkich dla mieszanki traw uprawianej na składowisku odpadów paleniskowych był komunalny osad ściekowy (ryc. 8), ponieważ zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w tym odpadzie była odpowiednio ponad 1-, 27-, 5-, 11- i 19-krotnie wyższa niż w popiele paleniskowym (tab. 7). Natomiast zawartość Ni w osadzie była na porównywalnym poziomie jak w popiele paleniskowym. W doświadczeniu stwierdzono, że komunalny osad ściekowy zastosowany na składowisku odpadów paleniskowych wpłynął istotnie na wzrost zawartości metali ciężkich w mieszance traw (ryc. 8). Największy wzrost zawartości metali ciężkich w mieszance Antonkiewicz.indd :51:36

81 Wyniki badań 81 Ryc. 8. Zawartość metali ciężkich w mieszance traw (mg. kg 1 s.m.) doświadczenie polowe II; opis obiektów patrz tabela 9 Fig. 8. Heavy metal contents of grass mixture (mg. kg 1 d.m.) field experiment II; see Table 9 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:37

82 82 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych traw zarejestrowano pod wpływem osadu ściekowego w dawce 100 t. ha 1 s.m. Spośród badanych metali ciężkich największy przyrost przy podanej wyżej dawce osadu zarejestrowano w wypadku Zn, następnie w kolejności Cd, Pb, Cu i Cr, a najniższy w przypadku Ni. Wzrost zawartości tych metali w porównaniu z obiektem kontrolnym wynosił odpowiednio ponad 417%, 199%, 86%, 51%, 50% i 29%. Z badań wynika, że w porównaniu z mieszanką uprawianą wyłącznie na popiele paleniskowym mieszanka traw w największym stopniu pobierała Zn, a w najmniejszym Ni. Zastosowanie najniższej dawki osadu ściekowego, tj. 25 t ha 1 s.m., w najmniejszym stopniu wpłynęło na zwiększenie się zawartości metali ciężkich w mieszance traw. Istotny wzrost zawartości metali ciężkich przy najniższej dawce osadu ściekowego odnotowano tylko w wypadku Pb, Cu i Ni, natomiast dla Cr, Zn i Cd był on w mieszance traw nieistotny. Zwiększenie dawki osadu ściekowego wpływało istotnie na wzrost zawartości badanych metali ciężkich w mieszance traw. Wzrost ten był jednak niższy aniżeli uzyskany przy najwyższej dawce osadu ściekowego. Najniższe zawartości metali ciężkich stwierdzono w mieszance traw uprawianej wyłącznie na popiele paleniskowym. Bardzo niską zawartość metali ciężkich w mieszance traw tłumaczy się między innymi wysoką wartością ph popiołu (tab. 25) oraz małą dostępnością metali ciężkich we frakcjach najbardziej mobilnych (tab. 28). Z niniejszych badań wynika, że popioły paleniskowe nie stanowią potencjalnego źródła metali ciężkich dla roślinności uprawianej na składowisku. Z kolei wprowadzenie osadu ściekowego, bogatego w składniki pokarmowe, stanowi źródło metali ciężkich dla uprawianych roślin w ilościach nieprzekraczających dopuszczalnych zawartości Ocena zawartości metali ciężkich w roślinach uprawianych na mieszaninach popiołowo-osadowych oraz na składowisku odpadów paleniskowych nawożonych osadem ściekowym Oceniając biomasę uzyskaną w doświadczeniach polowych pod względem paszowym [Kabata-Pendias i in. 1993], stwierdzono, że spełniała ona wymogi stawiane paszom dobrej jakości. Mieszanek rekultywacyjnych uprawianych na glebie z dodatkiem odpadów lub na składowiskach odpadów nie powinno się przeznaczać na cele paszowe, ponieważ zawsze istnieje możliwość występowania w nich metali ciężkich w ilościach ponadnormatywnych. Dlatego rolnicze wykorzystanie popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych musi opierać się między innymi na analizie składu chemicznego roślin rosnących na podłożu z dodatkiem tych odpadów. Plon roślin rekultywacyjnych winien być przeznaczany na cele przemysłowe, energetyczne czy do produkcji kompostu. Przemysłowe przeznaczenie biomasy roślin jest gwarancją wyłączenia metali ciężkich z łańcucha troficznego. Antonkiewicz.indd :51:37

83 Wyniki badań Pobranie metali ciężkich przez rośliny Pobranie metali ciężkich przez rośliny uzyskane w doświadczeniu polowym I przedstawiono jako sumę z całego okresu badań, tj. z lat , a z doświadczenia polowego II z lat (ryc. 9 10). Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych dodanych do gleby na pobranie metali ciężkich przez mieszankę roślin doświadczenie polowe I Ilość metali ciężkich pobranych przez mieszankę roślin wahała się w zależności od obiektu w zakresie: 8,5 38,7 g Cr, 167,4 1656,4 g Zn, 5,7 38,9 g Pb, 22,3 215,0 g Cu, 1,1 8,8 g Cd i 8,8-40,0 g Ni ha 1 (ryc. 9). Największy wynos badanych metali ciężkich stwierdzono w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad ściekowy w dawce 200 t s.m. ha -1 (obiekt II). Wzrost pobrania Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni przez mieszankę roślin uprawianą na osadzie wynosił odpowiednio ponad: 145%, 400%, 192%, 291%, 279% i 93% w stosunku do kontroli. Mieszaniny popiołowo-osadowe również wpłynęły na wzrost pobrania badanych metali ciężkich przez mieszankę roślin, aczkolwiek wzrost ten był nieco mniejszy w porównaniu z osadem. Spośród badanych mieszanin popiołowo-osadowych największy wynos metali ciężkich przez mieszankę roślin został zarejestrowany w obiekcie 4, w którym zastosowano mieszaninę składającą się ze 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popiołu ha 1. W badaniach stwierdzono, że im większy udział popiołu w mieszaninie popiołowo-osadowej tym mniejsze pobranie metali ciężkich przez rośliny. Istotny wzrost pobrania metali ciężkich przez rośliny tłumaczy się między innymi plonotwórczym działaniem mieszanin popiołowo-osadowych. Najmniejszy wynos metali ciężkich przez mieszankę roślin zarejestrowano w wypadku samego popiołu. Popiół paleniskowy zastosowany jako jedyny (obiekt 3) istotnie obniżył pobranie Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni przez mieszankę roślin w porównaniu z kontrolą. Obniżenie pobrania wyżej wymienionych metali wynosiło odpowiednio 45%, 49%, 56%, 59%, 52% i 56% w stosunku do kontroli. Z badań wynika, że jedynie popiół paleniskowy obniżał pobieranie metali ciężkich w porównaniu z kontrolą. Badana mieszanka roślin największe ilości metali ciężkich pobierała z osadu ściekowego, a najmniejsze z popiołu paleniskowego. Spośród rozpatrywanych metali ciężkich z osadu ściekowego i popiołu największy był pobór Zn, następnie w kolejności Cu, Ni, Cr i Pb, a najmniejszy Cd. Wpływ osadu ściekowego na pobranie metali ciężkich przez mieszankę traw uprawianą na składowisku odpadów paleniskowych doświadczenie polowe II Ilość metali ciężkich pobranych przez mieszankę traw zależała od dawki osadu ściekowego i wahała się w zakresie: 3,3 29,0 g Cr, 31,6 957,6 g Zn, 2,8 31,0 g Pb, 6,4 56,8 g Cu, 0,1 1,7 g Cd oraz 2,1 16,5 g Ni ha 1 (ryc. 10). W doświadczeniu Antonkiewicz.indd :51:37

84 84 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Ryc. 9. Pobranie metali ciężkich przez mieszankę roślin (g. ha 1 ) doświadczenie polowe I; opis obiektów patrz tabela 8 Fig. 9. Heavy metal uptake by plant mixture (g. ha 1 ) field experiment I; see Table 8 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:37

85 Wyniki badań 85 Ryc. 10. Pobranie metali ciężkich przez mieszankę traw (g. ha 1 ) doświadczenie polowe II; opis obiektów patrz tabela 9 Fig. 10. Heavy metal uptake by grass mixture (g. ha 1 ) field experiment II; see Table 9 for description of objects Antonkiewicz.indd :51:38

86 86 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych stwierdzono, że zastosowany na składowisku odpadów paleniskowych osad ściekowy w dawce 100 t ha 1 s.m. w największym stopniu wpłynął istotnie na wzrost pobrania metali ciężkich przez mieszankę roślin. Wzrost pobrania Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni przy najwyższej dawce osadu ściekowego był odpowiednio 7,7, 29,3, 9,8, 7,8, 16,6 i 6,5 razy większy niż w wypadku kontroli, tj. popiołu nienawożonego osadem ściekowym. W badaniach stwierdzono, że im niższa dawka osadu ściekowego, tym niższe również pobranie metali ciężkich przez mieszankę traw. Obniżenie pobrania metali ciężkich przez mieszankę roślin wiązało się głównie ze spadkiem wielkości plonu. Najmniejszy wynos metali ciężkich zarejestrowano w obiekcie kontrolnym. Najniższe pobranie tłumaczy się tym, że mieszanka traw uprawiana na popiele w warunkach kontrolnych charakteryzowała się najniższym plonem i niską zawartością badanych metali (tab. 23, ryc. 8). W niniejszych badaniach, podobnie jak w doświadczeniu polowym z mieszaninami popiołowo-osadowymi, stwierdzono, że mieszanka traw pobierała najwięcej metali ciężkich z osadu ściekowego, a najmniej z popiołu paleniskowego. Spośród badanych metali ciężkich z osadu ściekowego najwięcej odprowadzonego zostało Zn, następnie Cu, Pb, Cr i Ni, a najmniej Cd Zmiany wybranych właściwości chemicznych podłoży Zastosowanie komunalnego osadu ściekowego, popiołu paleniskowego oraz ich mieszanin wpłynęło, podobnie jak w doświadczeniach wazonowych, na zmiany właściwości chemicznych podłoży (tab. 24, 25). Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na chemiczne właściwości podłoży doświadczenie polowe I Odczyn, kwasowość hydrolityczna Po 4-letniej wegetacji mieszanki roślin w warunkach doświadczenia polowego stwierdzono nieznaczne obniżenie wartości ph gleby o ponad 0,3 jednostki, natomiast popiołu o ponad 0,4 jednostki w stosunku do wartości wyjściowej (tab. 7, 24). W wypadku osadu ściekowego wartość ph uległa najmniejszemu obniżeniu tylko o 0,19 jednostki (tab. 7, 24). Gleba, na której założono doświadczenie, wykazywała odczyn obojętny, a po zakończeniu doświadczenia uległa lekkiemu zakwaszeniu. Odczyn podłoża, na którym zastosowano wyłącznie osad ściekowy, był nadal lekko kwaśny (obiekt 2), a popiołu paleniskowego zasadowy (obiekt 3). W obiekcie, w którym posłużono się mieszaniną popiołowo-osadową składającą się ze 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popiołu na ha, stwierdzono odczyn obojętny. Tam, gdzie zastosowano mieszaniny popiołowo-osadowe (obiekty 5, 6), zarejestrowano odczyn zasadowy. W mieszaninach popiołowo-osadowych nie ujawniła się Antonkiewicz.indd :51:38

87 Wyniki badań 87 Tabela 24. Podstawowe właściwości chemiczne gleby po uprawie mieszanki roślin doświadczenie polowe I Table 24. Basic chemical properties of soil after cultivation of plant mixture field experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Hh S C-org ph H2 ph O KCl Organic C [mmol(+) kg 1 ] g kg 1 1 Kontrola Control 7,0 6,4 9,8 75,1 10,8 2 O 5,9 5,6 194,4 697,8 117,1 3 P 8,2 7,9 180,8 24,8 4 PO 3/4:1/4 6,9 6,8 7,5 487,8 67,0 5 PO 1/4:3/4 7,5 7,4 368,4 27,4 6 PO 1:1 7,4 7,3 427,2 47,9 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,17 0,27 1,48 23,75 5,91 Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* N ogółem Total N [g kg 1 ] C:N Przyswajalny / Available P K Mg [mg kg 1 ] 1 Kontrola Control 0,5 19,4 33,5 57,2 123,8 2 O 13,3 8,77 286,7 244,4 327,6 3 P 1,2 20,2 64,2 97,0 399,1 4 PO 3/4:1/4 7,0 9,5 154,1 193,1 318,9 5 PO 1/4:3/4 2,6 10,8 90,4 109,2 371,3 6 PO 1:1 3,7 13,4 128,4 151,7 342,6 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 1,18 5,91 23,52 15,28 21,03 * patrz tabela 8 / see Table 8 Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity kwasowość hydrolityczna w wyniku alkalizacji środowiska. Jedynie obiekt, w którym użyto wyłącznie osadu ściekowego, charakteryzował się najniższą wartością ph i najwyższą kwasowością hydrolityczną. Suma kationów zasadowych Po zakończeniu wegetacji mieszanki roślin zarejestrowano również obniżenie sumy kationów o charakterze zasadowym w porównaniu z zawartością wyjściową (tab. 7, 24). Największe obniżenie zarejestrowano w wypadku obiektu z osadem ściekowym, a najmniejsze przy glebie kontrolnej. Suma kationów zasadowych w obiekcie, w którym zastosowano 200 t s.m. osadu ściekowego, była ponad 8-krotnie większa niż w kontroli, a w wypadku zastosowanego popiołu ponad 1,4-krotnie. Mieszaniny popiołowo-osadowe zastosowane do gleby również wpłynęły na wzrost sumy kationów zasadowych w porównaniu z kontrolą. Antonkiewicz.indd :51:38

88 88 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Węgiel organiczny Po zakończeniu doświadczenia w glebie obiektu kontrolnego stwierdzono nieznaczny wzrost zawartości C organicznego w porównaniu z zawartością wyjściową (tab. 7, 24). Zawartość C organicznego w zastosowanym osadzie ściekowym (obiekt 2) uległa obniżeniu o około 46% w stosunku do ilości wyjściowej, natomiast w wypadku popiołu paleniskowego utrzymywała się na jednakowym poziomie. Spośród badanych komponentów nawozowych największą zawartość C organicznego stwierdzono w osadzie ściekowym, następnie w mieszaninach popiołowo-osadowych. Zawartość C organicznego w osadzie ściekowym była ponad 9-krotnie wyższa, a w popiele paleniskowym ponad 1,2-krotnie wyższa niż w kontroli. Azot Zawartość N w glebie po zakończeniu wegetacji mieszanki roślin uległa nieznacznemu obniżeniu. Największy spadek stwierdzono w wypadku osadu ściekowego wynosił on ponad 51% w porównaniu z ilością wyjściową. Stosunkowo znaczne obniżenie zawartości N sięgające ponad 34% w stosunku do zawartości wyjściowej odnotowano także w popiele paleniskowym. Spadek zawartości N z popiołu paleniskowego tłumaczy się wysokim ph podłoża, a w warunkach zasadowych N ulatnia się w formie amoniaku [Kalembasa i Wysokiński 1999]. Źródłem N, tak jak i C organicznego w obiektach nawozowych był komunalny osad ściekowy. Im większy udział osadu w mieszaninach popiołowo-osadowych, tym wyższa była zawartość tego pierwiastka. Stosunek węgla do azotu (C:N) Obliczono, że stosunek C organicznego do N ogółem w glebie kontrolnej wynosił 19,4 : 1,0 i był zbliżony do obiektu, w którym zastosowano wyłącznie popiół paleniskowy (tab. 24). Szeroki stosunek C : N w glebie wskazuje na wysoką zawartość w niej C organicznego, a niską N, natomiast szeroki stosunek C : N w popiele paleniskowym świadczy o trudnym rozkładzie substancji organicznej występującej w tych odpadach. Najniższym stosunkiem C : N cechował się zastosowany osad ściekowy, a dodatek popiołu do osadu wpływał na wzrost wartości tego stosunku. Przyswajalny fosfor, potas i magnez Po zakończeniu 4-letniej wegetacji mieszanki roślin we wszystkich obiektach zaobserwowano postępujące wyczerpywanie w glebie, osadzie i popiele z przyswajalnego P, K i Mg. Największe obniżenie zawartości przyswajalnego P stwierdzono w obiekcie z osadem ściekowym 50%, a K i Mg w glebie odpowiednio 57% i 41% w stosunku do zawartości wyjściowej (tab. 7, 24). Spośród badanych komponentów nawozowych największym źródłem przyswajalnego P i K był osad ściekowy, natomiast Mg popiół paleniskowy. Stwierdzona zawartość P i K w osadzie była ponad 7- i 3-krot- Antonkiewicz.indd :51:38

89 Wyniki badań 89 nie wyższa niż w glebie. Natomiast zawartość przyswajalnego Mg w popiele paleniskowym była ponad 2,2 razy wyższa aniżeli w glebie. Pomimo systematycznego spadku zawartości przyswajalnego P i K w osadzie ściekowym stwierdzono, że po 4 latach wegetacji mieszanki roślin zawartość tych makroelementów kształtowała się nadal na bardzo wysokim poziomie. Również zawartość przyswajalnego Mg z popiołu paleniskowego po zakończeniu badań była na poziomie bardzo wysokim. Zastosowane mieszaniny popiołowo-osadowe (obiekty 4 6) okazały zasobniejsze w przyswajalne makroelementy w porównaniu z glebą. Zawartość P w tych obiektach była na poziomie bardzo wysokim, natomiast K na poziomie niskim i średnim. Wpływ osadów ściekowych na składowisku popiołów paleniskowych na chemiczne właściwości podłoży doświadczenie polowe II Zastosowanie zróżnicowanych dawek osadu ściekowego na składowisku odpadów paleniskowych wpłynęło na zmiany właściwości chemicznych podłoża (tab. 25). Odczyn Przed zastosowaniem osadu ściekowego i wysianiem mieszanki traw odczyn składowanego popiołu paleniskowego był zasadowy (ph KCl = 8,7) (tab. 7). Po 3 letniej wegetacji mieszanki traw odczyn popiołu (obiektu kontrolnego) był nadal zasadowy, stwierdzono jednak niewielkie obniżenie wartości ph popiołu wynosiło ono ponad 7% w stosunku do wartości wyjściowej (tab. 7, 25). Zastosowanie zróżnicowanych dawek osadu ściekowego wpłynęło istotnie na obniżenie odczynu ph podłoża. Największy spadek odczynu ph podłoża zarejestrowano pod wpływem najwyższej dawki osadu ściekowego. Odczyn podłoża, na którym zastosowano 100 t ha 1 s.m. osadu, był obojętny (ph KCl = 7,2). Natomiast odczyn popiołu, na którym zastosowano osad ściekowy w ilości t ha 1 s.m., pozostawał nadal zasadowy. W obiekcie kontrolnym (popiele) oraz w obiektach nawożonych osadem ściekowym nie ujawniła się kwasowość hydrolityczna. Brak kwasowości jest bardzo niekorzystną cechą, ogranicza bowiem, a nawet uniemożliwia wymianę jonową, a tym samym pobór składników pokarmowych przez rośliny. Suma kationów zasadowych Po zakończeniu wegetacji mieszanki traw uprawianej na popiele paleniskowym (w warunkach kontrolnych) stwierdzono nieznaczne obniżenie sumy kationów zasadowych wynosiło ono 8,6% w stosunku do wartości wyjściowej (tab. 7, 25). Znaczącym źródłem kationów zasadowych dla mieszanki traw był komunalny osad ściekowy, ponieważ stwierdzona suma kationów zasadowych była tu ponad 4-krotnie wyższa niż w wypadku popiołu (tab. 7). Po trzech latach trwania doświadczenia w obiektach nawożonych osadami ściekowymi zarejestrowano przyrost sumy ka- Antonkiewicz.indd :51:38

90 90 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 25. Wpływ osadu ściekowego na właściwości chemiczne popiołu po uprawie mieszanki traw doświadczenie polowe II Table 25. Effect of sewage sludge on chemical properties of ash after cultivation of grass mixture field experiment II Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Sludge dose* [t ha 1 d.m.] ph H2 O ph KCl Hh S [mmol(+) kg 1 ] C-org. Organic C [g kg 1 ] 1 0 8,3 8,1 brak / none 189,1 41, ,0 7,7 brak / none 209,8 64, ,7 7,4 brak / none 233,8 75, ,6 7,3 brak / none 309,2 129, ,4 7,2 brak / none 382,2 160,2 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,32 0,27 16,50 12,90 Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Sludge dose* [t ha 1 d.m.] N ogółem Total N [g kg 1 ] C:N Przyswajalny / Available P K Mg [mg kg 1 ] 1 0 1,5 30,4 119,7 84,1 415, ,0 21,1 155,0 140,8 459, ,9 11,0 224,7 171,6 484, ,6 11,2 345,0 243,9 511, ,9 7,3 476,4 307,9 549,1 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 1,58 8,16 36,08 48,88 28,71 * patrz tabela 9 / see Table 9 Hh kwasowość hydrolityczna / hydrolytic acidity, S suma zasad wymiennych / base exchange capacity tionów o charakterze zasadowym. Największy przyrost stwierdzono pod wpływem 100 t ha 1 s.m. osadu zaaplikowanego do popiołu paleniskowego, gdy suma kationów przekroczyła 102% w stosunku do obiektu kontrolnego. Niższe dawki osadu ściekowego również wpłynęły istotnie na wzrost sumy kationów zasadowych w porównaniu z kontrolą. Wzrost sumy kationów zasadowych był jednak niższy aniżeli w obiekcie z najwyższą dawką osadu ściekowego. Węgiel organiczny i azot ogółem Oznaczona zawartość C organicznego i N ogółem w popiele paleniskowym przed założeniem doświadczenia i w obiekcie kontrolnym oraz po 3-letniej wegetacji mieszanki traw utrzymywała się na jednakowym poziomie (tab. 7, 25). Zastosowany osad ściekowy zawierał C organicznego i N ogółem odpowiednio 6,6 i 25 razy więcej niż popiół paleniskowy (tab. 25). Wprowadzenie do popiołu zróżnicowanych dawek osadu ściekowego spowodowało istotny wzrost zawartości C organicznego i N w podłożu. Mieszanka traw uprawiana na popiołach nawożonych osadem ście- Antonkiewicz.indd :51:38

91 Wyniki badań 91 kowym korzystała ze składników pokarmowych (w tym N) powstałych na drodze mineralizacji związków organicznych osadu. W omawianym doświadczeniu zastosowanie osadu ściekowego w dawce 100 t ha 1 s.m. wpłynęło na prawie 3-krotne zwiększenie ilości C organicznego oraz ponad 13-krotny wzrost zawartości N ogółem w podłożu. Niższe dawki osadu ściekowego również oddziałały istotnie na przyrost ilości C organicznego i N ogółem w podłożu. Stosunek węgla do azotu (C : N) W doświadczeniu wykazano istotny wpływ zróżnicowanych dawek osadu ściekowego na wielkość stosunku C : N. Najszerszym stosunkiem C : N charakteryzował się popiół paleniskowy nienawożony osadem (tab. 25). Szeroki stosunek C : N w popiele świadczy o dużej odporności związków C organicznego na jego rozkład. Zastosowanie osadu ściekowego do popiołu wpłynęło na obniżenie wartości stosunku C : N. W niniejszym doświadczeniu wartość tego stosunku obniżyła się z 30 : 1 w popiele (obiekt kontrolny) do 7 : 1 w popiele nawożonym 100 t ha 1 osadu. Z badań wynika, że największe obniżenie badanego stosunku stwierdzono pod wpływem 100 t ha 1 s.m. osadu ściekowego, natomiast najmniejsze przy dawce 25 t ha 1 s.m. Przyswajalny fosfor, potas i magnez Po 3 latach wegetacji mieszanki traw zasobność popiołu paleniskowego w przyswajalny P, K i Mg uległa obniżeniu w porównaniu z zawartością wyjściową (tab. 7, 25). Największe obniżenie ponad 30%, zarejestrowano w wypadku K, następnie P 17%, a najmniejsze w wypadku Mg, gdy nie przekraczało ono 9%. Znaczącym źródłem przyswajalnych składników dla mieszanki traw był zastosowany osad ściekowy. Zawartość przyswajalnego P, K i Mg w osadzie ściekowym była odpowiednio ponad 344%, 239% i 90% wyższa niż w popiele paleniskowym (tab. 7). Wprowadzenie osadu ściekowego do popiołu wpłynęło na wzrost przyswajalnych składników pokarmowych. Największy wzrost tych składników zarejestrowano pod wpływem 100 t ha 1 s.m. osadu. Spośród badanych makroelementów największy wzrost zarejestrowano w wypadku P wynosił on ponad 297%, dla K osiągnął 266%, a najmniejszy był w wypadku Mg 32% w stosunku do kontroli, tj. popiołu nienawożonego osadem ściekowym. Po zakończeniu doświadczenia zasobność popiołu nawożonego osadem ściekowym (obiekty 2 5) w przyswajalny P i Mg była na poziomie bardzo wysokim. Zasobność popiołu nawożonego osadem ściekowym w dawce 75 i 100 t ha 1 s.m. w przyswajalny potas była na poziomie bardzo wysokim, przy dawce 50 t ha 1 s.m. na poziomie wysokim, a przy dawce 25 t ha 1 s.m. na poziomie średnim. Stosowanie osadów ściekowych na podłoże popiołowe poprawia jego właściwości chemiczne i winno być traktowane jako czynnik rekultywacyjny. Antonkiewicz.indd :51:38

92 92 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Zawartość metali ciężkich w podłożach Całkowitą i rozpuszczalną w 1 mol HCl zawartość metali ciężkich w podłożach po zakończeniu wegetacji roślin z doświadczeń polowych przedstawiono w tabeli 26 i 27. Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na zawartość metali ciężkich w podłożach doświadczenie polowe I Zawartość całkowita Gleba, na której założono doświadczenie polowe I, charakteryzowała się naturalną zawartością Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni (stopień 0, tab. 7) [Kabata-Pendias i in. 1995]. Zastosowany w doświadczeniu polowym komunalny osad ściekowy zawierał Cr, Zn, Pb, Cu, Cd odpowiednio ponad 1,4-, 11,4-, 3,5-, 10,1- i 2,7-krotnie więcej niż gleba Tabela 26. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w glebie nawożonej osadem, popiołem oraz ich mieszaninami doświadczenie polowe I Table 26. Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni contents of soil fertilised with sludge, ash and their mixtures field experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Całk. Total Cr Zn Pb Rozp. Całk. Rozp. Całk. Solub. Total Solub. Total Rozp. Solub. [mg kg 1 s.m.] / [mg kg 1 d.m.] 1 Kontrol Control 16,9 34,4 55,5 57,3 10,8 55,2 2 O 37,6 74,6 440,4 87,6 53,8 74,9 3 P 17,1 27,7 27,1 66,6 7,9 48,3 4 PO 3/4:1/4 34,3 60,2 310,7 90,7 41,8 78,4 5 PO 1/4:3/4 21,0 41,3 157,9 72,0 17,2 60,4 6 PO 1:1 25,7 52,3 258,5 79,4 27,2 65,5 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 7,31 53,74 9,23 Cu Cd Ni 1 Kontrol Control 18,2 50,1 0,4 75,2 17,8 73,7 2 O 192,1 91,0 1,6 85,7 10,0 76,2 3 P 31,0 70,3 0,4 48,1 18,8 54,0 4 PO 3/4:1/4 149,6 90,6 1,3 83,3 13,1 72,3 5 PO 1/4:3/4 65,7 75,1 0,7 70,8 16,3 65,7 6 PO 1:1 116,0 81,8 1,0 80,4 14,9 67,8 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 22,48 0,22 2,19 * patrz tabela 8 / see Table 8 Całk., Rozp. patrz tabela 16 / Total, Solub. see Table 16 Antonkiewicz.indd :51:38

93 Wyniki badań 93 (tab. 7). Zawartość Cr i Ni w popiele paleniskowym użytym w doświadczeniu była porównywalna do zawartości w glebie, a Zn i Pb niższa. Jedynie zawartość Cu i Cd oznaczona w popiele paleniskowym była wyższa w porównaniu z glebą (tab. 7). Zawartość metali ciężkich w glebie nawożonej osadem ściekowym, popiołem oraz ich mieszaninami po 4. roku wegetacji mieszanki roślin przedstawiono w tabeli 26. Najwyższą zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd stwierdzono w obiekcie, w którym zastosowano 200 t ha 1 s.m. osadu ściekowego, natomiast Ni w obiekcie nawożonym 200 t ha 1 s.m. popiołu paleniskowego oraz kontrolnym (obiekty 3, 1). Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie osad ściekowy, po czterech latach wegetacji mieszanki roślin była odpowiednio ponad 1,2-, 6,9-, 3,9-, 9,5- i 2,8-krotnie większa niż w glebie obiektu kontrolnego. Z badań wynika, że największym źródłem metali ciężkich dla roślin był komunalny osad ściekowy, natomiast źródłem Ni popiół paleniskowy oraz gleba. Wymieszanie osadu ściekowego z popiołem paleniskowym w różnych proporcjach wpłynęło istotnie na wzrost zawartości Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w podłożu w stosunku do kontroli. Spośród badanych mieszanin popiołowo-osadowych największy przyrost zawartości wyżej wymienionych pierwiastków w porównaniu z kontrolą wystąpił w kombinacji z mieszaniną sporządzoną z 150 t s.m. osadu i 50 t s.m. popiołu (obiekt 4), następnie w obiekcie, gdzie wprowadzono popiół z osadem w stosunku wagowym 1:1 (obiekt 6), najmniejszy zaś w obiekcie, w którym zastosowano mieszaninę popiołowo-osadową o najniższym udziale osadu (obiekt 5). Po czterech latach wegetacji mieszanki roślin zawartość Cr, Cd i Ni w glebie kontrolnej była na poziomie zbliżonym do ilości stwierdzonej obiekcie, w którym zastosowano wyłącznie popiół paleniskowy (obiekt 3). Zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego w dawce 200 t ha 1 s.m. wpłynęło na obniżenie zawartości Zn o 51%, a Pb o 27% w porównaniu z kontrolą, natomiast zawartość Cu w podłożu wzrosła o 70% w stosunku do kontroli. Z badań wynika, że wraz ze zwiększeniem udziału popiołu paleniskowego w mieszaninach popiołowo-osadowych zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w podłożach maleje. Najniższą zawartość niklu stwierdzono w glebie nawożonej wyłącznie osadem ściekowym (200 t ha 1 s.m.); zawartość tego metalu wzrastała wraz ze wzrostem udziału popiołu w mieszaninach popiołowoosadowych. Zawartość form rozpuszczalnych w 1 mol HCl Rozpuszczalność metali ciężkich w 1 mol HCl zależała od komponentu nawozowego i stanowiła dla Cr 27,7 74,6%, dla Zn 57,3 90,7%, dla Pb 48,3 78,4%, dla Cu 50,1 91,0%, dla Cd 48,1 85,7%, dla Ni 54,0 76,2% zawartości całkowitej (tab. 26). Użyty do ekstrakcji 1 mol HCl w największym stopniu ekstrahował badane metale z osadu ściekowego oraz z mieszaniny popiołowo-osadowej sporządzonej z 150 t ha 1 s.m. osadu i 50 t ha 1 s.m. popiołu (obiekty 2, 4). Wprowadzenie do mieszanin większej ilości popiołu wpłynęło na zmniejszenie rozpuszczalności Antonkiewicz.indd :51:39

94 94 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych badanych metali. Z badań wynika, że im większy jest udział popiołu w mieszaninach popiołowo-osadowych, tym mniejsza rozpuszczalność badanych metali: Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni (tab. 26). Ponadto zastosowanie wyłącznie popiołu paleniskowego w dawce 200 t ha 1 s.m. (obiekt 3) wpłynęło na obniżenie rozpuszczalności Cr, Pb, Cd i Ni w stosunku do ogólnej zawartości w glebie kontrolnej. Najmniejszy procentowy udział Zn i Cu w stosunku do ogólnej zawartości wyekstrahowany w 1 mol HCl stwierdzono w glebie kontrolnej, tj. w obiekcie nienawożonym osadem ściekowym oraz popiołem paleniskowym. Wpływ osadu ściekowego na składowisku popiołów paleniskowych na zawartość metali ciężkich w podłożach doświadczenie polowe II Zawartość całkowita Zawartość metali ciężkich w popiele zdeponowanym na składowisku odpadów paleniskowych była porównywalna z ilością występującą w glebach uprawnych [Dudka 1992]. Według liczb granicznych opracowanych przez IUNG ilość metali ciężkich występujących w popiele odpowiadała zawartości naturalnej (stopień 0, tab. 7), [Kabata- Pendias i in. 1995]. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd w zastosowanym osadzie ściekowym była odpowiednio ponad 1-, 27-, 5-, 11- i 19-krotnie wyższa niż w popiele paleniskowym. Zawartość metali ciężkich w popiele paleniskowym nawożonym osadem ściekowym po trzecim roku wegetacji mieszanki traw przedstawiono w tabeli 27. Z przeprowadzonych badań wynika, że źródłem metali ciężkich w podłożu, a tym samym dla roślin, był komunalny osad ściekowy (tab. 27). Najwyższą zawartość Cr, Zn, Pb, Cu i Cd stwierdzono w obiekcie, w którym zastosowano 100 t ha 1 s.m. osadu. Spośród badanych pierwiastków śladowych w tym obiekcie najwyższy wzrost, bo ponad 23-krotny w stosunku do kontroli, tj. popiołu nienawożonego osadem ściekowym, stwierdzono w wypadku Zn, następne w kolejności były Cu (12), Pb (5) i Cd (3); najmniejszy okazał się wzrost w wypadku Cr (niecałe 95%). Zastosowanie niższych dawek osadu ściekowego również wpłynęło istotnie na wzrost zawartości metali ciężkich w podłożu, aczkolwiek wzrost ten był znacznie niższy w porównaniu z najwyższą dawką osadu. Najniższy przyrost metali ciężkich w podłożu zarejestrowano pod wpływem 25 t ha 1 s.m. osadu ściekowego. Z badań wynika, że im wyższa dawka osadu ściekowego, tym większy przyrost metali ciężkich w podłożu. W popiołach nawożonych osadem ściekowym w dawkach t ha 1 s.m. nie stwierdzono istotnego zróżnicowania zawartości Ni w badanych podłożach. Niewielkie zróżnicowanie Ni w badanych podłożach wynikało z ilości Ni występującego w popiele i osadzie ściekowym na porównywalnym poziomie. Antonkiewicz.indd :51:39

95 Wyniki badań 95 Tabela 27. Zawartość Cr, Zn, Pb, Cu, Cd i Ni w popiele nawożonym osadem ściekowym doświadczenie polowe II Table 27. Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni contents of ash fertilised with sewage sludge field experiment II Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Ash dose* [t ha 1 d.m.] Całk. Total Cr Zn Pb Rozp. Solub. Całk. Total Rozp. Solub. [mg kg 1 s.m.] / [mg kg 1 d.m.] Całk. Total Rozp. Solub ,9 30,9 30,2 61,0 8,4 48, ,8 37,2 236,5 71,8 18,6 57, ,8 44,8 376,1 76,4 27,7 66, ,8 45,4 609,6 80,6 39,9 71, ,2 50,6 738,0 86,4 51,3 77,1 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 6,81 74,45 4,89 Cu Cd Ni ,7 42,3 0,5 51,2 31,7 47, ,5 55,0 1,0 58,7 32,1 53, ,3 72,7 1,5 67,2 32,7 64, ,3 80,4 2,2 75,1 32,8 67, ,0 82,2 2,7 81,7 33,1 71,5 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 43,48 0,42 3,36 * patrz tabela 9 / see Table 9 Całk., Rozp. patrz tabela 16 / Total, Solub. see Table 16 Zawartość form rozpuszczalnych w 1 mol HCl Rozpuszczalność metali ciężkich w 1 mol HCl zależała od dawki osadu ściekowego i stanowiła dla Cr 30,9 50,6%, dla Zn 61,0 86,4%, dla Pb 48,6 77,1%, dla Cu 42,3 82,2%, dla Cd 51,2 81,7% oraz dla Ni 47,7 71,5% zawartości całkowitej (tab. 27). Z badań wynika, że największą rozpuszczalność metali ciężkich uzyskano w obiekcie nawożonym 100 t ha 1 s.m. osadu ściekowego, a najmniejszą w popiele nienawożonym osadem ściekowym (kontrola). Spośród badanych metali ciężkich największą rozpuszczalnością charakteryzował się Zn, Cu i Cd ponad 80% całkowitej zawartości, następnie Pb i Ni ponad 70%, a w najmniejszym stopniu Cr ponad 50% w stosunku do całkowitej zawartości. Wzrastające dawki osadu ściekowego wpłynęły na wzrost rozpuszczalności metali ciężkich w badanych podłożach. Rozpuszczalność metali ciężkich w popiele nienawożonym osadem ściekowym była najniższa i nie przekraczała 61% dla Zn, następnie 51% dla Cd, 48% dla Pb, 47% dla Ni oraz 42% dla Cu; najmniejszą rozpuszczalność uzyskano w wypadku Cr wynosiła ona 30% w stosunku do całkowitej zawartości. Antonkiewicz.indd :51:39

96 96 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Frakcje metali ciężkich w podłożach Procentowy rozkład badanych metali pomiędzy wyodrębnione frakcje w glebie i odpadach zastosowanych w doświadczeniach polowych przedstawiono w tabelach Wpływ mieszanin popiołowo-osadowych na udział frakcji metali ciężkich w podłożach doświadczenie polowe I Po zakończeniu doświadczenia stwierdzono, że w glebie, gdzie stosowano materiały odpadowe, tj. osad, popiół oraz ich mieszaniny, najwięcej Cr, Zn, Pb znalazło się we frakcji pozostałości (FV), natomiast Cu i Ni związane było z materią organiczną (tab. 28). Zastosowane w doświadczeniu osad, popiół oraz ich mieszaniny przyczyniły się również w największym stopniu do występowania Cd w formie pozostałości. Natomiast w glebie kontrolnej najwięcej Cd występowało we frakcji wymiennej (FI). Wśród badanych metali ciężkich w glebie kontrolnej najznaczniejszy procentowy udział sumy frakcji FI FII, uważanych za najbardziej dostępne dla roślin, stwierdzono w wypadku Cd (44%), następnie Pb (16%), Zn (15%), Cu (6%), Ni (4%), a najmniejszy dla Cr (0,37%). Natomiast w zastosowanym jako jedyny popiele pa- Tabela 28. Procentowy udział frakcji metali ciężkich w glebie, osadzie, popiele oraz ich mieszaninach doświadczenie polowe I Table 28. Percentage of heavy metal fractions in soil, sludge, ash and their mixtures field experiment I Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cr 1 Kontrola / Control 0,13 0,23 0,83 23,41 75,40 2 O 0,17 0,30 1,49 48,62 49,41 3 P 0,06 0,17 0,59 18,10 81,08 4 PO 3/4:1/4 0,14 0,27 1,47 35,90 62,21 5 PO 1/4:3/4 0,11 0,25 0,73 21,25 77,65 6 PO 1:1 0,15 0,27 1,11 26,25 72,21 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,046 0,077 0,261 7,086 18,295 Zn 1 Kontrola / Control 6,03 9,15 17,82 27,42 39,58 2 O 5,45 7,43 11,12 34,08 41,93 3 P 0,26 2,89 6,88 19,96 70,01 4 PO 3/4:1/4 3,08 5,69 10,25 25,58 55,40 5 PO 1/4:3/4 2,77 4,87 11,40 11,88 69,07 6 PO 1:1 2,62 5,95 9,12 22,68 59,64 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,559 0,992 1,905 4,036 1,728 Antonkiewicz.indd :51:39

97 Wyniki badań 97 Tabela 28 cd. / Table 28 cont. Nr obiektu Object No. Kombinacja* Combination* Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Pb 1 Kontrola / Control 6,65 9,64 21,53 24,89 37,30 2 O 8,35 12,10 14,94 28,58 36,04 3 P 0,81 1,23 17,10 29,40 51,47 4 PO 3/4:1/4 6,69 8,79 11,95 27,50 45,07 5 PO 1/4:3/4 0,75 1,16 16,99 32,61 48,49 6 PO 1:1 4,56 8,08 10,34 27,43 49,59 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 1,793 1,125 2,777 6,023 11,365 Cu 1 Kontrola / Control 1,49 4,58 10,03 48,55 35,35 2 O 1,27 2,84 3,78 76,94 15,18 3 P 0,24 0,09 4,70 51,11 43,85 4 PO 3/4:1/4 1,24 2,81 3,80 62,42 29,73 5 PO 1/4:3/4 1,31 1,82 2,93 57,31 36,63 6 PO 1:1 1,32 2,19 3,04 62,25 31,19 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,302 0,467 0,653 8,881 5,338 Cd 1 Kontrola / Control 30,97 13,34 20,25 11,61 23,82 2 O 15,39 13,75 16,08 20,50 34,29 3 P 3,41 10,23 21,32 27,72 37,31 4 PO 3/4:1/4 14,30 9,76 13,04 22,42 40,48 5 PO 1/4:3/4 8,33 10,00 10,42 24,38 46,88 6 PO 1:1 12,96 9,46 10,80 23,07 43,71 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 5,014 3,662 5,524 5,485 8,818 Ni 1 Kontrola / Control 3,93 0,57 11,63 59,56 24,30 2 O 5,68 2,02 8,01 68,76 15,54 3 P 0,15 0,10 9,54 60,28 29,93 4 PO 3/4:1/4 3,61 1,28 5,62 59,24 30,25 5 PO 1/4:3/4 1,06 0,59 8,20 64,62 25,54 6 PO 1:1 1,53 0,43 6,39 72,39 19,26 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,551 0,223 1,671 13,859 6,840 * patrz tabela 8 / see Table 8 ** patrz tabela 19 / see Table 19 leniskowym (obiekt 3) udział sumy pierwszych dwóch frakcji w porównaniu z glebą kontrolną i osadem był najniższy, jakkolwiek także tu największą dostępność stwierdzono w wypadku Cd (13%), a najmniejszą w wypadku Cr (0,23%). Największy udział sumy dwóch pierwszych frakcji w wypadku Cd, a następnie Pb, Zn, Ni, Cu, najmniejszy zaś w wypadku Cr odnotowano również w obiektach z osadem ściekowym oraz w mieszaninach popiołowo-osadowych. Spośród badanych Antonkiewicz.indd :51:39

98 98 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych komponentów nawozowych zastosowany jako jedyny osad ściekowy (obiekt 2) stanowił najznaczniejsze źródło metali ciężkich występujących we frakcjach najbardziej mobilnych (FI FII). Wymieszanie osadu ściekowego z popiołem wpłynęło na obniżenie ilości wyekstrahowanych metali z frakcji najbardziej dostępnych. W doświadczeniu stwierdzono, że im większy udział popiołu w mieszaninie popiołowo-osadowej, tym mniejszy udział badanych metali we frakcjach najbardziej mobilnych. A więc z badań wynika, że popiół paleniskowy przyczynia się do wiązania metali ciężkich występujących w osadzie ściekowym w formach najbardziej dostępnych dla roślin. W zastosowanym jako jedyny popiele paleniskowym (obiekt 3) największe ilości Cr (81%), następnie Zn (70%), Pb (51%), Cd (37%) stwierdzono we frakcji rezydualnej, a Ni (60%) i Cu (51%) we frakcji organicznej w odniesieniu do ich sumarycznej zawartości. Ponadto w popiele paleniskowym metale takie jak Cr, Zn, Pb i Cd były obecne we frakcji organicznej, występującej popiele w postaci resztek niespalonego węgla, stanowiąc odpowiednio 18%, 19%, 29% i 27% jej sumarycznej ilości. Wpływ osadu ściekowego na składowisku odpadów paleniskowych na udział frakcji metali ciężkich w podłożach doświadczenie polowe II W popiele paleniskowym nienawożonym osadem ściekowym (kontrola) stwierdzono następujące udziały badanych pierwiastków: Cr 76%, Zn 69%, Pb 56%, i Cd 32% we frakcji rezydualnej (FV) oraz Cu 50%, i Ni 60% we frakcji związanej z materią organiczną (FIV) w odniesieniu do sumarycznej zawartości tych pierwiastków (tab. 29). Ponadto w popiele paleniskowym znaczny udział Cr, Zn, Pb i Cd odnotowano we frakcji organicznej stanowił on odpowiednio ponad 22%, 20%, 24% i 27% sumarycznej zawartości tych pierwiastków. Spośród badanych metali ciężkich w popiele największy procentowy udział sumy frakcji FI FII, uważanych za najbardziej mobilne, stwierdzono w wypadku Cd (17%), następnie Pb (4,5%), Zn (3,5%), Cu (0,45%), Ni (0,32%), a najmniejszy w wypadku Cr (> 0,23%). Zastosowanie osadu ściekowego do nawożenia mieszanki traw uprawianej na popiele wpłynęło na wzrost występowania metali ciężkich we frakcjach najbardziej dostępnych dla roślin (FI FII). Największy procentowy udział Cd, Pb, Zn i Ni we frakcjach dostępnych dla roślin stwierdzono przy najwyższej dawce osadu ściekowego (100 t ha 1 s.m.) wynosił on odpowiednio ponad 30%, 15%, 8% i 9% w stosunku do ich sumarycznej zawartości. W wypadku Cr i Cu procentowy udział tych pierwiastków we frakcjach najbardziej mobilnych był najniższy w stosunku do sumarycznej zawartości. Zastosowane do popiołu wzrastające dawki osadu ściekowego wpłynęły na wzrost procentowego udziału Cr, Pb, Cu, Cd i Ni we frakcji wymiennej (FI) i węglanowej (FII), natomiast obniżyły udział tych metali we frakcji związanej z tlenkami Fe-Mn (FIII). Zn należał do najbardziej ruchliwych metali w badanych odpadach. Najmniejsze ilości tego metalu stwierdzo- Antonkiewicz.indd :51:39

99 Wyniki badań 99 Tabela 29. Procentowy udział frakcji metali ciężkich w popiele nawożonym osadem ściekowym doświadczenie polowe II Table 29. Percentage of heavy metal fractions in ash fertilised with sewage sludge field experiment II Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Ash dose* [t ha 1 d.m.] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Cr 1 0 0,04 0,19 0,75 22,17 76, ,09 0,22 0,60 30,46 68, ,11 0,23 0,52 34,71 64, ,13 0,21 0,52 38,32 60, ,14 0,23 0,60 40,33 58,70 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,036 0,050 0,131 3,111 10,075 Zn 1 0 0,90 2,68 6,59 20,42 69, ,62 4,54 8,54 24,32 60, ,57 5,11 9,26 27,41 55, ,71 5,14 10,18 29,07 52, ,74 5,17 12,62 32,55 46,93 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,383 0,372 1,441 6,165 11,320 Pb 1 0 1,04 3,52 14,38 24,10 56, ,89 6,39 12,07 25,49 52, ,29 7,88 12,16 28,00 47, ,20 9,10 13,09 29,95 42, ,74 9,28 13,83 31,97 39,19 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,677 1,123 2,489 6,177 7,876 Cu 1 0 0,28 0,16 5,11 50,92 43, ,77 1,18 2,75 55,65 39, ,85 1,37 2,25 61,31 34, ,89 1,47 2,17 70,36 25, ,13 1,60 2,08 73,21 21,99 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,273 0,281 0,430 9,272 7,363 Cd 1 0 3,38 13,88 22,50 27,43 32, ,91 14,43 21,75 23,78 32, ,25 15,85 21,97 19,47 32, ,19 17,06 20,64 17,59 33, ,31 17,14 19,92 16,74 32,89 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 2,328 2,424 4,280 5,919 7,317 Antonkiewicz.indd :51:39

100 100 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Tabela 29 cd. / Table 29 cont. Nr obiektu Object No. Dawka osadu* [t ha 1 s.m.] Ash dose* [t ha 1 d.m.] Frakcja / Fraction** [%] FI FII FIII FIV FV Ni 1 0 0,16 0,17 8,91 60,70 30, ,17 1,73 8,71 61,57 24, ,16 3,02 8,64 65,54 17, ,31 3,51 7,92 69,90 13, ,60 3,72 7,32 71,51 11,85 NIR (α = 0,05) / LSD (α = 0.05) 0,441 0,310 0,707 7,049 2,237 * patrz tabela 9 / see Table 9 ** patrz tabela 19 / see Table 19 no we frakcji wymiennej, a w kolejnych frakcjach udział tego pierwiastka systematycznie się zwiększał. W omawianym doświadczeniu pod wpływem wzrastających dawek osadów ściekowych zarejestrowano wzrost procentowego udziału Cr, Zn, Pb Cu i Ni we frakcji organicznej (FIV), natomiast udział Cd w tej frakcji ulegał obniżeniu. Z omawianych badań wynika, że osady ściekowe zastosowane na zdeponowany popiół paleniskowy w największym stopniu zwiększały dostępność dla mieszanki traw Cd, następnie Pb, Zn i Ni; w najmniejszym stopniu osady te wpłynęły na biodostępność Cr i Cu. Antonkiewicz.indd :51:39

101 6. Dyskusja wyników W wyniku spalania węgla kamiennego i brunatnego w elektrowniach i elektrociepłowniach oraz w kotłowniach przemysłowych powstają odpady paleniskowe, które dzielą się między innymi na popioły lotne, żużle, popioły paleniskowe, a które są z reguły deponowane na składowiskach. Z racji ogromnej ilości odpadów paleniskowych istnieje pilna potrzeba ich zagospodarowania. Problem właściwego zagospodarowania odpadów paleniskowych w Polsce, a także w wielu innych krajach uzyskujących energię elektryczną ze spalanie węgla, stał się przedmiotem intensywnych badań. Wynika to przede wszystkim z potrzeby przeznaczania pod składowiska nowych terenów. Ponadto ważne jest zabezpieczenie składowisk przed pyleniem popiołów, migracją metali ciężkich i polepszeniem warunków higienicznych i estetycznych środowiska. Odpady paleniskowe z racji swoich specyficznych właściwości fizykochemicznych mogą mieć zastosowanie w rekultywacji terenów zdegradowanych chemicznie oraz gruntów bezglebowych (wyrobiska, nasypy, składowiska odpadów). Grunty bezglebowe, a także tereny zdegradowane stwarzają zwykle niekorzystne warunki dla rozwoju roślin, np. z racji silnego zasolenia, zakwaszenia, alkalizacji, braku składników pokarmowych lub bardzo małej zawartości materii organicznej. Stąd podejmuje się różne próby poprawy ich właściwości [Kiryluk i Łukowski 2001, Wiater i Kiryluk 2001]. W zagospodarowaniu gruntów bezglebowych, składowisk odpadów paleniskowych próbuje się wykorzystać zwłaszcza odpady zawierające materię organiczną, do których można zaliczyć osady ściekowe [Czekała 1999, Kalembasa i in. 2001]. Wprowadzając do gleby zdegradowanej czy też wierzchniej warstwy gruntu bezglebowego lub popiołu paleniskowego odpowiednią ilość komunalnego osadu ściekowego, stwarza się warunki do powstania podłoża o zbliżonych właściwościach gleby. Taki grunt zawiera składniki niezbędne do życia roślin oraz mikroorganizmów i zwierząt glebowych. Głównym celem tego rodzaju glebotwórczej rekultywacji jest między innymi ukształtowanie szaty roślinnej [Siuta i in. 1988, Siuta 1998, Pawluśkiewicz i Gutkowska 2005, Czyż i Kitczak 2007]. Z licznych prac [Gilewska i Przybyła 2001, Bender i Gilewska 2004, Kalembasa i in. 2004] wynika, że zastosowanie osadów Antonkiewicz.indd :51:40

102 102 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych ściekowych do popiołu paleniskowego prowadzi do poprawy właściwości fizykochemicznych podłoży. Należy jednak mieć na uwadze, że zastosowanie nadmiernych ilości osadów ściekowych do popiołu paleniskowego może oddziaływać niekorzystnie na wzrost i rozwój roślin. Wprowadzenie popiołów paleniskowych do gleby, bez zasilania ich osadami ściekowymi, z racji ich niekorzystnych właściwości fizykochemicznych może oddziaływać w sposób niepożądany na wzrost i rozwój roślin, a w konsekwencji na ich plonowanie. Z wielu badań [Terelak i Żurawska 1979, Góra 1987] wynika, że wprowadzenie do gleby zbyt dużej masy popiołu może doprowadzić do zachwiania istniejącej w niej równowagi jonowej, co może odbić się niekorzystnie na plonowaniu roślin. Dotyczy to zwłaszcza gleb lekkich o słabych zdolnościach buforowych. Stąd potrzeba stosowania dodatkowo osadów ściekowych w celu użyźnienia gruntu. W wyniku zastosowania mieszanin popiołowo-osadowych do gleby w doświadczeniu wazonowym stwierdzono wzrost plonu mieszanki traw z komonicą zwyczajną; zastosowanie tych mieszanin do gleby wpłynęło z kolei na obniżenie plonu kukurydzy. Uzyskane wyniki nie potwierdzają badań Kalembasy i Wysokińskiego [2002a], którzy stwierdzili plonotwórcze oddziaływanie mieszanin popiołowo-osadowych na zbiory kukurydzy. Należy jednak zaznaczyć, że cytowani wyżej autorzy do sporządzenia mieszaniny popiołowo-osadowej pobrali popiół pochodzący ze spalania węgla brunatnego, który jest polecany w rekultywacji. W badaniach własnych odczyn gleby po zastosowaniu mieszanin popiołowo-osadowych sięgał wartości 4,9 7,5, co było bliskie optymalnej wartości dla uprawianej mieszanki traw z komonicą zwyczajną. W wypadku kukurydzy zastosowanie dużych dawek mieszanin popiołowo-osadowych do gleb może wiązać się z osłabieniem zdolności adaptacyjnych roślin do niekorzystnych warunków podłoża, a w konsekwencji prowadzić do depresji plonu roślin. Ponadto mieszanka traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydza uprawiana wyłącznie na popiele reagowała obniżeniem plonu w porównaniu z kontrolą. Badania Ernsta [1996] oraz Antonkiewicza i Rapacza [2006] potwierdzają, że zbyt wysokie dawki popiołu wpływały na obniżenie zdolności adaptacyjnych roślin. Badania Góry [1987] wykazały, że kukurydza uprawiana bezpośrednio po wprowadzeniu popiołu do gleby reagowała znaczną obniżką plonów. Podobne wyniki uzyskali w swoich badaniach Terelak i Żórawska [1979]. Ponadto w badaniach Nowaka i Ciećki [1983] wykazano, że wymieszanie popiołów z korą i zastosowanie ich do gleby spowodowało obniżenie również plonu kukurydzy i owsa. Odczyn gleby z dodatkiem popiołu i kory wynosił ponad 7, co mogło wpływać niekorzystnie na rozwój roślin. W innych badaniach Ciećki i Nowaka [1984] również wykazano, że wprowadzenie do gleby zbyt dużej masy popiołu może doprowadzić do wzrostu odczynu środowiska glebowego, a w konsekwencji wpłynąć na obniżenie plonowania roślin. W kolejnym doświadczeniu wazonowym, w którym zastosowano do gleby lekkiej popiół paleniskowy w ilości 13,33 g wazon 1 odpowiadającej 10 t ha 1, stwierdzono istotny jego wpływ na podwyższenie plonu kukurydzy, natomiast dawka odpowiada- Antonkiewicz.indd :51:40

103 Dyskusja wyników 103 jąca 50 t ha 1 obniżała ten plon. Na korzystny wpływ niewielkich dawek popiołów na plonowanie roślin wskazują także wyniki innych badań [Terelak i Żórawska 1979, Kabata-Pendias i in. 1987, Antonkiewicz 2005a, b, Ciećko i in. 2007]. Aby złagodzić niekorzystny wpływ nadmiernych dawek popiołu na plon roślin, proponuje się zastosować osady ściekowe. Stąd potrzeba mieszania popiołów z osadami ściekowymi w celu poprawy ich właściwości fizykochemicznych. W doświadczeniu wazonowym, w którym porównywano reakcję kilku gatunków na nawożenie popiołem paleniskowym w dawce 533 g wazon 1 odpowiadającej 400 t ha 1, stwierdzono, że najlepiej plonowała życica trwała i kostrzewa łąkowa, a najsłabiej wiechlina łąkowa. Badania Gosa [1999] nad wzrostem i rozwojem gatunków traw wykazały, że życica trwała uprawiana na popiele z dodatkiem biohumusu otrzymanego z komunalnych osadów ściekowych plonowała dobrze, natomiast jeszcze lepiej plonowała wiechlina łąkowa i kostrzewa czerwona. Było to spowodowane tym, że wzbogacenie wierzchniej warstwy popiołu w biohumus poprawiło warunki troficzności podłoża dlatego lepiej rozwijała się wiechlina łąkowa i kostrzewa czerwona. Natomiast w badaniach własnych, w których zastosowano popiół na glebę lekką, najmniejszym spadkiem plonu reagowała życica trwała i kostrzewa łąkowa, następnie zaś tymotka łąkowa i kostrzewa czerwona, a największy spadek plonu wystąpił w wypadku wiechliny łąkowej. Badania Rogalskiego i Kardyńskiej [1999] wykazały, że dodatek popiołu w wysokości 50% w stosunku do ogólnej masy gleby wpływał korzystniej na wzrost i rozwój Festulolium (kostrzewy Brauna) niż życicy trwałej. Kolejne badania M. Rogalskiego i in. [2001] nad przydatnością wielu gatunków traw do rekultywacji składowisk popiołów paleniskowych wskazują jako najlepiej plonującą kostrzewę Brauna oraz życicę trwałą, natomiast najsłabiej wiechlinę łąkową i kostrzewę czerwoną. W doświadczeniach polowych wykazano, że osad ściekowy wymieszany z popiołem paleniskowym wpłynął na przyśpieszone zadarnianie składowiska oraz charakteryzował się wysoką wartością plonotwórczą, co znajduje potwierdzenie w pracy Kuziemskiej i Kalembasy [1997a]. Natomiast w innych badaniach, Kalembasy i Wysokińskiego [2002a] stwierdzono, że zastosowanie wyłącznie osadów ściekowych (w warunkach doświadczenia wazonowego) wpłynęło na większy przyrost plonu roślin aniżeli użycie mieszanin osadowo-popiołowych. Również w badaniach Siuty i in. [1988] użyźnienie gleby osadem ściekowym w dawce 75 t ha 1 wpłynęło na ponaddwukrotny wzrost plonu mieszanki traw w porównaniu z kontrolą. W przeprowadzonym doświadczeniu polowym zastosowanie osadów ściekowych na składowisku odpadów paleniskowych spowodowało wzrost plonu mieszanki traw. Oceniając reakcję roślin wyrażoną wielkością plonu na dodatek osadu ściekowego do podłoża będącego mieszaniną popiołowo-żużlową, stwierdzono, że nawożenie osadem ściekowym przyczynia się do poprawy warunków wzrostu i rozwoju traw. Potwierdzają to wyniki badań Rogalskiego i Kardyńskiej [1999] oraz Czyża i Kitczaka [2007], których zdaniem warstwa popiołu uszlachetniona materią organiczną pobudza kieł- Antonkiewicz.indd :51:40

104 104 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych kowanie wysianych nasion, utrudnia parowanie ze składowiska oraz wzbogaca jałowe popioły w składniki pokarmowe. Ponadto dodanie do popiołów paleniskowych materii organicznej, pochodzącej z osadów ściekowych powoduje według Rosik- Dulewskiej i Dulewskiego [1989] przyspieszenie procesów glebotwórczych, co w konsekwencji poprawia kondycję rosnących roślin i stymuluje ich wzrost. Przy wykorzystaniu wielu odpadów do nawożenia oraz rekultywacji gruntów bezglebowych i gleb zdegradowanych istotnym zagadnieniem jest nadmierna zawartość metali ciężkich w tych odpadach. Dotyczy to zarówno osadów ściekowych, jak i odpadów paleniskowych [Strzyszcz i Bzowski 1993, Baran 1994, Kalembasa i in. 2001, Czekała i in. 2002]. Popioły paleniskowe pochodzące ze spalania węgla kamiennego zawierają pewną ilość metali ciężkich, z reguły mniejszą niż osady ściekowe [Rosik-Dulewska 1998, Siuta 2001]. Istotne jest jednak to, że metale te są mało dostępne dla roślin [Andruszczak i in. 1981, Quant 2000]. W zastosowanych w doświadczeniu wazonowym mieszaninach popiołowo-osadowych wartość ph gleby zwiększała się wraz ze wzrostem udziału mieszanin. Rosnący odczyn gleby, do której zastosowano wyżej wymienione mieszaniny, przyczynił się do zmniejszenia rozpuszczalności metali ciężkich w roztworze glebowym, a tym samym do obniżenia ich pobierania przez mieszankę traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzę. Obniżenie zawartości metali ciężkich w roślinach dotyczyło zwłaszcza Zn, Pb i Ni. Uzyskane wyniki potwierdzają wcześniejsze badania Gorlacha i Gambusia [1992], którzy stwierdzili, że większość metali ciężkich najwyższą przyswajalność dla roślin wykazuje w warunkach kwaśnego odczynu gleby, natomiast neutralizacja środowiska glebowego przyczynia się do ich unieruchomienia. Z przeprowadzonych badań wynika, że popiół paleniskowy oraz mieszaniny popiołowoosadowe przyczyniają się do unieruchomienia metali ciężkich w podłożu, a tym samym ograniczają ich transport do części nadziemnych roślin przeznaczonych do rekultywacji. W badaniach własnych w tych samych warunkach uprawy stwierdzono różnice gatunkowe w pobieraniu metali ciężkich. Mieszaniny popiołowo-osadowe dodane do gleby wpłynęły na podwyższenie zawartości Cr w mieszance traw z komonicą zwyczajną oraz w kukurydzy. Gdy idzie o Cd, dodatek do gleby wymienionych mieszanin wpłynął na wzrost jego zawartości w mieszance traw, a obniżenie w kukurydzy. W przypadku Cu stwierdzono zależność odwrotną, tj. obniżenie zawartości tego metalu w mieszance traw, a wzrost zawartości w kukurydzy. Z doświadczenia wazonowego wynika, że mieszaniny popiołowo-osadowe oraz ich komponenty różnicują zawartość metali ciężkich w roślinach. Można sądzić, że komunalny osad ściekowy występujący w mieszaninach popiołowo-osadowych w głównej mierze różnicował pobieranie metali ciężkich przez rośliny. Ponadto na zawartość metali ciężkich w roślinach mogły oddziaływać mechanizmy fizjologiczne umożliwiające eliminację metali ciężkich na etapie ich pobierania z roztworu glebowego [Gębski 1998, Antonkiewicz i Rapacz 2006]. Popiół paleniskowy oraz mieszaniny popiołowo-osadowe ogranicza- Antonkiewicz.indd :51:40

105 Dyskusja wyników 105 ły pobieranie Zn, Pb i Ni przez mieszankę traw z komonicą zwyczajną oraz kukurydzę, natomiast główne źródło badanych metali dla roślin stanowił osad ściekowy. Bezpośrednią przyczyną obniżenia bioprzyswajalności metali śladowych pod wpływem popiołu jest ich słaba rozpuszczalność w roztworze glebowym [Kabata-Pendias i in. 1987]. Także mała odsączalność popiołów i mieszanin popiołowo-osadowych, w tym duża ilość materii organicznej, trwale zmniejsza mobilność metali ciężkich, co ogranicza zarówno ich wymywanie, jak i dostępność dla roślin [Maciejewska i Wrońska 2003, Kalembasa i Wysokiński 2004]. Uważa się, że ograniczenie pobierania metali ciężkich (Zn, Pb, Ni) przez rośliny było spowodowane zmniejszeniem ich przyswajalności w rezultacie związania owych metali przez materię organiczną oraz obniżenia rozpuszczalności w wyniku zobojętnienia osadu popiołem. Badania Curyły i Jasiewicz [1998] potwierdzają, że dostępność metali ciężkich dla roślin maleje w wyniku alkalizacji środowiska spowodowanej wprowadzeniem popiołów do gleby. Zróżnicowana reakcja roślin mierzona pobieraniem Cd i Cu tłumaczy się między innymi wzrostem odczynu gleby, co wpływa na zwiększenie rozpuszczalności między innymi Cd. Być może pod wpływem zastosowanych mieszanin popiołowo-osadowych nastąpiło zwiększenie rozpuszczalności Cd, na przykład w wyniku wzrostu odczynu gleby. Ponadto w pobieraniu Cd przez rośliny większą rolę odgrywa zmiana odczynu gleby aniżeli wzrost zawartości materii organicznej [Gorlach, Gambuś 1996]. Mechanizm uruchamiania metali ciężkich, a więc ich wymywania mógł funkcjonować dzięki zmianie właściwości fizykochemicznych podłoża. Oznacza to, że mieszaniny popiołowo-osadowe są odpadem, w którym następują przemiany chemiczne i biologiczne mogące oddziaływać niekorzystnie na środowisko. Badania Ernsta [1996], Bosecker [2001] oraz Maciejewskiej i Wrońskiej [2003] potwierdzają zróżnicowaną dostępność związków metali dla roślin, co może być między innymi wynikiem zmian fizykochemicznych podłoży. Wpływ dodatku popiołów do gleby lekkiej na zawartość metali ciężkich w kukurydzy wykazał wyraźną zależność pomiędzy poziomami zastosowanego popiołu a zawartością metali ciężkich w kukurydzy. Zaprezentowane wyniki badań wskazywały, że odpady paleniskowe zastosowane do gleby lekkiej wpływały na obniżanie w kukurydzy zawartości Zn, Pb, Cd, Ni, a podwyższały Cr i Cu. Obniżanie zawartości metali ciężkich w roślinach nawożonych popiołami tłumaczy się tym, że występujące w popiołach pierwiastki toksyczne w większości są związane w słabo rozpuszczalnych połączeniach takich jak glinokrzemiany [Meller i in. 2001, Czurda i Haus 2002]. Ponadto metale ciężkie występujące w popiołach wolno przechodzą do łańcucha troficznego ze względu na ich słabą rozpuszczalność i bariery metaboliczne charakterystyczne dla roślin [Liu i in. 2004, Łukasik i in. 2006]. Badania Góry [1987] przeprowadzone w warunkach polowych wykazały, że pod wpływem wzrastających dawek popiołów do gleby w ilości od 400 do 800 t ha 1 zawartość Cr, Zn, Cd w kukurydzy wykazywała tendencję spadkową. Tak wysokie dawki popiołu wpływały też na obniżenie w kukurydzy zawartości Pb i Cu, natomiast zawartość Ni pod Antonkiewicz.indd :51:40

106 106 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych wpływem wzrastających dawek popiołu utrzymywała się na jednakowym poziomie. Podobnie w badaniach Curyły i Jasiewicz [1998] dowiedziono, że rekulter nawóz zawierający w swoim składzie odpadowy węgiel brunatny, popiół paleniskowy, wapno magnezowe i nawozy jednoskładnikowe obniżał pobieranie metali ciężkich przez rośliny. W badaniach własnych wykazano, że ograniczenie pobierania metali ciężkich przez rośliny stanowiło efekt obniżenia rozpuszczalności związków metali w wyniku użycia popiołu o odczynie zasadowym. Zastosowany do gleby popiół paleniskowy w dawce 600 t ha 1 s.m. w największym spośród badanych metali ciężkich stopniu w porównaniu z kontrolą ograniczył pobieranie Cd (ponad 90%), a w najmniejszym Pb (46%). Jak wykazali Herms i Brümmer [1980], w miarę wzrostu wartości ph w glebie zmniejsza się przyswajalność metali ciężkich w następującej kolejności Cd > Zn > Ni > Cu > Pb. Badane metale ciężkie charakteryzują się zróżnicowaną mobilnością w środowisku glebowym i fitoprzyswajalnością, która determinowana jest właściwościami samych metali, a także właściwościami gleby i cechami roślin [Gorlach i Gambuś 1992, Grabas i in. 2006, Kozanecka i in. 2006]. W badaniach własnych uprawiane gatunki traw niejednakowo reagowały pobieraniem metali ciężkich. Zastosowanie popiołu do gleby spowodowało istotne obniżenie zawartości Zn, Pb, Cd i Ni u wszystkich badanych gatunków traw. Badania Gregorczyka [1998] przeprowadzone w warunkach doświadczenia wazonowego, wykazały również, że popiół lotny wyraźnie modyfikował zawartość między innymi Cu, Cd, Ni w pszenicy jarej. Autor ten stwierdził, że popiół lotny obniżał zawartość Cd w tej roślinie zwłaszcza w fazie krzewienia. Natomiast wraz ze zwiększaniem dodatku popiołu do gleby (1 kg popiołu na wazon o pojemności 9 kg) wzrastała zawartość Cu i Ni w pszenicy jarej. Z badań własnych oraz innych [Gorlach i Gambuś 1992, 2000, Jasiewicz 1996, Spiak 1996, Gębski 1998] wynika, że intensywność pobierania metali ciężkich przez rośliny jest uzależniona od ich ilości w glebie i występowania w formie dostępnej dla roślin, która zależy między innymi od odczynu gleby. Niską dostępność metali ciężkich dla roślin uprawianych na glebie z dodatkiem popiołów paleniskowych tłumaczy się małą rozpuszczalnością, która wynika z umiejscowienia ich w otoczce trudno wietrzejącej matrycy glinokrzemianowej [Bahranowski i in. 1999, Kalembasa i Wysokiński 2004, Kwiatkowska i in. 2006]. W badaniach własnych zastosowany do gleby lekkiej popiół paleniskowy w największym stopniu ograniczył pobieranie Cd i Ni przez życicę trwałą, a Cr, Zn i Pb przez kostrzewę łąkową. Stwierdzono także, że życica trwała i kostrzewa łąkowa okazały się roślinami najbardziej odpornymi na zanieczyszczenie metalami ciężkimi. Uzyskane w pracy rezultaty wskazują, że w ograniczaniu pobierania metali ciężkich przez gatunki traw największą rolę odgrywało zastosowanie popiołu do gleby. W doświadczeniach polowych stwierdzono również wzrost zawartości badanych metali ciężkich w roślinach pod wpływem stosowania komunalnego osadu ściekowego. Natomiast użycie mieszanin popiołowo-osadowych obniżyło pobieranie me- Antonkiewicz.indd :51:40

107 Dyskusja wyników 107 tali ciężkich przez rośliny. Można sądzić, że ograniczenie pobierania badanych pierwiastków stanowiło efekt zmniejszenia przyswajalności metali w gruncie poprzez związanie ich przez materię organiczną oraz obniżenia rozpuszczalności w wyniku odkwaszającego działania mieszanin popiołowo-osadowych [Kalembasa i Wysokiński 2004, Wójcikowska-Kapusta 2006]. W badaniach Kalembasy i Wysokińskiego [2002b] stwierdzono, że rośliny uprawiane na mieszaninach osadowo-popiołowych w warunkach doświadczenia wazonowego charakteryzowały się niższą zawartością metali ciężkich w porównaniu z hodowanymi na glebie obiektu kontrolnego. Niska zawartość metali ciężkich w badanych mieszankach roślin uzyskanych w doświadczeniach polowych, a uprawianych na popiołach oraz mieszaninach popiołowo-osadowych dowodzi, że znajdujące się w popiele paleniskowym pierwiastki występują w formach mało dostępnych dla roślin [Baran i in. 1996, Baran i in. 2002, Kuziemska i Kalembasa 1997b, Kalembasa i Wysokiński 2004]. W doświadczeniach polowych odnotowano wyraźny wpływ dodatku osadu, popiołu oraz ich mieszanin na wzrost zawartości metali ciężkich w roślinach, ale wzrost ten nie spowodował dyskwalifikacji masy roślinnej jako paszy. Natomiast w badaniach Kalembasy i Wysokińskiego [2002b] zawartości metali ciężkich w roślinach testowych, uprawianych na mieszaninach osadowo-popiołowych w warunkach doświadczenia wazonowego, przekraczały zawartości krytyczne metali śladowych dla pasz dobrej jakości [Kabata-Pendias i in. 1993]. Przekroczenie progowych ilości metali ciężkich w roślinach uzyskanych z doświadczeń przeprowadzonych przez Kalembasę i Wysokińskiego [2002b] tłumaczy się między innymi wyższą zawartością metali ciężkich w zastosowanym osadzie ściekowym w porównaniu z zawartością w osadzie ściekowym zastosowanym przez autora niniejszej pracy. Badania Maciaka i in. [1976b] potwierdzają uzyskane wyniki własne, w których stwierdzono stosunkowo niskie zawartości metali ciężkich w roślinach rekultywacyjnych uprawianych na składowiskach odpadów paleniskowych. Stwierdzona przez wyżej cytowanego autora niewielka ilość metali ciężkich w roślinach przeznaczonych do rekultywacji była determinowana niską zawartością tych pierwiastków w popiele zdeponowanym na składowisku. Stosowanie osadów ściekowych w rekultywacji biologicznej popiołów ma na celu poprawienie właściwości fizykochemiczne podłoży [Maciak i in. 1976a, Ciećko i Nowak 1984, Bogacz 1995, Czekała 1999]. W doświadczeniach wazonowym i polowym, w których badano oddziaływanie mieszanin popiołowo-osadowych na rośliny, wykazano, że w miarę wzrostu udziału wyżej wymienionych mieszanin w glebie systematycznie wzrastała wartość ph, oznaczonego zarówno w H 2 O, jak i w KCl, w stosunku do kontroli, natomiast malała kwasowość hydrolityczna. Ponadto pod wpływem mieszaniny popiołowo- -osadowej zarejestrowano w glebie systematyczny wzrost sumy kationów o charakterze zasadowym, C organicznego, N ogólnego oraz przyswajalnego P, K i Mg. Wykazane w badaniach własnych odkwaszające właściwości mieszanin popiołowo- -osadowych znajdują potwierdzenie w studiach Maciejewskiej i Wrońskiej [2003]. Antonkiewicz.indd :51:40

108 108 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych Autorki te stwierdziły w mieszaninach popiołowo osadowych wartość ph sięgającą ponad 7,5. Przy czym w mieszaninach popiołowo-osadowych wartość ph zwiększała się wraz ze zwiększaniem udziału popiołu. Wprowadzenie popiołów i osadów do gleby przyczynia się do zwiększania pojemności sorpcyjnej. Wiąże się to z zasobnością osadów w materię organiczną i składniki pokarmowe w tym w P, Ca, Mg, Na [Czekała 1999, Grzywnowicz i Strutyński 1999]. W ustawie o nawozach i nawożeniu osady ściekowe nie mogą być dopuszczone do obrotu rynkowego jako nawozy. Natomiast osady ściekowe ze względu na wysoką zawartość materii organicznej, po przetworzeniu (np. kompostowaniu) mogą zostać zakwalifikowane jako nawozy organiczne po uzyskaniu zezwolenia ministra właściwego do spraw rolnictwa na wprowadzenie nawozu do obrotu [Ustawa o nawozach i nawożeniu ]. Stosowanie osadów ściekowych w rekultywacji terenów poprzemysłowych może mieć duże znaczenie w utrzymaniu dodatniego bilansu substancji organicznej tych terenów [Czekała 1999, Kalembasa i in. 2004]. Badania Flis-Bujak i in. [1986], Wiater i Dębickiego [1993] oraz Mazura [1995] wykazały, że osady ściekowe odgrywają istotną rolę w odbudowywaniu zapasu C organicznego w glebach uprawnych. Składniki pokarmowe w osadach występują głównie w połączeniach organicznych, co oznacza, że są dostępne dla roślin dopiero po mineralizacji osadów [Czekała 1999]. Jednakże wymieszanie osadu z alkalicznym popiołem może prowadzić do szybkiej mineralizacji tego odpadu i strat składników pokarmowych, niezbędnych w nawożeniu roślin, poprzez ich wymywanie i ulatnianie, np. N w formie gazowej. Ponadto niższe zawartości składników pokarmowych w mieszaninach popiołowo-osadowych tłumaczy się między innymi niską lub słabą dostępnością składników w porównaniu z osadami ściekowymi. W badaniach Kalembasy i Wysokińskiego [1999] straty N z osadów pod wpływem dodatku popiołów wynosiły ponad 10%, co doprowadziło do obniżenia wartości nawozowej mieszaniny. Cytowani wyżej autorzy stwierdzili jeszcze większe straty N w wyniku wymieszania osadu z nawozem wapniowym tlenkowym (CaO) sięgały one prawie 20%. Dlatego otrzymane mieszaniny popiołowo-osadowe stanowią korzystniejszy w porównaniu z mieszaninami osadu z CaO nawóz organiczny polecany w rekultywacji gruntów bezglebowych. Popioły z węgla kamiennego powinny być zagospodarowane przyrodniczo na przykład do rekultywacji terenów poprzemysłowych, tym bardziej że można tutaj wykorzystać znaczną ich masę [Maciak 1981, Stonarski i in. 2005, Ochrona środowiska ]. Nawożenie, zwłaszcza gleb lekkich, popiołami zmniejsza zakwaszenie owych gleb, poprawiając ich właściwości sorpcyjne i zwiększając zawartość makroskładników [Nowosielski 1972, Kabata-Pendias i in. 1987]. Stosowane w doświadczeniu wazonowym wzrastające dawki popiołu paleniskowego powodowały zmiany we właściwościach chemicznych gleby lekkiej. Odczyn gleby pod wpływem nawożenia popiołem ulegał podwyższeniu, przy jednoczesnym obniżeniu kwasowości hydrolitycznej. W badaniach tych stwierdzono także istotny wpływ wzrastających dawek Antonkiewicz.indd :51:40

109 Dyskusja wyników 109 popiołu na wzrost sumy kationów zasadowych, zawartości C organicznego i N ogółem. Badania Kotera i in. [1984] oraz Ciećki i in. [1993] potwierdzają wpływ wzrastających dawek popiołu na zmianę odczynu gleby i obniżenie kwasowości hydrolitycznej oraz wzrost stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami. W badaniach Maciaka [1981] również wykazano wzrost zawartości C i N w glebie lekkiej pod wpływem nawożenia mineralnego i stosowania mieszaniny żużlowo-popiołowej. Specyfikę skały popiołowej stanowi ubóstwo dostępnych dla roślin związków N mineralnego, a obecny w popiołach N jest zawarty w resztkach niespalonego węgla. Występujący N heterocykliczny pozostaje praktycznie niedostępny dla roślin [Gilewska 2004]. Stąd potrzeba nawożenia mineralnego, zwłaszcza azotem w formie saletry amonowej, która będzie dostępna dla roślin polecanych w rekultywacji. Zastosowany w doświadczeniach popiół paleniskowy charakteryzował się znaczną zawartością niespalonego węgla oraz niewielką ilością N ogólnego. Wpłynęło to na stosunek C : N, który w glebach nawożonych popiołem nie ulegał większym zmianom, był natomiast kilkakrotnie wyższy w porównaniu z samym popiołem. Szeroki stosunek C : N wskazuje na bardzo trudny rozkład substancji organicznej znajdującej się w odpadach paleniskowych [Gilewska i Spychalski 2002]. Specyfiką popiołów paleniskowych jest duża zawartość P rozpuszczalnego w HCl i HF, niewielka natomiast przyswajalnych związków fosforu [Gilewska i Spychalski 2002]. Jak podaje Łączny [1983], P w środowisku zasadowym występuje w formach trudno rozpuszczalnych związków, praktycznie niedostępnych dla roślin. Ich budowa oscyluje pomiędzy hydroksyloapatytem a hydroksyapatytem. Łączny nie wyklucza także obecności trudno rozpuszczalnych związków fosforanów glinu i żelaza, które dodatkowo zmniejszają dostępność tego pierwiastka dla roślin. Dlatego przy stosowaniu popiołów paleniskowych na grunty bezglebowe oraz gleby lekkie należy stosować dodatkowo nawożenie fosforowe. Stąd w doświadczeniu wazonowym, oprócz wzrastających dawek popiołu paleniskowego, do gleby lekkiej zastosowano także N, P i K. Systematyczny wzrost zasobności gleby w przyswajalne makroskładniki pod wpływem wzrastających dawek popiołu i nawożenia mineralnego stwierdzili także inni badacze [Terelak i Żórawska 1979, Maciak 1981, Ciećko i Nowak 1984]. W doświadczeniu z pięcioma gatunkami traw zastosowanie popiołu paleniskowego spowodowało również zmiany we właściwościach chemicznych gleby. Wielkość tych zmian w glebie była zróżnicowana i zależała od gatunku uprawianej trawy. Spośród badanych gatunków traw największe zmiany w wielkości ph dotyczyły gleby, na której uprawiano wiechlinę łąkową i kostrzewę czerwoną. Największe obniżenie kwasowości hydrolitycznej pod wpływem dodatku popiołu stwierdzono w glebie spod życicy trwałej i kostrzewy łąkowej. Wielkość zmian w odczynie i kwasowości gleby miała wpływ na obniżenie plonu, a tym samym na ocenę przydatności gatunków w rekultywacji. W badaniach z gatunkami traw, w odróżnieniu od kukurydzy, zastosowanie popiołu do gleby wpłynęło na obniżenie zawartości Antonkiewicz.indd :51:40

110 110 Ocena przyrodniczego wykorzystania popiołów paleniskowych i komunalnych osadów ściekowych przyswajalnego P. Tłumaczyć to można dłuższym okresem wegetacji traw, a tym samym większym wykorzystaniem tego pierwiastka przez ich gatunki niż przez kukurydzę. Podsumowując: wykorzystanie osadów ściekowych i popiołów paleniskowych w rolnictwie, w szczególności do rekultywacji zdegradowanych terenów bezglebowych, prowadzi do poprawy produktywności ekosystemów rekultywowanych [Maciak 1981, Siuta 2001]. Przyrodnicze zagospodarowanie osadów ściekowych i popiołów paleniskowych ma największą przyszłość w rekultywacji gruntów bezglebowych, w tym składowisk odpadów przemysłowych. Zabiegi te polegają na wykorzystaniu wspomnianych osadów i popiołów do ukształtowania i melioracyjnego użyźniania gleb, zwiększenia zdolności do zatrzymywania wody oraz do nawożenia roślin na tych gruntach. Przykładem przyrodniczego zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych i popiołów paleniskowych było opracowanie i wdrożenie projektu budowlano-wykonawczego w celu zamknięcia i rekultywacji składowiska odpadów niebezpiecznych w Oświęcimiu [Stonarski i in. 2005]. Zgodnie 17 pkt. 1 z rozporządzenia dotyczącego między innymi zamknięcia składowisk [Rozporządzenie Ministra Środowiska ], w procesie zamknięcia składowiska odpadów lub jego części wykonuje się prace rekultywacyjne w sposób zabezpieczający składowisko odpadów przed jego szkodliwym oddziaływaniem na wody powierzchniowe i podziemne oraz powietrze, integrujący obszar składowiska odpadów z otaczającym środowiskiem oraz umożliwiający obserwację wpływu składowiska odpadów na środowisko. Stosując powyższy przepis, uwzględniono również zgodnie z 17 pkt. 3 tegoż rozporządzenia, wymóg obecności wierzchniej warstwy ziemnej o miąższości nie mniejszej niż 1,0 m, z żyzną warstwą gleby pozwalającą na wegetację roślin rekultywacyjnych. W projekcie zamknięcia i rekultywacji składowiska odpadów niebezpiecznych w Oświęcimiu [Stonarski i in. 2005] skład wierzchniej warstwy rekultywacyjnej o miąższości 1,0 m obejmował w istocie dwie warstwy. Pierwszą była warstwę żyznej gleby o miąższości 0,2 m, do której zaaplikowano mieszaninę popiołowo-osadową. Warstwę gleby, osadu i popiołu wymieszano w stosunku wagowym 1:1:1. Pod wyżej wymienioną warstwą zastosowano glebę mineralną o miąższości 0,8 m. Tak przygotowana warstwa rekultywacyjna umożliwiła wzrost i rozwój mieszanki traw oraz krzewów (fot. 1). Z powyższych badań wynika, że biologiczna rekultywacja składowiska odpadów paleniskowych pozwoliła na przyrodnicze zagospodarowanie ogromnej ilości komunalnych osadów ściekowych i popiołów paleniskowych. Jednym z kryteriów przyrodniczego zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych jest stopień ich zanieczyszczenia metalami ciężkimi [Ustawa o odpadach , Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Zawartość metali ciężkich w osadach jest bardzo zróżnicowana i zależy od rodzaju oczyszczanych ścieków oraz stosowanych technologii [Gambuś 1999, Kalembasa i in. 2001]. Sposób zago- Antonkiewicz.indd :51:40

111 Dyskusja wyników 111 Fot. 1. Zrekultywowane składowisko odpadów niebezpiecznych w Oświęcimiu grudzień 2007 r. spodarowania takich osadów zależy między innymi od zawartości w nich metali ciężkich. Jeżeli spełniają określone parametry, to można je stosować do celów przyrodniczych w tym rekultywacyjnych [Ustawa o odpadach , Rozporządzenie Ministra Środowiska ]. Aby zapobiec zagrożeniu zanieczyszczeniem środowiska metalami ciężkimi ze strony osadów ściekowych, proponuje się stosowanie mieszanin popiołowo-osadowych, ponieważ popioły lotne pochodzące ze spalania węgla zawierają z reguły mniejszą ilość metali ciężkich niż osady ściekowe [Maciejewska i Wrońska 2003, Baran i in. 2006]. Należy jednak mieć na uwadze to, że nawożenie gleb osadami ściekowymi zwiększa całkowitą zawartość metali ciężkich [Kuziemska i Kalembasa 1997c, Berti i Jacobs 1998]. W przeprowadzonych badaniach zarówno w warunkach doświadczeń wazonowych, jak i polowych stwierdzono wzrost zawartości metali ciężkich w glebie i podłożach pod wpływem zastosowania osadu komunalnego i popiołu paleniskowego oraz ich mieszanin. Podobne wyniki otrzymywano także w wielu innych doświadczeniach z wykorzystaniem osadów ściekowych i popiołów paleniskowych [Rutkowska i in. 2004, Baran i in. 2006]. Niewielkie przyrosty zawartości metali ciężkich obserwowano w obiektach, w których zastosowano do gleby popiół paleniskowy. I tak np. w doświadczeniu wazono- Antonkiewicz.indd :51:41