ADAM WON'DRAU'SCH |, JERZY GINALSlKI, IRENA MALM
WPŁYW CZĘŚCIOWEJ NEUTRALIZACJI DWUTLENTU SIARKI AMONIAKIEM NA ROZWÓJ I PLONOWANIE ROŚLIN
UPRAWNYCH 1
Instytut Gleboznawstwa, Chemii Rolnej i Mikrobiologii Akadem ii Rolniczej w Dublinie
Ujem ny w pływ dw utlenku siarki na rośliny znany jest od 1883 roku
[6]. Badania prowadzone w ostatnim dwudziestoleciu wykazały, że szko
dliwość S 02 zależy od bardzo wielu czynników, jak stężenie i czas od
działywania gazu, gatunek, faza rozwoju i stopień odżywienia rośliny,
naśw ietlenie i wilgotność środowiska [4, 5, 8].
Długotrwałe działanie niskich stężeń S 02 w granicach 0,5 mg S 02/m^
powoduje już uszkodzenie niektórych wieloletnich roślin [2], a naw et
stężenia bardzo niskie, nie przekraczające 0,130 mg S 02 m 3, mogą w pły
wać na obniżenie plonu i zmiany jego jakości [3].
Jednym z głównych źródeł zanieczyszczenia powietrza dw utlenkiem siarki są zakłady przemysłowe i energetyczne, spalające bardzo duże
ilości węgla kamiennego bądź brunatnego. Sprawa usunięcia S 02 ze spa
lin emitowanych przez nie jest więc, ze względu na ochronę środowiska przyrodniczego, zagadnieniem dużej wagi. Dotychczafs nie m am y jeszcze
dobrze opracowanej taniej i łatw ej m etody elim inacji S 02 z tak znacznej
ilości spalin, które są wydzielane w nowoczesnych wielkich elektrow niach [7].
Stosunkowo prosta jest sucha interw encyjna metoda amoniakalna. Prowadzone badania m iały na celu ustalenie, w jakim stopniu neutraliza-
qja S 02 amoniakiem wpływa na usunięcie szkodliwego oddziaływania
tego składnika na wysokość i jakość plonów roślin uprawnych.
METODYKA BADAIST
Doświadczenia w egetacyjne prowadzone były w w arunkach ściśle kontrolowanych. Wazony typu M itscherlicha z roślinami, które osiągnęły już stadium dwóch liści, umieszczono w specjalnie do tego celu skon
1 Baidania finanisoiwane przez Zakłady Pomiaro(wo-Badawcze Energetyki „Ener-gopom iar” w G liwicach.
struow anych domkach wegetacyjnych o powierzchni 1,95 m2 i objętości 2,5 m 3. Domki o ścianach pokrytych folią polietylenową zaopatrzono w silne w entylatory pozwalające na stu-krotną wymianę pow ietrza w ciągu godziny.
Źródłem S 02 był nasycony nim wodny roztwór gliceryny, a amonia- ,
ku — woda amoniakalna.
Przepływ i regulację stężenia dw utlenku siarki i amoniaku uzyska no stosując w pełni zautomatyzowane urządzenia dozujące wspomniane gazy. Składało się ono z fleom etru zaopatrzonego w czujnik fotoelek- tryczny regulujący automatycznie napięcie prądu elektrycznego, który
zasilał dozującą pompkę elektromagnetyczną. W pływające z góry gazy
wprowadzano w ruch wirowy, uzyskując w ten sposób dokładne ich wy
mieszanie i rozprowadzenie. P rzy neutralizacji S 02 amoniakiem gazy
podgrzewano do tem peratury 180°C, aby nie dopuścić do tworzenia się kryształków siarczanu amonu.
W czasie trw ania doświadczenia pobierano codziennie próbki powie
trza do analizy. Oznaczanie S 02 wykonywano znaną metodą kolorym e
tryczną West-Gaeke z p-rozaniliną, a amoniaku — metodą Nesslera.
Stężenie S 02 użytego do gazowania roślin ustalano na podstawie po
miarów stężeń tego gazu dokonanych w pobliżu wielkich siłowni USA [1]. Pomiary te wykazały, że średnie roczne stężenia nie przekraczają
0,1 do 0,2 mg S 02/m 3, a jednogodzinne 1,4 do 2,4 mg S 02/m 3.
Zasadniczy schemat doświadczenia obejmował cztery serie. W pierw szej z nich (kontrolnej) rośliny w zrastały w atmosferze czystego powie
trza. W drugiej (S 02 — tło) poddawano rośliny przez 12 dziennych go
dzin działaniu S 02 o stężeniu 0,1 do 0,2 mg S 02/m 3. W serii trzeciej
(S 02 — pik) postępowano tak samo, jak w serii drugiej, z tym że w cią
gu 2 do 4 godzin trzy razy w tygodniu zwiększano stężenie S 02 do 1,4
m g/m 3. W serii czwartej (S 02 + NH3), przy takim samym postępowaniu
jak w serii trzeciej, w czasie stosowania wyższych stężeń S 02 przepro
wadzano neutralizację dw utlenku siarki amoniakiem.
Czynnikami zmiennymi w tym schemacie były: rodzaj gleb użytych do napełniania wazonów (gleby lekkie piaszczyste i cięższe gliniaste), poziom nawożenia (niski — 0,2 g N, 0,09 g P i 0,21 g К i wysoki — 0,6 g N, 0,26 g P i 0,62 g К) zmienny czas gazowania od 1,5 do 4 godzin
co 2 do 4 dni w tygodniu, koncentracja pików (od 1,2 do 2,5 mg S 02/m 3)
oraz stopień neutralizacji S 02 amoniakiem (od 1/4 do pełnej neutralizacji).
Wilgotność gleby utrzym ywano w przedziale od 60 do 70% m aksy malnej wodnej pojemności kapilarnej, uzupełniając wodą destylowaną straty powstałe przez transpirację.
Badane rośliny fumigowano S 02 od fazy 2—3 liści do pełnej dojrza
łości technicznej.
W latach 1971— 1974 przeprowadzono 22 doświadczenia wazonowe z siedmioma gatunkam i roślin uprawnych, w tym 7 z gryką,, 2 z
psze-nicą, 4 z jęczmieniem, 4 z owsem i 5 z roślinami motylkowymi (lucerna, koniczyna i peluszka).
W m ateriale roślinnym oznaczono ogólną zàwartoéc N, P r K, Ca i S oraz zawartość S -S 0 4 w wyciągu 2-procentowego kwasu octowego.
WYNIKI BADAŃ
Z otrzym anych danych wynika, że długotrwałe działanie S 0 2 o stę żeniu 0,1 do 0,2 mg w m 3 (tło) wywołało różną reakcję zależnie od ro dzaju rośliny i gleby.
W doświadczeniu z owsem upraw ianym na ubogich w składniki po karmowe glebach (piasek luźny i piasek słabo gliniasty) długotrwałe działanie niskich stężeń S 0 2 wywołało nieznaczną zwyżkę plonu ziarna oraz istotną zwyżkę plonu słomy (tab. 1).
Rye. 1. Plon suchej masy roślin. Kombinacja kontrolna I poziom u nawożenia = 100 Yield of dry m atter of plants. Control, treatm ent I of its fertilization level = 100
Również korzystne działanie długotrwałych i niskich stężeń S 0 2 w y stąpiło w doświadczeniu z koniczyną czerwoną (ryc. 2) upraw ianą na żyznej glebie lessowej, w serii o niskim poziomie nawożenia m ineral nego. Przy wysokim nawożeniu plony koniczyny były wyraźnie niższe w kombinacji tło niż w. kontrolnej.
Długotrwałe i niskie stężenia S 0 2 działało ujem nie także na plon lucerny w pierwszym pokosie (tab. 2). W następnych pokosach lucerna reagowała coraz to lepiej na niskie stężenia S 0 2.
Z badanych roślin najbardziej wrażliwa na działanie S 0 2 okazała się gryka. Długotrwałe niskie stężenia tego gazu (0,1 do 0,2 mg S 0 2 w m3
Rye. 2. Plon św ieżej i powietrznie suchej m asy koniczyny. Kombinacja kontrolna I poziomu nawożenia = 100
Yield of fresh and air-dry m atter of clover. Control treatm ent I of the fertilization l e v e l = 1 0 0
powietrza) wywoływało w yraźny i istotny spadek plonu nasion o około 15%, a słomy o około 12% w stosunku do kombinacji kontrolnej (tab. 1).
Podwyższenie koncentracji S 0 2 (pik) wywoływało wyraźne zm niej szenie plonu ziarna, a w słabym stopniu słomy (tab. 1). Zależnie od zmian koncentracji i czasu trw ania pików różnice te, przeważnie istotne w porównaniu z serią kontrolną wynosiły: u gryki 28,1 do 70,5% w n a sionach i 12,1 do 37,0 w słomie (średnio 51 i 22%), jęczmienia 6,8 do 31,0% w ziarnie i 2,9 do 16,1 w słomie (średnio 19,6 i 7,5%), pszenicy jarej 11,0% w ziarnie i 14,0% w słomie, koniczynie od 9,5 do 32,0 suchej m asy (średnio 10,0%), lucernie 6,6 do 21 (średnio 14,0%), a peluszce 25,0%.
P rzy neutralizacji S 0 2 amoniakiem uzyskano plony istotnie - wyższe w porównaniu z plonam i serii pik, zbliżone do roślin serii kontrolnej. N eutralizacja 1/4 i 1/2 pików dała zwyżki w granicach błędu doświad czalnego.
Należy podkreślić, że stosowane stężenia S 0 2 leżały na granicy tole rancji roślin. Zewnętrzne oznaki uszkodzenia liści w postaci białych plam ek występowały tylko sporadycznie i to tylko przy wyższych stę żeniach tego gazu. Działanie S 0 2 powodowało słabsze wykształcenie ziar na roślin zbożowych (tab. 5).
Lepsze zaopatrzenie .roślin w składniki pokarmowe zwiększało ich odporność na ujęm ne działanie S 0 2.
Pod wpływem gazowania S 0 2 następowało znaczne zwiększenie pro centowej zawartości siarki siarczanowej w słomie zbożowych, gryki
t a b e l a 1 ś r e d n i e p l o n y p p w i a t v a n i o auc!ic3 n a s ? r o ś l i n / ß / r c a s o n / ■Mean y i e l d s o f a î r - d r y m a t t e r o f p l a n t e / g / p o t ? / H o ś l i n a P l a n t K o m b i n a c j a T r e a t m e n t Z i a r n o G r a i n S ł o m a S t r a w O w i e s C a t 3 k o n t r o l n a c o n t r o i o p t ł o ° 2 “ b a c k g r o u n d s c - P i k oL/2 p e a r t S 0 2 + î- T î^ P 0 , 0 5 1 0 , 4 1 7 1 0 0 / 1 9 , 6 8 / 1 0 7 / 1 1 * 4 3 ' / 6 3 / 1 8 , 7 0 / 1 0 0 / 1 . S 8 1 4 , 3 5 / 1 0 0 / 1 G , 0 0 / Щ / 1 2 , 3 3 / а б / 1 5 , € 4 / 1 0 3 / 1 * 2 5 J ę c z m i e ń B a r l e y k o n t r o l n a c o n t r o l - n t ł o ^ 2 ~ b a c k g r o u n d : ; ° 2 -S 0 2 + O T 3 P 0 . C 5 3 3 , 1 0 / 1 0 0 / 3 3 , 3 9 / 1 0 2 / 2 8 , 2 5 / 8 5 / 3 0 , 0 5 m i 2 , 2 5 3 2 , 3 3 / 1 0 0 / 3 2, G G / 1 0 5 / 2 < J , 1 0 / 9 0 / 3 ? » 5 1 / 1 0 / 1 i ? 3 G r y k a B u c k w h e a t I k o n t r o l n a c o n t r o l s o t ł 0 2 b a c k g r o u n d S O - ? i k 2 p e a k S O 2 + 'îH - j P 0 , 0 5 2 3 , 4 0 / 1 0 0 / 1 9 , 7 0 / 8 4 / 1 1 , 1 7 / 4 8 / 2 3 , 5 0 / 1 0 0 / 2 , 8 6 2 5 . 5 0 / l O C / / 2 2 , 6 9 / 0 8 / 1 9 . 5 0 / 7 6 / 2 1 , 1 0 / 8 2 / 2 , 8 5 T a b e l a Z ś r e d n i e p lo n y p o w i e t r z n i e s u c h e j л а з у l u c e r n y / g / w a z o n / Mean y i e l d s o f a l f a l f a d r y m a t t e r / g / p o t / Kom bin ac ja T r e a tm e n t
Sucha masa - Dry m a t t e r I p o kos 1 s t c u t I I pokos U n d c u t I I I pokos I l l r d c u t k o n t r o l n a c o n t r o l 8 , 4 0 / 1 0 0 / 13,7 0 / 1 0 0 / 4 ,5 0 / 1 0 0 / SO - t ł 0 w 2 ba c k c r o u n d 7 , 1 0 / 3 5 / 13 ,6 0 / 9 9 / 4 ,8 0 / 1 0 7 / s o , - p i \2 p e a k cr* о / 7 9 / 11,00 / 8 0 / 4 ,1 0 / 9 3 / S02+ 1 / 2 2ffl3 7 , 9 0 / 9 4 / 13,30 / 9 7 / 5 , 2 0 /116 / s o 2 + - 13,80 / 1 0 1 / 5 ,1 0 / 1 1 3 / * 0 , 0 5 1 ,04 1,97 0 , 8 7
T a b e l a 3 0,- ćlna 2î v r i r t o ś ć a z o t u , s i a r k i i c z ę ś c i p o p ie ln y c h w słom ie j ę c z m i e n i a w p r o c e n c i e s . m T o t a l c o n t e n t o f r . i t r o j e n , s u l p h u r and a s h i n th e b a r l e y s t r a w , i n p er c e n t o f d .m. Kombinacja ogółem ■J То t i l o('ółer, T o t a l S ' 3 0 4 P o p i ó ł surowy Crude as h К P Ca кЭП t Г 0 1 Г: Ч c o n t r o l 0 , 39 0 , 2 4 0 , 1 7 7 ,4 6 1,84 0 , 0 5 0 , 3 8 ^ 2 ~ Ь-с.g r o u n d 0 , 5 8 0 , 3 3 0 , 2 3 8 , 4 2 1 ,8 5 0 , 0 4 ч 0 , 38 М 2~ р»зк 0 , 7 0 0 , 5 3 0 , 4 7 1 0 , 0 3 2 ,2 4 0 , 0 5 0 , 4 7 Ь 0 2* 3 0,61 0 , 4 6 0 , 3 5 8 , 6 8 1,9 0 0 , 0 5 0 , 4 3 T a b e l a 4 Ogólna z a w a r t o ś ć a z o t u , s i a r k i i c z ę ś c i p o p i e l n y c h w z i a r n i e j ę c z m i e n i a v; p r o c e n c i e s«nu T o t a l c o n t e n t o f n i t r o j e n , s u l p h u r and as h i n th e b a r l e y c r a i n , i n p e r c e n t o f d . n . Kombinacja T r e a tm e n t N ogółem T o t a l S o g ó łe n T o t a l S S s o 4 P o p i ó ł surowy Crude as h К P Ca k o n t r o l n a c o n t r o l 1, 56 0 , 1 7 0 ,0 1 2 , 9 0 0 , 5 4 0 , 4 0 0 , 0 4 -0 t ł 0 ^ 2 bac kg rou nd 1,51 0 , 1 7 0, 01 2 ,7 5 0 , 5 6 0 , 4 0 0 , 0 5 ■'Q_ 2 po я к 1, 77 0 , 1 8 0 ,0 1 3,31 0 , 6 5 0 , 4 5 0 , 0 5 :г?:з 1,71 0 ,1 8 0, 01 2 ,6 4 0 , 5 3 0 , 4 5 0 , 0 4 T a b e l a 5
Masa 1 COO z i a r e n w e r a n a c h - '.'/eight o f 1000 g r a i n s i n grams
Kombinacja Г re?. cmert P a z o r i c a I ■Vhe a t I P s z e n i c a I I Wheat 11 Ję c z m ie ń b a r l e y 43, 40 39, SO 46,50* ■ -, _ ь V о b \ с :-ur. i 4 3 ,2 0 39,70 47 ,7 0 . . 36,80 ^ 2 - p i n . 4 0 ,3 0 30.Л0 J 0 2+ ЗЯ. 42 ,9 0 4 0, 70 42 ,7 0 p c , 0 5 0 , 1 4 0, 91 C,25
i sianie motylkowych (tab. 3, 4). Najwyższą jej zawartość wykazywały
rośliny serii „pik”. N eutralizacja S 02 amoniakiem zawsze obniżała za
w artość tej form y siarki.
WNIOSKI
1. Długotrwałe działanie niskich stężeń S 02 (0,1 do 0,2 mg na m 3)
nie wpływało ujem nie na plony badanych roślin zbożowych i motylko wych, słabiej zaopatrzonych w siarkę, obniżając jednak w yraźnie plo nowanie gryki.
2. Okresowe 2—4-godzinne zwiększenie stężeń od 1,2 do 2,5 <mg S 02
na m3 spowodowało istotny spadek plonu nasion i słomy gryki, ziaren
zbożowych oraz siana motylkowych w porównaniu z plonam i kontrol nymi.
3. N eutralizacja amoniakiem usuwała lub zm niejszała ujem ne skutki działania wyższych stężeń S 0 2.
4. Rośliny poddane działaniu S 02 wykazywały słabsze wykształcenie
ziarna.
5. Gazowanie S 02 powodowało dw u- lub czterokrotne zwiększenie
procentowej zawartości siarki siarczanowej w słomie i w mniejszym stopniu zmiany tej form y siarki w ziarnie.
LITERATURA
[1] Air Quality* Criteria for Sulfur Oxides. Atm ospheric Concentration of Sulfur Oxides. National Air Pollution Control Adm inistration Publication AP 50, 1970, 32.
[2] В e 11 J. und C l o u g h S.: D epression o f yield o f ryegrass exposed to sulphur dioxide. Nature 241, 1975, 47.
[3] C o w l i n g D., J o n e s L. unid L o c k у e r D.: Increased yield through cor rection of sulphur dioxiide. N ature 241, 1973, 479.
£4] F a l l e r N., H e r w i g K., K ü h n K.: D ie A ufnahne von Sch w efeld ioxyd aus der Luft. I. Einfluss auf pflanzlichen Ertrag. Plant and Soil 33, 1970, 283. [5] H a u t vain H.: D ie A nalyse von S ch w efeldioxyd Wirkungen auf P flanzen in
Laboratorium sversuch. VDI Berichte 53, 1961, 20.
[6] K a t z N.: Sulfur dioxyd in the atmosphere and the relation to plant L ife. Ind. Eng. Chem. 41, 1949, 2450.
[7] R о s s F.: Sympozdimi odsiarczania spalin 'dużych elektrow ni cieplnych. Cztery m ożliwości rozwiązania problem u siarki zawartej w paliw ach. K atow ice 1974, 21.
[8] Z a h n F.: W irkungen von Sch w efeld ioxyd auf V egetation Ergebnisse aus B e gasungsversuchen. VDI Berichte 53, 1961, 24.
A. ВОНДРАУШ , E. ГИНАЛЬСКИ, И. МАЛЬМ ВЛИЯНИЕ ЧАСТИЧНОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ДВУОКИСИ СЕРЫ АММИАКОМ НА РОСТ И УРОЖАИ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ Кафедра почвоведения, агрохимии и микробиологии Сельскохозяйственной академии в Люблине Р е з ю м е Двуокись серы испускаемая в атмосферу в ходе сжигания сульфуризованных видов горючего приводит в повреждению растений, снижению их урожаев и к чрезмерной аккуму ляции серы в массе урожая. С целью противодействования указанным неблагоприятным для биологической жизци растений явлениям был предложен интервенционный сухой аммиачный метод. Эффектив ность его действия проверялась в 22 сосудных опытах с семи видами культурных растений. .Опыты проводились в „вегетационных камерах”, делающих возможным автоматическое дозирование газов (S 02 и N H 3) и частую проверку их концентраций в среде растущих растений. Проведенные исследования показали, что длительное действие низких концентраций S 0 2 существенно снижало урожаи гречихи, которая оказалась наиболее восприимчивой к действию указанного газа среди испытуемых культур. Повышение концентрации S 0 2 до 1,0-1,5 мг/м3 вызывало обычно значительное сни жение урожаев растений (колеблющееся от 7,5 до 51%). Применение интервенционного сухого аммиачного метода ликвидировало или со кращало неблагоприятное действие S 0 2. Частичная нейтрализация высоких концентраций S 0 2 давала заметные, но менее эф фективные результаты. Под влиянием фумигации растений S 0 2 значительно повышался процент серы в сене бобовых и в соЛоме зерновых культур. A . W O N D R A U S C H , J. G IN A L S K I, I. M A L M
EFFECT OF PARTIAL SULPHUR DIOXIDE NEUTRALIZATION . BY AMMONIA ON THE DEVELOPMENT AND YIELDS OF CROPS
Departm ent of Soil Science, Agricultural Chemistry and Microbiology, Agricultural U niversity of Lublin
S u m m a r y
Sulphur dioxide em itted into atm osphere during com bustion of sulphurized fuels leads to damages of plants, drop of th e ir 1 yield and excessive sulphur accu m ulation in crop yields.
To counteract these phenom ena unfavourable for biological life o f plants, a dry intervention ammonia m ethod has been proposed [1]. Its effectiveness w as verified in 22 pot 'experiments w ith 7 kinds of crops. The expedim ents w ere carried out fin „vegetal cham bers” enabling an autom atic batching of gases (S 0 2 and NH3) and a frequent control of their concentration in the plant growth m e dium.
The investigations have proved that a long-term action of lo w S 0 2 concen trations led to a significant decrease of the yields of buckwheat, w hich appeared to be th e most sensitive to the action of these gases am ong th e crops under study. A n increase of the S 0 2 concentration up to 1,0—1,5 m g/m 3 resulted usually in a considerable decrease o f crop yields, varying from 7,5 to 51,0°/o.
The application of dry intervention am m onia ’m ethod liquidated or reduced the n egative effect of S 0 2.
The partial neutralization of high S 0 2 concentrations gave distinct, but less effective results. Unider the effect of fum igation of plants w ith S 0 2 a considerable increase of sulphur per cent in the hay of legum inous plants and in th e straw of cereals took place.
M g r J e r z y G i n a l s k i I n s t y t u t G l e b o z n a w s t w a , C h e m i i R o l n e j
i M i k r o b i o l o g i i A R L u b l i n , u l. L e s z c z y ń s k i e g o 7
