Stanisław Kalembasa, Andrzej Wysokiński
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska w Siedlcach
Wstęp
Ograniczenie nawoŜenia organicznego, z wyłącznym stosowaniem składników w postaci mineralnej, prowadzi do ujemnego bilansu mikroelementów w glebie, co moŜe w efekcie rzutować na moŜliwości ich pobierania przez rośliny [SZULC i in. 2004].
Niedostateczne zaopatrzenie roślin w takie mikroelementy jak bor i molibden prowadzi do zaburzeń w rozwoju części generatywnych roślin [GRZYŚ 2004]. Cennym źródłem mikroelementów dla roślin mogą być osady ściekowe, wprowadzane do systemów nawoŜenia na podstawie USTAWY [2001] o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 roku. Z nawozowego punktu widzenia osady ściekowe powinny zawierać znaczną ilość substancji organicznej oraz składników waŜnych dla wzrostu i rozwoju roślin - makro- i mikroelementów [KALEMBASA 1992; CHANG, DIAZ 1994; CZEKAŁA 1999]. Zawartość mikroelementów w osadach uzaleŜniona jest najczęściej od rodzaju oczyszczanych ścieków oraz od stosowanej technologii ich wydzielania i zagęszczania. Osady ściekowe otrzymywane na terenach duŜych aglomeracji miejskich zawierają na ogół więcej mikroelementów niŜ powstające w małych nieuprzemysłowionych miejscowościach [HANEKLAUS i in. 1996]. Ponadto obróbka osadów mająca najczęściej na celu poprawę ich właściwości fizycznych oraz wyeliminowanie zagroŜeń mikrobiologicznych prowadzi nie tylko do ilościowych zmian ich składu chemicznego - zawartości mikroelementów, ale równieŜ moŜe mieć wpływ na pobieranie przez rośliny składników wprowadzonych do gleby. Często stosowanym zabiegiem poprawiającym niekorzystne parametry osadów jest ich wapnowanie poprzez dodatek np. CaO [WYSOKIŃSKI i in. 2008]. Wprowadzenie do gleby duŜych ilości wapnia zmienia jej odczyn oraz modyfikuje dostępność wielu pierwiastków dla roślin.
Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu nawoŜenia świeŜymi osadami ściekowymi z dodatkiem CaO lub popiołu z węgla brunatnego w róŜnych proporcjach wagowych na zawartość boru i molibdenu w roślinach testowych.
Materiał i metody badań
S. Kalembasa, A. Wysokiński 2
Osady ściekowe z oczyszczalni ścieków w Siedlcach (po metanowej fermentacji) i Łukowie (stabilizowane w warunkach tlenowych) mieszano oddzielnie z tlenkiem wapnia i popiołem z węgla brunatnego w proporcjach 2 : 1, 3 : 1, 4 : 1 i 6 : 1 w przeliczeniu na suchą masę. Wykorzystany w doświadczeniu CaO odpowiadał klasie czystości cz.d.a., natomiast popiół z III filtra odpylenia spalin pochodził z elektrociepłowni Pątnów, spalającej węgiel brunatny z kopalni Bełchatów. Wartość pH tego popiołu wynosiła 12,1 jednostek, a zawartość molibdenu i boru odpowiednio 0,448 i 52,9 mg⋅kg-1 s.m. Osady ściekowe z Siedlec (19% s.m.) i Łukowa (15% s.m.) zawierały odpowiednio 5,17 i 3,85 mg Mo oraz 39,2 i 39,0 mg B w 1 kg suchej masy.
Tabela 1; Table 1 Schemat doświadczenia; Plan of the experiment
Wyszczególnienie type of component added to
waste sludge wpro-wadzono do wazonów zawierających 8 kg gleby. W doświadczeniu wydzielono obiekty kontrolne, na których nie stosowano nawoŜenia organicznego (tab. 1). Obejmowały one uprawę roślin na glebie nienawoŜonej oraz na glebie z dodatkiem CaO oraz popiołu z węgla brunatnego w ilości odpowiadającej średniej ich masie wprowadzonej w
WPŁYW DODATKU RÓśNYCH ILOŚCI CaO ... 3 mieszaninach (53 g⋅wazon-1). Szczegółowy schemat doświadczenia wazonowego przeprowadzonego w szklarni przedstawia tabela 1.
Materiały organiczne zastosowano jednorazowo tylko w I roku (na 10 dni przed siewem nasion), natomiast w II i III roku badano działanie następcze. Ze względu na niską zawartość potasu w osadach i ich mieszaninach oraz moŜliwość retrogradacji fosforu na obiektach z udziałem CaO do wszystkich obiektów stosowano w kaŜdym roku przedsiewne, uzupełniające nawoŜenie fosforem i potasem w ilości 0,44 g P (superfosfat potrójny granulowany - 20% P) oraz 1,25 g K⋅wazon-1 (siarczan potasu - 49,8% K).
Roślinami testowymi w I i III roku doświadczenia była kukurydza oraz sło-necznik pastewny wysiewany po zbiorze kukurydzy w tych samych wazonach. W II roku doświadczenia uprawiano kukurydzę i owies. Części nadziemne uprawianych roślin zbierano po 80 dniach wegetacji w fazie kwitnienia.
Gleba wykorzystana w doświadczeniu, o składzie granulometrycznym w po-ziomie Ap - piasek gliniasty mocny pylasty, wykazywała lekko kwaśny odczyn (pH w 1 mol KCl⋅dm-3 = 5,4), a zawartość w niej węgla w związkach organicznych i azotu ogółem wynosiła odpowiednio 6,12 i 0,63 g⋅kg-1. Zawartość fosforu i potasu w formach przyswajalnych dla roślin (wg Egnera-Riehma) w tej glebie wynosiła kolejno 48 i 39 mg⋅kg-1.
Zawartość boru i molibdenu w osadach ściekowych i zebranym materiale roślinnym oznaczono metodą ICP-AES w roztworze podstawowym uzyskanym po mineralizacji próbek na sucho w temperaturze 450°C. Uzyskany popiół po mineralizacji zalano 6 mol HCl⋅dm-3 w celu rozłoŜenia węglanów i odparowano jego nadmiar.
Następnie uzyskane chlorki przeniesiono ilościowo do kolb miarowych w 10%
roztworze HCl.
Uzyskane wyniki badań poddano analizie wariancji w układzie całkowicie losowym (test F - Fischera-Snedecora), a wartości NIR0,05 do porównania średnich, wyliczono z wykorzystaniem testu Tukey’a.
Omówienie wyników
Zawartość boru w roślinach wynosi najczęściej od 1 do 115 mg⋅kg-1 w s.m.
[GORLACH,MAZUR 2002]. Kukurydza, owies i słonecznik uprawiane w przeprowadzonym eksperymencie zawierały od 20,1 do 85,6 mg B w 1 kg suchej masy (tab. 2). Rośliny testowe nawoŜone osadami ściekowymi z dodatkiem CaO zawierały mniej boru (średnio o 6,5% kukurydza, 5,2% owies i 8,6% słonecznik) niŜ rośliny nawoŜone mieszaninami osadowo-popiołowymi. Analizując średnie zawartości boru w roślinach testowych zbieranych z obiektów nawoŜonych mieszaninami osadów dodatkiem CaO i popiołu w róŜnych proporcjach wagowych najczęściej stwierdzono zmniejszanie się zawartości tego pierwiastka przy zwiększeniu udziału zastosowanego dodatku, ale istotności uzyskanych róŜnic nie potwierdzono statystycznie. Rośliny testowe uprawiane w kolejnych latach badań na obiektach nawoŜonych osadami z dodatkiem CaO i popiołu w proporcji 6 : 1 zawierały średnio o 7,3% w 1-wszym, o 2,9% w II-gim i o 6,4% w 3 roku więcej boru niŜ rośliny nawoŜone mieszaninami z 50 %-owym udziałem dodatku (w proporcji 2 : 1).
Tabela 2; Table 2 Zawartość boru w roślinach testowych (mg⋅kg-1 s.m.)
The content of boron in tested plants (mg⋅kg-1 DM)
S. Kalembasa, A. Wysokiński 4
Rodzaj nawoŜenia Kind of fertilization
Lata doświadczenia; Years of experiment
I rok; 1st year II rok; 2nd year III rok; 3rd year Średnie dla rodzaju osadu; Means for type of sludge
z Siedlec; from Siedlce z Łukowa; from Łuków
Średnie dla rodzaju dodatku do osadów; Means for type of addition to sludges CaO
Średnie dla ilości CaO lub popiołu dodanego do osadów Means for CaO or ash quantity added to sludge 6 : 1
WPŁYW DODATKU RÓśNYCH ILOŚCI CaO ... 5 NIR0,05; LSD0.05 r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.
n.s.
r.n.; n.s. r.n.; n.s.
Tabela 3; Table 3 Zawartość molibdenu w roślinach testowych (mg⋅kg-1 s.m.)
The content of molybdenum in tested plants (mg⋅kg-1 DM) Rodzaj nawoŜenia
Kind of fertilization
Lata doświadczenia; Years of experiment
I rok; 1st year II rok; 2nd year III rok; 3rd year Średnie dla rodzaju osadu; Means for type of sludge
z Siedlec; from Siedlce
Średnie dla rodzaju dodatku do osadów Mens for type of addition to sludges CaO
S. Kalembasa, A. Wysokiński 6
NIR0,05; LSD0.05 0,39 0,34 r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s.
Średnie dla ilości CaO lub popiołu dodanego do osadów Means for CaO or ash quantity added to sludge 6 : 1
Rośliny zbierane z obiektów nawoŜonych mieszaninami osadów z Siedlec zawierały najczęściej nieco więcej boru niŜ po zastosowaniu mieszanin osadów z Łukowa, ale róŜnice pomiędzy wartościami średnimi nie były statystycznie istotne.
Zawartość molibdenu w roślinach wynosi najczęściej od 0,2 do 2,0 mg⋅kg-1 s.m.
[RUSZKOWSKA,WOJCIESKA-WYKUPAJTYS 1996]. Kukurydza, owies i słonecznik uprawiane w przeprowadzonym eksperymencie zawierały od 0,74 do 6,55 mg Mo w 1 kg suchej masy (tab. 3). Zawartość molibdenu w biomasie kukurydzy nie przekraczała 2,59 mg⋅kg-1 s.m., natomiast w słoneczniku nie była większa niŜ 3,04 mg⋅kg-1 s.m.
Największe ilości tego pierwiastka, wahające się w przedziale od 3,58 do 6,55 mg⋅kg-1 s.m. stwierdzono w biomasie owsa. Wszystkie rośliny testowe nawoŜone osadami ściekowymi z dodatkiem CaO zawierały więcej molibdenu niŜ po zastosowaniu mieszanin osadowo-popiołowych, ale istotność róŜnic pomiędzy średnimi potwierdzono statystycznie tylko dla kukurydzy i słonecznika uprawianych w I roku po zastosowaniu nawoŜenia. Rośliny uprawiane na mieszaninach osadów z CaO i z popiołem z węgla brunatnego najczęściej zawierały nieco więcej molibdenu, w porównaniu do jego ilości w roślinach nawoŜonych samymi osadami. Analizując średnie zawartości molibdenu w roślinach testowych zbieranych z obiektów nawoŜonych mieszaninami osadów ściekowych z CaO i popiołem z węgla brunatnego w róŜnych proporcjach wagowych najczęściej stwierdzono niewielkie zwiększenie zawartości tego pierwiastka przy zwięk-szeniu udziału zastosowanego dodatku, jednak róŜnice pomiędzy uzyskanymi średnimi były istotne tylko w przypadku owsa. Rośliny testowe uprawiane w kolejnych latach badań na obiektach nawoŜonych osadami z dodatkiem CaO i popiołu w proporcji 2 : 1 zawierały średnio o 11,6% w I, o 22,7% w II i o 9,9% w III roku więcej molibdenu niŜ rośliny nawoŜone mieszaninami w proporcji 2 : 1. Słonecznik i owies zbierane z obiektów nawoŜonych mieszaninami osadów z Siedlec zawierały najczęściej nieco więcej molibdenu niŜ po zastosowaniu mieszanin osadów z Łukowa, natomiast przypadku kukurydzy zaleŜności te były odwrotne.
Przeprowadzone badania oraz dane podawane w literaturze [KABATA-PENDIAS, PENDIAS 1999;KALEMBASA,WYSOKIŃSKI 2002] wskazują na ograniczenie pobierania boru i zmniejszenie jego ilości w roślinach pod wpływem wprowadzania do gleby duŜych ilości wapnia. Na tle wpływu nawoŜenia mieszaninami osadów z CaO na zawartość boru w roślinach znacznie korzystniej wypadło zastosowanie mieszanin osadowo-popiołowych, z którymi wprowadzono do gleby znacznie mniejsze ilości wapnia.
Kukurydza, owies i słonecznik uprawiane na tych obiektach nawozowych zawierały wówczas więcej boru niŜ po wprowadzeniu mieszanin z CaO. Dodatek CaO do osadów zwiększył zawartość molibdenu w roślinach nawoŜonych tak otrzymanymi mieszaninami w większym stopniu niŜ dodatek popiołu z węgla brunatnego. Uzyskane wyniki naleŜy łączyć z wpływem zastosowanych mieszanin na odczyn gleby, poniewaŜ zawartość molibdenu w roślinach zwiększa się wraz z wartością jej pH, co jest związane ze zwiększoną rozpuszczalnością związków tego pierwiastka [KABATA-PENDIAS,PENDIAS
1999;STANISŁAWSKA-GLUBIAK,SIENKIEWICZ 2004].
WPŁYW DODATKU RÓśNYCH ILOŚCI CaO ... 7
Wnioski
1. Rośliny testowe nawoŜone osadami ściekowymi z dodatkiem tlenku wapnia zawierały mniej boru oraz więcej molibdenu niŜ rośliny nawoŜone tymi ma-teriałami z dodatkiem popiołu z węgla brunatnego.
2. Zwiększenie ilości dodanego tlenku wapnia i popiołu z węgla brunatnego do osadów ściekowych zmniejszało zawartość boru i zwiększało ilość molibdenu w roślinach testowych nawoŜonych tymi mieszaninami.
3. Niewielkie róŜnice w zawartości boru i molibdenu w roślinach testowych nawoŜonych mieszaninami osadów ściekowych z Siedlec (po metanowej fermentacji) i Łukowa (stabilizowanych w warunkach tlenowych) najczęściej były statystycznie nieistotne.
Literatura
CZEKAŁA J. 1999. Osady ściekowe źródłem materii organicznej i składników pokarmo-wych. Fol. Univ. Agric. Stetin. 200, Agricultura 77: 33-38.
CHANG A.C.,DIAZ J.L.1994. Rational use of sewage sludge and other city waste material in agriculture. Proc. Of 15th World Congress of Soil Science. Acapulco: 427-429.
GORLACH E.,MAZUR T.2002. Chemia rolna. PWN Warszawa: 348 ss.
GRZYŚ E. 2004. Rola i znaczenie mikroelementów w Ŝywieniu roślin. Zesz. Probl. Post.
Nauk Roln. 502: 89-99.
HANEKLAUS S., HARMS H., KLASA A.,NOWAK G. A.,SCHUNG E.,WIERZBOWSKA J. 1996.
Zawartość kobaltu, molibdenu, tytanu, cyrkonu i wanadu w osadach pościekowych oraz glebach w warunkach rolniczej ich utylizacji. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 434:
819-824.
KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN Wa-wa: 399 ss.
KALEMBASA S. 1992. Osady ściekowe z oczyszczalni ścieków w Siedlcach, Sokołowie Podlaskim i Łukowie - potencjalne źródło składników pokarmowych roślin. Zesz. Nauk.
WSR-P w Siedlcach, Rolnictwo 31: 169-177.
RUSZKOWSKA M.,WOJCIESKA-WYKUPAJTYS U. 1996. Fizjologiczne i biochemiczne funkcje miedzi i molibdenu w roślinach. Zesz. Nauk. Komitetu „Człowiek i Środowisko” 14:
104-110.
STANISŁAWSKA-GLUBIAK E.,SIENKIEWICZ U.2004. Reakcja odmian jęczmienia jarego na kwaśny odczyn gleby oraz wapnowanie i nawoŜenie molibdenem. Zesz. Probl. Post.
Nauk Roln. 502: 349-356.
SZULC W.,RUTKOWSKA B.,ŁABĘTOWICZ J. 2004. Bilans mikroelementów w zmianowaniu w trwałym doświadczeniu nawozowym. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 502: 363-369.
USTAWA 2001. O odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 roku. Dz. U. Nr 62, poz. 628.
WYSOKIŃSKI A.,KALEMBASA S.,SYMANOWICZ B.2008. Wpływ sposobu alkalizacji i kom-postowania osadów ściekowych na zawartość boru i molibdenu w roślinach. Zesz.
Probl. Post. Nauk Roln. 526: 487-495.
Słowa kluczowe: osady ściekowe, tlenek wapnia, popiół z węgla brunatnego, bor,
S. Kalembasa, A. Wysokiński 8
molibden
Streszczenie
W doświadczeniu wazonowym określono wpływ nawoŜenia świeŜymi mie-szaninami osadów ściekowych z Siedlec (po metanowej fermentacji) i Łukowa (stabilizowanych w warunkach tlenowych) z tlenkiem wapnia i popiołem z węgla brunatnego w proporcjach suchej masy 6 : 1, 4 : 1, 3 : 1 i 2 : 1 na zawartość boru i molibdenu w roślinach testowych (kukurydzy, owsie i słoneczniku). Rośliny testowe nawoŜone mieszaninami osadowo-popiołowymi zawierały więcej boru, a mniej molibdenu niŜ po zastosowaniu osadów z dodatkiem tlenku wapnia. Zwiększenie ilości dodawanego tlenku wapnia i popiołu do osadów ściekowych zwiększyło zawartość molibdenu, zmniejszając ilość boru w roślinach nawoŜonych tak sporządzonymi mieszaninami. Zawartość oznaczanych pierwiastków w roślinach testowych najczęściej nie była uzaleŜniona od rodzaju (miejsca pochodzenia) osadu ściekowego wykorzystanego w przeprowadzonym eksperymencie.
THE INFLUNCE OF THE ADDITION OF DIFFERENT
QUANTITIES OF CALCIUM OXIDE AND ASH FROM BROWN COAL TO THE WASTE ACTIVATED SLUDGES ON THE CONTENT
OF BORON AND MOLYBDENUM IN THE TESTED PLANTS
Stanisław Kalembasa, Andrzej Wysokiński
Department of Soil Science and Plant Nutrition, University of Podlasie, Siedlce
Key words: waste activated sludge, calcium oxide, ash from brown coal, boron, molybdenum
Summary
In a pot experiment the influence of fertilization with fresh waste activated sludges from Siedlce (after methane fermentation) and Łuków (stabilized in oxygenic conditions) with the addition of calcium oxide and ash from brown coal in the proportions of dry mass 6 : 1; 4 : 1; 3 : 1 and 2 : 1 on the content of boron and molybdenum in the tested plants was investigated. All tested plants fertilized with mixtures of waste activated sludges with ash contained more boron and less molybdenum than after the use of waste with the addition of calcium oxide. The increment of the quantity of added calcium oxide and ash from brown coal to waste activated sludges increased the content of molybdenum and decreased the content of boron in plants fertilized with thus prepared mixtures. The content of both marked chemical elements in the tested plants most often did not dependent on the type of waste activated sludges used in the experiment.
Prof. zw. dr hab. Stanisław Kalembasa Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej Akademia Podlaska
ul. Prusa 14 08-110 SIEDLCE
e-mail: kalembasa@ap.siedlce.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 533: 197-207