Vliv biocharu na dostupnost základních živin v půdě

Bc. Tatyana Derevyankina

Master's thesis

The effect of biochar on the main nutrients accessibility in soils

Abstract:

V této diplomové práci byl proveden laboratorní inkubační pokus, kde byl vyroben a testován biochar ze zbytků ze zpracování drůbežího masa (kosti, šlachy, chrupavky a zbytky svaloviny) aplikovaný do půdy v různém procentickém podílu (2 % a 5 % hm.) a produkovaný za dvou odlišných teplot pyrolýzy (300 °C a 500 °C). Hotový biochar byl rozdrcen, zhomogenizován a aplikován do dvou půd s odlišnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Půda ošetřená biocharem byla inkubována v plastových nádobách a každá nádoba byla pravidelně zavlažována každý týden. Inkubované vzorky kontrolní i biocharem ošetřené půdy byly odebrány 3. den, 15. den, 30. den a 6 měsíců od zahájení inkubace.Ve vzorcích byly stanovené obsahy Ca, K, Mg, P, S, Zn po extrakci metodou Mehlich III s následným stanovením obsahu těchto živin spektrometricky a bylo změřené pH za použití digitálního pH metru. Obsahy NH4 a NO3 byly stanoveny fluorometricky s využitím multifunkčního modulárního analyzátoru. Pro hodnocení významnosti rozdílů mezi pokusnými variantami byla použita jednoduchá analýza rozptylu (ANOVA) s vícenásobným porovnáváním v softwaru Statistica 12. Byly hodnoceny rozdíly mezi jednotlivými variantami pokusu a kontrolou v rámci jednotlivých termínů odběru vzorků v průběhu inkubace a změny jednotlivých pokusných variant průběhu inkubace.Ve výsledcích jsou vloženy tabulky a grafy, z nichž plyne, že aplikace biocharu vedla ke zvýšení mobilních obsahů sledovaných živin jako Ca, P, K, Mg, S a Zn, přičemž mobilní podíly těchto prvků v půdě rostly nejen se zvyšující se dávkou, ale také se zvyšující se teplotou pyrolýzy. Také bylo ale zjištěno, že biochar neměl jednoznačný vliv na průběh chování NH4 a NO3, přestože obsah dusíku v tomto typu biocharu je vyšší než u biocharů z rostlinné biomasy a také byl vyšší než je obsah tohoto prvku v použitých půdách.V testovaném biocharu byly obsahy P srovnatelné s vyššími hodnotami u rostlinných materiálů a v inkubačním pokusu se ukázalo, že P se po aplikaci do půdy snadno uvolňuje. V důsledku toho bylo odhaleno, že živočišný biochar je stejně dobrý a v mnoha případech lepší zdroj P než rostlinný biochar. Hodnota pH ošetřené půdy se v průběhu pokusu převážně zvyšovala se zvyšující se teplotou pyrolýzy, pravděpodobně v důsledku zvýšení obsahu popele a kyslíkatých funkčních skupin v průběhu pyrolýzy, přičemž podle očekávání byl tento účinek výraznější v kyselé půdě.Lze shrnout, že biochar připravený z jatečných odpadů může být dobrým zdrojem P, Ca, K, Mg, S a Zn. Bylo potvrzeno, že biochar na bázi živočišných odpadů je srovnatelným (a v případě fosforu lepším) zdrojem základních živin v půdě, než je tomu u biocharu připraveného z rostlinné biomasy.

Abstract:

In this master thesis, a laboratory incubation experiment was performed, where biochar was produced and tested from residues from poultry meat processing (bones, tendons, cartilage and muscle residues) applied to the soil in different percentages (2 % and 5 % by weight) and produced at two different pyrolysis temperatures (300 °C and 500 °C). The finished biochar was crushed, homogenized and applied to two soils with different physicochemical properties. The biochar treated soil was incubated in plastic containers and each container was irrigated regularly every week. Incubated samples of control and biochar treated soil were taken on day 3, day 15, day 30 and 6 months from the start of incubation.The contents of Ca, K, Mg, P, S, Zn in the samples were determined after extraction by the Mehlich III method followed by the determination of the content of these nutrients spectrometrically and the pH was measured using a digital pH meter. NH4 and NO3 contents were determined fluorometrically using a multifunctional modular analyzer. A simple analysis of variance (ANOVA) with multiple comparisons in Statistica 12 software was used to evaluate the significance of the differences between the experimental variants.The results include tables and graphs, which show that the application of biochar led to an increase in mobile contents of monitored nutrients such as Ca, P, K, Mg, S and Zn, while the mobile proportions of these elements in the soil increased not only with increasing dose, but also with increasing pyrolysis temperature. However, it was also found that the biochar did not have a clear effect on the behavior of NH4 and NO3, although the nitrogen content in this type of biochar is higher than in biochar from plant biomass and was also higher than the content of this element in used soils.In the tested biochar, the P contents were comparable to higher values in plant materials, and in an incubation experiment it was shown that P is easily released after application to the soil. As a result, it has been revealed that animal biochar is as good and in many cases a better source of P than plant biochar. The pH of the treated soil increased predominantly with increasing pyrolysis temperature during the experiment, probably due to an increase in the ash and oxygen function content during pyrolysis, and this effect was expected to be more pronounced in acidic soil.In summary, biochar prepared from slaughterhouse waste can be a good source of P, Ca, K, Mg, S and Zn. It has been confirmed that biochar based on animal waste is a comparable (and in the case of phosphorus better) source of basic nutrients in the soil than in the case of biochar prepared from plant biomass.

Keywords

půdní aditivum, jateční odpad, pyrolýza, dusík, biochar, fosfor, Mehlich

Keywords

biochar, soil additive, slaughterhouse waste, pyrolysis, nitrogen, phosphorus, Mehlich

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.
• Reader: Lukáš Trakal, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas