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

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Tanszék, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport

Szervezet/Adatszolgáltató neveBudapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Tanszék, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport
Kapcsolattartó személy neve
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Technológia neveBükkfa apalú bioszén alkalmazásának hatása a tápelem felvételre és a terméshozamra mérsékelt talajokban
Technológia angol neve
Biochar application to temperate soils: effect on nutrient uptake and crop yield under field condition
Kifejlesztés országa
Ausztria
A fejlesztés fázisa
kifejlesztett, demonstrációval igazolt
Fejlesztési projekt neve, száma
Austrian Research Promozion Ageny, Projekt száma: 825438
Fejlesztés kezdete
2011
Fejlesztés befejezése
2013
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Fizikai degradáció
  • Szerkezet leromlás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Térfogatsűrűség
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
g/cm3
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
kation-csere kapacitás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mmol/kg
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
Egyéb talajromlási folyamat
C/N arány
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Szén-nitrogén arány
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
Egyéb talajromlási folyamat
C tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Széntartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
Egyéb talajromlási folyamat
NSP
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Nitrogén ellátó képesség
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
µg/g*d
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
K tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
P tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Víztartó képesség
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Növények számára felvehető víz
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH
Környezeti elem/fázis, amelyre a módszer alkalmazható
Telített talaj
Telítetlen (teljes) talaj
Technológia típusa
Kombinált
Technológia alapja
Fizikai
Kémiai
Biológiai
Ökológiai
A technológia általános ismertetése

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.

A technológia újdonsága

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

A technológia típusa
  • Talajjavítás bioszénnel
  • Talajjavítás mezőgazdasági és erdészeti hulladékból készült bioszénnel
Technológiai paraméterek
pH
Kation/anioncserélő kapacitás
Fajlagos felület
Textúra
Tápelemtartalom
Növénynövekedés
Környezetmonitoring helye
Telített talaj
Telítetlen (teljes) talaj
Utómonitoring időtartama
n.a.
Beruházási költség
10 - 50.000.000 HUF
Fajlagos müködtetési költség
0 - 500 HUF
Fajlagos energia költség
2 000 - 5 000 HUF
Fajlagos anyagköltség
100 000 HUF felett
Fajlagos munkaerőköltség
50 000 - 100 000 HUF
Fajlagos összköltség
100 000 HUF felett
Költségszámítással kapcsolatos megjegyzések

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

Költség
2-nagy
Időigény
5-nagyon kicsi
Helyigény
1-nagyon nagy
Munkaigény
4-kicsi
Felszerelés, műszerigény
3-közepes
Szakember-igény
4-kicsi
Környezeti és munkahelyi kockázatok
4-kicsi
Célérték teljesítésének képessége
4-nagy
Környezethatékonyság
4-nagy
Költséghatékonyság
3-közepes
Hasznosítható melléktermék keletkezése
igen
Ártalmatlanítást igénylő melléktermék keletkezése
nem
Automatizálhatóság / távvezérelhetőség
nem
Alkalmazhatóság
4-jó
Elérhetőség
5-kiváló
Ismertség
4-jó
Erősségek

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.

Gyengeségek

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.

Lehetőségek

Rossz vízgazdálkodású, tömörödött talajok javítására lehetne jelentős mértékben alkalmazni.

Veszélyek

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.

A terület neve
Mezőgazdasági terület
Alkalmazás helye, ország
Ausztria
Alkalmazás helye, város
Traismauer
Alkalmazás kezdő időpontja
2011
Alkalmazás befejező időpontja
2012
Alkalmazás fázisa
Demonstráció
Hosszúság (m)
4.0
Szélesség (m)
4.0
Mélység (m)
0.10
Területhasználat
  • Mezőgazdasági
Összefoglaló az alkalmazásról

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%).

Talajromlási folyamat
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH
Jellemző kezdeti érték
7.4
Maximális kezdeti érték
7.4
Jellemző végérték
7.19
Maximális végérték
7.22
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Tömörödés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Térfogatsűrűség (BD)
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
g/cm3
Jellemző kezdeti érték
1.26
Maximális kezdeti érték
1.3
Jellemző végérték
1.32
Maximális végérték
1.44
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Egyéb degradáció
  • Egyéb
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
kationcsere kapacitás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mmol/kg
Jellemző kezdeti érték
203
Maximális kezdeti érték
209
Jellemző végérték
207
Maximális végérték
210
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
C/N arány
Jellemző kezdeti érték
35.5
Maximális kezdeti érték
50.3
Jellemző végérték
24.2
Maximális végérték
33.5
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Corg tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
4.12
Maximális kezdeti érték
6.56
Jellemző végérték
4.31
Maximális végérték
6.54
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
NSP
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
µg/g*d
Jellemző kezdeti érték
13.3
Maximális kezdeti érték
14.4
Jellemző végérték
8.74
Maximális végérték
9.44
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
K tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Jellemző kezdeti érték
296
Maximális kezdeti érték
396
Jellemző végérték
232
Maximális végérték
278
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
P tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Jellemző kezdeti érték
71
Maximális kezdeti érték
94
Jellemző végérték
72
Maximális végérték
82
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Víztartó képesség
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
35.5
Jellemző végérték
44.63
Maximális végérték
49.4
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Szabad víztartalom (Növények által felvehető vízkészlet)
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
18.6
Jellemző végérték
23.93
Maximális végérték
26.4
A terület neve
Mezőgazdasági terület
Alkalmazás helye, ország
Ausztria
Alkalmazás helye, város
Kaindorf
Alkalmazás kezdő időpontja
2011
Alkalmazás befejező időpontja
2012
Hosszúság (m)
4.0
Szélesség (m)
4.0
Mélység (m)
0.10
Területhasználat
  • Mezőgazdasági
Összefoglaló az alkalmazásról

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.

Talajromlási folyamat
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH
Jellemző kezdeti érték
6.5
Maximális kezdeti érték
6.65
Jellemző végérték
6.71
Maximális végérték
6.75
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Tömörödés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Térfogatsűrűség (BD)
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
g/cm3
Jellemző kezdeti érték
1.14
Maximális kezdeti érték
1.26
Jellemző végérték
1.24
Maximális végérték
1.36
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Egyéb degradáció
  • Egyéb
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
kationcsere kapacitás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mmol/kg
Jellemző kezdeti érték
195.75
Maximális kezdeti érték
204
Jellemző végérték
209.5
Maximális végérték
214
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
C/N arány
Jellemző kezdeti érték
38
Maximális kezdeti érték
56
Jellemző végérték
20.75
Maximális végérték
25.07
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Egyéb kémiai degradáció
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
C(org) tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
6
Maximális kezdeti érték
8.8
Jellemző végérték
4.04
Maximális végérték
5.36
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Egyéb degradáció
  • Egyéb
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
NSP
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
µg/g*d
Jellemző kezdeti érték
16.22
Maximális kezdeti érték
16.6
Jellemző végérték
16.52
Maximális végérték
16.9
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
K tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Jellemző kezdeti érték
203.75
Maximális kezdeti érték
246
Jellemző végérték
179.5
Maximális végérték
209
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
P tartalom
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/kg
Jellemző kezdeti érték
75.12
Maximális kezdeti érték
90
Jellemző végérték
82
Maximális végérték
91
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Víztartó képesség
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
47.6
Jellemző végérték
55.65
Maximális végérték
57.8
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Fizikai degradáció
  • Víztartalom vagy nedvességtartalom-csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Szabad víztartalom (Növények által felvehető vízkészlet)
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
%
Jellemző kezdeti érték
16.5
Jellemző végérték
19.3
Maximális végérték
20.1
Publikációk

-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.

Referenciák

-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…

Adatlap azonosító (eredeti)
1791
Bevivő
Szabó Ádám
Státusz
Publikált
Adatlap típusaTalajjavítási technológia
Létrehozás
Módosítás