Posouzení hydraulické vodivosti půdy s příměsí biouhlu pro použití ve skleníku

Bc. Nikola Novotná

Master's thesis

Hydraulic conductivity of greenhouse soil with biochar amendment

Abstract:

Hydraulická vodivost, pro nasycenou či nenasycenou půdu, patří mezi základní hydrofyzikální charakteristiky každé půdy, neboť určuje transport vody a živin půdním profilem. Znalost těchto procesů je tedy velmi důležitá v zemědělství při pěstování rostlin. V posledních letech se vlivem intenzifikace zemědělství a změn klimatických podmínek mění i vlastnosti půdy a dochází ke ztrátám vody a půdy vodní erozí kvůli nedostatečné schopnosti půdy zainfiltrovat či transportovat potřebné množství vody. Řada studií se zabývá možnostmi, jak pomocí přídavných látek různého druhu půdní vlastnosti ovlivnit tak, že bude zajištěna dostatečná schopnost vodu zainfiltrovat a zároveň ji v potřebné hloubce zadržet pro využití rostlinami. Jednou z takovýchto možností, je použití biouhlu; pevného materiálu vzniklého termochemickou přeměnou biomasy za omezeného přístupu kyslíku. Tato práce je zaměřena na experimentálním hodnocení vlivu aplikace různě ošetřeného biouhlu na nenasycenou hydraulickou vodivost K(h) jílovito-hlinité půdy ve skleníku ČZU v Uhříněvsi. Navazuje na již dříve provedené výzkumné práce Katedry vodních zdrojů v rámci projektu č. TJ01000071. Vliv biouhlu se sleduje na třech randomizovaných opakováních pro čtyři různé varianty ošetření. V červenci a říjnu 2019 byly hodnoty K(h) měřeny in-situ, poté byly odebrány porušené vzorky, které byly využity pro vytvoření profilů pro měření K(h) v laboratoři. Pro experimentální sledování byl použit biouhel Agro-Protect-Soil, vyrobený z bukového dřeva firmou Ekogrill s.r.o. Pro další ošetření byl použit Azotobag, což je biohnojivo vyráběno společností Farma Žiro s.r.o. a je oživeno mikroorganismy. Jako poslední testovaná varianta byla půda s biouhlem ošetřeném Bokashi metodou. Hodnoty K(h) byly vždy měřeny pomocí Mini Disk infiltrometru (METER Group Inc., USA) pro tlakovou výšku -2 cm, tedy relativně blízko nasycení. Vlastní měření v listopadu 2020 byly stanoveny pro dvě iniciální vlhkosti měření (15% a 20% obj.) na 34 připravených profilech (celkem 68 infiltračních testů). Přestože se hodnoty K(h) změřené na půdě s různým typem ošetření lišily, jako významnější faktor ovlivňující její hodnotu byl vyhodnocen vliv počáteční vlhkosti půdy, do které byla voda infiltrována. Se zvyšující se hodnotou počáteční vlhkosti byla pozorována výrazně delší doba infiltrace a statisticky významně nižší hodnota K(h). I přes veškerou snahu o homogenní přípravu profilu, byla zaznamenána i značná variabilita mezi jednotlivými uměle hutněnými profily. Při vyhodnocení vlivu času na efekt vlivu přidaného biouhlu byla variabilita měření in-situ ještě patrnější. Celkově byly hodnoty K(h) změřené v říjnu 2019 a v listopadu 2020 znatelně nižší než hodnoty měřené v červenci 2019. Nejvyšší hodnota K(h) byla naměřena v červenci 2019 (1,6E-5 m/s) a nejnižší v říjnu 2019 (1,95E-6 m/s). Hodnoty K(h) měřené v listopadu 2020 se příliš mezi ošetřeními nelišily (rozsah K(h) od 5,77E-6 do 3,75E-6 m/s pro 15% poč. vlhkost a od 8,95E-7 do 3,46E-7 m/s pro 20% poč. vlhkost).

Abstract:

Hydraulic conductivity, for saturated or unsaturated soil, is one of the basic hydrophysical characteristics of any soil, as it determines the transfer of water and nutrients through the soil profile. Knowledge of these processes is therefore very important in agriculture plant cultivation. In recent years, however, as a result of agriculture and change of climatic conditions, soil properties have also changed and water and soil have been lost through water erosion due to the soil's insufficient ability to infiltrate or transport the required amount of water. A number of studies have dealt with the possibilities of using additives of various kinds to influence soil properties in order to ensure the sufficient ability to infiltrate water and at the same time retain it at the required depth to be used by the plants. One such option is to use biochar; solid material formed by thermochemical conversion of biomass with limited access of oxygen. This thesis is focused on the experimental testing and evaluating the influence of the application of variously treated biochar on the unsaturated hydraulic conductivity K(h) of silt loam soil in the CULS greenhouse in Uhříněves. It builds on previously performed research of the Department of Water Resources within the project No. TJ01000071. The effect of biochar is monitored on three random repetitions of four different variations of treatments. In July and October 2019, K(h) values were measured in-situ then disturbed soil samples were taken and used to create artificially prepared profiles for K(h) measurements in the laboratory. Agro-Protect-Soil biochar, made of beech wood by Ecogrill s.r.o., was used for experimental monitoring. For further treatment the Azotobag biochar was used, which is a biofertilizer produced by Farma Žiro s.r.o. and is revived by microorganisms. The last variant tested was a soil with biochar treated with the Bokashi method. K(h) values were always measured using a Mini Disk infiltrometer (METER Group Inc., USA) for a pressure head of -2 cm, i.e. relatively close to saturation. The actual measurements in November 2020 were determined for two initial moisture content levels of the measurements (15% and 20% by volume) on 34 prepared profiles (68 infiltration tests in total). Although the K(h) values measured on soil with different types of treatment differed, the influence of the initial moisture of the soil into which the water was infiltrated was evaluated as a more significant factor influencing the figures. With the increase of the initial moisture content, a significantly longer infiltration time and a significantly lower K(h) values were observed. Despite all efforts to prepare the profile homogeneously, considerable variability was noted between the individual artificially compacted profiles. When evaluating the influence of time on the effect of added biochar, the variability of in-situ measurements was even more apparent. Overall, the K(h) value measured in October 2019 and in November 2020 were significantly lower than the value measured in July 2019. The highest K(h) value was measured in July 2019 (1.6E-5 m/s) and the lowest in October 2019 (1.95E-6 m/s). The K(h) value measured in November 2020 did not differ much between treatments (K(h) ranged from 5.77E-6 to 3.75E-6 m/s for 15% initial moisture content and from 8.95E-7 to 3.46E-7 m/s for 20% initial moisture content of the soil.

Keywords

kompost, biouhel, skleník, nenasycená hydraulická vodivost

Keywords

unsaturated hydraulic conductivity, compost, biochar, greenhouse

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Kamila Báťková, Ph.D.
• Reader: Jarmila Čechmánková, Ing., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Waste Technology