Vliv aplikace upravených odpadních látek na klíčivost semen a pořáteční růst rostlin

Jakub Dušek

Master's thesis

The influence of treated waste materials on the seed germination and early growht of chosen plants

Abstract:

Nakládání s čistírenskými kaly je významným problémem dnešní doby. Jde o potencionálně cenný materiál bohatý na organickou hmotu, dusík, fosfor a mikroprvky. S kaly je však spojeno velké množství potencionálních rizik ve formě obsahu těžkých kovů, halogenových organických sloučenin, polychlorovaných bifenylů, polycyklických aromatických uhlovodíků a mnohých dalších rizikových sloučenin, které mohou mít negativní vliv na prostředí, rostliny či na člověka. Kromě toho mohou kaly být mikrobiálním rizikem, protože mohou obsahovat Salmonella spp, Escherichia či enterokoky. Pyrolýza je termická úprava materiálu, kterou je možné upravovat kaly tak, aby se snížilo působení nebezpečných látek na rostliny a prostředí. V mé práci jsem se zabýval vlivem kalů na klíčivost hořčice bílé (Sinapis alba L.), jílku vytrvalého (Lollium perene L.), kukuřice cukrové (Zea mays L. conv. Saccharata) a salátu hlávkového (Lactuca Sativa L.). Tento vliv byl stanoven pomocí testů klíčivosti na Petriho miskách pro různé koncentrace výluhů kalů (100 %, 50 %, 25 %, 12,5 %, 6,25 %, 3,125 %, 1 % a 0,5 %) ve srovnání s kontrolou. Dále byl sledován vliv úpravy těchto kalů pyrolýzou při teplotách 220 °C, 320 °C, 420 °C, 520 °C a 620 °C na uvedené rostliny. V rámci testů byla sledována inhibice klíčivosti, růstu kořenů a růstu hypokotylu/výhonu. Kromě toho byl u salátu proveden výsadbový test na dvou půdách (kambizem, Žamberk, pH 5,2 a fluvizem Cítov, pH 7,9) smíchaných s 2 % dávkou jednotlivých upravených a neupravených kalů. U výsadbového testu byla hodnocena klíčivost v čase a výnos čerstvé a suché nadzemní biomasy po 35 dnech růstu. Z výsledků vyplývá, že nejcitlivější rostlinou na negativní vliv kalů byla hořčice, pak salát, jílek a nejméně ovlivněná kaly byla kukuřice. U prvních tří jmenovaných rostlin bylo možné pozorovat pozitivní vliv pyrolýzy kalu na inhibici všech sledovaných znaků. Při výsadbovém pokusu bylo zaznamenáno významné zvýšení výnosů čerstvé i suché hmoty po aplikaci kalů ve srovnání s kontrolou u všech variant, s výjimkou variant kalů upravených při 220 °C, 320 °C aplikovaných na fluvizemi, kde došlo ke zničení porostu larvami smutnic. Varianty hnojené kaly upravenými pyrolýzou při teplotách 220 °C, 320 °C u kambizemě dopadly nejlépe. Pyrolýza může pomoci ke snížení negativních efektů kalů na rostliny, ale její efekty jsou limitovány složením kalu. Zatímco kaly jsou bohaté dusíkaté hnojivo vzniklý biochar značnou část dusíkaté frakce ztrácí během pyrolýzy a tento efekt se zvyšuje se zvyšující se teplotou pyrolýzy, naproti tomu zůstává v biocharu stále fosfor. Pyrolýza při vyšších teplotách než 420 °C se nezdá jako příliš vhodný nástroj pro úpravu kalů, protože výsledky nenaznačují, že by negativní efekt nadále klesal i při vyšších teplotách úpravy a zároveň dochází ke ztrátám cenného dusíku.

Abstract:

Handling of sewage sludge is significant problem of current time. Sewage sludge is potentially valuable material rich in organic matter, nitrogen, phosphorus and microelements. But there are also many risks associated with sewage sludges application, like heavy metal content, adsorbed organically bound halogens, polychlorinated biphenyls, polycyclic aromatic hydrocarbons and many others risk compounds, which can have negative effect on environment, plants or humans. Moreover sewage sludges can be source of many microbial threats like Salmonella spp, Escherichia or enterococcus. Pyrolysis is thermal treatment of materials, and the way how to treat sewage sludges to decrease effect of dangerous substances interacting with environment and plants. In my thesis I dealt with effect of sewage sludges on germination of mustard (Sinapis alba L.), ryegrass (Lollium perene L.), corn (Zea mays L. conv. Saccharata) and lettuce (Lactuca Sativa L.). This influence was measured by germination tests on Petri dishes for different concentrations leachates of sludges (100 %, 50 %, 25 %, 12,5 %, 6,25 %, 3,125 %, 1 % a 0,5 %) in comparison with control. Further there is measured effect of treating sewage sludges by pyrolysis done during temperatures 220 °C, 320 °C, 420 °C, 520 °C a 620 °C on listed plants. In the tests the inhibition of germination, growth of roots and growth of hypocotyl/sprout was investigated. Another part of work was planting test with 2 different soils (Cambisol, Žamberk, pH 5,2 a u Fluvisol Cítov, pH 7,9) mixed with 2 % dose of individual sewage sludges. In planting test was measured germination in time and fresh and dry weight of plants after 35 days of growing. The results showed, that most sensitive plant to negative effect of sludges is mustard followed by lettuce, ryegrass and corn was the least negatively affected. From results of first 3 listed plants, can be shown positive effect of treatment sewage sludges by pyrolysis on all watched characters. In growing test was recorded significant increase in fresh and dry weight of plants after sewage sludge application in compare to control. Only 2 exceptions were found like sewage sludge treated by pyrolysis with temperatures 220 °C, 320 °C on Fluvisol, where plants were destroyed by larvas of sciara fly. Highest weight showed lettuce on Cambisol with sludges treated by pyrolysis with temperatures 220 °C, 320 °C. Pyrolysis can help to lower negative effects of plant, but the effect is limited by composition of original sludge. Original sludges are rich source of nitrogen, but after treated by pyrolysis part of nitrogen is lost and nitrogen losses are growing with increasing temperature of pyrolysis. Even after pyrolysis is sludge still good source of phosphorus. Pyrolysis in temperatures higher than 420 °C does not seem to be effective tool to treat sludges, because there are not significant drop in negative effects with higher temperatures and also nitrogen content is shrinking.

Keywords

klíčení, pyrolýza, inhibice, čistírenské kaly

Keywords

Sewage sludge, germination, pyrolysis, inhibition

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. dr. h. c.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Horticulture / Market Horticulture