Vliv různých aplikací biouhlu v kompostovém substrátu na vybrané hydrofyzikální vlastnosti půdy

Bc. Kateřina Krupková

Master's thesis

Influence of various biochar applications in compost substrate on selected soil hydrophysical characteristics

Abstract:

Aplikace biouhlu do půdy ovlivňuje hydrofyzikální vlastnosti půdy. V mnoha studiích byl zkoumán efekt těchto ošetření na vztah půdy a vody, zatímco cílem této práce bylo probádat povrchové adsorpční vlastnosti těchto půd a jejich případné propojení mezi existujícími a nově získanými výsledky týkající se obsahu a formy organického uhlíku. Vzorky byly získány ze dvou lokalit – (i) ze skleníku Výzkumné stanice rostlinné výroby v Praze Uhříněvsi ve dvou odběrových etapách (prachová jílovitá hlína), (ii) při sklizni ovsa na polní lokalitě v Malontech (Bemagro, a.s.) (prachovitá hlína). Aplikace vyzrálého kompostu byla porovnána s aplikací kompostu obohaceného o čerstvý nebo mikrobiálně aktivovaný biouhel. Adsorpční kapacita byla zkoumána na porušených půdních vzorcích z obou lokalit pro 100% a 20% relativní vlhkost vzduchu (r.v.v.), přičemž z hodnot 20% r.v.v. byl vypočítán též specifický povrch jílových částic. Získané hodnoty adsorpční kapacity i specifického povrchu byly analyzovány pomocí analýzy rozptylu a vykazovaly jen minimální rozdíly napříč použitými ošetřeními. Povrchové adsorpční vlastnosti vzorků z lokality v Uhříněvsi vykazovaly významnou pozitivní korelaci mezi existujícími výsledky celkového obsahu organické hmoty a labilními frakcemi organického uhlíku (vodou extrahovatelného C-WS, horkou vodou extrahovatelného C-HWS a oxidovatelného manganistanem draselným POxC). Nejvyšší pozitivní korelace byla pozorována mezi adsorpční kapacitou při 100% r.v.v. a POxC, podobně pro vztah též s adsorpcí živin. Z tohoto důvodu byl proveden experiment pro zjištění POxC i u druhé etapy vzorkování, který potvrdil pozitivní korelace pro vzorky při 20% i 100% r.v.v. Naproti tomu hodnoty C:N vykazovaly negativní korelaci s adsorpční kapacitou při 100% r.v.v. i s výsledky adsorpcí živin. Hodnoty nasycené hydraulické vodivosti prokázaly pozitivní korelace s hodnotami C:N a se specifickým povrchem jílových částic. Zrnitostní složení půd bylo stanoveno pro obě etapy, následně byla druhá etapa doplněna o experiment pro zjištění obsahu neagregovaného jílu a prachu a získání disperzního podílu. Tyto výsledky byly v souladu s hodnotami C:N – pokles poměru C:N prokázal zvýšený disperzní podíl. Z těchto výsledků lze dále usuzovat rozdílný efekt půdní organické hmoty v závislosti na stabilitě a formě organického uhlíku. Rozlišení přímého vlivu půdní organické hmoty a nepřímého vlivu modifikovaných fyzikálních vlastností půdy v důsledku její degradace může poskytnout frakcionací organického uhlíku více údajů. Naproti tomu vzorky z lokality v Malontech nebylo možné prozkoumat ve stejném rozsahu, vzhledem k použitým vzorkovacím postupům, které zde byly aplikovány – z každého ošetření byl odebrán směsný vzorek.

Abstract:

Biochar application to the soil has an influence on soil hydrophysical properties. Many previous studies focused on the effect of these treatments on soil and water relationships. On the other hand, the main focus of this study was to investigate the surface adsorption capacities of soils and seek for the possible relationships between them and the analysed and existing results of organic carbon (OC) fractions. The samples were collected from two different locations – (i) at the harvest and post-harvest period in the greenhouse of Plant Production Station in Praha – Uhříněves (silty clay loam), (ii) at the harvest of oat crop in Malonty (Bemagro a.s.) locality (silt loam). The compost application was compared with the compost enriched with either fresh or microbially activated/incubated biochar substrates. Disturbed soil samples from both localities were analysed for their surface water adsorption capacity (WAC) at 100% and 20% relative humidity (RH). Specific surface area (SSA) of soils was also estimated using 20% RH WAC. Surface properties for samples at 100% RH and estimated SSA showed only slight differences among treatments in both localities, their interpretation was realized by analysis of variance. Surface adsorption properties of harvest samples from Uhříněves locality, showed significant, positive and gradual correlation with the existing results of total organic matter (SOM) and labile OC fractions as water/hot water soluble and potassium permanganate oxidizable carbon (POxC). The highest positive correlation was between POxC and WAC at 100% RH. Besides, samples at 100% RH were influenced in a similar way with the nutrient adsorption values. This directed the study to investigate the POxC for its interactions in post-harvest; it was found in positive correlation for samples at both % RH values. On the other hand, C:N was in negative correlation with the 100% RH WAC as well as nutrient adsorptions. However, the saturated hydraulic conductivity of the soils showed significant positive correlation with the C:N ratio and SSA values. Post-harvest samples of Uhříněves locality were examined for their particle size distribution for both periods, while the second period was also examined for the non-aggregated silt and clay content to put a dispersion ratio (DR) per treatment. DR of post-harvest soils were in accordance with harvest C:N ratios per treatment; a decreased C:N ratio in the harvest revealed an increased DR in post-harvest soils. These findings may provide further insight on the variated effects of soil organic matter depending on the stability of its organic carbon structure/molecule. The distinguishment of the direct influence of SOM than the indirect influence of modified soil physical properties due to its degradation, can provide more consequential data by proper organic carbon fractionation. In comparison, it was less possible to investigate the Malonty soils in the same concept, due to mixed sampling per treatment in the existing analyses results, rather than parcel by parcel results. This prevented the study to put on a correlation analyses.

Keywords

organický uhlík, adsorpce vody v půdě, POxC, disperzní podíl

Keywords

Surface water adsorption, organic carbon, POxC, dispersion ratio

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Markéta Miháliková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Soil Assessment and Protection / Soil Assessment and Protection