Pflanzenverfügbarkeit von Nährstoffen und Schwermetallen aus pyrolysiertem Klärschlamm

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1 Pflanzenverfügbarkeit von Nährstoffen und Schwermetallen aus pyrolysiertem Klärschlamm Thomas Appel Fachhochschule Bingen

2 Inhalt Fragestellungen Versuchsaufbau und Durchführung Nährstoffwirkung des Pyrolysekokses Pflanzenverfügbarkeit der Schwermetalle Methodische Aspekte der Pflanzenverfügbarkeit Zusammenfassung 2

3 Fragestellungen 1. Düngewirkung des Pyrolysekokses? 2. Sind die mit dem PYREGKoks eingebrachten Schwermetalle pflanzenverfügbar? 3. Wie lässt sich die Pflanzenverfügbarkeit von Nährund Schadstoffen methodisch erfassen? 3

4 Versuchsaufbau Prinzipielle Vorgehensweise Versuchsboden aus cm Tiefe (ls, ph 5,26) Portionieren, Düngen, Mischen, Einfüllen in Mitscherlichgefäße, Anfeuchten auf 50 % WHC Zwei Wochen bei 20 C aufbewahren (Inkubationszeit) Entnahme von Bodenproben aus jedem Gefäß zur Analyse: CAL, EUF, CaCl 2, Keimpflanzenmethode Aussaat Winterroggen 10 Wochen Wachstumszeit: Ernte des Aufwuchses Analyse des Aufwuchses: TMErtrag, Nährstoffe, SM 4

5 Versuchsaufbau Gefäßversuche mit Roggen 5

6 Versuchsaufbau PYREGPyrolysekoks 6

7 Versuchsaufbau Nährstoffe im Pyrolysat 7

8 Versuchsaufbau Schermetalle im Pyrolysat 8

9 Versuchsaufbau Düngevarianten Varianten 1) bis 6) mit 6 Parallelen 7) = Randgefäße 8 Parallelen PDüngung Ca(H 2 PO 4 ) 2 mg P/100 g KDüngung KCl mg K/100 g MgDüngung MgSO 4 mg Mg/100 g Kalk mg CaO /100 g Pyrolysat mg/100 g 1 = K + Mg + CaO = K + Mg + CaO + 50 % P = K + Mg + CaO % P = K + Mg + Pyrolysat = nur Pyrolysat = ohne KMgCaOPDünger (= Kontrolle) 7 = K + Mg + CaO + P + Pyrolysat (Randgefäße) Alle Böden erhielten außerdem 30 mg N/100 g Boden in Form von NH 4 NO 3 und eine Flüssigdüngung mit den Mikronährstoffen Mo, Mn, Zn, Cu und B 200 mg Pyrolysat enthielt 5,73 mg P 200 mg Pyrolysat enthielt eine Basizität äquivalent zu 28,6 mg CaO 9

10 Nährstoffwirkung Bodenuntersuchung CAL Gehaltsklasse C ( anzustrebender Gehalt ) nach VDLUFA: 4,5 bis 9,0 mg P 10

11 Nährstoffwirkung Bodenuntersuchung EUF EUFP im Boden mg P / 100 g Boden a b c a a a c KMgCa+0P KMgCa+0,5P KMgCa+1P KMg+Pyr Pyrolysat Kontrolle KMgCa+1P+Pyr 11

12 Nährstoffwirkung Keimpflanzenmethode arm an Nährstoffen < 1,7 mg P / 100 g Boden mittel versorgt 1,7 3 mg P / 100 g Boden gut versorgt > 3 mg P / 100 g Boden 12

13 Nährstoffwirkung Mitscherlichgefäßversuch P im Pflanzenaufwuchs mg P / kg Boden a d e b c b d K+Mg+CaO K+Mg+CaO +½P K+Mg+CaO +P K+Mg +Pyrolysat Pyrolysat Kontrolle K+Mg+CaO +P +Pyrolysat 13

14 Nährstoffwirkung Mitscherlichgefäßversuch TrockenmasseErtrag Randgefäße 25 g / Gefäß a d d b c bc b K+Mg+CaO K+Mg+CaO +½P K+Mg+CaO +P K+Mg +Pyrolysat Pyrolysat Kontrolle K+Mg+CaO +P +Pyrolysat 14

15 Nährstoffwirkung Mitscherlichgefäßversuch phwert (CaCl 2 ) im Boden ph (CaCl2) 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0 5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 ef e d c b a f K+Mg+CaO K+Mg+CaO +½P K+Mg+CaO +P K+Mg +Pyrolys at Pyrolysat Kontrolle K+Mg+CaO +P +Pyrolysat 15

16 Nährstoffwirkung Zwischenfazit 1. Die PhosphorDüngewirkung des PYREG Pyrolysekokses war gering. 2. Die Basizität des Kokes wirkte auf den phwert im Boden. 16

17 Schwermetallverfügbarkeit Bodenuntersuchung EUF 7,0 EUFZn im Boden 6,0 mg / kg Boden 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Rohboden KMgCa+0P KMgCa+0,5P KMgCa+1P KMg+Pyr Pyrolysat Kontrolle KMgCa+1P+Pyr keine Differenzierung zwischen den gedüngten Varianten ungedüngter Boden 17

18 K + M g + C a O K + M g + C a O +½ P K + M g + C a O +P K + M g +P yro lysa t P yro lysa t K o n tro le K + M g + C a O +P +P yro lysa t mg Zn / kg TS Schwermetallverfügbarkeit Mitscherlichgefäßversuch K+Mg+CaO K+Mg+CaO +½P K+Mg+CaO +P ZnKonzentration d a a bc b cd a K+Mg +Pyrolysat Pyrolysat Kontrolle K+Mg+CaO +P +Pyrolysat 40 TrockenmasseErtrag g / Gefäß a d d b c bc b 18

19 Schwermetallverfügbarkeit Mitscherlichgefäßversuch µg Zn / kg Boden K+Mg+CaO K+Mg+CaO +½P K+Mg+CaO +P ZnAufnahme b b b b c c a K+Mg +Pyrolysat Pyrolysat Kontrolle K+Mg+CaO +P +Pyrolysat phwerte 6,5 6,5 6,4 6,0 5,9 5,3 6,6 19

20 Schwermetallverfügbarkeit Zwischenfazit Zink 1. Die Bodenuntersuchung mit der EUFMethode spiegelte die ZnDüngung wider, nicht aber die Differenzierung innerhalb der gedüngten Varianten. 2. Die Aufnahme und die Konzentration des Zinks in den Pflanzen hing ab von: a) Wachstumsleistung der Pflanzen b) phwert im Boden c) Pyrolysat (negativer Effekt!) 20

21 Methodischer Aspekt Multiple lineare Regression TSErtrag phwert Pyrolysat Bestimmtheitsmaß Konzen tration beta 1) Sig. 2) beta Sig. beta Sig. r 2 Zn 0,697 0,464 0,275 0,005 0,698 Cd 0,691 0,567 0,207 0,008 0,804 Cr 0,251 0,125 0,068 0,658 0,070 0,666 0,086 Ni 0,250 0,036 0,619 0,331 0,006 0,528 Cu 0,091 0,556 0,324 0,030 0,288 0,066 0,415 Hg 0,009 0,954 0,191 0,184 0,415 0,008 0,451 Pb 0,216 0,187 0,190 0,225 0,177 0,278 0,098 1) Standardisierte Regressionskoeffizienten; 2) Signifikanz der Regressionskoeffizienten 21

22 Methodische Aspekte Multiple lineare Regression TSErtrag phwert Pyrolysat Bestimmtheitsmaß Aufnahme beta 1) Sig. 2) beta Sig. beta Sig. r 2 Zn 0,183 0,104 0,703 0,182 0,105 0,570 Cd 0,146 0,137 0,798 0,119 0,224 0,670 Cr 0,646 0,057 0,629 0,048 0,702 0,448 Ni 0,571 0,520 0,209 0,033 0,682 Cu 0,833 0,146 0,081 0,100 0,252 0,735 Hg 0,753 0,145 0,198 0,298 0,015 0,513 Pb 0,353 0,025 0,208 0,160 0,119 0,437 0,202 1) Standardisierte Regressionskoeffizienten; 2) Signifikanz der Regressionskoeffizienten 22

23 Schwermetallverfügbarkeit Quecksilber Konzentration HgKonzentration im Aufwuchs mg Hg / kg TS 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 a S x b S x n = 20 Gefäße mit Pyrolysat n = 24 Gefäße ohne Pyrolysat 23

24 Zusammenfassung 1. Der verwendete PYREGKoks enthält vor allem Phosphor, der jedoch kaum pflanzenverfügbar ist. 2. Der PYREGKoks verminderte die Aufnahme von Zink und von Cadmium, erhöht aber die Aufnahme von Quecksilber. 3. Um die Düngewirkung zu erfassen, ist es wichtig das Pflanzenwachstum und weitere Faktoren (z.b. ph Einfluss) zu berücksichtigen mehrfaktorielle Auswertung. 24

25 Danke für die Aufmerksamkeit! Danke an die Studierenden Malte Bickel, Heiko Dix und Walinee Phuckdeechon 25