WPŁYW NAWOŻENIA KOMPOSTEM Z OSADÓW KOMUNALNYCH NA WZROST WIERZBY ENERGETYCZNEJ W 3-LETNIM CYKLU UPRAWY NA GLEBIE LEKKIEJ NA POMORZU INFLUENCE OF FERTILIZATION WITH COMPOST FROM MUNICIPAL SEWAGE SLUDGE ON GROWTH OF SALIX DURING THREE YEARS TILLAGE CYCLE ON LIGHT SOIL IN THE MIDDLE POMERANIA Leszek Styszko, Diana Fijałkowska, Monika Sztyma Katedra Biologii Środowiskowej, Politechnika Koszalińska, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin e-mail: lstyszko@wbiis.tu.koszalin.pl ABSTRACT In the years 2006-2008 influence of four factors (years, vegetation period length, fertilization combinations and clones) on length, thickness and number of shoots of Salix bush was examined. Tillage was run on the light soil in the area of Koszalin, Poland. Obtained results show that the influence of years, vegetation period length, fertilization combinations and clones of Salix on length, thickness and number of shoots was substantial, but their effect differed. Values of those features have been diversified by years of tillage. Interactions between years and vegetation period length, clones and fertilization combinations as well as clones with fertilization combinations and years were very important among all other interactions. Application of compost from municipal sewage sludge on the objects without fertilization decreased average shoots growth of Salix, but unique variety reaction took place. Increase of length, thickness and number of shoots of some clones was positively affected by application of compost. Others reacted negatively or application of compost gave no effect. Key words: energetic salix; cultivation; clones; compost; fertilization; shoots; lenght; thickness Wstęp Biomasa jest głównym potencjalnym źródłem energii odnawialnej. Zapotrzebowanie na biomasę stałą dla energetyki systemowej i cieplnej w Polsce do 2020 roku wyniesie 17,47 mln ton (Grzybek 2004). Wykorzystanie odłogowanych gruntów ornych do założenia plantacji wierzby energetycznej, stwarza szansę poprawy bilansu biomasy w Polsce. Do celów planistycznych w energetyce przyjęto plon reprezentatywny biomasy, który dla wierzby ustalony jest na 8 Mg ha -1 (Dz. U. 2008 nr 44 poz. 268). Plon taki uzyskuje się jedynie w przypadku nawożenia organicznego lub mineralnego upraw. Możliwości stosowania ścieków miejskich do nawożenia upraw energetycznych wierzby oceniano w wielu pracach (Krzywy i Iżewska 2004, Larson i Dobrzaniecki 2004, Melin i in. 2004), jednak nie stosowano do tej pory ów z osadów komunalnych. Kompost ten nie jest uciążliwy odorowo i można go stosować tradycyjnymi rozsiewaczami talerzowymi. Celem badań była ocena wpływu stosowania u z osadów komunalnych w uprawach wierzby krzewiastej na odrastanie karp dziewięciu klonów wierzby krzewiastej (Salix viminalis) w trzyletnim cyklu w okolicach Koszalina Materiały i metody Doświadczenie polowe założono w marcu 2006 roku metodą losowanych podbloków w układzie zależnym w trzech powtórzeniach na skoszonych pierwszorocznych odrostach pędów wierzby w Kościernicy k. Koszalina na glebie lekkiej (klasa IVa-IVb). Podblokami I rzędu były cztery kombinacje nawozowe, a II rzędu dziewięć klonów wierzby. Poletko miało powierzchnię 34,5 m 2 (2,3 x 15,0 m). W ramach kombinacji nawozowych zastosowano w 2006 roku: obiekty bez nawożenia, nawożone em w ilości 15 t ha -1, nawożone em i hydrofoską 16 w dawce 562,5 kg ha -1 (tj. N 90 kg ha -1, P 2 O 5-90 kg ha -1 i K 2 O - 90 kg ha -1 ) (c) oraz nawożone em i hydrofoską 16 w dawce 1125,0 kg ha -1 (tj. N 180 kg ha -1, P 2 O 5-180 kg ha -1 i K 2 O - 180 kg ha -1 ) (d). W marcu 2007 i 2008 roku zastosowano ponownie nawożenie hydrofoską 16 na kombinacjach nawozowych c i d z pominięciem u.
214 Do badań włączono klony wierzby: 1047 (A), 1054 (B), 1023 (C), 1013 (D), 1052 (E), 1047D (F), 1056 (G), 1018 (H) i 1033 (K). Podczas wegetacji w latach 2006-2008 wykonano obserwacje rozwoju wierzby w czterech terminach (31 V, 31 VII, 30 IX i 30 XI) na 10 roślinach środkowego rzędu na każdym poletku, dokonując pomiarów wysokości pędów, ich grubości i liczby pędów w krzaku. Pomiary grubości pędów wykonano suwmiarką na wysokości 10 cm od ziemi. Wykonano analizy wariancji oraz oceniono strukturę procentową komponentów wariancyjnych. Istotność efektów oceniono testem F. Warunki pogodowe w latach 2006-2008 charakteryzują dane z automatycznej stacji meteorologicznej IHAR Bonin oddalonej w linii prostej o 10 km od pola doświadczalnego w Kościernicy (tab. 1). Tabela 1. Opady (mm) w Boninie k. Koszalina w latach 2005-2008 według IHAR Bonin Miesiąc Opady w latach, mm Współczynnik Sielianinowa (K) w latach 2006 2007 2008 2006 2007 2008 Kwiecień [IV] 62,2 34,6 64,8 3,04 1,31 2,96 Maj [V] 69,8 75,0 6,4 1,82 1,74 0,16 Czerwiec [VI] 68,6 126,6 85,4 1,39 2,43 1,78 Lipiec [VII] 21,2 203,6 55,4 0,32 3,86 0,99 Sierpień [VIII] 233,2 74,2 135,2 4,40 1,35 2,52 Wrzesień [IX] 55,4 99,8 44,4 1,14 2,58 1,17 Październik [X] 38,8 40,6 67,4 1,22 1,66 2,39 Okres IV - X 549,2 654,4 459,0 1,85 2,28 1,61 Okres I - XII 753,4 1062,0 855,0 2,32 3,08 2,53 Dyskusja wyników Wegetacja klonów wierzby każdego roku rozpoczynała się w okresie II - III dekady kwietnia. Dane o opadach w latach 2005-2008 w okresie wegetacji wierzby przytoczono w tabeli 1. Charakterystykę warunków pluwiotermicznych w latach 2006-2008 przedstawiono przy pomocy współczynnika hydrotermicznego Sielianinowa w postaci: K = P/0,1 t, gdzie: P miesięczna suma opadów atmosferycznych w mm, a t miesięczna suma temperatury powietrza >0 0 C (Molga 1986). Do interpretacji warunków pluwiometrycznych przyjęto podział współczynnika K na 10 klas wartości, co pozwoliło na wyodrębnienie warunków ekstremalnie suchych oraz ekstremalnie wilgotnych np. skrajnie suchy - K 0,4; bardzo suchy 0,4K 0,7; suchy 0,7K 1,0; dość suchy 1,0K 1,3; optymalny 1,3K 1,6; dość wilgotny 1,6K 2,0; wilgotny 2,0K 2,5; bardzo wilgotny 2,5K 3,0 i skrajnie wilgotny K>3,0. Za warunki ekstremalne przyjęto wartości K, które mieszczą się w przedziałach niższych od 0,7 (skrajnie suche i bardzo suche) oraz powyżej 2,5 (bardzo wilgotne i skrajnie wilgotne). We wszystkich latach badań okresie I- XII spadło ponad 575 mm opadu, a w okresie wegetacji wierzby (IV-X) od 459 mm w 2008 roku do 654 mm w 2007 roku. Najwięcej opadów spadło w 2007 roku (1062 mm), który należy uznać za skrajnie wilgotny (tab.1). Rok 2008 z opadami 855 mm należał również do dobrze uwilgotnionego (bardzo mokry), a 2006 z opadami 753 mm jako wilgotny. Jednak charakterystyka warunków hydrotermicznych wyłącznie na podstawie opadów rocznych dla uprawy wierzby jest niewystarczająca, bowiem występowały okresy skrajnie suche nawet w lata bardzo mokre np. w maju 2008 roku oraz w lipcu 2006 roku (tab. 1). Według Jadczyszyna (2006) do uprawy wierzby energetycznej nadają się rejony, gdzie roczny opad przekracza 575 mm oraz występują gleby zaliczone do kompleksów rolniczej przydatności żytni bardzo doby (4), żytni dobry (5), zbożowo-pastewny mocny (8), zboczowopastewny słaby (9) oraz użytki zielone słabe i bardzo słabe (3z). Doświadczenie w Kościernicy zostało zlokalizowane na glebie kompleksu żytniego dobrego, ale o bardzo głębokim poziomie wody gruntowej (poniżej 600 cm). Stąd też woda opadowa praktycznie była jedyną wodą dostępną w okresie wegetacji wierzby, a wierzba zaliczana jest do roślin o dużych wymaganiach wodnych. We wszystkich latach badań okresie I- XII spadło ponad 575 mm opadu, a w okresie wegetacji wierzby (IV-X) od 459 mm w 2008 roku do 654 mm w 2007 roku. Najwięcej opadów spadło w 2007 roku (1062 mm), który należy uznać za skrajnie wilgotny (tab.1). Rok 2008 z opadami 855 mm należał również do
215 dobrze uwilgotnionego (bardzo mokry), a 2006 z opadami 753 mm jako wilgotny. Jednak charakterystyka warunków hydrotermicznych wyłącznie na podstawie opadów rocznych dla uprawy wierzby jest niewystarczająca, bowiem występowały okresy skrajnie suche nawet w lata bardzo mokre np. w maju 2008 roku oraz w lipcu 2006 roku (tab. 1). Według Jadczyszyna (2006) do uprawy wierzby energetycznej nadają się rejony, gdzie roczny opad przekracza 575 mm oraz występują gleby zaliczone do kompleksów rolniczej przydatności żytni bardzo doby (4), żytni dobry (5), zbożowo-pastewny mocny (8), zboczowo-pastewny słaby (9) oraz użytki zielone słabe i bardzo słabe (3z). Doświadczenie w Kościernicy zostało zlokalizowane na glebie kompleksu żytniego dobrego, ale o bardzo głębokim poziomie wody gruntowej (poniżej 600 cm). Stąd też woda opadowa praktycznie była jedyną wodą dostępną w okresie wegetacji wierzby, a wierzba zaliczana jest do roślin o dużych wymaganiach wodnych. W syntezie wyników z pomiarów biometrycznych w analizach uwzględniono cztery czynniki różnicujące przyrosty biomasy wierzby, a mianowicie: lata, długość wegetacji w latach, kombinacje nawozowe oraz klony. Wpływ badanych czynników na długość, grubość i liczbę pędów był bardzo wysoce istotny, ale ich relatywne działanie było różne. Do porównania efektów tych czynników zastosowano metodę komponentów wariancyjnych, powszechnie stosowaną w genetyce ilościowej roślin uprawnych (tab. 2). Tabela 2. Wpływ badanych czynników na zmienność cech w doświadczeniu polowym w latach 2006-2008 Komponemt wariancyjny Poziomy czynnika Struktura procentowa komponentów wariancyjnych dla cech długość pędów grubość pędów liczba pędów w krzaku Klony (D) 9 2,8*** 1,4*** 3,5*** Nawożenie (C) 4 1,1*** 3,2*** 2,5*** Długość 4 19,2*** 11,8*** 1,9*** wegetacji (B) Lata badań (A) 3 64,5*** 60,6*** 71,3*** Współdz. DC 1,3*** 1,2** 3,3*** Współdz. DB 0,1** 0,2 0,0 Współdz. CB 0,0 0,3 0,8*** Współdz. DCB 0,0 0,0 0,0 Współdz. DA 0,5*** 0,6* 2,2*** Współdz. CA 0,6*** 1,2*** 0,2*** Współdz. DCA 0,8*** 1,1 2,2*** Współdz. BA 7,6*** 5,3*** 9,1*** Współdz. DBA 0,3*** 0,0 0,6*** Współdz. CBA 0,2*** 1,8** 0,5*** Współdz. DCBA 1,0 11,3 1,9 Istotność przy poziomie ufności: *α=0,05; ** α=0,01;*** α=0,001; Przy wszystkich cechach najsilniej wartości te różnicowały lata, a słabiej pozostałe czynniki. Przy długości pędów uszeregowanie czynników według malejących efektów było następujące: lata, długość wegetacji w latach, klony wierzby i nawożenie, a przy grubości pędów efekt nawożenia był większy niż klonów. W stosunku do liczby pędów w krzaku wierzby uszeregowanie czynników według malejących efektów było jeszcze inne, a mianowicie: lata, klony, nawożenie i długość wegetacji (tab.2). Spośród współdziałań duże znaczenie uzyskano dla interakcji BA (lata x długość wegetacji), DC (klony x nawożenie) i DCA (klony x nawożenie x lata) (tab.2), co wskazuje, że warunki pogodowe w latach bardzo silnie rzutują na przyrosty biomasy wierzby oceniane w pomiarach pędów. Rzeczywiste wartości liczbowe badanych cech zestawiono w tabeli 3. Analiza powyższa wykazała, ze systemy nawożenia (czynnik C) oraz klony wierzby bardzo silnie różnicują długość, grubość i liczbę pędów w krzaku. Zastosowanie u z osadów komunalnych w stosunku do obiektów bez nawożenia obniżyło przyrosty pędów wierzby we wszystkich cechach, chociaż efekty istotne wystąpiły tylko przy długości i liczbie pędów w krzaku. W tabeli 4 zestawiono dane dla porównania efektów nawożenia em u
216 klonów wierzby przy długości, grubości i liczbie pędów w krzaku. Okazało się, ze klony wierzby bardzo różnią się reakcją na nawożenie em. Przy długości pędów reakcja ujemna wystąpiła u klonów C, F, H i K, a pozytywna u klonów B i G. Przy grubości pędów reakcja negatywna wystąpiła tylko u klonu H. W odniesieniu do liczby pędów w krzaku wystąpiły dwa typy reakcji: negatywna u klonów: A, C, D, F, H i K, a pozytywna u klonów B, E i G. Tabela 3. Wyniki pomiarów biometrycznych klonów wierzby w latach 2006-2008 Badany Poziom Wartość cech w latach czynnik czynnika długość pędów, cm grubość pędów, mm liczba pędów w krzaku, sztuk Lata (A) 2006 141,6 7,9 9,3 2007 269,2 14,2 6,7 2008 312,7 16,9 4,2 Długość wegetacji (B) Nawożenie (C) Klony wierzby (D) NIR 0,05 2,6*** 0,5*** 0,1*** 31 V 175,4 10,3 7,2 31 VII 236,2 13,0 6,7 30 IX 266,2 13,5 6,2 30 XI 286,7 15,3 6,8 NIR 0,05 3,0*** 0,5*** 0,1*** a 234,1 12,2 7,2 b 229,1 12,1 7,0 c 250,4 13,4 6,1 d 251,0 14,3 6,7 NIR 0,05 3,0*** 0,5*** 0,1*** A 266,4 13,9 6,5 B 248,2 13,8 6,3 C 257,2 13,3 6,1 D 232,7 13,4 8,0 E 248,2 12,8 6,6 F 244,7 13,4 7,0 G 202,0 11,6 7,2 H 236,4 12,7 6,5 K 234,6 12,3 6,3 NIR 0,05 4,4*** 0,8*** 0,2*** Istotność przy poziomie ufności: *α=0,05; ** α=0,01;*** α=0,001; Tabela 4. Wpływ nawożenia em na długość, grubość i liczbę pędów w krzaku wierzby przeciętnie z lat 2006-2008 Klon wierzby Długość pędów, cm Grubość pędów, mm Liczba pędów w krzaku, sztuk A 258,0 257,0 13,0 12,8 7,1 6,7 B 227,7 250,4 11,4 12,7 6,2 7,4 C 252,4 240,2 12,7 12,3 6,8 6,4 D 229,7 238,1 13,0 13,6 9,0 8,5 E 235,7 239,2 11,7 12,2 6,7 7,2 F 245,0 214,4 13,0 11,8 8,5 7,1 G 185,3 208,5 10,3 11,7 6,6 7,5 H 245,2 200,8 12,7 10,9 6,9 6,5 K 227,9 213,3 11,7 11,3 6,8 5,7 NIR 0,05 8,9 1,6 0,3
217 Podsumowanie i wnioski Przedstawione w pracy analizy w odniesieniu do wpływu kilku czynników na przyrosty długości, grubości i liczy pędów w krzaku różnych klonów wierzby są pierwszymi w literaturze. W odniesieniu do Pomorza nikt nie badał możliwości uprawy wierzby na glebach lekkich. Jest to obecnie problemem, gdyż ze względu na braki żywności, możliwości uprawy wierzby na cele energetyczne występują tylko na glebach wyłącznych z produkcji rolniczej. Przedstawione w pracy zależności pokazują jednoznacznie, że nie można generalizować zaleceń przy wierzbie w odniesieniu do gatunku, ale należy efekty poszczególnych czynników badań na poziomie klonu wierzby. W oparciu o przedstawione badania można wyciągnąć następujące wnioski: 1. Wpływ lat, długości okresu wegetacji, kombinacji nawozowych i klonów wierzby na długość, grubość i liczbę pędów był bardzo wysoce istotny, ale ich relatywne działanie było różne. Przy wszystkich cechach ich wartości najsilniej różnicowały lata, a słabiej pozostałe czynniki. 2. Spośród współdziałań duże znaczenie przy długości, grubości i liczbie pędów w krzaku miały interakcje lata z długością wegetacji, klonów z kombinacjami nawozowymi oraz klonów z kombinacjami nawozowymi i latami. 3. Zastosowanie u z osadów komunalnych w stosunku do obiektów bez nawożenia obniżyło przeciętnie przyrosty pędów wierzby, ale wystąpiła istotna reakcja odmianowa. U części klonów nawożenie em pozytywnie wpływało na przyrost długości, grubości i liczby pędów w krzaku, a u innych negatywnie lub nie było żadnego efektu. JADCZYSZYN J. 2006. Lokalizacja przestrzenna plantacji. [W:] Ciechanowicz W., Szczukowski S (red). Paliwa i energia XXI wieku. WSIiZ. Oficyna wydawnicza WIT. Warszawa: 218-230. KRZYWY E., IŻEWSKA A. (2004) Gospodarka ściekami i osadami ściekowymi. Wydawnictwo AR Szczecin. ISBN 83-7317- 080-4. LARSSON S., DOBRZANIECKI P. (2004) Agrobränsle ab the worlds leading authority on commercial short rotation willow (salix) coppice (src). W: Rozwój energii odnawialnej na Pomorzu Zachodnim. Praca zbior. pod red. Piotra Lewandowskiego i Władysława Nowaka. Wydawnictwo Hogben Szczecin: 233-240. MELIN G., ARONSSON P., HASSELGREN K. (2004) Recycling of wastewater and sludge in Salix plantations. W: Rozwój energii odnawialnej na Pomorzu Zachodnim. Praca zbior. pod red. Piotra Lewandowskiego i Władysława Nowaka. Wydawnictwo Hogben Szczecin: 263-270. MOLGA M. 1986.Meteorologia rolnicza. PWRiL Warszawa. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z 14 marca 2008 roku w sprawie plonów reprezentatywnych roślin energetycznych w 2008 roku. Dz. U. 2008 nr 44 poz. 268. Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2008-2011 jako projekt badawczy" LITERATURA GRZYBEK A. 2004. Prognoza wykorzystania odnawialnych źródeł energii w sektorze rolnym na tle przemian. [W:] Rozwój energii odnawialnej na Pomorzu Zachodnim. Praca zbior. pod red. Piotra Lewandowskiego i Władysława Nowaka. Wydawnictwo Hogben Szczecin:211-218.