Hnojivé účinky čistírenských kalů pro topoly

Anotace: K aktuálním problémům většiny čistíren odpadních vod patří efektivní, nezávadný a levný způsob zneškodnění a využití čistírenských kalů. Jednou z možností je jejich využití k hnojení a zúrodňování zemědělských půd. V této práci byly hnojivé vlastnosti kalů využity na energetických plantážích dřevin, topolů. Půda byla tímto způsobem obohacena o důležité makrobiogenní prvky. Tento výživný stav se pozitivně odrazil v nárůstu výšky topolů o 6,49 – 15,30%, u obvodu kmenů až o 12,66 – 31,77%. Tyto údaje nám poukazují na možnost, jak efektivně využít stabilizovaných, hygienicky nezávadných čistírenských kalů.

1. Úvod

V současné době je v mnoha zemích zemědělské využití čistírenských kalů pokládáno za nejracionálnější a zároveň nejlevnější řešení, dochází zde k využití hnojivé hodnoty kalu, recyklaci živin a organických látek (Vícha, 1996).

Kaly jsou zdrojem humifikovaných organických látek a živin. Jejich pravidelné používání v systému hnojení zajišťuje návratnost uhlíkatých látek do půdy. Půdy pravidelně hnojené kaly mají vyšší

• obsah okamžité půdní vlhkosti,
• maximální kapilární kapacitu,
• pórovitost,
• sorpční kapacitu (Nerudová, 1984).

Kaly jsou suspenze pevných a koloidních částic organických a anorganických látek ve vodě. Obsahují:

• netoxické organické látky, až 60% v sušině a dále sloučeniny dusíku a fosforu;
• toxické látky:
• těžké kovy: Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg, As, (konc. 1 až 1000 mg/l)
• PCB, PAU, dioxiny, pesticidy, alkylsulfofenoly, polyfenoly;
• mikroorganismy z čistírenského procesu a jiné včetně patogenních;
• anorganické sloučeniny křemíku, hliníku, železa, vápníku, hořčíku, aj.;
• vodu (Dorhányos, 2004).

Pro využití kalů ke hnojení zemědělských půd je tedy rozhodující jejich složení, zejména pak obsah těžkých kovů aj. toxických látek. (Šálek, 1995). Proto se musí u dávek kalů vždy ověřit, zda nejsou překročeny limity pro sledované prvky (vyhl. 382/2001 Sb.).

Otázky využití čistírenských kalů na energetických plantážích nabývají v současné době na významu. Energetický přínos rychle rostoucích surovin je pro polní hospodářství novým tématem a dává šanci k opakovanému zužitkování stabilizovaných kalů a některých odpadů.

Cílem práce bylo posouzení obohacení půdy o makrobiogenní prvky po aplikaci stabilizovaných, hygienicky nezávadných kalů s konečným efektem na nárůst biomasy pěstovaných topolů.

2. Materiál a metoda

Experiment byl založen formou polního pokusu, a to v roce 2003 na pozemku v katastrálním území Bystřice nad Pernštejnem, část Domanínek (ca 45 km SZ od Brna), Českomoravská vysočina. Nadmořská výška je 560 m. Jedná se o bývalé experimentální plochy ÚKZUZ Brno. Půdu můžeme charakterizovat jako hlinitopísčitou, z hlediska půdního typu jako kyselá kambizem (Trnka, 2003). Agrochemické vlastnosti zeminy před založením pokusu uvádí tab. 1.

Stanovení pH bylo provedeno potenciometricky. Přístupné živiny v půdě (P, K, Ca, Mg) byly stanoveny extrakčním roztokem Melich III a vlastní stanovení proběhlo pomocí ICP–OES.

Obsah stanovených přístupných živin byl s výjimkou fosforu na úrovni dobré, což znamená, že je nezbytné dále hnojit na úroveň odběrového normativu kultur. Půdní reakce (pH) byla na hranici slabě kyselé až neutrální. Obsah dusíku minerálního v půdě (Nmin) se pohyboval na úrovni 8,42 mg.kg^-1, což odpovídá ca 38 kg N.ha^-1. Podle metodiky ÚKZÚZ lze tento obsah hodnotit jako nízký.

Tabulka 1: Agrochemická charakteristika zeminy v mg.kg^-1 dle Mehlich III (11.4.2003)

pH/KCl	P	K	Ca	Mg
6,52	122	181	2040	150
slabě kyselá	vysoký	dobrý	dobrý	dobrý

Na plantáži dvouletých topolů byla vytyčena pokusná plocha, na které byl pokus založen ve třech variantách, a to kontrolní varianta (104 stromů), aplikace kalu 1x ročně (101 stromů) a aplikace kalu 2x ročně (102 stromů). Pokusné schéma a počet pokusných stromů vycházelo z doporučení odborníků Lesnické fakulty MZLU v Brně za pomoci programu G POWER.

Vypočtená aplikovaná dávka čerstvých kalů vycházela z jejich chemického složení (obsah sušiny a dusíku, viz. tab. 2) a na základě konzultace s odborníky z Ústavu agrochemie a výživy rostlin AF MZLU v Brně byla doporučena dávka 5 t sušiny.ha^-1 při 200 kg N.ha^-1. Kaly byly u variant 2 a 3 aplikovány 9.5.2003 a u varianty 3 znovu 5.8.2003 za pomocí hadicových aplikátorů formou brázdového podmoku ke stromům (Šálek, 1997). Na variantě 2 bylo aplikováno 1,293 t čerstvých kalů a na variantě hnojené 2x ročně 2,998 t čerstvých kalů. Moffat et al. (2001) uvádí, že aplikace ca 100 m3 kalů je i environmentálně akceptovatelná.

Tabulka 2: Chemická analýza čistírenských kalů (v sušině)

Odběr kalu	pH	% K	% Ca	% Mg	% P	% N	Obsah těžkých kovů, mg/kg								% sušiny
							Cu	Zn	Cd	Ni	Pb	Cr	Hg	As
Limitní hodnoty							500	2500	5	100	200	200	4	30	-
4.2.2003	7.4	0.34	1.43	0.38	1.842	3.26	205	1018	2.3	44	72.3	33	3.18	3.05	3.84
9.7.2003	6.9	0.45	2.72	0.37	1.74	2.82	144	980	2.09	35.4	41.3	33.9	2.69	8.13	5.99

Použité čistírenské kaly byly podrobeny dvakrát ročně analýzám, jejichž výsledky jsou soustředěny v tab. 3 včetně limitních hodnot dle vyhlášky 382/2001 Sb., k překročení limitu u žádného z cizorodých prvků (Cd, Pb, Hg,...) nedošlo.

3. Výsledky a diskuse

Hnojivý účinek tekutých kalů spočívá hlavně v obsahu dusíku, který je podstatně vyšší než u odvodněných kalů (Nerudová, 1984). Přestože došlo v průběhu vegetace k určitému uvolnění dusíku z organických vazeb v procesu mineralizace, u kontrolní varianty došlo ke snížení obsahu Nmin v půdě z 8,42 mg.kg^-1 na 6,72 mg.kg^-1 (tab. 4), a to pravděpodobně především z důvodu odběru stromy. Po aplikaci jedné dávky kalů nastal nárůst obsahu Nmin v půdě z 8,42 mg.kg^-1 na 12,99 mg.kg^-1 u var. 2 a ještě výraznější jeho nárůst na 155,05 mg Nmin.kg^-1 u var. 3. Můžeme tedy předpokládat, že aplikace kalů výrazně přispěla ke zvýšení obsahu Nmin v půdě a topoly byly dostatečně zásobeny tímto rozhodujícím makroelementem. Tento předpoklad zcela koresponduje s poznatky Bieleka (1998), který uvádí silnou korelační závislost mezi průměrným obsahem minerálního dusíku v půdě a hnojením.

Po aplikaci kalů do půdy došlo k jejímu obohacení o živiny (tab. 4), přičemž mezi jednotlivými makrobiogenními prvky (N, P, K, Ca a Mg) byly rozdíly, které vycházely z jejich odlišného obsahu v samotných kalech a z aplikované dávky (var. 2 a 3). K podobným závěrům dospěli Tomášková et al. (1997), kteří uvádí zvýšení obsahu N, P, K, Mg v půdě po aplikaci kalů. Skutečně zjištěný obsah živin v půdě na podzim 2003 vykazoval u většiny variant a živin podobné hodnoty v porovnání s očekávaným množstvím živin v půdě na konci vegetační doby (tab.3).

Tabulka 3: Průměrný obsah živin po aplikaci kalů (mg.kg^-1)

Živina	Varianta	Obsah živin v půdě na jaro 2003 (mg.kg-1)	Skutečný obsah živin v půdě na podzim 2003 (mg.kg-1)
N	1	8,42	6,72
	2	8,42	12,99
	3	8,42	155,05
P	1	122	85
	2	122	150
	3	122	150
K	1	181	197
	2	181	190
	3	181	230
Ca	1	2040	1720
	2	2040	1880
	3	2040	2080
Mg	1	150	98,6
	2	150	118
	3	150	139

Tento vzniklý živinný režim půdy se pozitivně odrazil jak na výšce topolů, tak i jejich obvodu. Se stupňující se aplikovanou dávkou kalů nastal v průběhu vegetace výrazný nárůst biomasy ze 200 cm na 318 cm u kontrolní varianty, ze 226 cm na 374 cm při jedné aplikaci kalů a ze 179 cm na 312 cm při dvojí aplikaci kalů (tab. 4). Což znamená, že nárůst biomasy topolů se pohybuje v rozmezí 6,49 – 15,3% oproti kontrolní variantě.

U obvodu kmene došlo v průběhu vegetace k nárůstu u kontrolní varianty z 5,28 cm na 8,23 cm, při jednoroční aplikaci kalů z 5,91 cm na 9,96 cm a u dvojí aplikaci kalů z 4,37 cm na 8,2 cm (tab. 4). Zde došlo ještě k výraznějšímu nárůstu biomasy až o 12,66 – 31,77% oproti kontrolní variantě. Uvedený nárůst biomasy koresponduje s výsledky Repshas et al. (1999), který uvádí pozitivní vliv na růst dřevin po aplikaci 45-135 t kalů na hektar.

Tabulka 4: Nárůst biomasy topolů během roku

Varianta	Výška topolů průměr (cm)		Roční změna výšky
	Jaro 2003	Podzim 2003	cm	rel. %
1	200	318	188	59
2	226	374	148	65,49
3	179	312	133	74,3
	Obvod kmene průměr (cm)		Roční změna obvodu
1	5,28	8,23	2,95	55,87
2	5,91	9,96	4,05	68,53
3	4,37	8,2	3,83	87,64

4. Souhrn

Na základě jednoletých výsledků se jeví jako opodstatněné používání stabilizovaných, hygienicky nezávadných čistírenských kalů na plantážích energetických dřevin. Jejich aplikace se pozitivně odrazila v obohacení půdy o vybrané makrobiogenní prvky, z nichž dominoval dusík, a stupňované dávky kalů se tak podílely na vyšším vzrůstu topolů i zvětšení objemu kmene.

Poděkování

Výsledky tohoto výzkumu jsou součástí výzkumného záměru MSM 432100001, který řeší AF MZLU v Brně.

Literatura:

1. Bielek, P. (1998): Dusík v polnohospodárkých pódách Slovenska. Výzkumný ústav půdní úrodnosti Bratislava, 256 s.
2. Dohányos, M. (2004): Strategie nakládání s čistírenskými kaly. In: Sborník z konference „ODPADY – LUHAČOVICE 2004“, Luhačovice, 21. – 23. 9. 2004, s. 160 – 168.
3. Moffat AJ. - Armstrong AT. - Ockleston J. (2001): The optimization of sewage sludge and different disposal on energy crops of short rotation hybrid poplar. Biomass-and-Bioenergy, 20:3, 161-169.
4. Nerudová, M. (1984): Komplexní systém hnojení kaly z čistíren odpadních vod veřejných kanalizací. ÚVTIZ, Praha, 1984, 50 s.
5. Repshas EA. - Gradyatskas AA. - Kubertavichene LV., -Riepsas EA. - Gradeckas AA. (1999): Efffects of wastewater sludge fertilizers on the growth of biomass plantations on mineral soils. Lesovedenie, No. 2: 35-41.
6. Šálek, J. (1995): Vlivy zemědělského využití čistírenských kalů na životní prostředí. In: Sborník z mezinárodní konference „Kaly a odpady 95“, Brno, 17. – 19. 1995, s. 143 – 150.
7. šálek, J. (1997): Nové způsoby aplikace tekutých vyhnilých čistírenských kalů na zemědělských půdách. In: Sborník z mezinárodní konference „Kaly a odpady 97“, Brno, 22.-23.10.1997, s. 227-236.
8. Tomášková, D. - Karban, Z. - Frank, K. (1997): Zhodnocení zkušebního provozu využití stabilizovaných kalů z ČOV Plzeň v zemědělství. In: Sborník z mezinárodní konference „Kaly a odpady 97“, Brno, 22.-23.10.1997, s. 237-246.
9. Trnka, J. (2003): Obecná Agroekologická charakteristika lokality Domanínek. ZEMSERVIS zkušební stanice Domanínek s. r. o., Bystřice nad Pernštejnem, 3 s.
10. Vícha, P.(1996): Zemědělské využití čistírenských kalů. Brno, Agronomická fakulta MZLU, 1996, s.72, Diplomová práce.
11. Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě.

Článek byl publikován ve sborníku k akci: Materiálové a energetické využití odpadů.

Tweet

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost