Vliv biocharu na produkci živin a cukrů u cukrové řepy (Beta vulgaris)

Bc. Lucie Blažková

Master's thesis

Effect of biochar on the production of nutrients and sugars in sugar beet (Beta vulgaris)

Abstract:

Diplomová práce se zabývá využitím biocharu v zemědělské půdě s cílem zvýšit obsah organické hmoty a schopnost zadržení vody a živin. Práce se soustředí na analýzu vlivu biocharu na produkci živin a cukrů, optimalizaci dávky biocharu ve spojení s hnojivy pro maximální výnosy plodin a na zkoumání rozdílů ve vstřebávání živin v nadzemní a kořenové části cukrové řepy. Díky své adsorpční a kationtové výměnné kapacitě se biochar stává efektivním nositelem živin, což přispívá ke zlepšení kvality půdy a adaptaci na změnu klimatu. Problematika sucha stále více ohrožuje výnosy cukrové řepy a dalších náročných plodin na nedostatek vody a živin. Teoretická část obsahuje základní poznatky o výživě rostlin, minerální výživě a funkcích jednotlivých prvků, sacharidech a biocharu. Tyto informace slouží k správnému porozumění fungování rostlin, optimálnímu přijmu živin pro jejich růst a vývoj, dosažení maximálních výnosů a k pochopení významu sacharidů pro rostliny. Zároveň slouží k popsání relevantních fyzikálně-chemických vlastností biocharu, jako je jeho stabilita, vodní kapacita a retence živin. V praktické části byl proveden experiment navazující na předchozí výzkum z roku 2020, kdy byly rostliny cukrové řepy pěstovány v kontrolních podmínkách areálu Ústavu experimentální botaniky AV ČR a následně testovány v laboratořích České zemědělské univerzity v Praze. Tento experiment slouží jako pokračování a rozšíření informací získaných v rámci předchozí studie, která byla součástí mé bakalářské práce. Cílem této práce je detailněji zkoumat vliv biocharu na obsah živin a cukrů u cukrové řepy, s důrazem na nový pohled na problematiku. V experimentu se zkoumala optimalizace dávky biocharu ve spojení s aplikací hnojiv pro maximalizaci produkce cukrové řepy za podmínek simulovaného sucha. Rostliny byly pěstovány v podmínkách skleníku v litrových nádobách s různými variantami, včetně kontroly bez ošetření, aplikace biocharu, hnojiv a jejich kombinace. Během experimentu byla monitorována půdní vlhkost a živiny, a po období sucha byly analyzovány fyziologické parametry rostlin. Výsledky ukazují, že kombinace přídavku biocharu a hnojiv má významný vliv na retenci vody, což bylo prokázáno dvojnásobným až trojnásobným zvýšením objemového obsahu vody ve srovnání s kontrolní půdou. Dále se ukázalo že má významný vliv také na snížení vyplavování živin z hnojiv. Analýza pórové vody odhalila, že vyplavování živin z hnojiv do půdy se po přidání biocharu snížilo až o 86 % ve srovnání se samotným hnojem. Kombinovaný přídavek vedl k více než dvojnásobnému zvýšení výnosu listů a hlíz cukrové řepy ve srovnání s kontrolní skupinou, což naznačuje významný potenciál pro zvýšení produkce plodin Dále bylo prokázáno, že použití biocharu mělo pozitivní dopad na výměnu plynů v listech rostlin během sucha, což naznačuje lepší fyziologické podmínky rostlin a potenciál pro zvýšení odolnosti vůči nepříznivým podmínkám. Kombinace biocharu a hnojiv také vedla k významnému zvýšení obsahu cukru v rostlinách o 2,4krát, což naznačuje nejen zvýšení produkce cukrové řepy, ale také možnost využití této kombinace pro zlepšení kvality plodin. Celkově lze tedy konstatovat, že kombinace biocharu a hnojiv má potenciál pozitivně ovlivnit kvalitu půdy, zvýšit produkci plodin a zlepšit kvalitu rostlin. Tyto výsledky naznačují možné praktické využití této kombinace v polních podmínkách a potenciál pro zlepšení udržitelnosti zemědělského hospodaření.

Abstract:

The thesis deals with the use of biochar in agricultural soils to increase organic matter content and water and nutrient retention capacity. The thesis focuses on the analysis of the effect of biochar on nutrient and sugar production, optimization of the biochar rate in combination with fertilizers for maximum crop yields and investigation of differences in nutrient uptake in the above ground and root parts of sugar beet. Due to its adsorption and cation exchange capacity, biochar becomes an efficient carrier of nutrients, contributing to improved soil quality and adaptation to climate change. Drought issues are increasingly threatening the yields of sugar beet and other water and nutrient demanding crops. The theoretical part contains basic knowledge about plant nutrition, mineral nutrition and functions of individual elements, carbohydrates and biochar. This information is used to properly understand the functioning of plants, optimal nutrient uptake for plant growth and development, to achieve maximum yields and to understand the importance of carbohydrates for plants. It also serves to describe relevant physicochemical properties of the biochar such as its stability, water holding capacity and nutrient retention. In the practical part, an experiment was carried out following up on previous research from 2020, when sugar beet plants were grown under control conditions on the premises of the Institute of Experimental Botany of the CAS and subsequently tested in the laboratories of the Czech University of Agriculture in Prague. This experiment serves as a continuation and extension of the information obtained in the previous study, which was part of my bachelor thesis. The aim of this thesis is to investigate in more detail the effect of biochar on nutrient and sugar content in sugar beet, with an emphasis on a new perspective on the issue. The experiment investigated the optimization of biochar rate in conjunction with fertilizer application to maximize sugar beet production under simulated drought conditions. Plants were grown under greenhouse conditions in litre containers with different treatments including no treatment control, biochar application, fertilizer application and their combination. Soil moisture and nutrients were monitored during the experiment, and plant physiological parameters were analyzed after the drought period. The results show that the combination of biochar and fertilizer addition has a significant effect on water retention, as demonstrated by a two- to threefold increase in volumetric water content compared to the control soil. It was also shown to have a significant effect on reducing nutrient leaching from fertiliser. Pore water analysis revealed that nutrient leaching from fertiliser into the soil was reduced by up to 86% after the addition of biochar compared to manure alone. The combined addition led to more than a twofold increase in sugar beet leaf and tuber yield compared to the control group, indicating a significant potential for increasing crop production. Furthermore, it was shown that the use of biochar had a positive impact on gas exchange in plant leaves during drought, indicating improved plant physiological conditions and the potential for increased resistance to adverse conditions. The combination of biochar and fertiliser also led to a significant increase in plant sugar content by a factor of 2.4, indicating not only an increase in sugar beet production but also the potential to use this combination to improve crop quality. Overall, the combination of biochar and fertiliser has the potential to positively influence soil quality, increase crop production and improve plant quality. These results indicate the possible practical application of this combination under field conditions and the potential for improving the sustainability of agricultural management.

Keywords

biochar, obsah živin, obsah cukrů, výživa rostlin, nádobový experiment, cukrová řepa

Keywords

biochar, nutrient content, sugar content, plant nutrition, pot experiment, sugar beet

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 3. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Kateřina Berchová, Ph.D.
• Reader: Lukáš Trakal, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme:
Regional Environmental Administration