Vliv biouhlu na fyzikálně-chemické a mikrobiální charakteristiky půdy

The influence of biochar on the physicochemical and microbial characteristics of soil

Abstrakt

Současnými zemědělskými postupy dochází k nadměrnému užívání syntetických hnojiv což ovlivňuje fyzikálně-chemické i mikrobiální charakteristiky půdy. V poslední době jsou tendence dávky anorganických hnojiv snižovat. Nabízí se jejich kombinace s dalšími půdními doplňky jako například biouhel (BC), které umožňují efektivnější působení anorganických hnojiv v půdě. Biouhel je látka připravená tepelným rozkladem biomasy. Na základě pyrolytických podmínek a typu použité biomasy lze upravit vlastnosti BC pro docílení co možná nejlepšího efektu při jeho aplikaci. V rámci práce byly nejprve charakterizovány použité vzorky BC (NovoCarbo, Sonnenerde, Karbohran, Zera). Následně byla sledována jejich biokompatibilita pro zvolené půdní rhizobakterie (Azotobacter vinelandii CCM 289, Azotobacter vinelandii DSM 87) a byly optimalizovány techniky stanovení efektů růst-podporujících rhizobakterií (PGPR) – schopnost produkce sideroforů, fytohormonu kyseliny indol-3-octové (IAA) a schopnost rozpouštět fosfáty. Fyzikálně-chemické charakteristiky biouhlů (obsah organické a anorganické složky) byly studovány pomocí termogravimetrické analýzy (TGA). Na vodných výluzích z BC bylo měřeno pH a konduktivita. Pro zjištění prvkového složení byla použita optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES). Biokompatibilita biouhlů byla posuzována pomocí metody průtokové cytometrie. Na základě získaných dat bylo ověřeno, že byly použité biouhly netoxické vůči půdním mikroorganismům a mohly tak být aplikovány do půdy. Studované biouhly byly následně použity v kultivačním experimentu (celková délka 3 měsíce), pro který byla zvolenou modelovou rostlinou kukuřice setá cukrová (Zea mays L. convar. Saccharata Koern.). Byl sledován vliv aplikace biouhlu na růstové charakteristiky kukuřice (výška, počet listů). Po ukončení experimentu byly získané půdní vzorky analyzovány metodami TGA, ICP-OES a pomocí měření pH a konduktivity. Připravená živná agarová média pro sledování mikrobiální aktivity byla zaočkována výluhy ze získaných rhizopůd. Mikrobiální aktivita byla rovněž pozorována s využitím komerční sady BIOLOG EcoPlate™. Na připravených agarových plotnách byla následně sledována schopnost produkce sideroforů a rozpustnosti fosfátů PGPR bakterií. Schopnost produkce IAA byla stanovena spektrometricky při vlnové délce 530 nm. Bylo prokázáno, že půdy ošetřené biouhlem obsahovaly vyšší podíl organické složky než půda neošetřená. Aplikace biouhlu do půdy výrazně neovlivnila výšku rostliny ani počet listů. U ošetření s BC byl pozorován vliv na délku a hmotnost kořenů, kdy kořeny byly delší a mohutnější než ošetření bez BC. Rovněž bylo zjištěno, že biouhel podpořil rozpouštění fosfátů, produkci sideroforů a IAA, což z něj ve výsledku dělá vhodný půdní kondicionér.

Current agricultural practices involve excessive use of synthetic fertilizers, which affects the physical, chemical, and microbial characteristics of the soil. Recently, there has been a tendency to reduce the use of inorganic fertilizers. They can be combined with other soil supplements, such as biochar (BC), which enable more effective action of inorganic fertilizers in the soil. Biochar is a substance prepared by thermal decomposition of biomass. Based on the pyrolytic conditions and the type of biomass used, the properties of BC can be adjusted to achieve the best possible effect when applied. As part of the work, the BC samples used (NovoCarbo, Sonnenerde, Karbohran, Zera) were first characterized. Subsequently, their biocompatibility was monitored for selected soil rhizobacteria (Azotobacter vinelandii CCM 289, Azotobacter vinelandii DSM 87) and the techniques for determining the effects of growth-promoting rhizobacteria (PGPR) – the ability to produce siderophores, the phytohormone indole-3-acetic acid (IAA), and the ability to dissolve phosphates – were optimized. The physicochemical characteristics of biochar (organic and inorganic content) were studied using thermogravimetric analysis (TGA). The pH and conductivity of aqueous extracts from BC were measured. Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) was used to determine the elemental composition. The biocompatibility of biochar was assessed using flow cytometry. Based on the data obtained, it was verified that the biochar used was non-toxic to soil microorganisms and could therefore be applied to the soil. The biochar studied was then used in a cultivation experiment (total duration 3 months), for which sweet corn (Zea mays L. convar. Saccharata Koern.) was selected as the model plant. The effect of biochar application on corn growth characteristics (height, number of leaves) was monitored. After the experiment, the soil samples obtained were analyzed using TGA, ICP-OES, and pH and conductivity measurements. Prepared agar media for monitoring microbial activity were inoculated with extracts from the obtained rhizosols. Microbial activity was also observed using a commercial BIOLOG EcoPlate™ kit. The ability of PGPR bacteria to produce siderophores and phosphate solubility was then monitored on prepared agar plates. The ability to produce IAA was determined spectrometrically at a wavelength of 530 nm. It was shown that soils treated with biochar contained a higher proportion of organic matter than untreated soil. The application of biochar to the soil did not significantly affect plant height or number of leaves. In the BC treatment, an effect on root length and weight was observed, with roots being longer and more robust than in the treatment without BC. It was also found that biochar promoted phosphate solubilization, siderophore and IAA production, making it a suitable soil conditioner.

alginát, Azotobacter vinelandii, biouhel, enkapsulace

alginate, Azotobacter vinelandii, biochar, encapsulation

OSTRČILOVÁ, A.; KALINA, M.; SÚKENÍK, M.

27.11.2025

Vysoké učení technické v Brně

Brno

978-80-214-6388-2

studentská odborná konference CHEMIE JE ŽIVOT 27—11— 2025

31

31

91

https://www.fch.vut.cz/vav/konference/sok/vystupy/sok-2025-sbornikabstraktu-pdf-p321225