Barbara Filipek-Mazur, Monika Tabak

WPŁYW NAWOŻENIA MATERIAŁAMI ORGANICZNYMI
POCHODZENIA ODPADOWEGO NA ZAWARTOŚĆ CYNKU W ROŚLINIE I GLEBIE
The influence of fertilization with organic materials derived from waste on content of zinc in plant and soil
Barbara Filipek-Mazur, Monika Tabak
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Wstęp
Kukurydza jest rośliną o dużych wymaganiach pokarmowych, dobrze plonującą w uprawie na oborniku lub nawozach organicznych, a także materiałach
organicznych pochodzenia odpadowego. Stosowanie tych środków produkcji może powodować nadmierne wprowadzenie do gleby metali ciężkich, zarówno tych,
które są mikroskładnikami pokarmowymi (Cu, Zn), jak i tych, które w najmniejszych ilościach są toksyczne (Cd, Pb, Hg). Stosowanie osadów ściekowych może
zwiększać zawartość cynku w glebie, zwłaszcza jego form przyswajalnych. Jest to szczególnie niebezpieczne, ponieważ rośliny pobierają ten pierwiastek
proporcjonalnie do jego zawartości w roztworze glebowym, nie wykazując symptomów jego toksyczności. Może on łatwo przemieszczać się
do dalszych ogniw łańcucha pokarmowego.
Celem badań było określenie wpływu nawożenia materiałami organicznymi pochodzenia odpadowego na zawartość i pobranie cynku przez kukurydzę
oraz na zawartość ogólnych i przyswajalnych form cynku w glebie.
Materiał i metody
Dawka Zn [kg ∙ ha-1]
Zn dose [kg ∙ ha-1]
Zawartość Zn [mg ∙ kg-1 s.m.]
Zn content [mg ∙ kg-1 d.m.]
Doświadczenie polowe prowadzono w latach 2008-2010, na glebie brunatnej właściwej typowej, o uziarnieniu gliny lekkiej. Doświadczenie obejmowało
7 obiektów: glebę nienawożoną (kontrola) oraz glebę nawożoną nawozami mineralnymi, obornikiem bydlęcym, kompostem z odpadów zielonych, komunalnym
osadem ściekowym, kompostem z osadu i słomy pszennej oraz mieszaniną osadu i popiołu z węgla kamiennego. Każdy obiekt prowadzono
w 4 powtórzeniach. Rośliną testową była kukurydza uprawiana na kiszonkę.
Zawartość cynku w oborniku i materiałach organicznych oraz dawki cynku wprowadzonego do gleby
W pierwszym roku do gleby obiektów nawożonych wprowadzono:
Content of zinc in manure and organic materials as well as doses of zinc introduced to soil
160 kg N, 168 kg P2O5 i 140 kg K2O · ha-1. Do gleby nawożonej
900
9
obornikiem i materiałami organicznymi całą dawkę N wprowadzono
800
8
Zawartość;
content
w nawozie i materiałach. W celu wprowadzenia N, P i K do gleby
700
7
nawożonej nawozami mineralnymi oraz wyrównania dawek P i K
600
6
Dawka; dose
500
5
w glebie pozostałych nawożonych obiektów zastosowano nawozy
400
4
mineralne. Użyto ich również w kolejnych latach badań, stosując
300
3
100 kg N, 30 kg P2O5 i 110 kg K2O · ha-1 rocznie. Dokładne dane
200
2
dotyczące
warunków
prowadzenia
doświadczenia
zawarto
1
100
w pracach Tabak i Filipek-Mazur [1, 2]. Zawartość pierwiastków
0
0
kompost
kompost
mieszanina
śladowych w glebie i materiałach nie przekraczała wartości
obornik;
z odpadów zielonych; osad ściekowy;
z osadu i słomy;
osadu i popiołu;
manure
sewage
sludge
granicznych dla rolniczego wykorzystania osadów, również wartość
compost from
compost from
mixture
green waste
sludge and straw of sludge and ash
pHH2O gleby była odpowiednia dla nawożenia osadem [3].
Zawartość cynku w częściach nadziemnych kukurydzy (po każdym roku badań) i glebie (po trzech lat prowadzenia doświadczenia) oznaczono metodą
ICP-AES. Materiał roślinny zmineralizowano (8 godz., 450oC), odparowano z HCl, a pozostałość roztworzono w HNO3 [4]. Ogólną zawartość cynku w glebie
oznaczono po suchej mineralizacji (8 godz., 450oC), odparowaniu z mieszaniną HNO3 i HClO4, a następnie roztworzeniu pozostałości w HCl [4]. Zawartość
mobilnych form cynku w glebie (form przyswajalnych i związanych z węglanami) oznaczono metodą ekstrakcji sekwencyjnej BCR [5], po ekstrakcji
0,11 mol  dm-3 CH3COOH (16 godz., temp. pokojowa).
Wyniki
Zawartość cynku w częściach nadziemnych kukurydzy, ilość cynku pobranego przez kukurydzę oraz zawartość ogólnych i przyswajalnych form cynku w glebie
Content of zinc in maize top parts, amount of zinc uptaken by maize as well as content of total and available forms of zinc in soil
Zawartość w kukurydzy; content in maize
mg Zn ∙ kg-1 s.m. ± SE; mg Zn ∙ kg-1 d.m. ± SE
Obiekt;
treatment
Pobranie przez kukurydzę; uptake by maize
kg Zn ∙ ha-1
Zawartość w glebie; content in soil
mg Zn ∙ kg-1 s.m. ± SE; mg Zn ∙ kg-1 d.m. ± SE
Zawartość ogółem;
total content
III rok; 3rd year
Zawartość form
przyswajalnych;
content of available forms
III rok; 3rd year
I rok;
1st year
II rok;
2nd year
III rok;
3rd year
Pobranie
sumaryczne;
total uptake
42,3
0,92
0,44
0,58
1,94
67,4a* ± 1,6
17,8ab ± 0,4
53,0d ± 1,6
57,6
2,20
0,89
0,84
3,92
66,7a ± 0,8
17,8ab ± 0,2
34,3b ± 0,5
41,4c ± 0,7
43,8
1,45
0,85
0,72
3,02
66,9a ± 1,4
17,3a ± 0,4
34,7a ± 1,2
28,2a ± 1,2
38,4bc ± 1,9
33,5
0,86
0,68
0,80
2,34
68,4a ± 1,6
17,4ab ± 0,3
44,3b ± 3,0
28,3a ± 1,9
33,2a ± 0,3
35,5
1,10
0,70
0,59
2,39
68,8a ± 1,4
19,8c ± 0,4
Kompost z osadu i słomy;
compost from sludge and straw
51,0bc ± 1,5
32,0ab ± 2,3
33,6ab ± 0,8
39,6
1,16
0,66
0,57
2,39
69,6a ± 1,5
17,3a ± 0,5
Mieszanina osadu i popiołu;
mixture of sludge and ash
44,9b ± 2,8
33,6b ± 1,0
34,5ab ± 1,6
37,6
0,92
0,77
0,64
2,34
70,0a ± 1,8
18,5b ± 0,2
Wnioski
II rok;
2nd year
III rok;
3rd year
48,6bc* ± 2,3
33,7b ± 0,9
41,8c ± 2,8
72,0d ± 1,0
40,8c ± 1,7
53,9c ± 4,1
x
Brak nawożenia;
no fertilization
Nawozy mineralne;
mineral fertilizers
Obornik;
manure
Kompost z odpadów zielonych;
compost from green waste
Osad ściekowy;
sewage sludge
I rok;
1st year
*
* średnia ważona; weighted mean; ** wartości średnie w kolumnach oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie statystycznie przy poziomie istotności α ≤ 0,05, według testu Duncana (SE – błąd standardowy);
mean values in columns marked with the same letters do not differ statistically significantly at α ≤ 0.05, according to the Duncan test (SE – standard error)
•
Największą zawartość cynku stwierdzono w kukurydzy nawożonej nawozami mineralnymi, ale mieściła się ona w zakresie zawartości dopuszczalnych
przy paszowym wykorzystaniu kukurydzy. Rośliny nawożone materiałami organicznymi pochodzenia odpadowego zawierały istotnie mniej tego pierwiastka.
• Zawartość cynku ogółem w glebie nie wykazywała statystycznie istotnego zróżnicowania w zależności od zastosowanego nawożenia.
• W porównaniu do nawożenia mineralnego i obornikiem istotnie więcej cynku w formach łatwo dostępnych dla roślin stwierdzono tylko w glebie nawożonej
osadem ściekowym. W glebie tej wykazano największy procentowy udział zawartości form przyswajalnych cynku w jego zawartości ogółem.
Literatura
[1].
[2].
[3].
[4].
[5].
Wyniki badań zrealizowane w ramach tematu nr 3101 zostały sfinansowane z dotacji na naukę przyznanej przez MNiSW.
Tabak M., Filipek-Mazur B. 2011. Formation of maize field as a result of fertilization with organic materials. Ecol. Chem. Eng. A, 18, 9-10.
Tabak M., Filipek-Mazur B. 2012. Content and uptake of nitrogen by maize fertilized with organic materials derived from waste. Ecol. Chem. Eng. A, 19(6), 537-545.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. D.U. 2015, poz. 257.
Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin. Katalog. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa.
Mossop, K. F., Davidson, C. M. 2003. Comparison of original and modified BCR sequential extraction procedures for the fractionation of copper, iron, lead, manganese and zinc in soils and sediments. Anal. Chim. Acta, 478, 111–118.
Streszczenie; Celem badań było określenie wpływu nawożenia odpadowymi materiałami organicznymi na zawartość i pobranie Zn przez kukurydzę oraz na zawartość ogólnych i przyswajalnych form Zn w glebie. Trzyletnie doświadczenie polowe obejmowało
7 obiektów: glebę nienawożoną (kontrola) oraz glebę nawożoną nawozami mineralnymi, obornikiem, kompostem z odpadów zielonych, osadem ściekowym, kompostem z osadu i słomy oraz mieszaniną osadu i popiołu z węgla kamiennego. Obornik zawierał
223 mg Zn ∙ kg-1 s.m. (z nawozem wprowadzono 1,25 kg Zn ∙ ha-1), natomiast materiały organiczne zawierały 285-855 mg Zn ∙ kg-1 s.m. (dawka 3,16-6,78 kg ∙ ha-1). Rośliną testową była kukurydza uprawiana na kiszonkę. Zawartość Zn oznaczono metodą
ICP-AES. W trakcie badań nie stwierdzono zanieczyszczenia gleby pierwiastkiem, a zawartość Zn w kukurydzy nie przekraczała dopuszczalnej wartości dla roślin wykorzystywanych paszowo (średnia ważona zawartość w roślinach wynosiła
33,5-57,6 mg Zn ∙ kg-1 s.m.). Największą zawartość Zn stwierdzono w kukurydzy nawożonej nawozami mineralnymi. Rośliny nawożone odpadowymi materiałami organicznymi zawierały istotnie mniej Zn od roślin nienawożonych lub zawartości te były
zbliżone. Sumaryczna ilość Zn pobranego z gleby obiektów nawożonych była większa od ilości pobranej z gleby nienawożonej (najwięcej pierwiastka zostało pobrane z gleby nawożonej nawozami mineralnymi). Nie wykazano wpływu nawożenia na zawartość
Zn ogółem w glebie. Największą zawartością form przyswajalnych cechowała się gleba nawożona osadem ściekowym.
Abstract: The aim of the research was to determine the effect of fertilization with waste organic materials on the content and uptake of Zn by maize as well as on the total and available Zn content in soil. A three-year field experiment comprised 7
treatments: a non-fertilized soil (control) as well as a soil fertilized with mineral fertilizers, manure, green waste compost, sewage sludge, compost from sludge and straw, and a mixture of sludge and hard coal ash. The manure contained 223 mg Zn ∙ kg-1
d.m. (1.25 kg Zn ∙ ha-1 was introduced with the fertilizer), whereas the organic materials contained 285-855 mg Zn ∙ kg-1 d.m. (doses 3.16-6.78 kg ∙ ha-1). Maize cultivated for silage was the test plant. Zn content was determined by ICP-AES. During the
research, no soil contamination with Zn was found. Zn content in the maize did not exceed the permissible content for fodder plants (weighed mean content in the plants reached 33.5-57.6 mg Zn ∙ kg-1 d.m.). The highest Zn content was observed in the
maize fertilized with mineral fertilizers. The plants fertilized with waste organic materials contained significantly less Zn than the control plants, or these contents were similar. Total uptake of Zn from the fertilized soils was higher than the uptake from the
control soil (the highest uptake was from the soil fertilized with mineral fertilizers). No effect of fertilization on total Zn content in soil was determined. The soil fertilized with sewage sludge had the highest content of available forms of Zn.