Komplementációs vizsgálatok a biogáz üzemi présvíznél

Átírás

1 Hankovszky Gerda 1 Bojtor Csaba 1 Nagy László 1 Gombás Dániel 1 Tóth Brigitta 1,2 Komplementációs vizsgálatok a biogáz üzemi présvíznél Complementation examination at the fluid by-product of biogas factory gerda.hankovszky@gmail.com 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. Absztrakt A modern földhasználat egyik fontos iránya, a fenntartható fejlődés elősegítése, ami által fenntartjuk a környezetünk jó állapotát a jövő generációi számára. A fenntartható mezőgazdálkodással szembeni egyik legfontosabb elvárás, hogy csökkentsék a felhasznált kemikáliák mennyiségét, a jövedelmezőség fenntartása mellett. Ennek egyik formája lehet a biogáz üzemben a termelés során keletkezett melléktermékek újrahasznosítása. Az egyik ilyen melléktermék a folyékony fázis, más néven a présvíz. Ezt mezőgazdasági célokra használt területeken trágyázásra is lehet alkalmazni, mivel tartalmazza azokat a tápelemeket (pl. N, Ca, Mg, P, S, K), amikre a termesztendő növényeknek szükségük van, ezáltal használatával csökkenthető a műtrágyák felhasználása. Vizsgálatunkat a biharnagybajomi biogáz üzem gyártástechnológiája során keletkezett melléktermékkel, présvízzel végeztük. Vizsgálatunk célja az volt, hogy meghatározzuk a présvíz hatását N, P, K, Ca és Mg hiányos tápoldaton nevelt kukoricánál. Kísérletünket hidropóniás körülmények között, klímakamrában végeztük. A környezeti feltételek szabályozottak voltak. Kísérleti növényként kukoricát (Zea mays L. cv. DKC 5170) használtunk. A présvízet 50 ml dm -3 mennyiségben adtuk a tápoldathoz. A kísérlet felszámolásakor (21. napon) mértük a növények relatív klorofill tartalmát, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségét (klorofill-a, b és karotinoidok), valamint a hajtás és a gyökér száraz tömegét. Azt tapasztaltuk, hogy a présvízzel kiegészített tápelem hiányos tápoldatokon nevelt növények többsége szebben fejlődött és kedvezőbb értékeket mutattak a fiziológiai vizsgálatok során, mint a présvíz hozzáadása nélküli tápoldaton nevelt kukoricák. Megállapítható, hogy a biogáz üzemi présvíz kedvezően hatott a kísérletbe vont tápelem hiányos növényekre. Bevezetés A mezőgazdaságban dolgozók - akikre nagy felelősség hárul a környezet jó állapotának megőrzése iránt - egyre inkább arra törekednek, hogy gazdálkodás során óvják a környezetet, ne rontsák annak meglévő jó állapotát, esetleg javítsák is azt. Az 1960-es években, amikor megjelentek az első komolyabb környezetvédelmi mozgalmak, tanácskozások, egyre nagyobb hangsúlyt kapott a fenntartható fejlődés fogalma. Az ipari forradalom óta az emberiség növekvő ütemben használja ki a Föld természeti erőforrásait, főként a fosszilis erőforrásokat, amik mint már tudjuk nem állnak véges rendelkezésünkre, egy idő után kimerülnek. Manapság különböző agrotechnikai eszközök állnak a gazdálkodók rendelkezésére, hogy minél eredményesebben dolgozhassanak. Ilyen eszközök lehetnek a változatos talajművelési eljárások, irányzatok, azok gépei, a műtrágyázás lehetősége, a herbicidek-, peszticidek használata. Ezek a munkaműveletek energiaráfordítással járnak, amelyekhez szükséges energiát a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásával nyerik. A fenntartható földhasználat meghatározó célja, hogy ezeket az energia befektetéseket a lehető legalacsonyabb szintre hozza, azáltal, hogy munkaműveleteket von össze, a kémiai növényvédőszerek helyett természetes biológiai eszközökhöz nyúl, tápanyag gazdálkodási terveket készít, ami által elkerülheti a felesleges műtrágya adag felhasználását, esetleg helyettesíti azokat alternatív tápanyag utánpótlási lehetőséggel. Egyik ilyen alternatív tápanyag utánpótlási lehetőség lehet a biogáz üzemek melléktermékeként keletkező folyékony rész, az úgynevezett présvíz mezőgazdasági célú alkalmazása. A növénytermesztés során a gazdálkodók gyakran találkoznak különböző hiánytüneteket mutató egyedekkel, amik nem kedveznek a gazdálkodás sikerességének, mivel ezek valamilyen esszenciális tápelem hiányára utalnak, ami által termés minőség, vagy termés mennyiség csökkenés alakulhat ki. Ennek a problémának a megoldása történhet a megfelelő műtrágya adagok növelésével, de ezek nem követik a fenntartható fejlődés célkitűzéseit, ezért szerettem volna megvizsgálni, hogy a biogáz üzemi présvíz alkalmazása alkalmas-e ezeknek a hiánytüneteknek a mérséklésére, kezelésére. 144

2 Vizsgálatom tárgya az, hogy meggyőződjek arról, hogy különböző tápelem hiányos tápoldaton nevelt növények számára a présvíz adagolása biztosítja a hiányzó tápanyagmennyiséget, anélkül, hogy azok hiánytüneteket produkálnának, vagy súlyosabb fiziológiai károsodás érné őket. Célom, hogy bizonyítsam a présvíz kedvező hatásait, ezáltal a mezőgazdaságban való jövedelmező alkalmazhatóságát. Irodalmi áttekintés A mezőgazdasági és erdőgazdasági termékek előállítási folyamatában keletkező anyagokból gáz halmazállapotú energiahordozók - pl.: biogáz - is előállíthatóak fermentációs és anaerob rothasztás útján (Woperáné et al., 1996), aminek forrása lehet trágya és hígtrágya (sertés, szarvasmarha, baromfi), vágóhídi hulladék, konzervipari hulladék, növénytermesztési zöldhulladék, éttermi hulladék, szennyvíziszap, kommunális szennyvizek (Barótfi et al., 2011), konyhai hulladék és alga (Antwi et al., 2010). Az állattartó telepek számára lényeges előrelépés, hogy a nagy mennyiségű trágya tárolása nem okoz gondot, mivel ezt újrahasznosítással oldják meg (Czupy és Vágvölgyi, 2011) a biogáz üzemek létesítése által. Környezetvédelmi szempontból hosszú távon környezetbarát megoldást jelentenek a biogáz üzemek, amelyek összességében a közhasznúságot erősítik. Az üzemet működtetők hozzájárulnak a levegő tisztántartásához és csökkentik a nyersanyag veszteséget, különös tekintettel a nitrogént (Schulz and Eder, 2001). Mezőgazdasági előnyt jelent, hogy az erjesztésből visszamaradt présvizet mezőgazdasági célú tápanyag utánpótlásra lehet alkalmazni, mivel kevésbé károsítja a fejlődő növényeket, mint a nyers trágya, továbbá a tápanyag visszaforgatás miatt kevesebb műtrágyát kell alkalmaznunk (Berglund and Börjesson, 2006). A présvízben számos, a növények megfelelő fejlődéséhez elengedhetetlen makro- és mezoelem található, ilyen például a nitrogén, foszfor, kálium, magnézium, kalcium és a kén. A szén után a nitrogént igénylik a növények legnagyobb mennyiségben. Száraz anyaguk 1-5%-át a nitrogén teszi ki. A fehérjék, a klorofill, a koenzimek, a fitohormonok és a másodlagos anyagcseretermékek alkotójaként fontos szerepet játszik a növényi anyagcserében. Aminosav formájában épül be a levelekbe, vagy a gyökérbe. A gyökerek nitrogén ellátottsága meghatározó szerepet tölt be a növények növekedésében. A növények fő nitrogén forrása a nitrát és az ammónia, amit a gyökéren keresztül vesznek fel. A mezőgazdasági talajokban a nitrát általánosan nagyobb koncentrációban (1-5 mm) van jelen, mint az ammónia (20-200µM) (Owen and Jones, 2001), mivel a nitrát mobilisabb, ezáltal könnyebben felvehető a növények számára (Miller and Cramer, 2004). A nitrogén túladagolása és az egyoldalú nitrogéntrágyázás számos káros következménnyel járhat. Nitrogénbőség esetén a vegetatív szervek növekedése túlzott, ami az alsó szártagok beárnyékolásához vezethet, ennek következtében a fejlettebb felső részt nem bírják megtartani, és ez például a gabonák megdőléséhez vezet (Pethő, 1993). Tapasztalatok és kísérletek egyaránt bizonyítják, hogy a termés mennyiségi és minőségi mutatói legközvetlenebbül a nitrogénnel alakíthatóak. Egyetlen elem hiánya sem okoz olyan határozott növekedésgátlást és olyan elmaradást az állományban, mint a nitrogén. A nitrogén hiányát főként a növény gyatra növekedése, vékony levelei és fakó, világoszöld színe jelzi. A hiánytünetek elsőként az öreg leveleken jelentkeznek, azok zöld részei elsárgulnak és a nitrogén nem mobilizálódik a fiatal levelekbe. Ezt a jelenséget klorózisnak nevezik. További hiánytünetek közé sorolhatjuk a csökkent fehérjeképződést, ezáltal a fehérjetartalom csökkenését, a keményítő és cukor mennyiségének növekedését, a magvak korábbi érését, de apróbb termetét. Nitrogén hiány fellépésekor a bokrosodás kisebb mértékű. A szénhidrát többlet gyakran antocianidin képződéshez vezet és a növény vöröses színárnyalatú lesz (Richard-Molard et al., 2008). A trágyázásra használt foszfát legnagyobb része kő foszfátból származik, ami nem megújuló erőforrás (Cordell et al., 2009). Úgy jósolják, hogy a globális foszfát erőforrások, amiket főként trágyázásra használnak, a következő évben ki fognak merülni, mivel a folyamatosan növekvő népesség eltartása miatt egyre több élelem és rost előállítására lesz szükség (Gilbert, 2009). A foszfor nagyobb koncentrációban az élénk anyagcserét folytató szövetekben található, mivel a szénhidrát-anyagcsere foszforilált intermediereken keresztül valósul meg. A foszfor a generatív szervek megjelenését, a termésképzést serkenti. A foszforral bőven ellátott növények gyökérzete is fejlettebb, javul a víz- és tápanyag-ellátottsága, ezáltal a foszforral megfelelően ellátott növények vízgazdálkodása kedvezőbb. Foszforhiány esetén anyagcserezavar következik be, a fehérje, cukor és keményítőszintézis lelassul, a cellulózképződés felgyorsul. Foszforhiányban károsodik a szénhidrát- és nitrogénanyagcsere, a növény növekedésében visszamarad. A foszforhiányos növényeknél csökken a levél vastagság, a levélfelület (Fredeen et al., 1989) és a levelek száma (Lynch et al., 1991). Foszforhiány hatására a klorofilltartalomban több esetben is növekedést figyeltek meg (Rao and Terry, 1989), tekintve, hogy a foszforhiány

3 viszonylagos nitrogén bőséghez vezet, a levelek rendszerint sötétebbek, sőt vörös elszíneződés is tapasztalható (Hecht-Buchholz, 1967). A kálium egyértékű kation, amely egyik legnagyobb mennyiségben található meg a növényekben. A növényen belüli kálium felvételt és szállítást az integrált membrán fehérjék segítik, amelyek lehetővé teszik az elem mozgását a plazma membránon keresztül (Véry and Sentenac, 2003; Lebaudy at el., 2007). A kálium ionnak kiemelkedő szerepe van a növény-víz kapcsolatban (Hsiao and Läuchli, 1986). A kálium növeli a fagytűrést, fokozza a termésbiztonságot, a betegségekkel szembeni ellenállóságot, továbbá szerepe van a megdőlés veszélyének csökkentésében (Pethő, 1993). Hiánytünetei legtöbbször a nem megfelelően szabályozott vízháztartásból adódnak. Azok a szervek, amelyek hiányosan vannak ellátva, rosszul párologtatnak és a levelek csúcsai, szélei elhervadnak, elhalnak. Növekszik a növények aszállyal szembeni érzékenysége, a megdőlésre való hajlam és a kórokozókkal szembeni fogékonyság. A magnézium a növényekben sók formájában, ionos alakban szabadon, fehérjék, nukleinsavak és foszfolipidek anionos csoportjaihoz kötötten, illetve a klorofillban található. A növény a magnéziumot magnéziumion formában veszi fel. A magnézium felvételét erősen befolyásolják más ionok, például a káliumion, az ammóniumion (Kurvits and Kirkby, 1980), a kalciumion és a mangánion (Heenan and Campbell, 1981). A magnéziumnak a zöld levelekben fontos funkciója van, mivel a klorofill központi eleme. A magnézium nélkülözhetetlen eleme a kináz típusú foszforilálási reakcióknak, ezért hiányában általános az anyagcsere zavara. A más kationok által indukált magnéziumhiány elég gyakori jelenség (Werner, 1959). Tipikus tünete a levél erek között kialakuló sárgulás, majd elhalás, mely a széles levelű növényeknél márványosodás, a kalászosoknál pettyesedés formájában jelenik meg. Elsőként mindig az idősebb leveleken figyelhető meg, végül levélhulláshoz vezet. A növényi testben a kalcium jelentős része immobilis formában, főként Ca-pektát formájában található meg (Pethő, 1993). Legfőbb szerepe a makromolekulák felépítésében és szabályozásában van. Magas mennyiségben képes beépülni a növényekbe (az idős levelekben a száraz tömeg több mint 10%-át alkothatja), anélkül hogy toxikus tünetekkel járna, vagy súlyosan gátolná a növekedést (Egmond and Breteler, 1972). A kalciumnak nagy szerepe van a sótűrésben és a gyökér megfelelő növekedéséhez elengedhetetlen (Pethő, 1993). Kalcium mentes tápoldaton nevelt növények gyökerei nem fejlődnek megfelelő mértékben, csúcsi részül elnyálkásodik, megbarnul, majd elhal. Hiányakor membránkárosodás léphet fel, továbbá passzív ion be- és kiáramlás játszódik le. A növények a ként szulfát formájában veszik fel a gyökéren keresztül, ezáltal ez a legfontosabb kénforrásuk. A kénbaktériumok anaerob körülmények között oxidálják a szerves kénvegyületeket és ezekből hozzák létre a növények számára hozzáférhető formát, a szulfátot. A kétértékű szulfát aniont (SO 4 2-) a növény a gyökér sejtek segítségével veszi fel és ez a xilémbe és floémbe szállítódik (Hawkesford, 2003). A kén alapvetően fontos a zsírsavak szintézisében, megfelelő kénszint szükséges a megfelelő klorofilképződéshez is, továbbá több esszenciális növényi fehérje építőeleme. Kénhiány esetén a növényeknél a hajtás növekedése elmarad a gyökér növekedésétől. A kénhiány egyik jellegzetes következménye a levelek klorofill tartalmában bekövetkezett drasztikus csökkenés (Burke et al., 1986; Dietz, 1989). Anyag és módszer A vizsgálataimhoz felhasznált présvizet a biharnagybajomi biogáz üzemből gyűjtöttem, a telepvezető engedélyével. Kísérleti növényként kukoricát (Zea mays L. cv. DKC 5170) használtunk. A magvak felületének fertőtlenítését 6 %- os H 2O 2-dal végeztük el 20 percen keresztül. A fertőtlenített magvakat desztillált vízzel többször öblítettük, majd 10 mmolos CaSO 4 oldatban 4 óráig áztattuk a jobb csírázás érdekében. A magvakat nedves szűrőpapír között csíráztattuk, úgy, hogy a csíranövények polaritása természetes legyen.. A termosztát hőmérséklete 22 C volt. A 4 cm-es koleoptillel bíró kukorica csíranövényeket tápoldatra helyeztük. A kontroll növények neveléséhez az alábbi összetételű Monocot mikrooldatokat használtuk (1L-hez szükséges mennyiség): 0,618 g H 3BO 3, 0,845 g MnSO 4, 1,438 g ZnSO 4 * 7H 2O, 0,499 g CnSO 4 * 5H 2O, 0,124 g (NH 4) 6MO 7O 24 * 4H 2O. 146

4 A Ca, Mg, P, N és K tápelem hiányos növények nevelését úgy végeztük el, hogy a tápoldatok készítésekor kihagytuk azokból a vizsgálni kívánt hiánytüneteket okozó makroelemeket (Ca, Mg, P, N, K). A különböző makroelem hiányos tápoldatok összetétele a következő volt: - Ca hiányos tápoldat: 0,5M K 2SO 4 (14ml/L), 0,5M MgSO 4 (10ml/L), 0,1M KH 2PO 4 (10ml/L), 0,1M KCl (10ml/L), 0,5M NH 4NO 3 (40ml/L), mikrooldat (1ml/L) - Mg hiányos tápoldat: 0,5M Ca(NO 3) 2 (40ml/L), 0,5M K 2SO 4 (14ml/L), 0,1M KH 2PO 4 (10ml/L), 0,1M KCl (10ml/L), mikrooldat (1ml/L) - P hiányos tápoldat: 0,5M Ca(NO 3) 2 (40ml/L), 0,5M K 2SO 4 (14ml/L), 0,5M MgSO 4 (10ml/L), 0,1M KCl (10ml/L), mikrooldat (1ml/L) - N hiányos tápoldat: 0,5M K 2SO 4 (14ml/L), 0,5M MgSO 4 (10ml/L), 0,1M KH 2PO 4 (40ml/L), 0,5M CaCl 2 (10ml/L), mikrooldat (1ml/L) - K hiányos tápoldat: 0,5M Ca(NO 3) 2 (40ml/L), 0,5M MgSO 4 (10ml/L), 0,1M NaH 2PO 4 (10ml/L), 0,05M CaCl 2 (1ml/L), mikrooldat (1ml/L) A tápoldatokat 5L-es kiszerelésben készítettük el, desztillált vízzel felöntve és alaposan összerázva. A növények minden kezelésnél 1ml/L vasat kaptak, 0,1 mol-os Fe-EDTA formában. A présvízből 50 ml/l használtunk és ezt adtuk a présvízzel kiegészített kezeléseknél a tápoldathoz. A koncentrációkat a biogáz üzemi présvízzel végezett korábbi vizsgálataink alapján állapítottuk meg. A kísérleti növényeket 1,7 L-es edényekben neveltük. Tizenegy féle kezelést állítottunk be, 3 ismétlésben. Egy edényben 4 növényt neveltünk. 1.: Kontroll, tápoldat (kukorica 170 ml Monocot, napraforgó 170 ml Dicot + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz) 2.: 170 ml Ca hiányos törzsoldat + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 3.: 170 ml Ca hiányos törzsoldat + 85 ml présvíz + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 4.: 170 ml Mg hiányos törzsoldat + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 5.: 170 ml Mg hiányos törzsoldat + 85 ml présvíz + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 6.: 170 ml P hiányos törzsoldat + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 7.: 170 ml P hiányos törzsoldat + 85 ml présvíz + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 8.: 170 ml N hiányos törzsoldat + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 9.: 170 ml N hiányos törzsoldat + 85 ml présvíz + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 10.: 170 ml K hiányos törzsoldat + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz 11.: 170 ml K hiányos törzsoldat + 85 ml présvíz + 1,7 ml Fe-EDTA + desztillált víz A klorofill méréshez a 4 leveles növények második, illetve harmadik legfiatalabb, de már teljesen kifejlett leveleit használtuk. A relatív klorofill tartalmat SPAD-502 (MINOLTA, Japán) Chlorophyll Meter-rel mértük, kezelésenként 12 növényen, 60 ismétlésben. A fotoszintetikus pigmentek meghatározását spektrofotometriás méréssel végeztük METERTEK SP 80 készülékkel. A fotoszintetikus pigmentek a növényi szövetekből szerves oldószerekkel kivonhatóak, különböző analitikai eljárásokkal (pl. oszlopkromatográfia) egymástól elválaszthatóak. Spektrofotometriásan meghatározva az egyes pigmentek fényabszorpcióját, azt tapasztaljuk, hogy a klorofillok két abszorpciós maximummal jellemezhetőek: az egyik kék, a másik a vörös tartományban található. A a- és b-klorofill abszorpciós görbéje nem fedi egymást, a b-klorofill két maximuma közelebb van egymáshoz. A karotinoidok csak a kék tartományban abszorbeálnak (Pethő, 1993). Az a-klorofill értékét 480 nm-en, a b-klorofillt 647 nm-en és a karotinoid mennyiségét 667 nm-en mértük. A száraz tömeg meghatározásához a kezelésenként 12 mintákat 65 C-on tömegállandóságig szárítottuk, majd szobahőmérsékletre történt visszahűtés után analitikai mérlegen (OHAUS) mértük. A környezeti feltételek szabályozottak voltak: a fényintenzitás 300 µmol m -2 s -1, a hőmérséklet periodicitása 25/20 C (nappal/éjjel), a relatív páratartalom (RH) 65-75%, a megvilágítás/sötét periódus 16 óra/8 óra volt

5 Eredmények és értékelésük A növények relatív klorofill tartalma A kukorica nevelésének 20. napján mértük a 2. és 3. levél relatív klorofill tartalmát. A kálium hiányos kukorica 2. levelein és a kalcium hiányos kukorica 3. levelein nem tudtunk klorofill tartalmat mérni, mert azok nem fejlődtek ki a méréshez megfelelő mértékben. 1. táblázat: Kukorica 2. és 3. levelében mért relatív klorofill tartalom alakulása különböző kezelések hatására (Spad Units) n=60± S.D. kezelések 2. levél 3. levél 20. napon kontroll 41,41± 2,51 39,08± 3,82 -Ca 53,29± 3,17 0,00± 0,00 -Ca+pv. 38,14± 4,81 36,33± 4,42 -K 0,00± 0,00 21,11± 4,80 -K+pv. 39,65± 5,89 36,43± 2,79 -N 12,67± 2,97 16,04± 2,41 -N+pv. 41,01± 4,62 35,47± 3,92 -Mg 15,90± 3,61 21,64±2,23 -Mg+pv. 38,64±1,91 35,98±3,43 -P 18,87±7,01 25,94±2,06 -P+pv. 37,30±3,39 36,86±2,06 A kalcium hiányos kezelést kivéve, a présvízzel kiegészített tápoldaton nevelt kukorica leveleinek klorofill tartalma minden esetben nagyobb értékeket mutat, mint a tápelem hiányos növényeké. Legeredményesebb eltérést a nitrogén esetében figyelhetünk meg, ahol a második levélnél 28,34 SPAD egység, a harmadik levélnél pedig 19,43 SPAD egység klorofill tartalom növekedést mértünk, azaz a második levél klorofill tartalma 2,21- szer, a harmadik levél klorofill tartalma 3,23-szor nagyobb, mint a présvíz nélküli kezelés. Ez a présvíz kedvező tápanyag után pótló tulajdonságát igazolja. A kontrollhoz viszonyítva a kalcium hiányos kukoricán kívül az összes kezelés csökkentette a klorofill tartalmat a második levél esetében, a harmadik levélnél pedig minden egyes kezelés hatására csökkent a relatív klorofill tartalom. Fotoszintetikus pigmentek mennyisége (klorofill-a, b és karotinoidok) A fotoszintetikus pigmentek meghatározásakor a második levél esetében a kálium hiányos, a harmadik levél esetében a kalcium hiányos növényeknél nem tudtunk pigment mennyiséget mérni, mivel nem fejlődtek ki a levelek megfelelő mértékben. 2. táblázat: Kukorica 2. és 3. levelében mért fotoszintetikus pigmentek mennyiségének alakulása különböző kezelések hatására n=60± S.D. kezelések a klorofill b klorofill karotin 2. levél kontroll 10,20± 1,27 6,59± 0,49 5,98± 0,85 -Ca 18,07± 0,36 10,08± 0,81 13,26± 0,47 -Ca+pv. 11,81± 0,85 3,68± 1,16 7,72± 0,30 -K 0,00± 0,00 0,00± 0,00 0,00± 0,00 -K+pv. 12,83± 0,40 4,13± 0,70 7,62± 0,51 -N 5,75± 0,79 1,63± 0,23 4,60± 0,31 -N+pv. 13,20± 0,27 4,25± 0,17 8,01± 0,41 -Mg 7,11±0,26 1,30± 0,08 4,97± 0,32 -Mg+pv. 15,83± 0,35 5,65± 0,30 10,63± 0,28 -P 12,68± 0,29 4,40± 0,41 9,12± 0,57 -P+pv. 15,99± 0,63 6,28± 0,83 11,51± 0,67 3. levél 148

6 kontroll 12,65± 0,33 7,58± 0,47 5,73± 0,15 -Ca 0,00± 0,00 0,00± 0,00 0,00± 0,00 -Ca+pv 15,11± 0,48 5,73± 0,60 8,74± 0,57 -K 15,62± 2,45 6,40± 0,97 9,86± 0,91 -K+pv. 17,31± 0,83 8,68± 1,86 13,07± 0,82 -N 3,90± 0,49 1,02± 0,07 2,87± 0,42 -N+pv. 16,56± 0,30 7,00± 0,43 11,68± 0,31 -Mg 2,63± 0,07 0,29± 0,29 3,80± 0,36 -Mg+pv. 16,62± 0,46 7,06± 0,70 11,75± 0,70 -P 11,93± 0,40 3,79± 0,35 9,33± 0,74 -P+pv. 17,02± 0,10 7,66± 0,32 12,22± 0,35 A második levélben mért klorofill-a, klorofill-b és karotinoid mennyiségek is minden esetben nagyobb koncentrációban fordultak elő a présvízzel kiegészített tápoldaton nevelt növényekben, kivéve a kalcium hiányos kukoricák esetében. A kontrollhoz képest minden egyes kezelés csökkentette klorofill-b mennyiségét, ismét kivétel a kalcium hiányos kezelés. A klorofill-a és karotin koncentrációja minden kezelés hatására növekedett a kontrollhoz képest, kivéve a magnézium és nitrogén hiányos növényeknél. A fotoszintetikus pigmentek mennyiségi meghatározásakor a kukorica 3. levelének klorofill-a, klorofill-b és karotin tartalma minden egyes présvízzel kiegészített kezelésnél nagyobb értékeket mutatott, mint a présvíz nélküli kezeléseknél mért értékek. Hajtás és a gyökér száraz tömege 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 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. 1. ábra: Kukorica hajtás száraz tömege különböző kezelések hatására, n=12± S.D. Szignifikáns különbség a kontrollhoz viszonyítva: *p<0,05; **p<0,01;***p<0,001. A kukorica hajtásának szerves anyag felhalmozását vizsgálva megállapítottuk, hogy minden egyes kezelés szignifikánsan csökkentette a hajtás szerves anyag tartalmát a kontrollhoz képest és minden egyes présvízzel kiegészített kezelésnél nagyobb száraz tömeget értünk el, mint a présvíz nélkül nevelt kukoricáknál, kivéve a magnézium hiányos növények esetében

7 A kukorica gyökerének száraz tömegét vizsgálva láthatjuk, hogy itt is minden egyes kezelés hatására szignifikánsan csökkent a száraz tömeg. A gyökér száraz tömegének mérési eredményei alapján nem tapasztaltuk olyan kedvező hatást a présvizes kezeléseknél, mint a hajtásnál. Itt a kalcium, a nitrogén és a foszfor hiányos növények száraz tömege magasabb értékeket mutat, mint a présvízzel kiegészített növények gyökereinek tömege. 2. ábra: Kukorica gyökér száraz tömege különböző kezelések hatására, n=12± S.D. Szignifikáns különbség a kontrollhoz viszonyítva: *p<0,05; ***p<0,001. Következtetések A biogáz üzemek melléktermékeként keletkezett présvíz a növények számára nélkülözhetetlen, létfontosságú elemeket tartalmaz jelentős koncentrációban. A mért elemek koncentrációja optimálishoz közelinek tekinthető, így jelentős tápanyag-kiegészítő lehet a növények tápanyag-utánpótlásában. Jelentőségét fokozza, hogy egy melléktermék újrahasznosításáról lehet szó, tehát környezetvédelmi szerepe is jelentős. A különböző tápelem hiányos (Ca, Mg, P, N, K) tápoldatokon nevelt kukoricák kedvezően reagáltak a présvízzel kiegészített kezelésekre. A kísérlet elvégzése során a présvízzel kezelt növények szemmel láthatóan szebben fejlődtek, továbbá a felszámolás utáni eredmények is kedvező eredményeket mutatnak. A kalcium hiányos kezelést kivéve, a présvízzel kiegészített tápoldaton nevelt kukorica leveleinek klorofill tartalma minden esetben nagyobb értékeket mutat, mint a tápelem hiányos növényeké. A fotoszintetikus pigmentek mennyiségi meghatározásakor a kukorica 3. levelének klorofill-a, klorofill-b és karotin tartalma minden egyes présvízzel kiegészített kezelésnél nagyobb értékeket mutatott, mint a présvíz nélküli kezeléseknél mért eredmények. A hajtásban minden egyes présvízzel kiegészített kezelésnél nagyobb száraz tömeget értünk el, mint a présvíz nélkül nevelt kukoricáknál, kivéve a magnézium hiányos növények esetében. A gyökér száraz tömegének mérési eredményei alapján nem tapasztaltuk olyan kedvező hatást a présvizes kezeléseknél, mint a hajtásnál. Összefoglalás Munkánk során a Biharnagybajomi biogáz üzem gyártástechnológiája során keletkezett ipari melléktermék, más néven présvíz növényfiziológiai hatásait vizsgáltuk tápelem hiányos (Ca, Mg, P, N, K) kukorica növényeken. A vizsgált présvízben a növények számára esszenciális és toxikus elemek is megtalálhatók. Kísérletünk során mértük a különböző kezelések hatását a kukorica (Zea mays L. cv. DKC 5170) relatív klorofill tartalmára, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségére, továbbá a hajtás és a gyökér száraz tömegére. Eredményeink alapján javasoljuk a biogáz üzemi melléktermék tápanyag-utánpótlásra való alkalmazását, olyan területeken, ahol a termesztett növények megfelelő növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges esszenciális makro-, vagy mezoelemek a talajból hiányoznak. 150

8 Irodalom Antwi, E., Arthur, R., Baidoo, M.F. (2010): Biogas as a potential renewable energy source: A Ghanian case study. Barótfi, I., Fenyvesi, L., Kocsis, K.., Marosvölgyi, B. (1998): Biomassza energetikai hasznosítása, Energiagazdálkodási kézikönyv Phare. 9., p , Budapest Berglund, M., Börjesson, P. (2006): Assesment of energy performance in the life-cycle of biogas production. Enviromental and Energy Systems Studies LTH, Lund University, Gerdagatan 13, SE Lund, Sweden, Burke, J. J., Holloway, P., Dalling, M. J. (1986): Teh effect of sulfurdeficiency on the organization and photosynthetic capability of wheat leaves. Plant Physiol 125, Cordell, D., Drangert, J. O., White, S. (2009): The story of phosphorus: global food security and food for tought. Global Environ. Change 19, Czupy, I. és Vágvölgyi, A. (2011): Mezőgazdasági (növénytermesztés, állattartás, erdészeti) hulladékkezelés és hasznosítás, Veszprém: Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézet, 71 p. (Digitális Tankönyvtár) Dietz, K. J. (1989): Recovery of spinach leaves from sulfate and phosphate deficiency. J. Plant Physiol. 134, pp Egmond, F. van and Breteler, H. (1972): Nitrate reductase activity and oxalate content of sugar beet leaves. Neth. J. Agric. Sci. 20, pp Fredeen, A. L., Rao, I. M., Terry, N. (1989): Influence of phosphorus nutrition on growth and carbon partitioning in Glycine max. Plant Physiology 89, pp Gilbert, N. (2009): The disappearing nutrient. Nature 461, Hawkesford, M. J. (2003): Transporter gene families in plants: the sulphate transporter gene family redundancy or specialization? Physiol. Plant. 117, Hecht-Buchholz, C. (1967): Über die Dunkelfärbung des Blattgrüns bei Phosphormangel. Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 118, pp Heenan, D. P., Campbell, L. C., Carter, O. G. (1981): Inheritance of tolerance to high mangnese supply in soybean. Crop Science 21, pp Hsiao, T. C. and Läuchli, A. (1986): Role of potassium in plant water relations. In Advances in Plant Nutrition (B. Tinker and A. Läuchli eds.), Vol. 2. pp Praeger Scientific, New York. Kurvits, A. and Kirkby, E. A. (1980): The uptake of nutrients by sunflower plants (Helianthus annuus) growing in a continuous flowing culture system, supplied with nitrate or ammonium as nitrogen source. Z. Pflanzenernähr. Bodenk, 143, pp Lebaudy, A., Véry, A. A., Sentenac, H. (2007): K + channel activity in plants: genes, regulations and functions. FEBS Lett. 581, Lynch, J., Läuchli, A., Epstein, E. (1991): Vegetative growth of the common bean in response to phosphorus nutrition. Crop Sci. 31, pp Miller, A. J. and Cramer, M. D. (2004): Root nitrogen acquisition and assimilation. Plant Soil 274, Owen, A. G. and Jones, D. L. (2001): Competition for amino acids between wheat roots and rhizosphere microorganisms and the role of amino acids in plant N acquisition. Soil Biol. Biochem. 33, Pethő, M. (1993): Mezőgazdasági növények élettana, Akadémia Kiadó, Budapest, ISBN Rao, I. M. and Terry, N. (1989): Leaf phosphate status, photosynthesis, and carbon partitioning in sugar beet. I. Changes in growth, gas exchange, and Calvin cycle enzymes. Plant Physiol. 90, pp Richard-Molard, C., Krapp, A., Brun, F., Ney, B., Daniel-Vedele, F., Chaillou, S. (2008): Plant response to nitrate starvation is determined by N storage capacity matched by nitrate uptake capacity in two Arabidopsis genotypes. J. Exp. Bot. 59,

9 Schulz, H. and Eder, B. (2001): Biogas-Produktion, Biogázgyártás, Cser Kiadó (2005) Véry, A. A. and Senetac, H. (2003): Molecular mechanisms and regulation of K + transport in higher plants. Annu. Rev. Plant Biol. 54, Werner, W. (1959): Die Wirkung einer Magnesiumdüngung zu Kartoffeln in Abhängigkeit von Bodenreaktion und Stickstofform. Kartoffelbau 10, Woperáné, S. Á., Nagy, G., Szűcs, I., Szemmelveisz, T. (1996): Növényi hulladékok energetikai hasznosítása. Széchenyi István Főiskola Tudományos Közleményei, Győr, No. 8. p