TECHNICKÁ UNIVERZITA VO ZVOLENELESNÍCKA FAKULTA

Aplikácia drevného popola do pôdya jeho vplyv

na chemizmus pôdy a výživu drevín

DIZERTAČNÁ PRÁCA

RNDr. Slavka Tóthová

Zvolen 2007

Úvod• Projekt „Energetické využitie

biomasy produkovanej v rezorte pôdohospodárstva“

• Etapa – „Výskum využitia popola vznikajúceho v procese energetického využitia biomasy“

• Termín: 2001- 2002• Výskum vlastností drevného

popola a dôsledkov jeho aplikácie na území Slovenska dovtedy nebol realizovaný.

Drevný popol odpad alebo hnojivo???

Ciele práce

1.1. Vlastnosti drevnVlastnosti drevnéého popolaho popola

� Popol z kotlov na dendromasu� Z rôznych druhov biomasy,

z chemicky neošetreného dreva a odpadového dreva, z roštov a z filtrov tuhých znečisťujúcich látok

� Živiny a rizikové prvky� Ktorý je vhodný pre aplikáciu do

lesnej pôdy?

2.2. Dôsledky aplikDôsledky aplikáácie drevncie drevnéého ho popola do lesnej pôdypopola do lesnej pôdy

� Kyslá lesná pôda s výsadbou bukových sadeníc,

� Vplyv aplikácie popolao Pôduo Pôdny roztoko Výživuo Rast

� Dávky a termínu aplikácie

Legislatívny rámec • Zákon č. 223/2001 Z. z. o odpadoch a príslušné vykonávacie vyhlášky

(nakladanie s odpadmi, Katalóg odpadov)

• Zákon č. 136/2000 Z. z. o hnojivách a príslušné vykonávacie vyhlášky (Register hnojív, limity pre rizikové prvky, postup pri testovaní nových materiálov) 1)

• Smernica pre ťažbu dreva a kompenzačné hnojenie, Švédsko, 2002 2)

Limitné hodnoty rizikových prvkovv minerálnych hnojivách (SK) a v drevnom popole (SWE) [mg.kg-1]

30100300303SWE 2)

1050301,50,5SK 1)

AsCrPbCdHg

História využitia drevného popola

• Na minerálne chudobných pôdach v Austrálii a Afrike - priame spaľovanie dreva na pôde

• Dalmácia – zalesňovanie krasového územia

• Československo a Rusko – pri pestovaní sadeníc osiky

• Švédsko (1918)zalesnenie odvodneného rašeliniska, pestovanie borovíc, smrekov a briez

• Fínsko (1955)pozitívny vplyv draslíka a fosforu z popola pri pestovaní lesných drevín na rašeliniskách

www.forestscience.info (1939)

Súčasný výskum

Projekt RECASHProjekt RECASHRegular recycling of wood ashto prevent waste productionŠvédsko, Fínsko(lesnícke organizácie,producenti popola, majitelia lesov)

Projekt Projekt WOODWOOD--enen--MANMANWood for energyDánsko, Švédsko, Fínsko, Litva,Lotyšsko, Estónsko(výskumné organizácie)

Drevný popol

Výskumné plochy• Lesy obce Nálepkovo

• Po náhodnej ťažbe vznikla holina, ktorá bola v jeseni v roku 2000 zalesnená - buk lesný (Fagus sylvatica L.)

• Minerálne chudobné podložie – kambizem modálna kyslá

• Geochemické anomálie

• V nedávnej minulosti vplyv kyslých imisií zo spracovania rúd

Zrážky 765 mmTeplota 6,2oC

N.v. 660 mExpozícia S

Experimentálny dizajn

• POPOL - z roštového priestoru kotla, po spáleníčistého chemicky neošetreného dubového odkôrneného dreva

• Koncentrácia ťažkých kovov vyhovovala limitom pre minerálne hnojivá podľa platnej legislatívy SR

• pH 10,36, 30 % uhličitanov, 10 % Ca, 4,6 % K, 0,6 % Mg

1 t.ha-1

5 t.ha-1

5 t.ha-1-

Dávka popola

184

202

194

241

Počet sadeníc

Okolo sadenice0,4 x 0,4 m

Jar 2002P3

Okolo sadenice0,4 x 0,4 m

Jeseň 2001P2

CeloplošnáJeseň 2001P1

Bez zásahu-K

Spôsob aplikácieTermínPlocha

2001 2001 –– 20062006ODBERY VZORIEK a CHEMICKÉ ANALÝZY

DrevnýDrevný popolpopolPôdaPôdaPôdnyPôdny roztokroztokAsimilaAsimilaččnnéé orgorgáánynyBiometrickBiometrickéé meraniamerania

VÝSLEDKYVÝSLEDKYa a

DISKUSIA DISKUSIA

Drevný popol

• Analyzované vzorky drevných popolov z kotlov na spaľovanie dendromasy

• Palivo – dub, odkôrnený, neodkôrnený, s 10 až 20 % prímesou ag, tp, vr, smrek

• Kvalita drevného popola závisela od paliva, od teploty spaľovania a od miesta záchytu popola (rošt, filtre)

1 - popol z roštového priestoru2 - popol z filtrov

Drevný popol – obsah živínRozsah analýz: pH, uhličitany, Cox, Ca, Mg, K, P, Na, Mn, Fe, Al

• Najvýraznejšie zastúpený vápnik (do 23%) a draslík (maximum 5%), množstvo horčíka je pomerne nízke (1%).

• Čerstvý popol je silne alkalický (pH 10,17-12,93) a pred aplikáciou do pôdy je potrebná jeho stabilizácia

• Priemerný obsah uhličitanov 20,7 %, Cox 6,6 %• Priemerný obsah [%] : P (0,4), Na (0,3), Mn (0,4), Fe (1,5), Al (1,8)

Drevný popol – obsah ťažkých kovovRozsah analýz: Hg, Cd, Cr, Pb, As, Cu, Zn, Mo, Ni

• Zistené prekročenie „slovenských limitov“ pre minerálne hnojivá :• Hg 0 % vzoriek• Cr 10% vzoriek• Pb 14% vzoriek• Cd – 62% vzoriek• As – 66% vzoriek• „švédsky limit“ – prekročili len 4 vzorky (2-krát Cr a 2-krát As)

Drevný popol z filtrov a odpadového dreva

• Drevný popol z filtrov TZL niekoľkonásobne vyššie koncentrácie Hg, Cd, Pb, As a Zn v porovnanís roštovým popolom

• Drevný popol z odpadového dreva-zvýšené množstvo Cr, Cu, As a Hg

Nie sú vhodné pre aplikáciu do lesnej pôdy

Pôda

Odbery vzoriek 2002 a 2005Rozsah analýz: pH,C,N, Ca, Mg, K, P, ťažké kovy

• Na kontrolnej ploche v koreňovom priestore drevín veľmi kyslá pôda (aktívna reakcia 4,37, výmenná 3,45), s veľmi nízkym množstvom prístupných živín

• Ca (233 mg.kg-1), Mg (44,4 mg.kg-1), K (39,2 mg.kg-1), P (3,01 mg.kg-1)

• Vyššie množstváťažkých kovov v povrchovej vrstve pôdy (olovo a ortuť) pozostatok predošlej imisnej záťaže

• Rok 2005 - dynamika pôdnych zmien na plochách po odlesnení (zrýchlenie mineralizácie humusu, pokles zásob celkového uhlíka a dusíka, zvýšenie koncentrácie ťažkých kovov (Pb, Hg) v koreňovom priestore drevín)

Pôda – zmeny pH

Aplikácia 5 t.ha-1

• V 1. roku aktívne pH stúplo v povrchovej 2-cm vrstve o 1,3 (P2 – k sadeniciam)) až 2,37 (P1 - celoplošne) jednotiekAplikácia 1 t.ha-1

• Zmeny hodnôt pH po aplikácii nižšej dávky v prvom roku nenastali, boli zrejmé až vo 4. vegetačnom období

Pôda – zmeny prístupných živín

• Zvýšenie množstva prístupných živín po aplikácii drevného popola sa prejavilo najmä v povrchovej 2 cm vrstve pôdy, ale zrejmé pozitívne zmeny nastali aj v koreňovom priestore drevín a to najmä po 4 rokoch od aplikácie - pozitívny vplyv na rastové procesy

Pôdny roztok

Asimilačné orgány

ODBERY 2002, 2003, 2005Rozsah analýz: makroelementy, ťažké kovy, mikroelementy

• Draslík - zvýšenie množstva od 30 do 41 %, v závislosti od termínu a dávky popola

• Vápnik - najvýraznejšie (o 43%) vzrástol na ploche s jarnou aplikáciou (P3), keď vápnik zľahko rozpustných zlúčenín bol uvoľnený do pôdneho roztoku a následne prijatý drevinami

• Trend zvýšených obsahov Ca a K pretrvával aj 4 vegetačné obdobia od aplikácie drevného popola.

• Dusík - vzrástol najmä v prvom vegetačnom období po aplikácii. Zásaditý charakter drevného popola urýchlil mineralizáciu a vymývanie dusíka najmä v prvej polovici vegetačného obdobia v roku 2002.

• Obsah ťažkých kovov– pokles Cd, Pb, Hg v 1. a 2.roku, nárast vo 4.• Najviac zistených porúch vo výžive- na kontrolnej ploche

Zmiernenie vizuálnych symptómov nedostatku draslíka v 2. vegetačnom období po aplikácii popola. Na obr. vľavo sadenica z plochy P2, po jesennej aplikácii väčšej dávky popola (množstvo draslíka v listoch 5 633 mg.kg-1), na obr. vpravo sadenica z plochy P3, po jarnej aplikácii menšej dávky popola (množstvo draslíka v listoch 8 104 mg.kg-1).

Asimilačné orgány - mikroelementy

• Pokles obsahu Mn a Fevplyvom zmien pH pôdy

• Minimálne zmeny Zn• Mierny pokles Cu na

plochách s vyššou dávkou

• Bór - obsah vzrástol na všetkých plochách po aplikácii popola, najvýraznejšie na ploche P2 (64%), po jesennej aplikácii dávky popola 5 t.ha-1

Rast drevín

4 roky po aplikácii drevného popola :

• Sadenice na ploche P2 vyššie o 11% a hrubšie o 23%, ako na kontrolnej ploche (£=0,005)

• Podobný trend aj na ploche P3, len štatisticky nepreukázaný (obidve plochy hnojené spôsobom okolo sadenice)

• Pomer C/N < 20

Mortalita drevín

Aplikácia popola priaznivo ovplyvnila počet sadeníc, ktoréprežili do roku 2005:

• Na kontrolnej ploche prežilo 24%

• Na plochách s cielenou aplikáciou popola k sadeniciam 48% (P3) a 52% (P2).

• Na ploche s celoplošnou aplikáciou popola v silnejšej dávke(P1) prežilo 25% sadeníc

Návrh výskumných aktivít

• Stabilizačné postupy na zníženie alkality popola (transformácia oxidov bázických živín na uhličitany)

• Metódy na odstraňovanie ťažkých kovov z popola, ktorénespôsobia pokles obsahu draslíka

• Otázka aplikačných dávok, termínu a spôsobu aplikácie• Vek drevín, kedy dokážu drevný popol najlepšie

a najbezpečnejšie využiť• Dlhodobý vplyv popola na zložky lesných ekosystémov

• Vypracovanie bezpečného a ekonomicky efektívneho postupu aplikácie drevného popola v lesoch Slovenska

Záver

• Prvé poznatky o vlastnostiach drevných popolov na Slovensku, ako aj prvé poznatky o možnostiach a dôsledkoch ich aplikácie do kyslej lesnej pôdy s výsadbou bukových sadeníc

• Úroveň svetového poznania je najrozsiahlejšia v oblasti vplyvu popola na staršie ihličnaté porasty a rašeliniská

• V období klimatických zmien, keď smrekové monokultúry odumierajú a pravdepodobne budú musieť byť nahradenélistnatými drevinami, drevný popol môže predstavovať vhodnéa ekonomicky dostupné hnojivo v lesnom hospodárstve

ĎĎakujem za pozornosakujem za pozornosťť

RNDr. RNDr. SlavkaSlavka TTóóthovthovááNNáárodnrodnéé lesnlesníícke centrumcke centrum

VýskumnVýskumnáá stanica Kostanica Koššiceice