Stanisław Kalembasa, Agnieszka Godlewska
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska w Siedlcach
Wstęp
W rolnictwie do celów nawozowych wykorzystuje się szereg nawozów orga-nicznych, wśród których najpopularniejszym jest obornik. Ze względu na ograniczenie produkcji zwierzęcej ilość tego nawozu uległa znacznemu obniŜeniu, dlatego koniecznym staje się poszukiwanie innych źródeł materii organicznej. Osady ściekowe zasobne w składniki pokarmowe dla roślin i materię organiczną [KALEMBASA i in.2001;
CZEKAŁA,JAKUBUS 2002;MAZUR 2002]mogą być jednym ze sposobów alternatywnego do obornika nawoŜenia organicznego, co jednocześnie byłoby naturalnym kierunkiem ich zagospodarowania. Jednak ten sposób wykorzystania, a zarazem utylizacji osadów ściekowych moŜe być niekiedy ograniczony ze względu na nadmierną zawartość w nich metali cięŜkich [SKORBIŁOWICZ 2002; MCBRIDGE 2003; SZWENDZIAK 2006], które mogą okazać się toksyczne dla roślin uprawnych. Dlatego teŜ niezbędne jest dokonywanie oceny ilościowej mikroskładników w tych materiałach organicznych.
Celem podjętych badań było określenie wpływu nawoŜenia osadami ściekowymi, gatunku gleby i wapnowania na zawartość Mn i Ni w Ŝycicy wielokwiatowej.
Materiał i metodyka
W szklarni załoŜono dwuletnie doświadczenie wazonowe, w układzie całkowicie losowym i badano następujące czynniki:
I gatunek gleby (piasek gliniasty, glina piaszczysta);
II wapnowanie (bez wapnowania i wapnowanie wg Hh = 1);
III nawoŜenie (obornik i osady ściekowe z dwóch oczyszczalni ścieków).
Utwory glebowe uŜyte w doświadczeniu pobrano z poziomów próchnicznych gleb naleŜących do Stagnic Luvisols (według WRB). Wazony wypełniono utworem glebowym w ilości 8 kg i w sezonie wegetacyjnym utrzymywano wilgotność na poziomie 60% maksymalnej pojemności wodnej.
Osady ściekowe zastosowane w doświadczeniu pochodziły z oczyszczalni ścieków przemysłowych i komunalnych w Siedlcach (które w końcowym procesie obróbki poddano fermentacji metanowej i częściowo odwodniono na prasie) oraz z oczyszczalni Siedleckich Zakładów Drobiarskich „Drosed”. W doświadczeniu zastosowano jednorazowo nawoŜenie osadami ściekowymi w dawce 15% świeŜej masy w stosunku do suchej masy gleby. Działanie osadów porównano do obornika bydlęcego stosowanego w takiej samej dawce i terminie co osady ściekowe.
S. Kalembasa, A. Godlewska 182
Rośliną testową była Ŝycica wielokwiatowa (Lolium multiflorum L.), której podczas sezonu wegetacyjnego zbierano po trzy pokosy. Po wysuszeniu trawy oznaczono plon suchej masy, a następnie po zmieleniu roślin zmineralizowano je „na sucho” i oznaczono całkowitą zawartość Mn i Ni metodą ICP-AES. Materiał roślinny spalano w piecu muflowym w temperaturze 450°C stopniowo podnosząc temperaturę, następnie zmineralizowane próbki zalano roztworem HCl (1 : 1 z wodą) i odparowano do sucha. Tak przygotowane próbki przeniesiono do kolb miarowych w 10% roztworze HCl przez sączek twardy. Całkowitą zawartość Mn i Ni w osadach ściekowych i oborniku (tab. 1) oznaczono równieŜ metodą ICP-AES, po mineralizacji „na sucho”.
Tabela 1; Table 1 Skład chemiczny obornika i osadów ściekowych uŜytych w doświadczeniu.
Chemical composition of farmyard manure (FYM) and sewage sludge used in the experiment Oznaczany element
Determined element
Obornik FYM
Osad ściekowy Siedlce Sewage sludge from Siedlce
Osad ściekowy z ZD „Drosed”
Sewage sludge ZD „Drosed”
mg⋅kg-1 s.m; D.M.
Mn 290 180 112
Ni 1,90 40,0 0,60
Uzyskane wyniki opracowano statystycznie metodą analizy wariancji z wy-korzystaniem testu F-Fishera - Snedecora wg programu F.R. Anal var 4.1, a wartość NIR(0,05) wyliczono wg testu Tukey’a. Obliczono wartość korelacji prostej między całkowitą zawartością manganu i niklu w Ŝycicy wielokwiatowej.
Wyniki i dyskusja
Zastosowane w doświadczeniu materiały organiczne były bardzo zróŜnicowane pod względem zawartości Mn i Ni (tab. 1). Osady ściekowe z Siedlec zawierały znacznie więcej Mn i Ni w porównaniu z osadami z Zakładów Drobiarskich „Drosed”.
W oborniku stwierdzono większą zawartość manganu w porównaniu z badanymi osadami, natomiast zawartość niklu w oborniku była na tym samym poziomie co w osadzie ściekowym z ZD „Drosed”. Wraz z materiałem organicznym wpowadzono do gleby (mg⋅wazon-1): z obornikiem 86,4 Mn i 0,57 Ni; z osadami z Siedlec 60 Mn i 13,5 Ni; z osadami z ZD „Drosed” 12 Mn i 0,07 Ni. Analiza i ocena osadów ściekowych i obornika pozwala jednoznacznie stwierdzić, Ŝe pod względem zawartości Mn i Ni materiały te nadają się do celów rolniczych.
Optymalna zawartość manganu w paszy wynosi 60 mg⋅kg-1 s.m. [FALKOWSKI i in.
1990].Otrzymane wyniki (tab. 2) świadczą o dobrej zawartości Ŝycicy wielokwiatowej w ten składnik pokarmowy. Jedynie rośliny uprawiane w drugim roku na glinie piaszczystej obiektu kontrolnego bez nawoŜenia zawierały poniŜej 60 mg Mn⋅kg-1 s.m.
Analiza statystyczna wykazała istotny wpływ wszystkich badanych czynników na zawartość Mn w roślinach.
Tabela 2; Table 2 Zawartośc Mn (mg⋅kg-1 s.m.) w Ŝycicy wielokwiatowej w pierwszym i drugim roku badań
The content of Mn (mg⋅kg-1 DM) in Loilium multiflorum LAM. in the 1st and 2nd year of the study
OCENA PRZYDATNOŚCI OSADÓW ŚCIEKOWYCH ... 183 Gatunek gleby
Type of soil
Piasek gliniasty; Loamy sand Glina piaszczysta; Sandy loam
Pokosy pierwszego roku; Cuts of the 1st year
O I
Pokosy drugiego roku; Cuts of the 2nd year
O I C osad z Siedlec; sludge from Siedlce
D osad z ZD „Drosed”; sludge from ZD „Drosed”
Pierwszy rok; 1st year
I pokos; cut II pokos; cut III pokos; cut NIR0,05 dla; LSD0.05 for:
nawoŜenia; fertilization: 15,776 14,668 4,512
gleby; soil: r.n.; n.s. 7,685 2,364
wapnowania; liming: 8,266 r.n.; n.s. r.n.; n.s.
nawoŜenie × gleba; fertilization × soil: 22,311 20,743 6,381
nawoŜenie × wapnowanie; fertilization × liming r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s.
wapnowanie × gleba; liming × soil r.n.; n..s. 10,868 3,342
Drugi rok; 2nd year
I pokos; cut II pokos; cut III pokos; cut NIR0,05 dla; LSD0.05 for:
nawoŜenia; fertilization: 6,057 11,694 16,656
gleby; soil: 3,174 6,127 8,727
wapnowania; liming: 3,174 r.n.; n.s. r.n.; n.s.
nawoŜenie × gleba; fertilization × soil: 8,567 16,538 23,555
nawoŜenie × wapnowanie; fertilization × liming 8,567 r.n.; n.s. r.n.; n.s.
wapnowanie × gleba; liming × soil r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s.
S. Kalembasa, A. Godlewska 184
W pierwszym roku doświadczenia i I pokosie roku następnego stosowane materiały pochodzenia organicznego, zarówno osady ściekowe jak i obornik, spowodowały istotny wzrost zawartości Mn w trawie, natomiast w II i III pokosie drugiego roku istotny wzrost zawartości tego pierwiastka odnotowano jedynie w roślinach z obiektów nawoŜonych obornikiem. Wynika to z wolniejszego tempa mineralizacji obornika względem osadów, a takŜe większej zawartości Mn. Wyniki przeprowadzonych badań nie potwierdzają spostrzeŜeń ŁABUDY i KACZORA [1999], którzy stwierdzili niŜszą zawartość Mn w trawie nawoŜonej osadami ściekowymi. Gatunek gleby w pierwszym roku niejednoznacznie róŜnicował zawartość omawianego mikroelementu w Ŝycicy wielokwiatowej, natomiast w drugim roku istotnie większą zawartość manganu stwierdzono w roślinach uprawianych na glinie piaszczystej.
Efekt wapnowania uwidocznił się jedynie w I pokosie pierwszego roku doś-wiadczenia, istotnie obniŜając zawartość Mn w Ŝycicy wielokwiatowej.
Według KABATY-PENDIAS i PENDIAS [1999] toksyczne stęŜenie niklu w roślinach jest bardzo zróŜnicowane i waha się od 10 do 100 mg⋅kg-1 s.m. Średnia zawartość niklu w uprawianej Ŝycicy wielokwiatowej wynosiła 2,01 mg⋅kg-1 s.m. i nie przekraczała dopuszczalnego stęŜenia tego pierwiastka w paszach dla zwierząt. Z zastosowanych materiałów organicznych największą ilość niklu stwierdzono w osadach z Siedlec, co znalazło swoje odzwierciedlenie w uzyskanych wynikach badań. W I pokosie drugiego roku doświadczenia wszystkie materiały organiczne istotnie zwiększyły zawartość niklu w trawie, natomiast w roślinach z pozostałych pokosów istotnie większą zawartość tego pierwiastka stwierdzono pod wpływem nawoŜenia osadami z Siedlec. Istotnie większą zawartość Ni w trawie pod wpływem stosowania osadów ściekowych stwierdzili takŜe inni autorzy [SIMS, KLINE 1991; CIEŚLA i in. 1993; WOŁOSZYK, KRZYWY 1999]. Analiza statystyczna wykazała takŜe istotnie większą zawartość niklu w Ŝycicy wielokwiatowej uprawianej na glebie lekkiej, co znajduje potwierdzenie u PIOTROWSKIEJ i GAŁCZYŃSKIEJ
[1990]. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały, Ŝe wapnowanie gleby istotnie obniŜyło zawartość niklu w roślinach z obu lat doświadczenia. Wg KABATY-PENDIAS
i PENDIAS [1999] nikiel w ściekach komunalnych występuje głównie w formie chylatów organicznych, jest zatem łatwo dostępny dla roślin a wapnowanie gleb obniŜa jego fitoprzyswajalność.
Wartość współczynnika korelacji (r = 0,517*) pomiędzy oznaczonymi pa-rametrami wykazuje, Ŝe zawartość manganu była istotnie skorelowana z zawartością niklu w kupkówce pospolitej, co dowodzi o synergizmie tych pierwiastków.
Tabela 3; Table 3 Zawartośc Ni (mg⋅kg-1 s.m.) w Ŝycicy wielokwiatowej w pierwszym i drugim roku badań
The content of Ni (mg⋅kg-1 DM) in Loilium multiflorum LAM. in the 1st and 2nd year of study
Gatunek gleby
OCENA PRZYDATNOŚCI OSADÓW ŚCIEKOWYCH ... 185 Pokosy pierwszego roku; Cuts of the 1st year
0 I
Pokosy drugiego roku; Cuts of the 2nd year
0 I C osad z Siedlce, sludge from Siedlce
D osad z ZD „Drosed”; sludge from ZD „Drosed”
Pierwszy rok; 1st year
I pokos; cut II pokos; cut III pokos; cut NIR0,05 dla; LSD0.05 for:
nawoŜenia; fertilization: 0,462 0,272 0,496
gleby; soil: r.n.; n.s. 0,143 r.n.; n.s.
wapnowania; liming: r.n.; n.s. 0,143 0,260
nawoŜenie × gleba; fertilization × soil: r.n.; n.s. 0,385 r.n.; n.s.
nawoŜenie × wapnowanie; fertilization × liming r.n.; n.s. r.n.; n.s. r.n.; n.s.
wapnowanie × gleba; liming × soil r.n.; n..s. r.n.; n.s. r.n.; n.s.
Drugi rok; 2nd year
I pokos; cut II pokos; cut III pokos; cut NIR0,05 dla; LSD0.05 for:
nawoŜenia; fertilization: 0,209 0,225 0,262
gleby; soil: 0,110 0,118 r.n.; n.s.
wapnowania; liming: r.n.; n.s. 0,118 r.n.; n.s.
nawoŜenie × gleba; fertilization × soil: 0,296 0,318 r.n.; n.s.
nawoŜenie × wapnowanie; fertilization × liming 0,296 0,318. r.n.; n.s.
wapnowanie × gleba; liming × soil 0,155 0,166 r.n.; n.s.
Wnioski
S. Kalembasa, A. Godlewska 186
1. NawoŜenie osadami ściekowymi istotnie zwiększyło zawartość manganu i niklu w Ŝycicy wielokwiatowej, ale całkowita zawartość tych metali w trawie nie przekraczała stęŜeń uznawanych za toksyczne.
2. Istotnie większą zawartość Mn stwierdzono w Ŝycicy wielokwiatowej uprawianej na glinie piaszczystej a niklu na piasku gliniastym.
3. Wapnowanie istotnie obniŜyło zawartość niklu w roślinach uprawianych w obu latach doświadczenia, nie miało jednak istotnego wpływu na zawartość manganu w Ŝycicy wielokwiatowej.
Literatura
CIEŚLA W.,ZALEWSKI W.,KUCHARSKI J.,DĄBKOWSKA-NASKRĘT, JAWORSKA H.1993. Za-wartość metali cięŜkich w glebie i kupkówce pospolitej w trzecim roku po zastosowaniu osadów ściekowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 409: 43-50.
CZEKAŁA J.,JAKUBAS M. 2002. Wybrane właściwości fizyczne i chemiczne osadów ście-kowych z oczyszczalni województwa wielkopolskiego. Cz. I. Materia organiczna, sucha masa i makroskładniki. Mat. III Międzyn. Konf. Nauk. „Odpady organiczne a ochrona i produktywność agrocenozy”, 11-13 VI Lublin: 38-39.
FALKOWSKI M.,KOZŁOWSKI S.,KUKUŁKA I.1990.Właściwości chemiczne roślin łąkowych.
Wyd. AR Poznań: 110 ss.
KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN Warszawa: 399 ss.
KALEMBASA S.,KALEMBASA D.,KANIA R.2001. Wartość nawozowa osadów ściekowych z wybranych oczyszczalni ścieków regionu siedleckiego. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln.
475: 279-286.
ŁABUDA S., KACZOR A. 1999.Mikroelementy w roślinności testowej pod wpływem na-wadniania ściekami gleby murszowo-torfowej. Fol. Univ. Agric. Steven. Agricultura 77:
225-230.
MAZUR T. 2002. RozwaŜania o wartości nawozowej odpadów organicznych. Acta Agrophysica 70: 257-263.
MCBRIDGE M.B. 2003. Toxic metals in sewage sludge-amended soil: has promotion of beneficial use discounted the risks? Advances in Environmental Research 8: 5-19.
PIOTROWSKA M.,GAŁCZYŃSKA B.1990. Wpływ stosowania do gleby osadu ściekowego na plonowanie i skład chemiczny Ŝycicy trwałej. II. Zawartość pierwiastków śladowych.
Pam. Puławski 96: 113-120.
SIMS J.T.,KLINE J.S.1991.Chemical fractionation and plant uptake of heavy metals in soils amended with co-composted sewage sludge. J. Environ Qual. 20: 387-395.
SKORBIŁOWICZ E.2002. Charakterystyka osadów ściekowych z wybranych oczyszczalni Województwa Podlaskiego pod względem zawartości metali cięŜkich. Acta Agrophysica 73: 277-283.
SZWENDZIAK K.2006.Charakterystyka osadów ściekowych i rolnicze ich wykorzystanie.
InŜynieria Rolnicza 4: 297-302.
WOŁOSZYK CZ.,KRZYWY E.1999.Badania nad rolniczym wykorzystaniem osadów ście-kowych z oczyszczalni komunalnych w Goleniowie i Nowogardzie. Cz II. Skład che-miczny Ŝycicy wielokwiatowej nawoŜonej osadami i kompostami z osadów ściekowych.
OCENA PRZYDATNOŚCI OSADÓW ŚCIEKOWYCH ... 187 Fol. Univ. Agric. Steven. Agricultura 77: 393-398.
Słowa kluczowe: osady ściekowe, obornik, wapnowanie, mangan, nikiel, Ŝycica wielokwiatowa
Streszczenie
Celem badań było określenie wpływu nawoŜenia osadami ściekowymi, gatunku gleby i wapnowania na zawartość manganu i niklu w biomasie Ŝycicy wielokwiatowej.
Stwierdzona zawartość tych metali w zastosowanych materiałach organicznych pozwala na ich stosowanie do celów rolniczych. NawoŜenie osadami ściekowymi istotnie zwiększyło zawartość manganu i niklu w roślinie testowej, ale całkowita zawartość tych metali w trawie nie przekraczała stęŜeń uznawanych za toksyczne. Istotnie większą ilość Mn stwierdzono w Ŝycicy wielokwiatowej uprawianej na glinie piaszczystej a niklu na piasku gliniastym. Wapnowanie istotnie obniŜyło zawartość niklu w roślinach uprawianych w obu latach doświadczenia.
EVALUATION OF THE USED ORGANIC MATERIALS AS REGARDS Mn AND Ni CONTENTS IN ANNUAL RYEGRASS
Stanisław Kalembasa, Agnieszka Godlewska Departament Soil Science and Plant Nutrition,
Academy of Podlasie, Siedlce
Key words: sewage sludge, farmyard manure, liming, manganese, nickel, annual ryegrass
Summary
The study aimed at evaluating the influence of fertilization with sewage sludge, type of soil and liming on manganese and nickel contents in annual ryegrass. The observed concentrations of those metals in the used sludge allows for its application for agricultural purposes. Fertilization with sewage sludge significantly increased the manganese and nickel concentrations in tested plants, however, total contents of manganese and nickel in grass did not exceed concentrations considered as toxic for plants. Considerably higher Mn levels were found in plants grown on sandy loam, and nickel on loamy sand. Liming significantly decreased nickel concentration in ryegrass in both years of the experiment.
Prof. dr hab. Stanisław Kalembasa
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej Akademia Podlaska
ul. Prusa 14 08-110 SIEDLCE
e-mail: kalembasa@ap.siedlce.pl
WPŁYW DODATKU RÓśNYCH ILOŚCI CaO ... 1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 533: 189-196