Zawartoœæ miedzi i cynku w glebie lekkiej nawo onej popio³em ze s³omy jêczmienia, pszenicy i rzepaku

Transkrypt

1 DOI: /ssa Zawartoœæ miedzi i cynku w glebie lekkiej nawo onej popio³em ze s³omy, i 93 SOIL SCIENCE ANNUAL Vol. 64 No 3/213: MARIUSZ PIEKARCZYK* 1, MIROS AW KOBIERSKI 2, KAROL KOTWICA 1 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy 1 Katedra Podstaw Produkcji Roœlinnej i Doœwiadczalnictwa, ul. Kordeckiego 2, Bydgoszcz 2 Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb, ul. Bernardyñska 6/9, Bydgoszcz Zawartoœæ miedzi i cynku w glebie lekkiej nawo onej popio³em ze s³omy, i Contents of copper and zinc in sandy soil fertilized by, and rape straw ash Abstract: The use of cereals and straw ash in the fertilisation of soils has been one of the alternative straw management methods. Adding high ash rates to soil decreased its acidity and increased the total content of copper and zinc as well as the forms of those metals extracted with the DTPA solution. Due to a low natural richness of those soils in bioavailable metal forms, the ash application to fertilise light soil, despite a low content of copper and zinc in the post-burning ash waste, must be still considered beneficial. The use of, and straw ash at the rate exceeding 2 Mg ha 1 resulted in a significant increase in the total content of copper and zinc and their forms available to plants. Key words: straw ash, sandy soil, copper, zinc WSTÊP Powstaj¹ce podczas spalania wêgla kamiennego i brunatnego odpady drzewne oraz odpady paleniskowe biomasy roœlinnej mog¹ stwarzaæ zagro enie dla œrodowiska przyrodniczego, wynikaj¹ce z ich sk³adowania (Gibczyñska et al., 29; Hermann and Harasimowicz-Hermann, 25; James et al., 212; Kalembasa et al., 28; Wrzosek and Gworek, 21). Rozwi¹zania tego problemu nale y upatrywaæ miêdzy innymi w rolniczym zagospodarowaniu popio- ³ów (Meller and Bilenda, 212; Piekarczyk et al., 211a; W³aœniewski, 29). Szczególnie przydatne w nawo eniu roœlin s¹ popio³y powsta³e po spaleniu biomasy roœlinnej, poniewa wykazuj¹ alkaliczny odczyn i charakteryzuj¹ siê znaczn¹ zawartoœci¹ makroelementów (przede wszystkim potasu i wapnia), a tak e zawieraj¹ niezbêdne do ycia roœlin mikroelementy (Kalembasa, 26; Kowalczyk-Juœko, 29; Ohno and Erich, 199). Odpady paleniskowe zawieraj¹ zazwyczaj znikom¹, nietoksyczn¹ zawartoœæ metali ciê kich (Pels et al., 25; Piekarczyk et al., 211a; Yeledhalli et al., 28). Hipoteza badawcza zastosowana w niniejszej pracy zak³ada, e popió³ ze s³omy, i zastosowany w nawo eniu gleby podnosi wartoœæ ph gleby oraz zwiêksza iloœæ miedzi i cynku, a zastosowane popio³y ró ni¹ siê miêdzy sob¹ stopniem oddzia³ywania na te parametry. Celem pracy by³a ocena skutków aplikacji popio³u ze s³omy, i na odczyn gleby p³owej typowej, o sk³adzie granulometrycznym piasku gliniastego drobnoziarnistego oraz wp³ywu popio³u na ca³kowit¹ zawartoœæ cynku i miedzi oraz ich form dostêpnych dla roœlin. MATERIA I METODY BADAÑ W latach w Stacji Badawczej w Moche³ku (53 o 13 N; 17 o 51 E), nale ¹cej do Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy wykonano dwuczynnikowe doœwiadczenie wazonowe, za³o one w uk³adzie ca³kowicie losowym, w czterech powtórzeniach. Czynnikiem pierwszym (A) by³ popió³ ze s³omy:,,. Czynnikiem drugim (B) by³a dawka popio³u odpowiadaj¹ca: ; ;,5; ; ; ; ; Mg ha 1. * mapiek@utp.edu.pl (Read content)

2 94 MARIUSZ PIEKARCZYK, MIROS AW KOBIERSKI, KAROL KOTWICA Wazony z perforowanym dnem o powierzchni,5 m 2 i g³êbokoœci,22 m, wype³niono gleb¹, jesieni¹ 29 roku wkopano w poziom orno-próchniczny. Uwzglêdniaj¹c przeciêtn¹ gêstoœæ gleby, masê warstwy ornej oraz parametry wazonów, na pocz¹tku kwietnia 21 i 211 roku zastosowano na wazon odpowiedni¹ iloœæ popio³u ze s³omy, i, zgodnie ze schematem doœwiadczenia. Glebê w wazonach wymieszano do g³êbokoœci oko³o 1 cm i utrzymywano bez roœlin. Próbki gleb z wazonów pobrano latem 211 roku. Wartoœæ ph okreœlono metod¹ potencjometryczn¹ w roztworze KCl o stê eniu 1 mol dm 3. Ca³kowit¹ zawartoœæ metali okreœlono po mineralizacji w mieszaninie kwasów HF i HClO 4 (Crock and Severson, 198), natomiast ich formy dostêpne dla roœlin po ekstrakcji w roztworze DTPA (Lindsay and Norvell, 1978). Zawartoœæ metali w ekstraktach oznaczono metod¹ spektrometrii absorpcji atomowej aparatem Phillips PU 91X. Wykorzystany w eksperymencie materia³ glebowy pobrano z poziomu próchnicznego gleby p³owej typowej o sk³adzie granulometrycznym piasku gliniastego drobnoziarnistego, w którym frakcja piaskowa (,5 mm) stanowi³a 76,%, frakcja py³owa (,5,2 mm) 2% oraz frakcja i³owa (<,2 mm) %. Na podstawie uziarnienia, badan¹ glebê sklasyfikowano do kategorii agronomicznej gleby lekkiej. Zawartoœæ wêgla organicznego wynosi³a 7,9 g kg 1, azotu ogólnego,7 g kg 1, przy stosunku C/N 11,3. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie, wykonuj¹c analizê wariancji, stosownie do przyjêtego schematu doœwiadczenia, a istotnoœæ ró nic pomiêdzy œrednimi wielkoœciami analizowanych cech szacowano testem Tukeya na poziomie istotnoœci p =,5. Do obliczeñ wykorzystano pakiet programów statystycznych FR ANALWAR 5.2. Obliczono równie wspó³czynniki korelacji prostej pomiêdzy dawk¹ popio³u ze s³omy a zawartoœci¹ miedzi i cynku w glebie, pos³uguj¹c siê arkuszem kalkulacyjnym Microsoft Office Excel. WYNIKI I DYSKUSJA Gleba obiektu kontrolnego doœwiadczenia wazonowego charakteryzowa³a siê odczynem obojêtnym (ph w 1M KCl). U yty w doœwiadczeniu popió³ ze s³omy, i mia³ odczyn alkaliczny, odpowiednio o wartoœci ph 1,; 1,2 i 1,7. Ca³kowita zawartoœæ miedzi w popiele wynosi- ³a odpowiednio: 31,3; 33,5; 39, mg kg 1 oraz cynku 289, 265, 194 mg kg 1 odpowiednio dla popio³u ze s³omy, i. W tabeli 1 przedstawiono iloœci miedzi i cynku wno- TABELA 1. Iloœci miedzi () i cynku () wnoszone jednorazowo do gleby ( 1 cm) z popio³em ze s³omy TABLE 1. Amount of copper () and zinc () introduced at a single rate with straw ash into soil ( 1 cm) Dawka popio³u 1 Popió³ ze s³omy ( g a h 1 7,8 15,6 23,5 31,3 62,6 125, 25, ,4 1 25,1 33,5 67, , ,7 19,5 29,3 39, 7 156, TABELA 2. ph w 1 M KCl w glebie nawo onej popio³em ze s³omy TABLE 2. ph in 1 M KCl in the soil fertilised with straw ash Dawka popio³u 1 Popió³ ze s³omy 7, 7,2 8,1 7, 7,1 7,4 7, 7, 7, 7,1 7,6 szone do gleby w zale noœci od dawki popio³u. Wniesienie do gleby popio³u ze s³omy, i powodowa³o wzrost wartoœci ph wraz z zastosowan¹ dawk¹ popio³u. Przy iloœci odpowiadaj¹cej i Mg ha 1 suchego popio³u odczyn gleby by³ zasadowy (tab. 2). Zastosowanie popio³u ka dej z roœlin, powodowa³o alkalizacjê œrodowiska glebowego. Ca³kowita zawartoœæ miedzi w glebie nienawo onej popio³em wynios³a œrednio mg kg 1 (tab. 3). Istotny wzrost ca³kowitej zawartoœci w glebie nawo onej popio³em w porównaniu z gleb¹ bez jego dodatku zaobserwowano po zastosowaniu dawki 1 Mg ha 1. Wymieszanie gleby z popio³em w iloœciach ; i Mg ha 1 powodowa³o istotny wzrost ca³kowitej zawartoœci miedzi w glebie odpowiednio o: 1,17; 1,6 i 2,43 mg kg 1, to jest o 26,6; 36,4 i 52,2% (tab. 3). Nie stwierdzono wp³ywu rodzaju biomasy, z której uzyskano popió³ u yty w eksperymencie, na ca³kowit¹ zawartoœæ miedzi w glebie. W przeprowadzonym doœwiadczeniu nie odnotowano istotnoœci wspó³dzia³ania zastosowanej dawki a rodzajem

3 Zawartoœæ miedzi i cynku w glebie lekkiej nawo onej popio³em ze s³omy, i 95 TABELA 3. Ca³kowita zawartoœæ miedzi ( t ) w glebie nawo onej popio³em ze s³omy (mg kg 1 ) TABLE 3. Total content of copper ( t ) in the soil fertilised with straw ash (mg kg 1 ) ( Mg h a 1 ) (B) 4,5 4,7 4,8 5,1 5,8 6,2 4,3 4,6 4,8 5, 5,4 6, 4,5 4,6 5, 5,1 5,5 5,8 3 4,63 4,88 5,7 5,57 6, 3 5,29 5,17 5,21 5,22,5.5 A r.n.; B,55; AxB r.n. (p<,5) Coefficient ofsimple correlation(p<.5),939,975,968,965 TABELA 4. Zawartoœæ przyswajalnych form miedzi ( DTPA ) w glebie nawo onej popio³em ze s³omy (mg kg 1 ) TABLE 4. Content of available forms of copper ( DTPA ) in the soil fertilised with straw ash (mg kg 1 ) 1 ) (B ),35,36,38,39,4,51,72,82,35,4,36,42,53,64,66,79,35,42,45,49,61,8,96 3,35,39,4,43,51,65,78,88,49,52,64,55,5.5 A r.n.; B,19; AxB r.n. (p<,5) Coefficient ofsimple c orrelation(p<.5),965,93,899,934 popio³u na wielkoœæ tej cechy (tab. 3). Jednoczeœnie stwierdzono istotnie dodatni¹ korelacjê pomiêdzy wielkoœci¹ dawki popio³u ze s³omy zbó i a ca³kowit¹ zawartoœci¹ miedzi w glebie. W przeprowadzonym doœwiadczeniu wazonowym gleba z obiektu kontrolnego zawiera³a œrednio,35 mg kg 1 przyswajalnej dla roœlin miedzi (tab. 4). By³a to zawartoœæ nieznacznie mniejsza od,4 mg kg 1 jak¹ Karamanos i in. (23) okreœlili za deficytow¹ dla prawid³owego wzrostu roœlin. Natomiast Lindsay i Norvell (1978) koncentracjê DTPA mniejsz¹ od,2 mg kg 1 uznali za zawartoœæ limituj¹c¹ prawid³owy rozwój roœlin. Wzrost iloœci miedzi w glebie wskutek zastosowania popio³u ze s³omy, i stwierdzono od dawki 2 Mg ha 1. Istotny wzrost koncentracji dostêpnych form miedzi w glebie w odniesieniu do gleby wazonów kontrolnych wyniós³:,3;,43 i,53 mg kg 1,, to jest o 85,7, 12 i 15% odpowiednio dla dawki 2, 4 i 8 t ha 1 wniesionego do gleby popio- ³u. Na podstawie analizy statystycznej wyników badañ, stwierdzono istotnie dodatni¹ korelacjê pomiêdzy koncentracj¹ przyswajalnej miedzi a iloœci¹ wnoszonego do gleby popio³u ze s³omy, i. Popió³ ze spalania s³omy zbó i w podobny sposób wp³yn¹³ na wzrost zawartoœci DTPA w glebie. Nie stwierdzono istotnych interakcji pomiêdzy rodzajem a dawk¹ zastosowanego popio³u (tab. 4). Ca³kowita zawartoœæ cynku w materiale glebowym wazonu kontrolnego wynosi³a mg kg 1. Dodatek do gleby popio³u ze s³omy w dawkach 2, 4 i 8 Mg ha 1 spowodowa³ wyraÿny wzrost tego pierwiastka odpowiednio o: 5,7; 7,8 i 1,7 mg kg 1, to jest o 19,9; 27,2 i 37,3% w zestawieniu z obiektem kontrolnym (tab. 5). Na podstawie uzyskanych wyników badañ nie odnotowano ró nic w ca³kowitej zawartoœci cynku w zale noœci od rodzaju zastosowanego popio³u. Zaobserwowano tendencjê do mniejszej zawartoœci tego pierwiastka w glebie po zastosowaniu popio³u ze s³omy w porównaniu do efektów stosowania popio³u ze s³omy i. i korelacji, pomiêdzy ca³kowit¹ zawartoœci¹ cynku a dawk¹ aplikowanego popio³u ze s³omy, by³y istotnie dodatnie. Zawartoœæ cynku dostêpnego dla roœlin ( DTPA ) w glebie obiektu kontrolnego wynosi³a mg kg 1. Koncentracja DTPA by³a wiêksza od zawartoœci deficytowej dla roœlin, tj.,5,8 mg kg 1 (Lindsay and Norvell, 1978; Singh et al., 1987; Sims and Johnson, 1991). Zastosowanie popio³u ze s³omy w dawkach 2, 4 i 8 Mg ha 1 powodowa³o œrednio wzrost iloœci biodostêpnych form cynku odpowiednio o:,73; 6 i 1,64 mg kg 1, to jest o 51,4; 74,6 i 115,% w porównaniu z gleb¹ bez dodatku popio³u. W wyniku wnoszenia do gleby popio³u ze s³omy zaobserwowano istotnie mniejsz¹ zawartoœæ przyswajalnego cynku w porównaniu do skutków aplikacji popio³u ze s³omy pszeni-

4 96 MARIUSZ PIEKARCZYK, MIROS AW KOBIERSKI, KAROL KOTWICA TABELA 5. Ca³kowita zawartoœæ cynku ( t ) w glebie nawo onej popio³em ze s³omy (mg kg 1 ) TABLE 5. Total content of zinc ( t ) in the soil fertilised with straw ash (mg kg 1 ) 1 ) (B) TABELA 6. Zawartoœæ przyswajalnych form cynku ( DTPA ) w glebie nawo onej popio³em ze s³omy (mg kg 1 ) TABLE 6. Content of bioavailable forms of zinc ( DTPA ) in the soil fertilised with straw ash (mg kg 1 ) 1 ) (B) 28,9 29,2 3 32,4 34,9 36,4 38,6 1,8 1,9 1,99 2,3 2,47 2,99 3,3 2 29,6 32,2 33,6 34,3 37,3 39,9 1,49 1,65 1,8 1,86 6 2,46 3,49 27,5 2 28,5 3,6 33,9 35,8 39,8 1,53 1,67 1,46 1,74 1,92 1,99 2,38 28,1 28,9 3,6 32,2 3 36,5 39,4 32, 5 32, 9 31, 6 32, 3,5.5 A r.n.; B 4.33; AxB r.n. (p<,5) Coefficient of simple correlation (p<.5),911,99,952,935 Popió³ ze s³omy (A) 1,61 1,74 1,75 1,97 2,15 2,48 3,6 2,27 3 1,76 2,5.5 A,3; B,67; AxB r.n.,917,993,941,972 (p<,5) Coefficient of simple correlation (p<.5) Objaœnienia-Explanations: r.n. ró nica nieistotna non-significant difference. cy (tab. 6). Stwierdzono istotnie dodatnie wspó³czynniki korelacji pomiêdzy iloœci¹ wniesionego do gleby popio³u a zawartoœci¹ cynku dostêpnego dla roœlin. Zastosowanie w nawo eniu gleb ró nego rodzaju popio³ów otrzymanych po spaleniu s³omy, i wydaje siê wci¹ racjonalnym sposobem ich zagospodarowania (Kalembasa 26; Piekarczyk i in. 211a). Dodatek wysokich dawek popio³u do gleby spowodowa³ wzrost wartoœci ph z do 8,1, co znajduje potwierdzenie w wynikach badañ innych autorów (Gibczyñska et al., 29; Ohno and Erich, 199). Zaobserwowano tak e istotny wzrost zasobnoœci gleby w miedÿ i cynk, w wyniku wniesienia do gleby popio³u ze s³omy zbó i w iloœci od 2 do 8 Mg ha 1. Tendencja wzrostu zawartoœci miedzi i cynku w glebie, na skutek zastosowanego popio³u, zale y g³ównie od jego dawki oraz sk³adu elementarnego (Olanders and Steenari, 1995; Piekarczyk et al., 211b). Pomimo, i iloœæ miedzi i cynku w odpadach paleniskowych jest relatywnie niska, to ich stosowanie z pewnoœci¹ nale y uznaæ za korzystne w aspekcie wzrostu zawartoœci form metali dostêpnych dla roœlin (Ohno and Erich, 199; Park et al., 25). WNIOSKI 1. Popió³ ze spalania s³omy, i mo e byæ wykorzystany jako wartoœciowy nawóz, maj¹cy dzia³anie odkwaszaj¹ce oraz stanowi¹cy Ÿród³o dostêpnych dla roœlin form miedzi i cynku. 2. Zastosowanie popio³u ze s³omy zbó i w dawce przekraczaj¹cej 2 Mg ha 1 spowodowa³o istotny wzrost ca³kowitej zawartoœci miedzi i cynku w glebie oraz ich form dostêpnych dla roœlin. 3. Rodzaj zastosowanego popio³u w podobny sposób wp³yn¹³ na odczyn oraz zawartoœæ miedzi i cynku w glebie. PODZIÊKOWANIA W pracy wykorzystano wyniki badañ finansowanych ze œrodków na naukê: N N LITERATURA Crock J.G., Severson R., 198. Four reference soil and rock samples for measuring element availability in the western energy regions. U.S. Geological Survey circular 841: 16. Gibczyñska M., Meller E., Stankowski S., Prokopowicz A., 29. Wp³yw popio³ów z wêgla brunatnego na sk³ad chemiczny gleby lekkiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 538: Herman J., Harasimowicz-Hermann G., 25. Przydatnoœæ popio³ów ze spalania biomasy do stosowania w rolnictwie i rekultywacji gruntów. Zesz. Prob. Post Nauk Rol. 56: James A.K., Thring R.W., Helle S., Ghuman H.S., 212. Ash management review aplications of biomass bottom ash. Energies 5: Kalembasa D., 26. Iloœæ i sk³ad chemiczny popio³u z biomasy roœlin energetycznych. Acta Agrophys. 7(4):

5 Zawartoœæ miedzi i cynku w glebie lekkiej nawo onej popio³em ze s³omy, i 97 Kalembasa S., Godlewska A., Wysokiñski A., 28. Sk³ad chemiczny popio³ów z wêgla brunatnego i kamiennego w aspekcie ich rolniczego zagospodarowania. Rocz. Glebozn. 59(2): Karamanos R.E., Goh T.B., Harapiak J.T., 23. Determining responses to copper in prairie soils. Can. J. Soil Sci. 83(2): Kowalczyk-Juœko A., 29. Popió³ z ró nych roœlin energetycznych. Proceed. of ECOpole 3(1): Lindsay W., Norvell W., Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, copper. Soil Sci. Soc. J. 42: Meller E., Bilenda E Wp³yw popio³ów ze spalania biomasy na w³aœciwoœci fizykochemiczne gleb lekkich. Polit. Energ. 15(3): Ohno T., Erich M.S., 199. Effect of wood ash application on soil ph and soil test nutrient levels. Agric. Ecosyst. Environ. 32: Olanders B., Steenari B.M., Characterization of ashes from wood and straw. Biomass Bioen. 8: Park B.B., Yanai R.D., Sahm J.M., Lee D.K., Abrahamson L.P., 25. Wood Ash effects on plant and soil in a willow bioenergy plantation. Biomass and Bioen. 28(4): Pels J.R., Nie D.S., Kiel J.H.A., 25. Utilization of ashes from biomass combustion and gasification. Published at 14 th Euro- pean Biomass Conference & Exhibition, Paris, France, October 25: Piekarczyk M., Kotwica K., Jaskulski D., 211a. Sk³ad elementarny popio³u ze s³omy i siana w aspekcie jego rolniczego wykorzystania. Acta Sci. Pol., Agricultura 1(2): Piekarczyk M., Kotwica K., Jaskulski D., 211b. Wp³yw stosowania popio³u ze s³omy jarego na chemiczne w³aœciwoœci gleby lekkiej. Fragm. Agron. 28(3): Sims J.T., Johnson G.V., Micronutrient Soil Tests. [W:] Mortvedt J.J., Cox F.R., Shuman L.M., Walch R.M. (eds) Micronutrients in Agriculture, 2nd ed. Soil Science Society of America. Book series No. 4, Madison, Wisconsin, USA: Singh J.P., Karamanos R.E., Stewart J.W.B., The zinc fertility of Saskatchewan soils. Can. J. Soil Sci. 67: W³aœniewski S., 29. Wp³yw nawo enia popio³em lotnym z wêgla kamiennego na wybrane w³aœciwoœci gleby piaszczystej i plonowanie owsa. Ochr. Œrod. Zas. Nat. 41: Wrzosek J., Gworek B., 21. Biomasa w energetyce odnawialnej. Ochr. Œrod. Zas. Nat. 43: Yeledhalli N.A., Prakash S.S., Ravi M.V., Narayanarao K., 28. Long-term Effect of Fly Ash on Crop Yield and Soil Properties. Karnataka J. Agric. Sci. 21(4): Received: March 1, 213 Accepted: October 11, 213 Streszczenie: Wykorzystanie popio³ów ze spalenia s³omy zbó i w nawo eniu gleb pozostaje jednym z alternatywnych sposobów ich zagospodarowania. Dodatek wysokich dawek popio³u do gleby spowodowa³ wzrost wartoœci ph oraz wzrost ca³kowitej zawartoœci miedzi i cynku, a tak e form tych metali ekstrahowanych roztworem DTPA. Pomimo niskiej zawartoœci miedzi i cynku w odpadach paleniskowych ich zastosowanie w nawo eniu gleb lekkich nale y uznaæ za korzystne ze wzglêdu na nisk¹ naturaln¹ zasobnoœæ tych gleb w formy biodostêpne metali. Zastosowanie popio³u ze s³omy, i w dawce przekraczaj¹cej 2 Mg ha 1 spowodowa³o istotny wzrost ca³kowitej zawartoœci miedzi i cynku w glebie oraz ich form dostêpnych dla roœlin. S³owa kluczowe: popió³ ze s³omy, gleba lekka, miedÿ, cynk