Bükkfa apalú bioszén alkalmazásának hatása a tápelem felvételre és a terméshozamra mérsékelt talajokban

Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group

Organisation/Data provider's nameBudapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group
Name of contact
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Telephone/fax
+36-1-4632347
Technology Hungarian nameBükkfa apalú bioszén alkalmazásának hatása a tápelem felvételre és a terméshozamra mérsékelt talajokban
Technology name
Biochar application to temperate soils: effect on nutrient uptake and crop yield under field condition
Country of origin
Ausztria
Stage of development
developed, proven by demonstration
Name and number of the project
Austrian Research Promozion Ageny, Projekt száma: 825438
Start of the development
2011
End of the development
2013
Soil degradation process to be considered
  • *Physical soil degradation
  • Structure destruction
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Térfogatsűrűség
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
g/cm3
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
kation-csere kapacitás
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mmol/kg
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Other
Other soil degradation process
C/N arány
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Szén-nitrogén arány
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Other
Other soil degradation process
C tartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Széntartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Other
Other soil degradation process
NSP
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Nitrogén ellátó képesség
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
µg/g*d
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
K tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
P tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Soil degradation process to be considered
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Víztartó képesség
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Soil degradation process to be considered
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Növények számára felvehető víz
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH
Environmental element/phase the method may be applied to
Saturated soil
Unsaturated (whole) soil
Technology type
combined
Basis of the technology
Physical
Chemical
Biological
Ecological
Technology description

Az elszenesedett szerves maradványok gyenge víz- és tápanyag gazdálkodású talajokba való keverését e tulajdonságok javítására az Amazonas-medencében élő őslakosok több mint 2500 évvel ezelőtt alkalmazták (Terra Preta). Ezt felismerve a XX. század második felétől jelentős kutatások történtek a területen. Számos kutatás során vizsgálták a bioszén (növényi-, állati szervesanyagok pirolízisével előállított szén) talajra gyakorolt kedvező hatásait. E hatása a bioszén fizikai-kémiai tulajdonságaiból adódnak, melyek a felhasznált alapanyag, illetve a pirolízis paraméterei (tartózkodási idő, hőmérséklet, levegő mennyisége) függvényében jelentős eltérést mutatnak. A bioszén talajra gyakorolt kedvező hatása többek közt a nagy fajlagos felületének köszönhető. Bioszén alkalmazásával befolyásolhatjuk a talaj szerkezetét, tápanyag gazdálkodását, kationcsere-kapacitását, pH-ját, vízgazdálkodását valamint kedvez a talajlakó mikroorganizmusok számára. Ennek hatására javul a termesztett kultúra tápanyagfelvétele, így a terméshozam javítható. Mindezt környezetbarát módon érhetjük el.

Description of the novelty of the technology

Környezetbarát módja az erodálódott, leromlott talajok javítására, melynek hatására a terméshozam növelhető, akár a tápanyagbevitel csökkentésével.

Class of the technology
  • Soil amelioration with biochar
  • Soil amelioration with biochar from agricultural and forestry waste
Technological parameters
pH
Cation/anion exchange capacity
Specific surface
Texture
Nutrient content
Plant growth
Monitored environmental element
Saturated soil
Unsaturated (whole) soil
Duration of post monitoring
n.a.
Capital costs
40.000 - 200.000 Euro
Specific operation costs
0 - 2 Euro
Specific energy costs
8 - 20 Euro
Specific material costs
above 400 Euro
Specific labour costs
200 - 400 Euro
Specific total costs
above 400 Euro
Remarks on cost calculation

feltételezés: a terület rendelkezésre áll
FAJLAGOS MÛKÖDTETÉSI KÖLTS.: nincs
FAJLAGOS ENERGIAKÖLTS.: Beszámítva a munkaerőköltségbe.
FAJLAGOS ANYAGKÖLTS.: Bioszén ára: 2,86 USD/t= 2860 USD/t (Forrás:http://www.biochar-international.org/sites/default/files/State_of_the_B…)
-USD vételi árfolyam: ~287 HUF/USD > 287*2860= 820820 HUF/t
FAJLAGOS MUNKAERÕKÖLTS.:
SZÁLLÍTÁS: 1 t bioszén ~19,5 m3 (http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/A%20biosz%C3%A9n%20fi…)
Szállításhoz kisteherautó elég: ~5000 ft/nap (bérlés) +üzemanyagköltség
http://www.peterkeszaki.hu/index.php?option=com_content&view=article&id…
Beszántás: 20000 HUF/ha (20 cm mélyre)
Vetés: 7700 HUF/ha
Betakarítás: ~25000 HUF/ha

FAJLAGOS ÖSSZKÖLTSÉG
50*820820+5000+20000+7700+25000= 41 098 700 HUF/t (1t/ha bioszén bekeverésénél)
Nagyobb mértékű bioszén felhasználás javasolt (Számolásnál 50t/ha-t alka

Costs
2-high
Time requirement
5-very low
Space requirement
1-very high
Workload requirement
4-low
Equipment, apparata requirement
3-medium
Qualified labour
4-low
Environmental risk and workplace risks
4-low
Ability to meet the target value
4-high
Environmental efficiency
4-high
Cost efficiency
3-average
Generation of any recyclable byproduct
yes
Generation of any byproduct to be treated
no
Automation/remote control
no
Feasibility
4-good
Availability
5-excellent
Well known
4-good
Strengths

Bioszén előállítására gyakorlatilag bármilyen szervesanyag felhasználható. Így jelentősek a lehetőségek a kommunális hulladék szervesanyagának kezelésére, valamint mezőgazdasági-, erdőgazdálkodási- és húsfeldolgozóüzemek melléktermékeinek hasznosítására. Így egyszerre csökkenthető a raktározandó hulladékok mennyisége, valamint a bioszén talajba keverésével javítható a mezőgazdasági területek talajminősége, terméshozama.

Weaknesses

A bioszén kémiai összetétele jelentősen függ a pirolízis során felhasznált alapanyag összetételétől. Így általában összes nitrogéntartalma nagy. Azonban a nitrogén jelentős része a növények számára felvehetetlen formában van jelen. Ennek hatására a talajban nitrogénhiány léphet fel. Ezt a hatást tovább erősíti a bioszén magas C/N aránya, önálló alkalmazása esetén a N immobilizálódik. Így minden esetben szükséges a bioszenes kezelést, nitrogéntrágyázással kiegészíteni.

Possibilities

Rossz vízgazdálkodású, tömörödött talajok javítására lehetne jelentős mértékben alkalmazni.

Threats

Ha a bioszén előállítása szenyvíziszapból vagy kommunális hulladék felhasználásával történik minden esetben szükséges a termék összetételének vizsgálata. Ugyanis akár toxikus összetevői is lehetnek, többek közt nehézfémek (Cu,Zn,Cr,Ni). Ezek talajba juttatása nem kívánatos.

Site name
Mezőgazdasági terület
Location of the application, country
Ausztria
Location of the application, town and/or region
Traismauer
Start date of the application
2011
End date of the application
2012
Application stages
Demonstration
Length (m)
4.0
Width (m)
4.0
Depth (m)
0.10
Landuse
  • Agricultural
Summary of the charasteristic parameters of application

Kivitelezés:
A kísérlet alsó Ausztria területén csernozjom talajon történt 2011-2012 közt. A területen 10 cm mélységbe dolgoztak be bioszenet (bükkfaalapút). A vizsgálat során 24 t/ha bioszenet trágyával, 74 t/ha bioszenet trágyával és 74 t/ha bioszenet trágya nélkül alkalmaztak, a kontrol területen a többi területen bedolgozott trágya mennyiségével ekvivalens mennyiségű trágyát (NPK trágya) dolgoztak be. Majd tavaszi árpával (Hordeum vulgare) vetették be, következő évben pedig napraforgóval (Helianthus annus). A mérések során mintát vettek a talajból és a terményből is, vizsgálva a talajtulajdonságok változását, illetve a növényi tápanyagfelvétel alakulását és a termésmennyiség változását.
Eredmények (táblázat 3,6,7,8):
A terményt elemezve megállapították, hogy a N bevitel nélküli bioszén felhasználásakor mindkét kultúrnövény esetében szignifikánsan csökkent a felvett N,P,K tartalom a kontroll területhez képest. Azonban az Al és Fe felvétel és a biomassza bekeverés mértéke közt nem találtak szignifikáns összefüggést, míg a felvett Mo tartalom szignifikánsan csökkent az árpa esetében függetlenül tápanyag utánpótlástól, míg napraforgó esetében ez az érték növekedést mutat a trágyázás nélküli területen.
A termésmennyiség változását megfigyelve az tapasztalható, hogy a trágyázást nélkülöző területeken a termésmennyiség visszaesés mérsékeltebb, mint barna erdőtalajon, azonban még mindig jelentősnek tekinthető. A többi esetben azonban a kísérlet nem mutatott ki szignifikáns különbséget.
A talaj pH értéke az első évben nem változott jelentősen, azonban a 2. évben csökkenés tapasztalható minden bekeverési aránynál. A minta térfogatsűrűsége is szignifikáns csökkenést mutat a 2. év mérései során. A talaj elemi széntartalom és C/N arány meghatározásakor mindkét évben jelentős növekedés tapasztaltak. A N,P és K tartalom is jelentősen emelkedett a bioszén bekeverési arány emelésével. Emellett a talaj vízgazdálkodásának vizsgálata is pozitív eredménnyel zárult (+13,9%).

Soil degradation process
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH
Typical initial value
7.4
Maximum initial value
7.4
Typical final value
7.19
Maximum final value
7.22
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Soil compaction
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Térfogatsűrűség (BD)
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
g/cm3
Typical initial value
1.26
Maximum initial value
1.3
Typical final value
1.32
Maximum final value
1.44
Class of soil degradation process
  • Other soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
kationcsere kapacitás
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mmol/kg
Typical initial value
203
Maximum initial value
209
Typical final value
207
Maximum final value
210
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
C/N arány
Typical initial value
35.5
Maximum initial value
50.3
Typical final value
24.2
Maximum final value
33.5
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Corg tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
4.12
Maximum initial value
6.56
Typical final value
4.31
Maximum final value
6.54
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
NSP
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
µg/g*d
Typical initial value
13.3
Maximum initial value
14.4
Typical final value
8.74
Maximum final value
9.44
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
K tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
296
Maximum initial value
396
Typical final value
232
Maximum final value
278
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
P tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
71
Maximum initial value
94
Typical final value
72
Maximum final value
82
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Víztartó képesség
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
35.5
Typical final value
44.63
Maximum final value
49.4
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Szabad víztartalom (Növények által felvehető vízkészlet)
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
18.6
Typical final value
23.93
Maximum final value
26.4
Site name
Mezőgazdasági terület
Location of the application, country
Ausztria
Location of the application, town and/or region
Kaindorf
Start date of the application
2011
End date of the application
2012
Length (m)
4.0
Width (m)
4.0
Depth (m)
0.10
Landuse
  • Agricultural
Summary of the charasteristic parameters of application

Kivitelezés:
A kísérlet Styria területén barna erdőtalajon történt 2011-2012 közt. A területen 10 cm mélységbe dolgoztak be bioszenet (bükkfaalapút). A vizsgálat során 24 t/ha bioszenet trágyával, 74 t/ha bioszenet trágyával és 74 t/ha bioszenet trágya nélkül alkalmaztak, a kontrol területen a többi területen bedolgozott trágya mennyiségével ekvivalens mennyiségű trágyát (NPK trágya) dolgoztak be. Majd kukoricával (Zea mays) vetették be, betakarítást követően közönséges búzát (Triticum aestivum) vetettek.A mérések során mintát vettek a talajból és a terményből is, vizsgálva a talajtulajdonságok változását, illetve a növényi tápanyagfelvétel alakulását és a termésmennyiség változását.

Eredmények (táblázat 2,4,5,8):
A terményt elemezve megállapították, hogy a N bevitel nélküli bioszén felhasználásakor mindkét kultúrnövény esetében szignifikánsan csökkent a felvett N tartalom a kontroll területhez képest. A többi területen a N felvétel 111-131 kg/ha közt alakult. A kutatás során vizsgált egyéb tápanyagok (P,K,Ca,Mg,Al,B,Cu,Fe,Mn,Mo,Na,Zn) felvétele és a bioszén bekeverési aránya közt nem találtak jelentős kapcsolatot, ha tápanyag utánpótlást is alkalmaztak.
A terménymennyiség növekedését megfigyelve tapasztalható, hogy a tápanyag utánpótlás minden esetben szükséges. A növények növekedésében a vegetatív fázisban már a felvehető N mennyisége korlátozó tényező lehet, így a trágyázást nélkülöző területeken mindkét növény esetében jelentős csökkenés mutatkozik. A különböző bioszén bekeverések esetén szignifikáns különbséget a kísérlet nem eredményezett.
A talaj pH értéke már a kísérlet első évében szignifikáns növekedést mutat. Ezenkívül jelentős növekedés figyelhető meg minden bioszén bekeverési aránynál a talajminta elemi C és C/N arányának vizsgálatakor, valamint mindkét évben megfigyelhető a talaj K tartalmának növekedése, illetve a 2. évben a P tartalom is hasonló tendenciát mutat. Emellett a talaj víztartóképessége 10%-al javult.

Soil degradation process
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH
Typical initial value
6.5
Maximum initial value
6.65
Typical final value
6.71
Maximum final value
6.75
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Soil compaction
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Térfogatsűrűség (BD)
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
g/cm3
Typical initial value
1.14
Maximum initial value
1.26
Typical final value
1.24
Maximum final value
1.36
Class of soil degradation process
  • Other soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
kationcsere kapacitás
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mmol/kg
Typical initial value
195.75
Maximum initial value
204
Typical final value
209.5
Maximum final value
214
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
C/N arány
Typical initial value
38
Maximum initial value
56
Typical final value
20.75
Maximum final value
25.07
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
C(org) tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
6
Maximum initial value
8.8
Typical final value
4.04
Maximum final value
5.36
Class of soil degradation process
  • Other soil degradation
  • Other
Typical measured/quantitative value of environmental risk
NSP
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
µg/g*d
Typical initial value
16.22
Maximum initial value
16.6
Typical final value
16.52
Maximum final value
16.9
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
K tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
203.75
Maximum initial value
246
Typical final value
179.5
Maximum final value
209
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
P tartalom
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
75.12
Maximum initial value
90
Typical final value
82
Maximum final value
91
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Víztartó képesség
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
47.6
Typical final value
55.65
Maximum final value
57.8
Class of soil degradation process
  • *Physical soil degradation
  • Decrease in moisture content
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Szabad víztartalom (Növények által felvehető vízkészlet)
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
%
Typical initial value
16.5
Typical final value
19.3
Maximum final value
20.1
Publications

-Kaje, J., Wimmer, B., Zehetner, F., Kloss, S., Soja, G.
2013. Biochar application to temperate soils: effects on
nutrient uptake and crop yield under field conditions.
Agricultural and Food Science 22, 390-403.

References

-Kaje, J., Wimmer, B., Zehetner, F., Kloss, S., Soja, G.
2013. Biochar application to temperate soils: effects on
nutrient uptake and crop yield under field conditions.
Agricultural and Food Science 22, 390-403.
-Dr. Füleky György,Dr. Fuchs Márta,Dr. Futó Zoltán,Holes Annamária,Gulyás Miklós, 2015.01.12, A szilárd végtermék mezőgazdasági hasznosításának lehetőségei
-http://www.biochar-international.org/sites/default/files/State_of_the_B…
-http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/A%20biosz%C3%A9n%20fi…
-http://www.peterkeszaki.hu/index.php?option=com_content&view=article&id…

Datasheet id (original)
1791
Creator
Szabó Ádám
Status
Verified
Adatlap típusaSoil amelioration technology
Létrehozás
Módosítás