VLIV BIOUHLU NA DISTRIBUCI ORGANICKÉ HMOTY V PŮDĚ

BIOCHAR EFFECT ON DISTRIBUTION OF ORGANIC MATTER IN SOIL

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, která stabilizuje obsah půdní organické hmoty a ovlivňuje fyzikálněchemické charakteristiky půdy (pH, obsah makro a mikroprvků, pórovitost, kompaktnost). Cílem této práce bylo posoudit stabilitu a vyluhování látek z biouhlu v půdním prostředí. Nejprve byl posuzován vliv modelových půdních roztoků na vyluhování látek z biouhlu a následně rovněž vliv charakteru použitého biouhlu (zdrojová biomasa a podmínky využité při pyrolýze). V rámci práce byly studovány biouhly (celkem 8 biouhlů, jeden z nich byl komerční) připraveny z otrub, dřevní štěpky, kukuřice a kompostu, připraveny pyrolýzou při teplotách v rozsahu 400 až 700 °C. Pro srovnání byl využit komerční biouhel (Agrouhel) připravený z kalů odpadních vod při teplotě pyrolýzy 450–470 °C. Biouhly byly v rámci experimentální části práce postupně sekvenčně vyluhovány (celkem 10 cyklů vyluhování, každý po dobu 24 hodin) jednotlivými látkami, se kterými mohou přijít do kontaktu při aplikaci do půdy. Pro tyto účely byly využity roztoky modelové dešťové vody, 3 mM kyseliny citronové (simulace kořenových exudátů) a 0,3 M peroxidu vodíku (simulace působení mikrobiálních činitelů na degradaci biouhlu). Na získaných extraktech z biouhlů byly stanoveny fyzikálněchemické charakteristiky (pH a vodivost) a byla sledována míra vyluhování organických frakcí (UV-VIS) a anorganického podílu (optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem). U pevných vzorků, před vyluhováním a po ukončení vyluhovacího experimentu byl stanoven obsah anorganické a organické frakce a zastoupení organických prvků (C, H, N, O; pomocí termogravimetrické analýzy a elementární analýzy). V další části práce byl komerční biouhel Agrouhel aplikován do půdy (10,0 g biouhlu v netkané porézní textilií z polyamidu na 1 kg půdy) v kultivačním experimentu s modelovou rostlinou (Lactuca sativa) a následně analyzován stejnými metodami jako v předchozím sekvenčním extrakčním experimentu. Byly hodnoceny vzájemné souvislosti po působení jednotlivých modelových půdních roztocích a po jejich společném působení během modelového půdního kultivačního experimentu v laboratorních podmínkách. Výsledky naznačují, že po jednom měsíci vyluhování probíhalo pouze fyzikálně-chemické vyluhování biouhlu kohoutkovou vodou, která byla použita na závlahu během experimentu. Došlo k vyluhování zejména anorganického podílu (K, Ca, Na), organický podíl se vyluhoval pouze v omezené míře. Pro další posouzení degradace biouhlu (například působení mikrobiálních činitelů či kořenových exudátů) by bylo vhodné kultivační experiment studovat v delším časovém horizontu (3 měsíce až 1 rok) s použitím jiné modelové rostliny (Zea mays), což by lépe simulovalo reálné podmínky, při kterých lze očekávat působení biouhlu po jeho aplikaci do půdy.

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, stabilizing soil organic matter content and influencing the physical and chemical characteristics of the soil (pH, macro- and microelement content, porosity, compactness). The aim of this study was to assess the stability and leaching of substances from biochar in the soil environment. First, the effect of model soil solutions on the leaching of substances from biochar was assessed, followed by the effect of the nature of the biochar used (source biomass and conditions employed during pyrolysis). The study examined biochar samples (a total of 8 samples, one of which was commercial) prepared from wheat bran, wood chips, corn, and compost, produced by pyrolysis at temperatures ranging from 400 to 700 °C. For comparison, commercial biochar (Agrouhel) prepared from sewage sludge at a pyrolysis temperature of 450–470 °C was used. As part of the experimental section of the study, the biochars were sequentially leached (a total of 10 leaching cycles, each lasting 24 hours) with individual substances with which they may come into contact upon application to soil. For these purposes, solutions of model rainwater, 3 mM citric acid (simulating root exudates), and 0.3 M hydrogen peroxide (simulating the action of microbial agents on biochar degradation) were used. The physical and chemical characteristics (pH and conductivity) of the biochar extracts were determined, and the leaching rates of organic fractions (UV-VIS) and inorganic content (inductively coupled plasma optical emission spectrometry) were monitored. For solid samples, the content of inorganic and organic fractions and the composition of organic elements (C, H, N, O) were determined before leaching and after the leaching experiment was completed (using thermogravimetric analysis and elemental analysis). In the next part of the study, the commercial biochar Agrouhel was applied to the soil (10.0 g of biochar in a non-woven porous polyamide fabric per 1 kg of soil) in a cultivation experiment with a model plant (Lactuca sativa) and subsequently analyzed using the same methods as in the previous sequential extraction experiment. The interactions following the application of individual model soil solutions and their combined effects during the model soil cultivation experiment under laboratory conditions were evaluated. The results suggest that after one month of leaching, only physicochemical leaching of biochar occurred using tap water, which was used for irrigation during the experiment. Leaching occurred primarily of the inorganic fraction (K, Ca, Na); the organic fraction was leached only to a limited extent. For further assessment of biochar degradation (e.g., the effects of microbial agents or root exudates), it would be appropriate to conduct a cultivation experiment over a longer time horizon (3 months to 1 year) using a different model plant (Zea mays), which would better simulate the real-world conditions under which biochar is expected to act after its application to the soil.

biouhel, půda, organická hmota, vyluhování, kultivační experiment

biochar, soil, organic matter, leaching, cultivation experiment

HALEŠ, P.; KALINA, M.

10.04.2025

Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Nitra

978-80-552-2854-9

z XXIII. vedeckej konferencie študentov I. a II. stupňa vysokoškolského štúdia s medzinárodnou účasťou a študentov stredných škôl Fakulty biotechnológie a potravinárstva SPU v Nitre

40

40

50

http://www.slpk.sk/eldo/2025/dl/9788055228549/9788055228549.pdf