Jacek KrzyŜak, Zespół Fitoremediacji Lider: Partnerzy:
Plan seminarium Informacje o projekcie, oraz omówienie zadań realizowanych przez partnerów projektu. ZałoŜenia i plan realizacji zadań Zespołu Fitoremediacji: Ocena wpływu zastosowania geokompozytów sorbujących wodę na rozwój i plonowanie miskanta olbrzymiego, Opracowanie technologii uprawy roślin fitostabilizacyjnych na podłoŝach rekultywacyjnych przy wykorzystaniu geokompozytów sorbujących wodę. 2
Informacje o projekcie Projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, lata 2007-2013, Priorytet I Badania i Rozwój Nowoczesnych Technologii, Działanie 1.3 Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe, Poddziałanie 1.3.1 Projekty rozwojowe. 3
Ogólne informacje o projekcie Realizatorzy projektu: Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław, lider projektu Politechnika Wrocławska Całkowity budżet projektu 7 248 000 zł Czas trwania 01.10.2009r. 30.04.2014 r. 4
Główny cel projektu Stworzenie technicznych moŝliwości trwałego zatrzymywania wody opadowej w glebie, dostępnej roślinom przez dłuŝszy, dający się określić czas. 5
Co to są superabsorbenty/geokompozyty sorbujące wodę? Superabsorbenty (SAP-y) są to luźno usieciowione polimery hydrofilowe, Mają zdolność absorbowania dużych ilości wody, 1g SAP-u może zaabsorbować do 1000g wody. 6
Co to są superabsorbenty/geokompozyty sorbujące wodę? Zmienność warunków, w jakich mogą one być stosowane wymusza opracowanie nowych form geokompozytów dostosowanych do pola aplikacji, Obecnie w literaturze i na rynku brak jest tego typu produktów. 7
Etapy badawcze projektu dobór superabsorbentów i geosyntetyków dla potrzeb zastosowań rolniczych oraz dla zastosowań nierolniczych (inżynieria środowiska), ekspertyzy. 8
Celem prac jest optymalizacja istniejącej, dotychczas stosowanej formy geokompozytu, jak również opracowanie nowych form geokompozytów, w zależności od ich przeznaczenia i sposobu aplikacji. 9
Określenie podstawowych parametrów superabsorbentów Superabsorbenty wykorzystuje się w produktach higienicznych, medycynie, rolnictwie Superabsorbent w róŝnych postaciach 10
Modyfikacje superabsorbentów,minerały ilaste w mieszaninie z superabsorbentami Dzięki szybkiemu rozwojowi nanotechnologii, odnotowuje się znaczące zainteresowanie kompozytami polimerowymi z dodatkiem minerałów ilastych, Obecność jonów, głównie kationów powoduje znaczący spadek potencjału pęcznienia, Połączenie polimeru akrylowego z cząstkami ilastymi w procesie polimeryzacji powoduje spadek wrażliwości na działanie jonów w roztworze. www.dep.state.fl.us/geology 11
Dobór geosyntetyków + = superabsorbent geosyntetyk geokompozyt Dobór rodzaju geosyntetyku zaleŝy od przeznaczenia geokompozytu, Jest to jeden z elementów decydujących o sprawności działania geokompozytu w praktyce. 12
Forma i postać geokompozytów Obecna forma geokompozytu sorbującego wodę ma postać taśmy wykonanej z geowłókniny, wypełnionej superabsorbentem, W ramach realizacji projektu planuje się znaczące rozwinięcie obecnej formy oraz przygotowanie, nowych form geokompozytu, które będą dopasowane do zastosowań w budownictwie, rolnictwie, inżynierii środowiska i leśnictwie. 13
Walidacja zdolności retencyjnych Wykonane prototypy przed sprawdzeniem w skali półtechnicznej i rzeczywistej podlegać będą serii testów laboratoryjnych, Mają one na celu ocenę ich zdolności retencyjnych w różnych warunkach aplikacji, Przewiduje się badania, w których zmiennymi będą rodzaj gleby i gruntu, w których aplikuje się geokompozyt, rodzaj geokompozytu oraz wielkość opadu. 14
Walidacja zdolności retencyjnych Opracowane wyniki posłużą do sporządzenia rankingów przydatności opracowanych form geokompozytów w zakresie: przydatności do realizacji zadań terenowych, bezpieczeństwa fitosanitarnego, Zaopatrzenia roślinności w wodę, 15
Zastosowanie geokompozytów w sadownictwie 1. Ocena wpływu rodzaju geokompozytu na wzrost i owocowanie młodych drzew jabłoni w zaleŝności od sposobu sadzenia drzew i zastosowanej podkładki. 2. Ocena wpływu zastosowanych geokompozytów na wybrane właściwości gleby oraz na stan odŝywienia badanych drzew 16
Aplikacja geokompozytów na skarpach w skali półtechnicznej Sprawdzenie skuteczności działania i przydatności róŝnych form geokompozytów zaprojektowanych i przetestowanych wcześniej w warunkach laboratoryjnych 17
Aplikacje terenowe skarpa wyeksploatowanego złoża gruntów, na której zostanie wydzielone naturalne zbocze z głęboko zalegająca wodą gruntową i zdewastowane zbocze poddane rekultywacji, odcinek skarpy nasypu drogowego, fragment skarpy obwałowania składowiska odpadów poflotacyjnych, ubezpieczenie powierzchniowe i mur oporowy wykonane z gabionów, zalesienie powierzchni na podłożu trudnym do hodowli lasu, fragment powierzchni zieleni miejskiej, dwie powierzchnie dachów zielonych, plantacja truskawek i malin, uprawa drzewek Bonsai. 18
Aplikacje terenowe 19
Zespół realizujący projekt w IETU Zespół Fitoremediacji dr Aleksandra Sas-Nowosielska kierownik projektu w IETU dr Marta Pogrzeba mgr Jacek Krzyżak Norbert Słaboń Zespół Mikrobiologii Środowiska dr hab. Grażyna Płaza Irena Biedroń 20
Zadanie 12. Ocena wpływu zastosowania geokompozytów sorbujących wodę na rozwój i plonowanie miskanta olbrzymiego Produkcja traw energetycznych o fotosyntezie typu C4 na terenach z wysoką zawartością biodostępnych form metali Główny cel badań: Ocena wpływu różnych form geokompozytów na rozwój i plonowanie miskanta olbrzymiego oraz na zmiany mikroorganizmów ryzosferowych 21
Cele szczegółowe Ocena wpływuróżnychform geokompozytu na kształtowaniesię wskaźników fizjologicznych decydujących o prawidłowym rozwoju sadzonek miskanta Oceniony zostanie wpływgeokompozytów na stan odżywieniaroślinprzy określonympoziomie nawożenia. Analiza materiałuroślinnegobędzie prowadzona pod kątemoceny stanu odżywieniaroślinorazzawartości zanieczyszczeń. Uzyskane wyniki pozwolą na ocenę wpływu geokompozytów na lepszą gospodarkę wodną i szybszy przyrost biomasy miskanta. Najlepsze warianty zostaną przetestowane na poletkach. 22
Cele szczegółowe Ocena wpływu geokompozytów na frekwencjęmikoryzy arbuskularnej (MA) w korzeniach miskanta olbrzymiego Z frekwencją MA w korzeniach miskanta moŝna wiązać lepsze wykorzystanie związków odŝywczych obecnych w glebie oraz zmiany w dystrybucji metali w układzie gleba/korzeń/roślina. Uzyskane wyniki badań powinny pozwolić na stwierdzenie czy w obecności geokompozytu wzrośnie frekwencja MA i czy takie zjawisko będzie miało wpływ na biokumulację zanieczyszczeń w roślinach. 23
Cele szczegółowe Ocena wpływu geokompozytów na frekwencję mikoryzy arbuskularnej (MA) w korzeniach miskanta olbrzymiego Stopień zajęcia korzenia przez grzybnię w skali pięciostopniowej Obfitość arbuskul w skali trzy stopniowej. 24
Cele szczegółowe Ocena mikrobiologiczna efektu stosowania geokompozytów podczas uprawy miskanta na zanieczyszczonym materiale glebowym Planowany zakres badań będzie obejmował: ocenę liczby bakterii, grzybów i promieniowców w próbach z geokompozytami, ocenę aktywności mikrobiologicznej, charakterystykębiochemicznąi ekotoksykologiczną próbek materiałów glebowych. wyniki badań powinny pozwolić na ocenę czy wprowadzenie geokompozytu w uprawie miskanta na terenach zanieczyszczonych uruchomi korzystne zmiany mikroflory w ryzosferze 25
Fitoremediacja/geokompozyty Kierunek badań - ocena moŝliwości zastosowania geokompozytów w remediacji terenów zdegradowanych Oczekiwania względem geokompozytów: - ograniczona dla roślin dostępność wody na zdegradowanych terenach oczekiwana poprawa warunków wodnych - powszechna obecność metali cięŝkich w glebach oraz mobilność biodostępnych form metali oczekiwany brak wpływu metali na właściwości GK oraz na wzrost akumulacji metali w roślinach oczekiwana stymulacja rozwoju mikroorganizmów glebowych 26
Cele szczegółowe Ocena migracji metali ciężkich w materiale glebowym z różną lokalizacją geokompozytów (skala laboratoryjna lizymetry) Do badań zostaną wykorzystane tzw. sztuczne korzenie umożliwiające pobierania roztworów glebowych na różnych głębokościach. Kontrolą będzie wariant bez geokompozytów. Uzyskane wyniki powinny pozwolić na ocenę czy wprowadzenie geokompozytów przyczyni się do ograniczenia migracji zanieczyszczeń w profilu. 27
Kierunki prowadzenia badań w zadaniu nr 12: Ocena właściwości biomasy przeznaczonej dla celów energetycznych: - zawartość wody (czas zbioru a geokompozyt) - zawartość azotu, fosforu i potasu - zawartość metali cięŝkich Ocena wpływu geokompozytu na szybkość wzrostu oraz ilość wytworzonej biomasy miskanta Ocena kształtowanie się wskaźników fizjologicznych miskanta pod wpływem geokompozytu (fotosynteza, transpiracja; LCpro+) 28
Zadanie 13.Opracowanie technologii fitostabilizacjiz udziałem geokompozytów na podłożach rekultywacyjnych typu Slash Główny cel badań: Ocena właściwości sorpcyjnych geokompozytów w warunkach podłoŝy rekultywacyjnych typu Slash oraz ich wpływu na stan i odŝywienie roślin. 450 400 350 e ef św.m. ef 300 masa liści [g] 250 200 c d 150 c s.m. 100 50 b b a b b a 0 kontrola K H K/H HD+K D+K kontrola K H K/H HD+K D+K 29
Slash właściwości /mikrobiologia podłoŝ e piasek % pył % ił % K 66 13 21 H 79 20 1 podłoŝe CEC cmol kg -1 kontrola 8,12 10,70 K 12,13 12,79 H 5,12 5,92 Mikroorganizmy Ogólna liczba mikroorganizmów Bakterie Gramujemne Promieniowce (MYA) Pseudomonas Pseudomonas fluorescens Grzyby Bakterie amonifikacyjne i rozkładające SHaminokwasy Liczebność mikroorganizmów (j.t.k) PodłoŜe typu H Gleba naturalna Gleba ogrodowa 3,60 x 10 7 1,73 x 10 6 1,40 10 7 8,23 x 10 4 7,14 x 10 3 8,50 10 4 9,03 x 10 3 1,32 x 10 6 9,61 x 10 4 1,21 x 10 6 8,30 x 10 4 4,36 x 10 5 4,24 x 10 4 1,42 x 10 4 3,23 x 10 4 4,63 x 10 4 5,00 x 10 3 8,63 x 10 3 10 3 10 2 10 2 30
Ocena właściwości podłoŝy rekultywacyjnych typu Slash w warunkach obecności geokompozytów oraz roślin Zakres badań: Ocena dostępności wody dla traw w warunkach zróŝnicowanych układów GK na podłoŝach typy Slash. Sposób prowadzenia badań: mezokosmy z róŝnie umieszczonymi geokompozytami oraz miernikami wilgotności. Uzyskane wyniki pozwolą na ocenę wpływu umiejscowienia geokompozytu na migrację wód opadowych w podłoŝach rekultywacyjnych. 31
Ocena wpływu GK na stan i odŝywienie roślin rosnących na podłoŝach rekultywacyjnych Oceniony zostanie wpływ GK na stan odżywienie roślin rosnących na materiałach glebowych Doświadczenia zostanąprzeprowadzone w lizymetrach, w których na różnych głębokościach umieszczone zostaną geokompozyty. Na powierzchnięlizymetrów wysiane zostanągatunki roślin zalecane do fitostabilizacji. Analiza roztworów glebowych,obejmie zawartośćskładników odżywczych jak również potencjalnie toksycznych dla wzrostu roślin. Po zakończeniu doświadczenia zostanie przeprowadzona analiza materiału roślinnego pod kątem oceny stanu odżywienia roślin oraz zawartości zanieczyszczeń. Wybrane warianty doświadczenia będąweryfikowane na poletkach doświadczalnych z testowanym materiałem glebowym 32
Waloryzacja pokrycia podłoży roślinami Ocena będzie prowadzona metodą fitosocjologiczną (Braun-Blanqueta) oraz analityczną Ocenie podlegać będzie stopień pokrycia powierzchni badawczych oraz udział poszczególnych gatunków w składzie okrywy. Na podstawie obserwacji zmian składu gatunkowego oraz analiz podłoŝa podjęta zostanie próba oceny trendów zmian właściwości podłoŝy rekultywacyjnych w czasie. Uzyskane wyniki pozwolą na ocenę wpływu obecności geokompozytu na pokrycie i skład gatunkowy okrywy roślinnej 33
www.geosap.up.wroc.pl Projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka współfinansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego