TECHNICKÁ UNIVERZITA VO ZVOLENELESNÍCKA FAKULTA
Aplikácia drevného popola do pôdya jeho vplyv
na chemizmus pôdy a výživu drevín
DIZERTAČNÁ PRÁCA
RNDr. Slavka Tóthová
Zvolen 2007
Úvod• Projekt „Energetické využitie
biomasy produkovanej v rezorte pôdohospodárstva“
• Etapa – „Výskum využitia popola vznikajúceho v procese energetického využitia biomasy“
• Termín: 2001- 2002• Výskum vlastností drevného
popola a dôsledkov jeho aplikácie na území Slovenska dovtedy nebol realizovaný.
Drevný popol odpad alebo hnojivo???
Ciele práce
1.1. Vlastnosti drevnVlastnosti drevnéého popolaho popola
� Popol z kotlov na dendromasu� Z rôznych druhov biomasy,
z chemicky neošetreného dreva a odpadového dreva, z roštov a z filtrov tuhých znečisťujúcich látok
� Živiny a rizikové prvky� Ktorý je vhodný pre aplikáciu do
lesnej pôdy?
2.2. Dôsledky aplikDôsledky aplikáácie drevncie drevnéého ho popola do lesnej pôdypopola do lesnej pôdy
� Kyslá lesná pôda s výsadbou bukových sadeníc,
� Vplyv aplikácie popolao Pôduo Pôdny roztoko Výživuo Rast
� Dávky a termínu aplikácie
Legislatívny rámec • Zákon č. 223/2001 Z. z. o odpadoch a príslušné vykonávacie vyhlášky
(nakladanie s odpadmi, Katalóg odpadov)
• Zákon č. 136/2000 Z. z. o hnojivách a príslušné vykonávacie vyhlášky (Register hnojív, limity pre rizikové prvky, postup pri testovaní nových materiálov) 1)
• Smernica pre ťažbu dreva a kompenzačné hnojenie, Švédsko, 2002 2)
Limitné hodnoty rizikových prvkovv minerálnych hnojivách (SK) a v drevnom popole (SWE) [mg.kg-1]
30100300303SWE 2)
1050301,50,5SK 1)
AsCrPbCdHg
História využitia drevného popola
• Na minerálne chudobných pôdach v Austrálii a Afrike - priame spaľovanie dreva na pôde
• Dalmácia – zalesňovanie krasového územia
• Československo a Rusko – pri pestovaní sadeníc osiky
• Švédsko (1918)zalesnenie odvodneného rašeliniska, pestovanie borovíc, smrekov a briez
• Fínsko (1955)pozitívny vplyv draslíka a fosforu z popola pri pestovaní lesných drevín na rašeliniskách
www.forestscience.info (1939)
Súčasný výskum
Projekt RECASHProjekt RECASHRegular recycling of wood ashto prevent waste productionŠvédsko, Fínsko(lesnícke organizácie,producenti popola, majitelia lesov)
Projekt Projekt WOODWOOD--enen--MANMANWood for energyDánsko, Švédsko, Fínsko, Litva,Lotyšsko, Estónsko(výskumné organizácie)
Drevný popol
Výskumné plochy• Lesy obce Nálepkovo
• Po náhodnej ťažbe vznikla holina, ktorá bola v jeseni v roku 2000 zalesnená - buk lesný (Fagus sylvatica L.)
• Minerálne chudobné podložie – kambizem modálna kyslá
• Geochemické anomálie
• V nedávnej minulosti vplyv kyslých imisií zo spracovania rúd
Zrážky 765 mmTeplota 6,2oC
N.v. 660 mExpozícia S
Experimentálny dizajn
• POPOL - z roštového priestoru kotla, po spáleníčistého chemicky neošetreného dubového odkôrneného dreva
• Koncentrácia ťažkých kovov vyhovovala limitom pre minerálne hnojivá podľa platnej legislatívy SR
• pH 10,36, 30 % uhličitanov, 10 % Ca, 4,6 % K, 0,6 % Mg
1 t.ha-1
5 t.ha-1
5 t.ha-1-
Dávka popola
184
202
194
241
Počet sadeníc
Okolo sadenice0,4 x 0,4 m
Jar 2002P3
Okolo sadenice0,4 x 0,4 m
Jeseň 2001P2
CeloplošnáJeseň 2001P1
Bez zásahu-K
Spôsob aplikácieTermínPlocha
2001 2001 –– 20062006ODBERY VZORIEK a CHEMICKÉ ANALÝZY
DrevnýDrevný popolpopolPôdaPôdaPôdnyPôdny roztokroztokAsimilaAsimilaččnnéé orgorgáánynyBiometrickBiometrickéé meraniamerania
VÝSLEDKYVÝSLEDKYa a
DISKUSIA DISKUSIA
Drevný popol
• Analyzované vzorky drevných popolov z kotlov na spaľovanie dendromasy
• Palivo – dub, odkôrnený, neodkôrnený, s 10 až 20 % prímesou ag, tp, vr, smrek
• Kvalita drevného popola závisela od paliva, od teploty spaľovania a od miesta záchytu popola (rošt, filtre)
1 - popol z roštového priestoru2 - popol z filtrov
Drevný popol – obsah živínRozsah analýz: pH, uhličitany, Cox, Ca, Mg, K, P, Na, Mn, Fe, Al
• Najvýraznejšie zastúpený vápnik (do 23%) a draslík (maximum 5%), množstvo horčíka je pomerne nízke (1%).
• Čerstvý popol je silne alkalický (pH 10,17-12,93) a pred aplikáciou do pôdy je potrebná jeho stabilizácia
• Priemerný obsah uhličitanov 20,7 %, Cox 6,6 %• Priemerný obsah [%] : P (0,4), Na (0,3), Mn (0,4), Fe (1,5), Al (1,8)
Drevný popol – obsah ťažkých kovovRozsah analýz: Hg, Cd, Cr, Pb, As, Cu, Zn, Mo, Ni
• Zistené prekročenie „slovenských limitov“ pre minerálne hnojivá :• Hg 0 % vzoriek• Cr 10% vzoriek• Pb 14% vzoriek• Cd – 62% vzoriek• As – 66% vzoriek• „švédsky limit“ – prekročili len 4 vzorky (2-krát Cr a 2-krát As)
Drevný popol z filtrov a odpadového dreva
• Drevný popol z filtrov TZL niekoľkonásobne vyššie koncentrácie Hg, Cd, Pb, As a Zn v porovnanís roštovým popolom
• Drevný popol z odpadového dreva-zvýšené množstvo Cr, Cu, As a Hg
Nie sú vhodné pre aplikáciu do lesnej pôdy
Pôda
Odbery vzoriek 2002 a 2005Rozsah analýz: pH,C,N, Ca, Mg, K, P, ťažké kovy
• Na kontrolnej ploche v koreňovom priestore drevín veľmi kyslá pôda (aktívna reakcia 4,37, výmenná 3,45), s veľmi nízkym množstvom prístupných živín
• Ca (233 mg.kg-1), Mg (44,4 mg.kg-1), K (39,2 mg.kg-1), P (3,01 mg.kg-1)
• Vyššie množstváťažkých kovov v povrchovej vrstve pôdy (olovo a ortuť) pozostatok predošlej imisnej záťaže
• Rok 2005 - dynamika pôdnych zmien na plochách po odlesnení (zrýchlenie mineralizácie humusu, pokles zásob celkového uhlíka a dusíka, zvýšenie koncentrácie ťažkých kovov (Pb, Hg) v koreňovom priestore drevín)
Pôda – zmeny pH
Aplikácia 5 t.ha-1
• V 1. roku aktívne pH stúplo v povrchovej 2-cm vrstve o 1,3 (P2 – k sadeniciam)) až 2,37 (P1 - celoplošne) jednotiekAplikácia 1 t.ha-1
• Zmeny hodnôt pH po aplikácii nižšej dávky v prvom roku nenastali, boli zrejmé až vo 4. vegetačnom období
Pôda – zmeny prístupných živín
• Zvýšenie množstva prístupných živín po aplikácii drevného popola sa prejavilo najmä v povrchovej 2 cm vrstve pôdy, ale zrejmé pozitívne zmeny nastali aj v koreňovom priestore drevín a to najmä po 4 rokoch od aplikácie - pozitívny vplyv na rastové procesy
Pôdny roztok
Asimilačné orgány
ODBERY 2002, 2003, 2005Rozsah analýz: makroelementy, ťažké kovy, mikroelementy
• Draslík - zvýšenie množstva od 30 do 41 %, v závislosti od termínu a dávky popola
• Vápnik - najvýraznejšie (o 43%) vzrástol na ploche s jarnou aplikáciou (P3), keď vápnik zľahko rozpustných zlúčenín bol uvoľnený do pôdneho roztoku a následne prijatý drevinami
• Trend zvýšených obsahov Ca a K pretrvával aj 4 vegetačné obdobia od aplikácie drevného popola.
• Dusík - vzrástol najmä v prvom vegetačnom období po aplikácii. Zásaditý charakter drevného popola urýchlil mineralizáciu a vymývanie dusíka najmä v prvej polovici vegetačného obdobia v roku 2002.
• Obsah ťažkých kovov– pokles Cd, Pb, Hg v 1. a 2.roku, nárast vo 4.• Najviac zistených porúch vo výžive- na kontrolnej ploche
Zmiernenie vizuálnych symptómov nedostatku draslíka v 2. vegetačnom období po aplikácii popola. Na obr. vľavo sadenica z plochy P2, po jesennej aplikácii väčšej dávky popola (množstvo draslíka v listoch 5 633 mg.kg-1), na obr. vpravo sadenica z plochy P3, po jarnej aplikácii menšej dávky popola (množstvo draslíka v listoch 8 104 mg.kg-1).
Asimilačné orgány - mikroelementy
• Pokles obsahu Mn a Fevplyvom zmien pH pôdy
• Minimálne zmeny Zn• Mierny pokles Cu na
plochách s vyššou dávkou
• Bór - obsah vzrástol na všetkých plochách po aplikácii popola, najvýraznejšie na ploche P2 (64%), po jesennej aplikácii dávky popola 5 t.ha-1
Rast drevín
4 roky po aplikácii drevného popola :
• Sadenice na ploche P2 vyššie o 11% a hrubšie o 23%, ako na kontrolnej ploche (£=0,005)
• Podobný trend aj na ploche P3, len štatisticky nepreukázaný (obidve plochy hnojené spôsobom okolo sadenice)
• Pomer C/N < 20
Mortalita drevín
Aplikácia popola priaznivo ovplyvnila počet sadeníc, ktoréprežili do roku 2005:
• Na kontrolnej ploche prežilo 24%
• Na plochách s cielenou aplikáciou popola k sadeniciam 48% (P3) a 52% (P2).
• Na ploche s celoplošnou aplikáciou popola v silnejšej dávke(P1) prežilo 25% sadeníc
Návrh výskumných aktivít
• Stabilizačné postupy na zníženie alkality popola (transformácia oxidov bázických živín na uhličitany)
• Metódy na odstraňovanie ťažkých kovov z popola, ktorénespôsobia pokles obsahu draslíka
• Otázka aplikačných dávok, termínu a spôsobu aplikácie• Vek drevín, kedy dokážu drevný popol najlepšie
a najbezpečnejšie využiť• Dlhodobý vplyv popola na zložky lesných ekosystémov
• Vypracovanie bezpečného a ekonomicky efektívneho postupu aplikácie drevného popola v lesoch Slovenska
Záver
• Prvé poznatky o vlastnostiach drevných popolov na Slovensku, ako aj prvé poznatky o možnostiach a dôsledkoch ich aplikácie do kyslej lesnej pôdy s výsadbou bukových sadeníc
• Úroveň svetového poznania je najrozsiahlejšia v oblasti vplyvu popola na staršie ihličnaté porasty a rašeliniská
• V období klimatických zmien, keď smrekové monokultúry odumierajú a pravdepodobne budú musieť byť nahradenélistnatými drevinami, drevný popol môže predstavovať vhodnéa ekonomicky dostupné hnojivo v lesnom hospodárstve
ĎĎakujem za pozornosakujem za pozornosťť
RNDr. RNDr. SlavkaSlavka TTóóthovthovááNNáárodnrodnéé lesnlesníícke centrumcke centrum
VýskumnVýskumnáá stanica Kostanica Koššiceice