Fytoremediační schopnost vybraných odrůd konopí setého (Cannabis sativa L.) pěstovaného na rozorané louce

Bc. Karel Infeld

Master's thesis

Fytoremediation Ability of Selected Varieties of Hemp (Cannabis sativa L.) grown on Plough Meadow

Abstract:

Konopí je známá univerzální rostlina, která má nespočet možností využití. Tato práce se zabývá pěstováním a fytoremediačními účinky vybraných odrůd konopí na rozorané louce. Zvolené byly odrůdy USO-31, Santhica 27, Finola a Bialobrzeskie. Rostliny byly celkově pěstovány na ploše 60 m2 ve třech opakováních pro každou z odrůd. Sklizeň byla provedena v době plné zralosti semen, nejvyšší výnos suché nadzemní biomasy měla odrůda Santhica 27, jejíž výnos byl 18,8 t/ha. U rostlin byla sledována hmotnost jednotlivých částí nadzemní biomasy. Zároveň byly připraveny vzorky biomasy i půd pro laboratorní rozbory. V laboratořích České zemědělské univerzity se analyzovaly vzorky půd pomocí výluhu Mehlich 3 a lučavky královské. U jednotlivých částí biomasy, rozdělených dle odrůd a opakování, byly zjištěny přístupné obsahy živin a potenciálně rizikových prvků pomocí CHNS a po rozkladu pomocí FAAS, ICP-OES a ICP-MS. U rostlin konopí byla zjištěna rozdílná akumulace živin mezi odrůdami. Nejvíce jich extrahovala z půdy odrůda Santhica 27, která měla nejvyšší výnos. Tato odrůda odčerpala 204 kg/ha vápníku, 260 kg/ha dusíku, 151 kg/ha draslíku, 40 kg/ha fosforu, 42 kg/ha hořčíku a 20 kg/ha síry. U rostlin bylo zjištěno rozdílné ukládání potenciálně rizikových prvků u jednotlivých odrůd. Znatelný rozdíl byl v listech rostlin, zde odrůda Santhica vykazovala vysoké hodnoty u zinku. Ze suché nadzemní biomasy má největší obsahy potenciálně rizikových prvků semeno. To se nám potvrdilo u všech odrůd. Bylo zjištěno, že potenciálně rizikové prvky byly extrahovány v tomto pořadí Fe>Zn>Mn>Cu>Ni>Mo>Pb>As>Cr>Cd. Odrůda Santhica 27 celkově vyextrahovala nejvíce potenciálně rizikových prvků z půdy, konkrétně vyextrahovala 0,43 g/ha arsenu, 97 g/ha mědi, 751 g/ha železa, 199 g/ha manganu a 432 g/ha zinku. USO-31 vykázala největší fytoextrakční potenciál pro prvky chrom, měď, olovo a nikl. Odrůda Finola vykázala nejnižší fytoextrakční potenciál, hlavně kvůli svým nízkým výnosům. Při porovnání původního vzorku půdy a půd odebraných po skončení práce je viditelný úbytek přístupného podílu potenciálně rizikových prvků. Tento pokles koncentrací v půdě značí, že se zde již po prvním roce pěstování konopí částečně projevila provedená fytoremediace.

Abstract:

Hemp is a well-known versatile plant with countless potential uses. This study focuses on the cultivation and phytoremediation effects of selected hemp cultivars on ploughed meadow. The chosen cultivars were USO-31, Santhica 27, Finola, and Bialobrzeskie. The plants were cultivated on a total area of 60 m2 in three replicates for each cultivar. Harvesting was carried out at full seed maturity, with the highest yield of dry aboveground biomass obtained from the Santhica 27 cultivar, which yielded 18.8 t/ha. The weight of individual parts of the aboveground biomass was monitored for each cultivar and replicate. Samples of biomass and soil were prepared for laboratory analyses. Soil samples were analyzed at the Czech University of Life Sciences using Mehlich 3 and royal acid extractants. Accessible nutrient contents and potentially toxic elements were determined for individual biomass parts, separated by cultivar and replicate, using CHNS, FAAS, ICP-OES, and ICP-MS after decomposition. Different nutrient accumulation was observed among hemp cultivars, with the Santhica 27 cultivar extracting the most nutrients from the soil due to its highest yield. This cultivar depleted 204 kg/ha of calcium, 260 kg/ha of nitrogen, 151 kg/ha of potassium, 40 kg/ha of phosphorus, 42 kg/ha of magnesium, and 20 kg/ha of sulfur. Different accumulation of potentially toxic elements was found among the cultivars, with notable differences in the leaves, where the Santhica cultivar showed high zinc values. The seeds of all cultivars had the highest contents of potentially toxic elements in the dry aboveground biomass. It was found that the potentially toxic elements were extracted in the following order: Fe>Zn>Mn>Cu>Ni>Mo>Pb>As>Cr>Cd. Overall, the Santhica 27 cultivar extracted the most potentially toxic elements from the soil, specifically 0.43 g/ha of arsenic, 97 g/ha of copper, 751 g/ha of iron, 199 g/ha of manganese, and 432 g/ha of zinc. USO-31 exhibited the highest phytoextraction potential for chromium, copper, lead, and nickel. Finola showed the lowest phytoextraction potential, mainly due to its low yields. A decrease in the accessible fraction of potentially toxic elements in the soil was observed when comparing the original soil sample with soil samples taken after the completion of the study. This decrease in soil concentrations indicates that phytoremediation was partially effective after the first year of hemp cultivation.

Keywords

výnos Biomasy, fytoextrakce, konopí seté, živiny, Bialobrzeskie, USO-31, Santhica 27, Finola, rizikové prvky

Keywords

yield Biomass, phytoextraction, cannabis sativa, risk elements, nutrients, Bialobrzeskie, Finola, USO-31, Santhica 27

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 16. 5. 2023
• Supervisor: prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. dr. h. c.
• Reader: Jan Habart, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Agriculture and Rural Development / Farming in Agriculture