Aplikace biocharu pro zlepšení biologických a produkčních vlastností půdy kontaminované mědí

Bc. Štěpánka Remutová

Diplomová práce

Application of biochar to improve the biological and production properties of copper-contaminated soil

Anotace:

V posledních dvou desetiletích je stále více pozornosti věnováno výrobě a využití biocharu. Díky svému charakteru a vlastnostem může napomoci naleznutí řešení zásadních otázek globálních problémů. Ať se jedná o využití odpadních materiálů, snahu nalézt alternativní hnojiva, zlepšení půdních vlastností chudých a degradovaných stanovišť nebo čištění odpadních vod. Biochar je organickým materiálem, který lze získat z různých forem organické hmoty, jako je dřevní hmota, odpadní biomasa, zvířecí hnůj nebo kaly z čistíren odpadních vod. Biochar je vyráběn procesem pyrolýzy. Podmínkami pyrolýzy lze ovlivnit výsledné vlastnosti biocharu a dosáhnout tak jejich nejvhodnější kombinace. Důležitými vlastnostmi biocharu je jeho vysoká pórovitost, nízká objemová hmotnost a vysoké pH. Jeho aplikací do půdy lze napravit kyselou půdní reakci, zvýšit retenční kapacitu půdy, zefektivnit využití živin rostlinami, ale také může být nástrojem pro boj s kontaminací rizikovými prvky, jako je měď. Měď, i přes to, že je jedním z esenciálních prvků, může při vysokých koncentracích být toxická pro životní prostředí i lidské zdraví. V půdě je měď velmi pevně vázaná na organickou hmotu a o její biologické dostupnosti tak rozhoduje celá řada faktorů. Jedním z nich je pH. Při nízkých hodnotách pH se zvyšuje rozpustnost mědi a tím i její mobilita. V opačném případě s rostoucím pH se zvyšuje také síla, kterou je měď v půdě vázaná a rostlinám tak může vzniknout její deficit. Jak při deficitu mědi, tak při jejím nadbytku se u rostlin projeví fyziologické změny. Nadbytek mědi nepůsobí negativně pouze na rostliny, ale také na mikrobiální společenstva a při extrémní kontaminace může dojít k inhibici jejich aktivity. Nejčastější zdroje kontaminace mědí jsou ty antropogenní. Jedná se zejména o těžební průmysl, průmyslové odpadní vody a jejich čistírenské kaly, přípravky na ochranu rostlin nebo minerální hnojiva. V případech kontaminovaných lokalit je potřeba je efektivně remediovat. Nejšetrnějšími metodami jsou bioremediace. Mezi využívané bioremediační metody patří fytoremediace, mykoremediace a bioremediace pomocí bakterií. Tyto biologické metody lze využít zejména v případech, kdy je úroveň kontaminace relativně nízká. V ostatních případech je zapotřebí využít fyzikálních a chemických metod jako jsou například fyzikální bariéry, adsorpce nebo z chemických metod pak využití extrakčních činidel či stabilizace v kombinaci se solidifikací. V kombinaci principů jak chemických, tak fyzikálních lze využít právě aplikaci biocharu rovněž jako remediační metodu. Jedná se o šetrný proces, který ale má prokazatelný pozitivní účinek na půdní vlastnosti i co se obsahů rizikových prvků týče. V tomto experimentu byl prokázán účinek na zvýšení půdní reakce a snížení mobilního obsahu mědi v experimentální půdě. Nelze opominout také vliv biocharu na obsah biomasy mikrobiálního uhlíku a dusíku.

Abstract:

In the last two decades, more and more attention has been paid to the production and use of biochar. Thanks to its nature and properties, it can help find solutions to fundamental issues of global problems. Whether it is the use of waste materials, the effort to find alternative fertilizers, the improvement of soil properties of poor and degraded habitats or wastewater treatment. Biochar is an organic material that can be obtained from various forms of organic matter, such as wood, waste biomass, animal manure or sewage sludge. Biochar is produced by the pyrolysis process. The resulting properties of biochar can be influenced by the pyrolysis conditions and thus achieve their most suitable combination. Important properties of biochar are its high porosity, low bulk density and high pH. Its application to the soil can correct acidic soil reaction, increase soil retention capacity, make nutrient use by plants more efficient, but it can also be a tool for combating contamination with risky elements such as copper. Copper, despite being one of the essential elements, can be toxic to the environment and human health at high concentrations. In the soil, copper is very tightly bound to organic matter and its bioavailability is determined by a number of factors. One of them is pH. At low pH values, the solubility of copper increases and thus its mobility. Otherwise, as pH increases, the strength with which copper is bound in the soil also increases and plants may develop a copper deficiency. Both in the case of copper deficiency and in the case of its excess, physiological changes occur in plants. Excess copper does not only have a negative effect on plants, but also on microbial communities and in extreme contamination, their activity can be inhibited. The most common sources of copper contamination are anthropogenic. These include mainly the mining industry, industrial wastewater and its sevage sludge, plant protection products or mineral fertilizers. In the case of contaminated sites, they need to be effectively remediated. The most gentle methods are bioremediation. The bioremediation methods used include phytoremediation, mycoremediation and bacterial bioremediation. These biological methods can be used especially in cases where the level of contamination is relatively low. In other cases, it is necessary to use physical and chemical methods such as physical barriers, adsorption or, from chemical methods, the use of extraction agents or stabilization in combination with solidification. In a combination of both chemical and physical principles, the application of biochar can also be used as a remediation method. This is a gentle process, which however has a demonstrable positive effect on soil properties, including the content of risk elements. In this experiment, the effect of increasing soil reaction and reducing the mobile copper content in experimental soil was demonstrated. The effect of biochar on the microbial carbon and nitrogen content of biomass also cannot be overlooked.

Klíčová slova

měď, stabilizace, bioremediace, kontaminace, biochar

Keywords

contamination, copper, biochar, stabilization, bioremediation

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 4. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 5. 2026
• Vedoucí: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.
• Oponent: Kateřina Pračke, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program:
Ochrana a využívání přírodních zdrojů