Vliv půdních činitelů na obsah a distribuci organické hmoty v biouhlu

The Influence of Soil Factors on the Content and Distribution of Organic Matter in Biochar

Abstrakt

Biouhel je porézní organický materiál vznikající pyrolytickou transformací biomasy. V současné době je tato stabilní forma organického materiálu využívána jako pomocná půdní látka v zemědělství, kde pozitivně působí na obsah organické hmoty a další fyzikálněchemické charakteristiky půdy. Cílem této bakalářské práce bylo studovat vliv půdních činitelů na vyluhování látek z biouhlu a posoudit rovněž vliv charakteru použitého biouhlu (zdrojová biomasa a podmínky využité při pyrolýze) na sledované charakteristiky. V rámci práce byly studovány biouhly připravené z otrub, dřevní štěpky, kukuřice a kompostu pyrolyzované při teplotách v rozsahu 400 až 700 °C. Pro srovnání byl využit komerční biouhel (biouhel.cz) z kalů odpadních vod pyrolyzovaný při teplotě 450–470 °C. Biouhly byly v rámci experimentální části práce postupně sekvenčně vyluhovány (celkem 10 cyklů vyluhování) jednotlivými činiteli, se kterými mohou přijít do kontaktu při aplikaci do půdy. Pro tyto účely byly využity roztoky modelové dešťové vody, zředěné kyseliny citronové (simulace kořenových exudátů) a zředěným peroxidem vodíku (simulace mikrobiálních činitelů na degradaci biouhlu). Na získaných extraktech z biouhlů byly provedeny fyzikálně-chemické charakterizace (pH a vodivost, UV-VIS a ICP-OES). U pevných vzorků před vyluhováním a po něm byl stanoven obsah anorganické a organické frakce a zastoupení organických prvků (TGA a EA). Komerční biouhel byl aplikován do půdy v kultivačním experimentu s modelovou rostlinou (locika setá) a následně analyzován stejnými instrumentálními technikami jako v předchozím sekvenčním extrakčním experimentu. Získané výsledky byly porovnány s cílem identifikovat vzájemné souvislosti mezi laboratorním působením jednotlivých půdních činitelů a jejich souhrnném působení během modelového půdního kultivačního experimentu. Výsledky naznačují, že během kultivačního experimentu, který trval jeden měsíc, probíhalo pouze fyzikálně-chemické vyluhování vodou využívanou v rámci závlahy. Pro další posouzení degradace biouhlu (například enzymaticky nebo působením kořenových exudátů) by bylo potřeba kultivační experiment studovat v delším časovém horizontu, což by lépe simulovalo reálné podmínky, při kterých lze očekávat působení biouhlu.

Biochar is a porous organic material produced by the pyrolytic transformation of biomass. Currently, this stable form of organic material is used as a soil amendment in agriculture, where it has a positive effect on organic matter content and other physicochemical characteristics of the soil. The aim of this bachelor’s thesis was to study the influence of soil factors on the leaching of substances from biochar and to assess the influence of the nature of the biochar used (source biomass and pyrolysis conditions) on the characteristics under investigation. The study examined biochar prepared from wheat bran, wood chips, corn, and compost, pyrolyzed at temperatures ranging from 400 to 700 °C. For comparison, commercial biochar (biouhel.cz) derived from sewage sludge and pyrolyzed at 450–470 °C was used. In the experimental part of the study, the biochars were sequentially leached (a total of 10 leaching cycles) with individual agents with which they may come into contact during soil application. For these purposes, solutions of model rainwater, diluted citric acid (simulating root exudates), and diluted hydrogen peroxide (simulating microbial agents for biochar degradation) were used. Physicochemical characterizations (pH and conductivity, UV-VIS, and ICP-OES) were performed on the biochar extracts obtained. For solid samples, the content of inorganic and organic fractions and the composition of organic elements were determined before and after leaching (TGA and EA). Commercial biochar was applied to soil in a cultivation experiment with a model plant (cow parsley) and subsequently analyzed using the same instrumental techniques as in the previous sequential extraction experiment. The results were compared to identify correlations between the laboratory effects of individual soil factors and their combined effects during the model soil cultivation experiment. The results suggest that during the one-month cultivation experiment, only physicochemical leaching occurred via the water used for irrigation. To further assess biochar degradation (e.g., by enzymatic action or the influence of root exudates), the cultivation experiment would need to be studied over a longer time horizon, which would better simulate the real-world conditions under which biochar activity can be expected.

Biouhel, locika setá, UV-VIS, ICP-OES, TGA

Biochar, lettuce, UV-VIS, ICP-OES, TGA

HALEŠ, P.

28.11.2024

Vysoké učení technické v Brně

Brno

978-80-214-6298-4

Studentská odborná konference Chemie je život 2024

25

25

68

https://www.fch.vut.cz/vav/konference/sok/vystupy/sbornik-abstraktu-2024-p276490