ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH GLEBY LEKKIEJ UŻYŹNIONEJ OSADEM ŚCIEKOWYM

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII NR 3/4 WARSZAWA 1996:123-130 ST A N ISŁ A W B A R A N, M A RIA FLIS-BU JAK, R Y SZ A R D TU R SK I, G R A Ż Y N A Ż U K O W SK A ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH GLEBY LEKKIEJ UŻYŹNIONEJ OSADEM ŚCIEKOWYM Instytut Gleboznawstwa i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego Akademii Rolniczej w Lublinie WSTĘP Zasadniczą wadą gleb lekkich, zajmujących w Polsce dominującą powierzchnię, jest ich zakwaszenie, niewielka zawartość substancji organicznej oraz wynikające z tego małe zdolności sorpcyjne. Ogranicza to zatrzymanie wody i składników pokarmowych wprowadzanych m.in. w nawozach, co przyczynia się do niskiej efektywności produkcji rolniczej i postępującej degradacji środowiska [Baran 1987, Mazur 1977, Roszyk 1979, Siuta 1988]. Intensywnej mineralizacji substancji organicznej w tych glebach nie likwiduje tradycyjne nawożenie organiczne (bądź likwiduje tylko na krótko). Rodzi to potrzebę poszukiwania metod agromelioracji tych gleb przy zastosowaniu również nawozów niekonwencjonalnych [Flis-Bujak i in. 1995; Myśkow, Zięba 1981 ; Siuta 1988; Turski i in. 1992]. Stąd też celem badań* jest ocena wpływu różnych (nawozowych i melioracyjnych) dawek osadów ścieków komunalnych zastosowanych do użyźniania gleby lekkiej na kształtowanie jej właściwości fizykochemicznych. MATERIAŁ I METODY Badania realizowano w formie wegetacyjnych doświadczeń wazonowych. Wazony stanowiły pojemniki z polipropylenu o pojemności 11 dm3, do których jako podłoże zastosowano piasek luźny oraz zróżnicowany dodatek osadu ściekowego z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków w Końskich. Schemat doświadczenia obejmował następujące obiekty badań: - piasek (kontrola) - piasek + osad 10% - piasek + obornik (30 t/ha) - piasek + osad 20% - piasek + osad 1% - piasek + osad 40% - piasek + osad 5% - osad. * Badania zrealizowano w ramach grantu Nr 5 S308 01 507.

124 S. Baran i in. Każdy obiekt badawczy realizowano w trzech powtórzeniach. Na badanych podłożach uprawiano kukurydzę, a następnie jęczmień jary, pod które zastosowano nawożenie mineralne [g/wazon]: Roślina N P K kukurydza 3^3 2 J 4Д) jęczm ień jary 2.7 2,7 3,3 Do badań pobrano próby gleb po zbiorze uprawianych roślin w pierwszym i drugim roku od zastosowania osadu; w próbach tych oznaczono: - węgiel ogólny metodą Tiurina, - "ruchome" frakcje substancji organicznej ekstrahowane 0,05 M NaOH [Mysków, Zięba 1981], - odczyn potencjometrycznie w 1 M KC1, - kwasowość hydrolityczną metodą Kappena w 1 M CH^COONa, - kationy zasadowe metodą Pallmana w wyciągu 0,5 M NH4C1 (ph 8,2), - przyswajalne formy P i К metodą Egnera-Rhiema, - przyswajalne formy Mg metodą Schachtschabela. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie metodą analizy wariancji. OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA Zastosowanie bogatego w substancję organiczną (21% C) ziemistego osadu ściekowego do kwaśnego piasku luźnego (tab. 1) o bardzo niskiej zawartości substancji organicznej spowodowało wyraźne zmiany analizowanych właściwości badanych podłoży. Zawartość węgla Osad ściekowy dodawany do pojemników spowodował proporcjonalnie do wielkości dawki istotne zwiększenie zawartości węgla (Ct) w użytym do doświadczenia piasku (tab. 2). Najniższy ( 1%) dodatek osadu istotnie zwiększył zawartość węgla nie tylko w stosunku do kontroli, ale również w porównaniu z obornikiem. Około 5-krotne zwiększenie ilości węgla spowodował 5% dodatek osadu ściekowego, a najwyższa dawka osadu wywołała przyrost około 15-krotny, co znajduje potwierdzenie we wcześniejszych badaniach [Baran i in. 1993; Flis-Bujak i in. 1986; Turski i in. 1992]. Po dwóch latach od zastosowania osadu ściekowego stwierdzono, począwszy od 10% jego dawki, istotne zmniejszenie zawartości węgla, co należy łączyć głównie z procesem mineralizacji wprowadzonej substancji organicznej. Substancja organiczna osadu charakteryzuje się bardzo małym udziałem frakcji "labilnych" (około 6% Ct). Frakcje te uznawane są za najbardziej aktywne w glebie i stanowią główną pożywkę dla mikroorganizmów [Myśkow, Zięba 1981 ; Śiuta 1988]. Dodatek osadu ściekowego (począwszy od dawki 5%) wpłynął istotnie na zmniejszenie, przy małym zróżnicowaniu wpływu poszczególnych dawek, zawartości "labilnych" frakcji substancji organicznej. Efekt nawozowej (1 %) dawki osadu był zbliżony do zawartości tych frakcji w obiekcie kontrolnym i w kombinacji z obornikiem.

U żyźnianie gleb lekkich osadem ściekow ym 125 S tw ierdzone zm iany jak o ściow e substancji organicznej w obiektach z osadem ściekowym znajdują potwierdzenie z danymi w cześniej publikowanymi [Flis-Bujak i in. 1993, 1986]. O dczyn T A B E L A 1. W łaściw ości fizykochem iczne materiałów zastosow anych w dośw iadczeniu T A B L E 1. P hysico-chem ical properties o f materials used in the experim ent W yszczególnienie Specification С ogółem - С total 336 21000 [m g/100 g gleby - o f soil] Dodatek osadu ściekowego С w ydzielony z - С extracted 46,43 3,60 w płynął istotnie na zmianę odczynu w analizowanych obie with 0,05 M NaOH [% Ct] p Hkci 4,61 6,01 ktach (tab. 2). Wzrost odczynu K w asow ość hydrolityczną 2,19 4,73 o jednostkę ph w stosunku do kontroli (ph 5,07) stwierdzono w pierwszym roku badań z 1% dodatkiem osadu ściekow ego. W pozostałych obiektach wartość Hydrolytic acidity [m m ol(+)/kg] Kationy wym ienne Exchangeable cations [m m ol(+)/kg] 0,22 50,04 tej cechy wahała się w prze Pojem ność sorpcyjna 2,41 54,77 Sorption capacity dziale 6,04-6,31 ph. [m m ol(+)/kg] W drugim roku badań we Stopień w ysycenia zasadami 9,13 91,36 w szystkich analizowanych o- D egree o f base saturation [%] biektach zaznaczyła się tendencja do spadku ph. Mało znaczące zmiany odnotowano w samym osadzie ściekow ym. W łaściw ości sorpcyjne Piasek Sand Osad ściekow y Sludge Zastosowany w badaniach osad ściekowy zw iększył istotnie we wszystkich obiektach w porównaniu z kontrolą, a także z nawożeniem obornikiem, pojemność sorpcyjną użyźnianej gleby (tab. 3). Dodatek 1% osadu zw iększył wartość tej cechy w porównaniu z kontrolą o 1,5 raza, a dawki w yższe np. 20 i 40% odpow iednio 7- i 11-krotnie. W drugim roku badań nastąpiło obniżenie pojem ności sorpcyjnej w kombinacjach z wyższym i (>5%) dawkami osadu, natomiast w obiektach pozostałych odnotowano pewną stabilizację pod tym względem. Dominujący udział w pojemności sorpcyjnej stanowią kationy zasadowe, których zawartość istotnie rośnie wraz ze zwiększaniem się udziału osadu ściekow ego w podłożu (tab. 3 i 4). W porównaniu z kontrolą, 1% dawka osadu zw iększyła sumę kationów zasadowych 3,6 razy, a dawka 40% - aż 37-krotnie. W drugim roku badań zawartość kationów zasadowych w obiektach z wyższym i dawkami osadu (>5%) zmniejszyła się około 3-krotnie. Był to wpływ procesu mineralizacji substancji organicznej, wymywania oraz pobierania składników przez rośliny [Baran 1987, Flis-Bujak i in. 1995, Siuta 1988, Turski i in. 1992]. D otyczyło to głów nie wapnia oraz magnezu, natomiast w przypadku potasu i sodu odnotowano tendencje do wzrostu (tab. 4). W ykładnią zmian w zawartości kationów jest stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami (tab. 3). Wartość tego wskaźnika rosła wraz ze zw iększaniem się udziału osadu w podłożu i przy dawkach w yższych wahała się na

126 S. Baran i in. T A B E L A 2. Zm iany zawartości substancji organaicznej i odczynu w piasku luźnym użyźnionym osadem ściekow ym T A B L E 2. Changes o f organie matter contents and reaction in loose sand fertilized with sludge K om binacje Com binations С ogółem С total [m g/100 g gleb y-of soil] С w ydzielony 0,05 M NaOH w % С og С extracted 0,05 M NaOH in % o f С total ph (1 М KCl) 1 2 X 1 2 x 1 2 x Piasek 408 426 417 41,17 35,71 38,44 5,07 4,70 4,88 sand Piasck+obornik 648 636 642 44,44 34,64 39,54 5,40 4,80 5,10 Sand + farm manure (30 t/ha) Piasek + osad - Sand + sludge 1% 696 732 714 44,83 26,23 35,53 6,00 5,44 5,72 5% 1944 2052 1998 17,28 11,96 14,62 6,22 5,90 6,06 10% 4170 3840 4005 13,33 12,81 13,07 6,20 6,00 6,10 20% 5460 4260 4860 13,08 14,84 13,96 6,31 6,11 6,21 40% 6000 5280 5640 13,74 21,14 17,44 6,04 6,27 6,15 Osad - sludge 21000 18000 19500 6,45 10,27 8,36 6,09 6,07 6,08 X 5041 4403 24,29 20,95 5,92 5,66 NIR kombinacji 3011** 24,18** 0,80** LSD com binations NIR term inów 883 6,94 0,23* LSD dates NIR interakcji 5122 40,27 1,33 L SD interaction 1 - pierwszy rok badań - first year of experiment, 2 - drugi rok badań - second year of experiment, ** - p = 0,01, * - p = 0,05 poziom ie około 80%, co odpowiada glebom bardzo dobrej jakości. W drugim roku po zastosowaniu osadu odnotowano spadek wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi, co wiąże się ze zmniejszaniem się zawartości Ca i Mg oraz wzrostem kw asow ości hydrolitycznej. Przysw ajalne form y m akroelem entów Dodatek do piasku osadu ściekowego spowodował proporcjonalny do użytej jego dawki wzrost zawartości przyswajalnego fosforu. Stąd w kombinacjach z osadem odnotowano zawartości wysokie i bardzo wysokie tej formy fosforu i były one kilkakrotnie w yższe niż w obiekcie kontrolnym oraz przy stosowaniu obornika (tab. 5). W drugim roku po zastosowaniu osadu w w iększości kombinacji odnotowano tendencję do zmniejszania się zawartości przyswajalnych form tego pierwiastka, lecz mimo to stwierdzono także wartości wysokie i bardzo wysokie. W badanym okresie odnotowano istotny spadek zawartości przyswajalnego fo sfo ru, szczególnie wyraźny w kombinacjach z wysokim udziałem osadu. Zastosowanie osadu ściekowego do piasku spowodowało wzrost zawartości przyswajalnego potasu (tab. 5). W porównaniu z kontrolą istotny przyrost zawar-

U żyźnianie gleb lekkich osadem ściekow ym 127 tości tego pierwiastka spowodowała już 5% dawka osadu. Dodatek 10% osadu wywierał podobny wpływ jak obornik, zaś w yższe dawki osadu oddziaływały zdecydowanie lepiej. W kombinacj ach z wyższym i dawkami osadu ( 10%) poziom zawartości potasu ocenić należy jako średni, zaś w pozostałych jako niski. Istotny w porównaniu z kontrolą wzrost zawartości magnezu przyswajalnego odnotowano przy udziale wszystkich stosowanych dawek osadu ściekow ego (tab. 5). Zawartość Mg w kombinacji z obornikiem była zbliżona do zawartości przy niższych (do 10%) dawkach osadu, zaś znacznie niższa w stosunku do wysokich dawek osadu. W badanym okresie odnotowano istotny, proporcjonalny do w ielkości dawki osadu spadek zawartości magnezu przyswajalnego. WNIOSKI Przeprowadzone badania pozwalają na sformułowanie następujących w nio-' sków: 1. Użyźnienie piasku luźnego ziemistym osadem ściekowym spowodowało istotne, proporcjonalne do zastosowanej dawki zwiększenie w nim ilości w ęgla organicznego (Ct) przy jednoczesnym zmniejszeniu labilnych frakcji substancji organicznej. W badanym okresie stwierdzono spadek zawartości w ęgla organicznego, natomiast udział frakcji labilnych w kombinacjach z niższymi dawkami osadu (do 10%) zm niejszył się, a przy dawkach wyższych - zwiększył. 2. Zastosowanie osadu przyczyniło się do istotnego wzrostu odczynu gleby. W drugim roku badań odnotowano spadek wartości tej cechy, wyraźniejszy na obiektach kontrolnych i z niskimi dawkami osadu ściekow ego. 3. Osad ściekowy w pierwszym roku doświadczenia w istotnym stopniu poprawił w łaściw ości sorpcyjne piasku luźnego, takie jak: zawartość kationów zasadowych, pojem ność sorpcyjna oraz stopień w ysycenia kationami zasadow y mi. W drugim roku od zastosowania osadu odnotowano istotny spadek wartości tych w łaściwości spowodowany głównie ubytkiem Ca i Mg. LITERATURA BARAN S. 1987: Zmiany zawartości ołowiu, cynku i miedzi oraz substancji organicznej w glebach lekkich nawożonych osadami ściekowymi i ich wpływ na rośliny. Rozpr. habil. AR Lublin, 1-88. BARAN S., FLIS-BUJAK M., TURSKI R., ŻUKOW SKA G. 1993: Przemiany substancji organicznej w glebie lekkiej użyźnianej osadem ściekowym. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 409: 59-64. FLIS-BUJAK M., TURSKI R., BARAN S. 1986: W pływ osadu ściekowego na przemiany związków próchnicznych w bielicowej glebie piaskowej. Rocz. Glebozn. 2-3: 187-194. FLIS-BUJAK M., BARAN S., TURSKI R., M ARTYN W. 1995: Rekultywacja zdewastowanej gleby lekkiej przy wykorzystaniu nawozów niekonwencjonalnych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. (w druku). MAZUR T. 1977: Osady ściekowe jako rezerwa nawozowa. Wiad. Melior. 12, 1: 2-5. MYSKOW W., ZIĘBA S. 1981: The influence o f long-term fertilizing on the biological activity and organic substances of soil. Pol. J. Soil Sei. 14, 1: 141-150. ROSZYK E. 1979: Wykorzystanie osadów ściekowych w rolnictwie. Biul. Tech. CTK, 3: 20-25. SIUTA J. 1988: Przyrodnicze zagospodarowanie osadów ściekowych. PWN, Warszawa: 1-145. TURSKI R., BARAN S., FLIS-BUJAK M., KWIECIEŃ J. 1992: Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych a zawartość metali ciężkich w agrocenozie. Mat. Konf. Nauk. Nawożenie organiczne i ochrona środowiska. Siedlce: 47-68. TURSKI R., BARAN S., FLIS-BUJAK M. 1992: Przemiany substancji organicznej osadów ściekowych zastosowanych do gleby lekkiej. Zesz. Nauk. AR Szczecin, 2: 48-54.

Kombinacje Combinations TABELA 3. Zmiana pojemności sorpcyjnej piasku luźnego użyźnionego osadem ściekowym TABLE 3. Change of sorption capacity in loose sand fertilized with sludge H [cmol(+)/kg gleby - of soilj S [cmol(+)/kg g!leby - of soil] T [cmol(+)/kg gleby - of soil] 1 2 X 1 2 X 1 2 X 1 2 X Piasek - Sand 2,21 3,25 2,73 0,76 0,61 0,68 2,97 3,56 3,26 25,59 17,43 21,51 Piasek + obornik 2,14 3,38 2,76 1,50 1,49 1,50 3,65 4,87 4,26 41,10 30,60 35,85 Sand + manure 30 t/ha Piasek + osad - Sand + sludge 1% 1,61 3,08 2,35 2,76 1,83 2,29 4,37 4,91 4,64 63,16 37,27 50,21 5% 1,99 2,61 2,30 8,04 2,65 5,34 10,03 5,26 7,64 80,16 50,38 65,27 10% 2.18 2,78 2,48 11,68 3,76 7,71 13,86 6,54 10,20 84,27 57,49 70,88 20% 2,44 3,00 2,72 18,75 6,23 12,49 21,19 9,23 15,21 88,48 67,50 77,99 40% 3,38 3,75 3,56 28,46 10,12 19,29 31,84 13,87 22,85 89,38 72,96 81,17 Osad - Sludge 4,80 3,58 4,33 54,33 38,62 46,47 59,13 42,47 50,80 91,88 90,93 91,41 Średnio - Mean 2,59 3,21 15,79 8,16 18,38 11,34 70,50 53,07 V [% 128 S. Baran i in. NIR kombinacji 2,15 21,10* * 22,68** 29,73* * LSD combinations NIR terminów 0,62 LSD dates о оln 6,51* 8,53** NIR interakcji 3,58 35,11 37,76 49,49 LSD interaction 1 - pierwszy rok badań - first year of experiment, 2 - drugi rok badań - second year of experiment-** - p = 0,01, * - p = 0,05

TABELA 4. Stopień w ysycenia kom pleksu sorpcyjnego kationami zasadow ym i TABLE 4. Saturation degree with basic cations Kombinacje Combinations Ca Mg К Na 1 2 X 1 2 X 1 2 X 1 2 X Piasek 0,48 0,35 0,41 0,12 0,08 0,10 0,05 0,15 0,10 0,11 0,13 0,12 Sand 16,16 9,83 4,04 2,23 1,68 1,40 3,70 3,65 Piasek + obornik 0,91 0,61 0,76 0,32 0,13 0,22 0,16 0,62 0,39 0,11 0,13 0,12 Sand + manure 30 t/ha 24,93 12,53 8,77 2,66 4,38 12,73 3,01 2,66 Piasek + osad - Sand + sludge 1% 2,30 0,96 1,67 0,17 0,15 0,16 0,08 0,57 0,32 0,12 0,15 0,13 54,46 19,55 3,89 3,05 1,83 11,60 2,97 3,05 5% 7,39 1,63 4,51 0,34 0,20 0,27 0,11 0,58 0,34 0,20 0,24 0,22 73,68 30,99 3,39 3,80 1,10 11,03 1,99 4,56 10% 10,82 2,59 6,71 0,44 0,24 0,34 0,14 0,58 0,36 0,28 0,35 0,31 78,07 39,60 3,17 1,01 8,87 2,02 535 20% 17,48 4,64 11,06 0,64 0,45 0,54 0,23 0,68 0,45 0,40 0,46 0,43 82,49 5027 3,02 4,68 Ш 7,36 1,89 4,98 40% 26,72 8,11 17,41 0,84 0,60 0,72 0,31 0,70 0,50 0,59 0,71 0,65 83,92 58,47 2,64 4,33 0,97 5,04 1,85 5,11 Osad - Sludge 50,32 35,00 42,66 2,19 1,55 1,87 0,66 0,72 0,69 1,16 1,35 1,26 Średnio - Means 14,56 6,74 0,63 0,43 0,22 0,57 0,37 0,44 NIR kombinacji 20,84** 0,56** 0,51 0,17** LSD combinations NIR terminów 5,98* 0,16* 0,14** 0,05* LSD dates NIR interakcji 34,68 0,93 0,84 0,29 LSD interaction 1 - pierwszy rok badań - first year o f experiment, 2 - drugi rok badań - second year of experiment; ** - p = 0,01, * - p = 0,05 w liczniku - in numerator [mmol(+)/kg gleby - of soil]; Użyźnianie gleb lekkich osadem ściekow ym 129

130 S. Baran i in. T A B E L A 5. Zawartość przyswajalnych P, К i M g w piasku luźnym użyźnionym osadem ściekow ym T A B L E 5. Content o f available P, К and M g in loose sand fertilized with sludge Kom binacje Com binations Zawartość - Content [m g /100 g gleby - o f soil] P К M g 1 2 X 1 2 x 1 2 x Piasek - sand 3,53 3,57 3,55 1,75 2,10 1,92 1,10 0,60 0,85 Piasck+obornik 5,07 4,00 4,53 6,25 2,63 4,44 3,10 1,10 2,1 0 Sand + manure (30 t/ha) Piasek + osad - Sand + sludge 1% 6,19 4,60 5,39 1,50 1,45 1,47 2,50 1,50 2,00 5% 8,99 8,34 8,66 2,00 2,25 2,12 4,30 2,00 3,15 10% 14,79 9,54 12,16 6,25 2,13 4,19 3,90 2,50 3,20 20% 18,58 8,73 13,65 10,00 3,98 6,99 7,00 5,40 6,20 40% 18,75 15,05 16,90 6,25 4,00 5,12 11,80 4,60 8,20 Osad - sludge 17,88 18,58 18,23 12,80 9,58 11,19 17,40 10,50 13,95 X 11,72 9,05 5,85 3,52 6,38 3,52 NIR kom binacji 10,18* * 6,81 ** 7,70** LSD com binations NIR term inów 2,92 1,95* 2,21* L SD dates NIR interakcji 16,96 11,33 12,81 L SD interaction 1 - pierwszy rok badań - first year of experiment; 2 - drugi rok badań - second year of experiment; ** - p = 0,01 ; * - p = 0,05 S. BARAN, M. FLIS-BUJAK, R. TURSKI, G. ŻUKOWSKA CHANGES IN PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF LIGHT SOIL FERTILIZED WITH SEWAGE SLUDGE Institute o f S oil S cien ce and E nvironm ent M anagem ent, Agricultural U niversity in L ublin SU M M A R Y In the pot experiment the influence of different sewage sludge doses: 1,5, 10, 20 and 40% on the physico-chemical properties of light soil was analysed. Clear influence on the increase of ph, on the sorption capacity, saturation degree with basic cations and on the С total content but with the deficiency of unstable organic matter was found. Prof. dr hcib. Stanisław Baran Instytut G leboznawstw a i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego Akademia Rolnicza w Lublinie 20-069 Lublin, ul. Leszczyńskiego 7