Ipari melléktermékek vizsgálata a növények tápanyag-utánpótlásában

Átírás

1 Tóth Brigitta 1,2 Gombás Dániel 1 Bojtor Csaba 1 Hankovszky Gerda 1 Lehoczky Éva 2 Ipari melléktermékek vizsgálata a növények tápanyag-utánpótlásában Examination of industrial by-products in plant nutrition supply btoth@agr.unideb.hu 1 Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Növénytudományi Intézet, Mezőgazdasági Növénytani, Növényélettani és Biotechnológiai Tanszék, 4032 Debrecen, Böszörményi u Magyar Tudományos Akadémia, Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani és Agrokémiai Intézet, 1022 Budapest, Herman Ottó út 15. Összefoglalás Az ipari melléktermékek folyamatosan keletkeznek a gyártási folyamatok során. Ezek az anyagok akkor használhatók növényi tápanyagként, ha magas a növények számára fontos tápanyagtartalmuk, és nem veszélyesek a környezetre. Kutatásunk általános célkitűzése az volt, hogy olyan alternatív lehetőségeket tárjunk fel és ismertessünk, amelyek a hagyományos műtrágyákkal, ipari melléktermékekkel és bioaktív anyagokkal együttesen biztosíthatnának alternatívát a jelenlegi műtrágyázási gyakorlat mellett, mint amilyenek az organikus-, a kis költségű gazdálkodás, vagy a megújuló termékekre alapozott tápanyag-utánpótlás. Kísérleti növényként kukoricát (Zea mays L. cv. DKC5170) használtunk. A növényeket tenyészedényekben neveltük 3 hétig. A kísérletet kétféle talajjal állítottuk be, mészlepedékes csernozjom (Debrecen-Látókép, ph H2O 6,58), valamint humuszos homoktalajon (Debrecen-Pallag, ph H2O 5,6). Az alkalmazott kezelések az alábbiak voltak: kohászati mésziszap, köszörűiszap, füstgázpor, korom, cellulóz iszapos emulzió és olajos emulzió. A felsorolt melléktermékek 5 g dm -3 mennyiségben kerültek alkalmazásra. Mind a két talaj típust 1:3=talaj:kvarc arányban kevertük, a jobb textura elérése érdekében. A kísérlet kiértékelésekor (21 nap) mértük a hajtás és a gyökér száraz tömegét valamint a relatív klorofill-tartalmat (SPAD-Units). A kukorica gyökerének száraz tömege a füstgázporos kezelést kivéve meghaladta a kontroll értéket. A hajtás száraz tömegében a mésziszap, köszörűiszap és korom kezeléseknél tapasztaltunk növekedést a csernozjom talajon nevelt kukoricánál. Homoktalajon a kukorica gyökerének száraz tömege a korom kezelést kivéve csökkent a kontrollhoz képest. A hajtás száraz tömegében mindenhol csökkenést tapasztaltunk. A relatív klorofill tartalom a kukorica második levelében nőtt, amikor mésziszap, füstgázpor, cellulóz iszapos olaj és korom kezelést alkalmaztunk. Ugyanakkor a köszörűiszap kezelést kivéve nőtt a harmadik levél relatív klorofill tartalma a kontrollhoz viszonyítva homoktalajon. A csernozjom talajon nevelt kukorica második és harmadik levelében is csökkent a relatív klorofill-tartalom a kontroll értékhez mérten minden kezelés hatására. 457

2 Bevezetés A növénytermesztési kutatások jövőbeli fejlesztésének specifikus jellemzői a fenntarthatóság, a környezetvédelem, a minőség és a hatékonyság. A fenntartható gazdálkodás sokat hangoztatott megvalósítása olyan kutatási programokat igényel, melynek eredményei a hazai termelési, műszaki, ökológiai feltételek mellett is alkalmazhatók (Pepó, 2001). A mezőgazdasági termelés növelésének, illetve a sikeres növénytermesztésnek nélkülözhetetlen eszköze talajaink védelme, termékenységük megőrzése. Talajaink termékenységének fenntartása és állandó fokozása csak komplexebb hatású talajjavító és termésnövelő hatású anyagok választékának bővítésével oldható meg (Balogh, 1999). Az ipari termelés során rendkívül nagy mennyiségű melléktermék keletkezik, amelyek elhelyezése számos helyen környezeti ártalmakkal párosul. A melléktermékek is energiaigényes folyamatokban keletkeznek. Többségük nagy mennyiségben tartalmaz a növények számára is fontos tápelemeket. A melléktermékek mezőgazdasági felhasználása lehetőséget kínál a költségesen előállított műtrágyák mennyiségének csökkenésére. Használatuk kritériuma, hogy ne szennyezzék a környezetet, ne legyenek toxikusak a növényekre, és alkalmazásukkal, a költségesen előállítható kemikáliák legyenek kiválthatók. A talaj - bizonyos határig - képes a talajba jutó szennyező anyagok kedvezőtlen hatását tompítani, megakadályozva azok oldódását, mozgását, ezáltal a felszíni vagy a felszín alatti vizekbe jutását, illetve azok növény általi felvehetőségét, s ily módon a növény -> állat -> ember táplálékláncba kerülését. A toxicitás talaj-, növény-, állat-, illetve ember-specifikus fogalom, amit a szóban forgó elem összes mennyiségén túlmenően az oldhatóság, mozgékonyság és felvehetőség határoz meg, ami nagymértékben függ a talaj vízháztartásától. A hígtrágya, a szerves- és műtrágyák elsősorban "tápanyagterhelésükkel" jelentenek veszélyt a környezetre, vízkészleteinkre, s ezen belül is ivóvízbázisunkra (Várallyay, 1990). A talajra kihelyezett, vagy a talajba juttatott különböző eredetű és kémiai összetételű hulladékok, szennyvizek és szennyvíziszapok viszont elsősorban káros alkotórészeikkel, nehézfém- és detergenstartalmukkal szennyezik a talajt és környezetet (Várallyay, 1995). Olajjal szennyezett területeken a legfőbb gondot a heterogenitás, a korlátozott nedvesség, alacsony nitrogén és szerves anyag tartalom, valamint a korlátozott foszfor-felvétel jelenti. Olajjal szennyezett területek növényekre gyakorolt hatásának vizsgálatára elsősorban erdősorban erdőtelepítéssel végzett vizsgálatok állnak rendelkezésre. Tűlevelű (pl. erdei fenyő (Pinus sylvestris)) és lombhullató fákkal (ezüst nyír (Betula pendula), fekete éger (Alnus glutinosa)) egyaránt kísérleteztek (Püttsepp és mtsai. 2007). 458

3 A füstgázpor talajjavító vagy talajmeszező anyagként való felhasználására savanyú talajokon kerülhet sor. Számos füstgázpor nem tartalmaz elegendő meszet, CaCO 3-ot vagy CaSO 4-et. A gipsz (CaSO 4* 2H 2O) oldékonysága miatt könnyen bemosódik a talajba, ezáltal csökkenti az Al toxicitását, különösen alacsony 5,0-5,5 ph esetén. A talaj tulajdonságinak javítására elsősorban Ca és S szükséges. A Ca és a S is esszenciális elemek a növények növekedésében. A gyökerek jobban, intenzívebben növekednek gipszezett talajon (ez a szikes talajok javításánál alkalmazott eljárás). A fejlettebb gyökér több vizet és tápanyagot képes felvenni. A fejlettebb gyökér szárazság idején is jobban képes vizet felvenni, mivel mélyebb rétegekbe képes lehatolni. Ritchey és mtsai (1980) kukoricán vizsgálta a gipsz hatását. A gipsz pozitív hatását a növények növekedésére több kutató is vizsgálta (Alcordo és Rechcigl, 1993; Shainberg és mtsai 1989). Clark és mtsai. (1995) a kedvező hatások mellett káros hatásokat is megfigyeltek. Anyag és módszer Kísérleti növényként kukoricát (Zea mays L. cv. DKC5170) használtunk. A magvak felületének fertőtlenítését 6%- os H 2O 2-dal végeztük el. A fertőtlenített magvakat desztillált vízzel többször öblítettük, majd 10 mm-os CaSO 4 oldatban 4 óráig áztattuk a jobb csírázás érdekében. A kukorica magvakat a fentebb említett felületi fertőtlenítés után előcsíráztatás nélkül egy erre a célra készíttetett 30 cm magas, 5 cm átmérőjű, alulról zárt műanyag hengerbe helyeztük. A talajt a szántóföldi vízkapacitás 50 %- áig nedvesítettük. A jobb talajszerkezet elérése érdekében 1:3 arányban kvarcot (0,6-1,2 mm) kevertünk a talajhoz. Az így kapott hengereket digitális mérlegen lemértük, és az evapotranspirációs veszteséget minden nap pótoltuk. Az alkalmazott kezelések: füstgázpor, korom, kohászati mésziszap, köszörűiszap, cellulóz iszapos olaj és olajos emulzió. A vizsgált melléktermékeket a Kristály-2000 Környezetgazdálkodási Kft. bocsátotta rendelkezésünkre. A vizsgált melléktermékekben található elemek mennyiségét az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat: a vizsgálatba vont ipari melléktermékekben (füstgázpor, korom, olajos emulzió, cellulóz iszapos olaj köszörűiszap, mésziszap) található fontosabb elemek mennyisége (mg kg -1 ) Melléktermék Toxikus elemek Esszenciális elemek Al Cr Mn Ni Pb Ca Fe K Mg P S Füstgázpor 1, ,02 ND ,8 650 Korom 2, jún 12,4 10,4 22, Olajos emulzió 05.okt ,81 3,81 12,6 95,5 11,1 9,13 11,2 39, Cell.iszapos olaj febr jan , , ,2 Köszörűiszap , ND 585 Mésziszap 3, ,

4 Az elvégzett kísérletekhez a Debrecen-Pallagról származó humuszos homoktalaj és Debrecen-Látóképről begyűjtött mészlepedékes csernozjom talajt használtunk. A talaj mért paraméteriet a 2-3. táblázatok mutatják be. 2. táblázat: a Debrecen-Látóképről származó mészlepedékes csernozjom talaj paraméterei Vizsgált paraméter Arany-féle kötöttsége szám (KA) 43 Fizikai talajféleség csernozjom ph (H 2O) 6,58 ph (KCl) 5,71 KCl-oldható NO 3-N+NO 2-N (mg kg -1 ) 8,04 Al-oldható P 2O 5 (mg kg -1 ) 199 Al-oldható K 2O (mg kg -1 ) 451 Al-oldható Na (mg kg -1 ) 332 KCl-oldható Mg (mg kg -1 ) 176 KCl-oldható SO 4-S (mg kg -1 ) 6,04 KCl-EDTA oldható Cu (mg kg -1 ) 5,79 KCl-EDTA oldható Zn (mg kg -1 ) 7,90 KCl-EDTA oldható Mn (mg kg -1 ) táblázat: a Debrecen-Pallagról származó talaj mért paraméterei Vizsgált paraméter Leiszapolható rész (Li%) 10 Higroszkóposság (hy) 0,7 Arany-féle kötöttsége szám (KA) 30 Fizikai talajféleség homok Térfogattömeg (g/cm 3 ) 1,6 Porozitás (%) 39 Minimális vízkapacitás (VK min) 24 ph (H 2O) 5,6 ph (KCl) 4,6 Hidrolitos aciditás 12,1 Humusztartalom (Hu%) 0,71 Szerves-C (mg%) 413 Összes-N (mg%) 70 Nitrát-nitrogén (mg/1000g) 3,8 Al-oldható P 2O 5 (mg/1000g) 89 Al-oldható K 2O (mg/1000g) 211 Eredmények és megvitatásuk A növények szerves anyag felhalmozása bonyolult biokémiai folyamatok összessége. Alapvetően a fotoszintézis és a légzés különbsége adja azt a szerves anyag tömeget, ami pl. egy vegetációs periódus végén a biológiai termést 460

5 jelenti. Ennek egy része a gazdasági termés, amit különböző céllal felhasználnak. A környezeti tényezők mindkét folyamat intenzitását meghatározzák, miközben a növény ultrastruktúrája, annak aktivitása a környezeti hatások érvényesülésének a feltételei. Az 1-2. ábrákon a kukorica hajtásának és gyökerének száraz tömege látható csernozjom illetve homoktalajon. 0,4 Hajtás Gyökér 0,3 (g növény -1 ) 0,2 0,1 0,0 Kontroll Füstgázpor Korom Olajos emulzió Cell.iszapos olaj Köszörűiszap Mésziszap Kezelések 1. ábra: a különféle kezelések hatása (füstgázpor, korom, olajos emulzió, cellulóz iszapos olaj köszörűiszap, mésziszap) a kukorica hajtásának és gyökerének száraz tömegére (g növény -1 ) csernozjom talajon A csernozjom talajon nevelt kukorica hajtásának és gyökerének száraz tömege 33 %-kal csökkent a füstgázpor kezelés hatására a kontrollhoz képest. A különbség szignifikáns. A hajtás száraz tömege 37, a gyökér száraz tömege 43 %-kal szignifikánsan nőtt a korom kezelésnél a kontrollhoz képest. A hajtás száraz tömegében csökkenés figyelhető meg az olajos emulzió és a cellulóz iszapos olaj kezeléseknél. A hatás száraz tömege 14 %-kal csökkent az olajos emulzió és 45 %-kal a cellulóz iszapos kezelésnél. Ezzel ellentétben a gyökér száraz tömege nőtt a kontrollhoz képest. A kukorica gyökerének száraz tömege 38 %-kal nőtt az olajos emulzió és 8 %-kal a cellulóz iszapos kezelésnél. A köszörűiszap és a mésziszap kezelések szintén pozitív hatással voltak a kukorica száraz tömegére

6 0,7 0,6 Hajtás Gyökér 0,5 (g növény -1) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Kontroll Füstgázpor Korom Olajos emulzió Cell.iszapos olaj Köszörűiszap Mésziszap Kezelések 2. ábra: a különféle kezelések hatása (füstgázpor, korom, olajos emulzió, cellulóz iszapos olaj köszörűiszap, mésziszap) a kukorica hajtásának és gyökerének száraz tömegére (g növény -1 ) homoktalajon A kukorica hajtásának száraz tömege minden alkalmazott kezelés hatására meghaladta a kontroll értékét homoktalajon. A legnagyobb növekedés a füstgázpor kezelésnél tapasztalható, itt a kedvező hatás 63 % volt. A homoktalajon nevelt kukorica gyökerének száraz tömege 38 %-kal szignifikánsan csökkent a füstgázpor kezelés hatására a kontrollhoz képest. Szintén csökkenést tapasztaltunk a gyökér száraz tömegében az olajos emulzió kezelésnél 58 %, míg a köszörűiszapnál 15 %-kal. Hatékony szerves anyag felhalmozás nem lehetséges a fotoszintetikus folyamatok nélkülözhetetlen alkotója, a klorofill nélkül. Az eltérő kezelések eltérően hatottak a növények szerves anyag felhalmozására, ami mögött a megváltozott fotoszintetikus aktivitás feltételezhető. A kukorica második és harmadik levelében mért relatív klorofill tartalom a 4. és 5. táblázatban látható. 462

7 4. táblázat: a kukorica második és harmadik levelében mért relatív klorofill tartalom (SPAD-Units) alakulása különféle kezelések hatására (füstgázpor, korom, olajos emulzió, cellulóz iszapos olaj köszörűiszap, mésziszap) csernozjom talajon Kezelések 2. levél 3. levél Kontroll 42,55± 2,64 41,56± 2,41 Füstgázpor 40,73± 3,03 39,60± 0,98 Korom 39,67±1,52 38,73± 2,08 Olajos emulzió 34,17± 7,24** 31,80± 5,01*** Cell.iszapos olaj 28,05± 2,32*** 22,66± 0,88*** Köszörűiszap 39,63± 1,07 38,26± 0,97 Mésziszap 38,75± 4,98 38,96± 2,58 A csernozjom talajon nevelt kukorica második és harmadik levélben mért relatív klorofill tartalom minden alkalmazott kezelésnél csökkent a kontrollhoz képest. 5. táblázat: a kukorica második és harmadik levelében mért relatív klorofill tartalom (SPAD-Units) alakulása különféle kezelések hatására (füstgázpor, korom, olajos emulzió, cellulóz iszapos olaj köszörűiszap, mésziszap) homoktalajon Kezelések 2. levél 3. levél Kontroll 28,32± 1,92 27,35± 2,61 Füstgázpor 39,15± 1,93*** 35,65± 2,75*** Korom 29,75± 1,59 30,07± 1,29 Olajos emulzió 30,07± 2,86 25,17± 3,40* Cell.iszapos olaj 31,85± 1,72 30,33± 1,98 Köszörűiszap 22,12± 1,29** 21,70± 1,48*** Mésziszap 35,27± 2,43 34,55± 3,17*** A kukorica második és harmadik levelében a relatív klorofill tartalom szignifikánsan nőtt a kontrollhoz képest homoktalajon. Az alkalmazott kezelések közül itt figyelhető meg a legnagyobb növekedés. A relatív klorofill tartalom 6 SPAD-egységgel szingifikánsan csökkent a kukorica második levelében és megközelítőleg 5,5 SPAD-egységgel szintén szignifikáns csökkenés tapasztalható a harmadik levélben. Következtetések Kísérletünk eredményei arra hívják fel a figyelmet, hogy a talaj-növény rendszer nagyban befolyásolja egy adott vizsgálati anyag esetünkben ipari melléktermék hatását

8 Köszönetnyilvánítás Tóth Brigitta publikációt megalapozó kutatása a TÁMOP A/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Felhasznált irodalom Alcordo I. S. Rechcigl J. E.: Phosphogypsum in agriculture: A review. Adv. Agron. 49, Clark R. B. Zeto S. K. Ritchey K. D. Wendell R. R. Baligar V. C.: Coal combustion by-product use on acid soil: effects on maize growth and soil ph and electrical conductivity. In: Karlen, D.L., Wright, Balogh I A talajjavítóanyag választék bővítésére irányuló kutatások főbb eredményei. Debreceni Agrártudományi Egyetem. Tiszántúli Mezőgazdasági Tudományos Napok. Agrokémiai és Talajtani Szekció, pp. Karlen D.L., Wright R. J., Kemper W.D. (eds), Agricultural Utilization of Urban and Industrial By-Products, pp American Society of Agronomy, Madison, WI. Pepó P.: A kutatás és innováció szerepe a növénytermesztés fejlesztésében. In: Innováció, a tudomány és a gyakorlat egysége az ezredforduló agráriumában. (Jávor A., Szemán L. eds) pp. Püttsepp Ü., Lõhmus K., Koppel A. (2007). Decomposition of fine roots and α-cellulose in a short rotation willow (Salix spp.) plantation on abandoned agricultural land. Silva Fennica vol. 41 no. 2 article id Ritchey K. D., Souza D. M. G., Lobato E., Correa O.: Calcium leaching to increase rooting depth in a Brasilian savanah oxisol. Agron J. 72, Várallyay Gy., Műtrágya, hígtrágya és az ivóvízkészlet. Egészségtudomány. XXXIV. (2) Várallyay Gy., A fenntartható mezőgazdaság és a talaj vízgazdálkodása. In: "A fenntartható fejlődés időszerű kérdései a mezőgazdaságban" c. XXXVII. Georgikon Napok, Keszthely (1995. szeptember ) kiadvány II. kötet