Energetikaifűz- és -nyár-ültetvények talajállapot-értékelése humusz és földigiliszta-vizsgálatokkal
Az energetikai faültetvények létesítése környezetbarát és gazdaságos megoldás, telepítésük különösen az igen gyenge termőképességű talajokon javasolt. Az energianövények tápanyag-utánpótlásánál a termőföldeknél általában korlátozottan használható szerves anyagok, így akár a szennyvíziszapok vagy a biogázgyártás melléktermékei is számításba vehetők.
Környezetbarát lehetőségeket vizsgáltunk, ötféle fűz (Tora, Tordis, Inger, Sven, Csala), négyféle nyár (AF2, Pegaso, Sirio, Monsivo) és háromféle növénytáplálási szint (kontroll, műtrágya, szennyvíziszapkomposzt) bevonásával. A talajállapot ellenőrzése talajfizikai (talajellenállás, nedvesség, térfogattömeg), talajkémiai (pH, szerves anyagok) és talajbiológiai (földigiliszták száma és dehidrogenázenzim-aktivitás) vizsgálatokkal történt.
Nyár és fűz
A biomasszából származó energia kb. 10,3 százalékát teszi ki a globális energiaellátásnak. Növekvő érdeklődés mutatkozik ezért az intenzív, rövid vágásfordulójú energiaültetvények létrehozására. Az energianövények termesztése elsősorban a kedvezőtlen termőhelyi adottságú talajokon jöhet számításba, amelyek több százezer hektárra tehetők hazánkban is. Vannak olyan fafajok, például a nyárak és a füzek (Populus, Salix fajok), melyek e kedvezőtlen termőhelyi adottságokat is elviselik, ezért ott is telepíthetők, ahol más mezőgazdasági növény termesztése már nem gazdaságos vagy nem megvalósítható. Az ilyen, eróziónak is kitett területeken a rövid vágásfordulójú ültetvényekkel talajvédő módon egész éves talajfedettség érhető el, és jövedelmező mezőgazdasági tevékenység folytatható.
A fűz gyorsan és erőteljesen sarjadzik, 2–4 méter hosszú szálvesszői termőre fordulás után akár évente betakaríthatók. A vesszőhozam elérheti a 10–12 t szárazanyag/ha/év értéket. Az egyenletes hozam kialakításához azonban megfelelő tápanyagellátásra is szükség van az akár 15–20 éves folyamatos termesztés során. Az energianövények biomasszahozama szervetlen és szerves trágyákkal, különféle talajba kijuttatott adalékanyagokkal, valamint biohulladékokkal és egyéb mezőgazdasági, ipari melléktermékekkel is serkenthető. Energetikai célú termesztésnél az egyébként korlátozásokkal elhelyezhető anyagok, mint például a szennyvíziszapok, hígtrágyák és a hamuanyagok felhasználására is nagyobb lehetőség adódik. Ezek használatával a körforgásos gazdaság, az élelmiszer-minőség és -biztonság szempontjai is teljesülnek.
A szennyvíziszap-kezelés talajvédő hatású is egyben, nemcsak a szerves anyagok mennyisége növekszik, de a talajfauna organizmusai (fonálférgek, földigiliszták és televényférgek) is domináns szervezetek lesznek. A földigiliszták szerepe az iszap talajba keverése; járatkészítő aktivitásukkal javítják a talaj fizikai, kémiai és biológiai folyamatait is. A keverőhatás által a növényi maradványok a felszínről a mélyebb rétegekbe kerülnek, illetve a szervetlen anyagok az alsóbb rétegekből a felszínre jutnak, növelve ezzel a növények tápanyagellátását – a talajoknak az élő gyökerek által serkentett biológiai élete segítségével.
Gödöllői kísérleti helyszín
A kísérleti helyszín a gödöllői dombvidéken terül el, tengerszint feletti magassága 247 méter. Az éghajlat kontinentális, jellemzőek az időjárási szélsőségek, enyhén délkelet felé lejtő dombvidék. Az évi középhőmérséklet 9,7 °C, az évi átlagos csapadék 564 mm. A kísérlet a MATE Növénytermesztési és Biomassza-hasznosítási Bemutató Központjában került beállításra, 2007-ben (1. kép).
A kísérleti tábla talaja csernozjom barna erdőtalaj (Luvic Chernozem). A területen a talajdegradációs folyamatok következtében közepes termőrétegű, gyengén humuszos homokos vályogtalaj alakult ki. A talaj felső 20 cm-es rétegében 54% homok-, 26% vályog- és 20% agyagfrakció található. A feltalaj (0–35 cm) vízvezető képessége jó, az altalajé gyengébb. A feltalaj humusztartalma alacsony, ugyanúgy, mint a nitrogénellátottsága; de a kálium- és a foszforellátottság megfelelő volt. A kísérleti tér talajának alapvizsgálati adatait az 1. táblázat tartalmazza.
A kísérlet kéttényezős véletlenblokk elrendezésű, három ismétlésben. Öt különböző fűzfajtát, illetve klónt (Sven, Inger, Tordis, Tora, Csala), valamint négy nyárfajtát (AF2, Pegaso, Sirio, Monsivo) termesztettünk, három tápanyag-ellátottsági kezeléssel: 1) tápanyag nélküli, kontrollkezelés, 2) nitrogénműtrágya (ammónium-nitrát) tavasszal (50 kg/ha), 3) felszíntakarás nedves szennyvíziszapkomposzttal (50 t/ha).
Kijuttatás és technológia
A szennyvíziszapkomposzt és a műtrágya kijuttatása kétévente, május elején, a sorokba történt (2. kép), a kezelt talajon termett biomassza mennyiségét a 3. kép mutatja.
A települési szennyvíziszapkomposztot (48-56% szárazanyag-tartalom a kijuttatáskor) a ProfiComp cégcsoport állította elő Gödöllőn. Az alkalmazott technológia ikersoros, a sortávolság 70 cm, az ikersorok között 2,5 m távolságot hagytunk, ami a gépi munkákat könnyíti meg. A sorokon belül a dugványokat 40 cm tőtávolságra telepítettük. Dugványozás céljára 20 cm hosszúságú, egyéves, gyökér nélküli hajtásrészeket használtunk fel. A telepítés kézzel történt, április közepén. A vegetációs időszak során a sorközökben talajmaróval két alkalommal történt mechanikai gyomszabályozás. A kártevők és kórokozók elleni kémiai védekezésre nem volt szükség. Az energiaültetvényben mindkét fafajból kiválasztottuk az eddigi (2007–2017) adatok alapján a leggyorsabban növekvő fajtákat. Fűznél a svéd nemesítésű Inger, nyárnál pedig a Sirio került további vizsgálatra. Kompozit talajmintákat két ismétlésben, két időpontban vettünk két-két helyen az ikersorok között, a téglalap alakú parcellák átlói mentén 9 mintavételi pontból, két mélységből (0–15 és 15–30 cm).
Humuszminőség és giliszták
A humuszminőség vizsgálatához a Hargitai-féle két oldószeres módszerben a talajból 0,5% NaOH-os és 1% NaF-os kivonat készült. A NaOH-ban a valódi humuszanyagok oldódnak (fulvosavak, huminsavak), míg a NaF-ban a stabilabb szerkezetű, kondenzáltabb huminanyagok. A fotometrálást 533-540 nm-en végeztük. A Hargitai-féle humuszminőség-index a NaF-os és a NaOH-os szűrlet abszorbanciáinak a hányadosa: Q = ENaF/ENaOH
A humuszstabilitási index a következő képlettel számítható: K = ENaF/(H × ENaOH), ahol a H a humuszmennyiséget jelenti.
A dehidrogenázenzim-vizsgálatnál a szabványosított TTC-módszert alkalmaztuk (irodalmi hivatkozások a szakdolgozatban). A földigiliszták talajból történő kinyerése kézi válogatás módszerével történt, 2015–2016 között, évente kétszer, tavasszal és ősszel. 25× 25×25 cm méretű gödröket ástunk, majd a kitermelt talajt kézzel átmorzsoltuk, és kiválogattuk a földigilisztákat. Az egyedeket először etanolba (70%), majd 1-2 hétre 4%-os formalinba helyeztük fixálás céljából. A végleges tartósítás 70%-os etanolban történt. Az egyedek darabszámát (db/m2) és biomasszatömegét (g/m2) határoztuk meg.
A talajellenállás vizsgálata
A talajművelési gyakorlatban talajellenállást mértünk, ezzel jól meg lehet becsülni a talaj fizikai állapotát és a lazító művelés szükségességét is. Az 1. ábra szerint a felső 10 cm-ben 100–250 kilopond/cm2 közötti értékeket kaptunk, ami azt jelenti, hogy a talaj legfelső része laza szerkezetű, jó levegő- és vízgazdálkodású, nem tömör rétegű.
A 20–30 cm-es rétegben a terület szélső részeinél 650–800 kilopond/cm2 közötti értékeket is mértünk, ami már tömör, kötött rétegre utal. Ebben a rétegben nagy valószínűséggel eketalpréteg képződött, mert az ez alatt lévő 40–50 cm-es, illetve az 50–60 cm-es mélységben 200–450 kilopond/cm2 közötti méréseket kaptunk, főleg a kísérleti terület középső és keleti sarkában. Az általunk vizsgált legmélyebb rétegben (70–80 cm) erősen tömör réteget találhatunk (900–1000 kilopond/cm2), főképp a terület szélső részeinél. A földigiliszta-egyedszámot és biomasszatömeget a 2. ábra mutatja be.
Vizsgálati eredmények
Megállapítható, hogy a tavaszi időpontban vett minták közül a komposzttal kezelt terület átlagos földigiliszta-egyedszáma (235 és 296 db/m2), illetve átlagos biomasszatömege (128,4 és 153,1 g/m2) volt a legmagasabb. A komposztkezelés hatására nedvesebb és szerves anyagban gazdagabb a talaj, az ültetvény sorai között pedig a bolygatatlan terület kiváló élőhelyet jelent a földigiliszták számára. A szerves anyag mennyiségét Walkley és Black módszerével határoztuk meg (3. ábra). A minták légszáraz nedvességtartalmát tömegméréssel vizsgáltuk.
A talajminták szervesanyag-tartalmánál megállapíthatjuk, hogy a legmagasabb értékeket a kísérleti terület szennyvíziszapkomposzttal borított részénél mértük. A talaj felső rétegében (0–15 cm) volt a legmagasabb a szervesanyag-tartalom: H=2,9%. A legalacsonyabb értéket a nyárban, műtrágyás kezelésnél, 15–30 cm-es mélységben mértük, amely mindössze csak H = 0,6% volt. A komposzttal kezelt területen mért magasabb szervesanyag-tartalom mellett mértük a legmagasabb földigilisztaegyedszámot és biomassza-mennyiséget is.
A nagyobb földigiliszta-aktivitás oka, hogy a talajfelszínen hagyott növényi maradványok megőrzik a nedvességet, és egyben növelik a talaj szervesanyag-készletét. A földigiliszták számára elegendő táplálékforrás és a minimális bolygatás eredménye a zavartalan élettér és a felszíni (horizontális), illetve a mélységi (vertikális) járatrendszerek kialakulása. A földigiliszták keverő- és járatrendszer-készítő tevékenységének köszönhetően a pórusrendszer fejlett, és a talaj morzsás szerkezetűvé vált, ami közvetve a nagyobb humusztartalomnak is köszönhető. A Hargitai-módszerrel elvégzett humuszminőség-vizsgálat alapján a fűz és a nyár vegetáció alól a 0–15 cm-es mélységből átlag stabilitási koefficiens (K-) értékeket mértünk (1. grafikon).
A K-értékek a 0,1–1,0 közötti kategóriába estek, ami a szakirodalom szerint jellemző érték az erdőtalajokra, ahol a humusz minősége általában kevésbé optimális. A legmagasabb K-értékeket minkét fafajnál a szennyvíziszapkomposzttal kezelt területeken mértük, 0,3 érték felett, ami kétszeres a tápanyag-utánpótlás nélküli kontrollhoz viszonyítva. Az ammóniumnitrát-műtrágyával kezelt területek értékei pedig fűznél 0,26, nyárban pedig 0,14 értékeket mutattak.
A dehidrogenázenzim-aktivitás (DHA-) analízissel mérhető mikrobiális enzimaktivitás meghatározásakor mind a fűz-, mind pedig a nyárkísérletben magasabb TPF-értékeket (trifenil-formazánt) mértünk a komposzttal kezelt talajokban (2. grafikon). Mindkét fafajnál egyértelmű volt a komposzttal kevert szennyvíziszap hatása a biológiai aktivitás növelésére.
Talajhasználati értékelés
A tanulmány bizonyította, hogy az irányított tápanyag-visszapótlással javítható és jelentősen javul a talajok minősége, termékenysége és az ahhoz szükséges talajbiológiai aktivitás is. A talajok élőlényeit (organizmusait), általában a talajbiológiai folyamatokat, beleértve a talajban kulcsfontosságú mikrobiális folyamatokat is, a szerves anyagok kijuttatásával lehet a leginkább fokozni, stimulálni. A gyenge termőképességű talajok energiaültetvényekkel történő hasznosítása az alternatív szerves anyagokkal és egyéb mezőgazdasági, kommunális vagy ipari hulladékok, melléktermékek felhasználásával is támogatható, gazdaságossá tehető. A kedvezőtlen, növénytermesztés számára más módon gazdaságosan már nem hasznosítható termőhelyek többsége alkalmas energetikai faültetvények telepítésére.
A beruházás költségei miatt lényeges azonban, hogy minden termőhelyre az adott viszonyok között legnagyobb produktummal rendelkező fafaj vagy -fajta kerüljön. A tanulmány bemutatta, hogy a fűz és a nyár alkalmas és jól hasznosítható energiabiomasszanövény, de a fajtaválasztást érdemes előzetes vizsgálatokhoz kötni, és szakértőkre bízni. Magyarországon több százezer tonna mennyiségben képződik szennyvíziszap, amely komposztálva ezeknek az energianövényeknek megfelelő tápanyag-visszapótlást képes adni, és erre a célra a leginkább felhasználható. A komposzttal kezelt parcellákon a talajnedvesség megóvása segíti a növényeket az esetleges szárazabb periódusok átvészelésében, de megőrzi vagy javítja a talaj kedvező fizikai-kémiai és biológiai állapotát is.
A talajbiológiai vizsgálatok szükségessége is igazolást nyert. A talajenzimek fontos szerepet játszanak a tápanyagok feltárásában, a mineralizációs folyamatokban, így a talajba került szerves anyagok lebontásában. Az enzimvizsgálat jól jelzi (indikálja) a szervesanyag-tartalom változásait, és annak közvetett hatását a talaj-mikrobiológiai állapotra. A földigiliszták mennyiségi gyarapítása a talaj-mikrobiológiai folyamatokat és összességében a biológiai talajerőt is egy lépésben és környezetbarát módon képes javítani. A földigiliszták mennyiségi vizsgálatai rendre, egyszerű módon, akár a földhasználó által is elvégezhetők, egyszerű „ásópróba” segítségével. A giliszták száma így összehasonlítható módon, közvetve mutatja a talajok minőségi javulását, állapotváltozását. A több évre tehető energetikai célú talajhasznosítás után a talaj állapota javul (regenerálódik), ami a későbbi mezőgazdasági újrahasznosítást megalapozhatja.
A felhasznált irodalmi források a szakdolgozatban és a szerzőknél találhatók meg. Az elvégzett talajbiológiai vizsgálatok a MATE Környezettudományi Intézet Agrárkörnyezettani Tanszékén folytak ([email protected]). A biológiaitalajerőgazdálkodó mérnök/szakember képzésre vonatkozó képzési információk a következő linken érhetők el: https://uni-mate.hu/képzés/content/biológiai-talajerő-gazdálkodási-szakmérnök-szakember-szakirányú-továbbképzés
A sorozat előző részei az alábbi linkeken érhetők el:
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 1.A talajbiológiai erő fontossága és az ismeretek begyűjtése
Biológiai talajerő-gazda(g)ság – 2. rész
Biológiai talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 3/1
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 3/2.
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 5.
Biológiai Talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 6.
Biológiai talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 7.
SOROZATSZERKESZTŐ ÉS TÁRSÍRÓ: BIRÓ BORBÁLA, A BIOLÓGIAI TALAJERŐGAZDÁLKODÓ SZAKIRÁNYÚ TOVÁBBKÉPZÉS SZAKINDÍTÓJA (SZIE-MATE, BUDAPEST)
SZERZŐ: BAKTI BEATRIX, A 2020-BAN MEGVÉDETT SZAKDOLGOZATA ALAPJÁN (BELSŐ KONZULENS: BIRÓ BORBÁLA, KARDOS LEVENTE), SZERZŐTÁRS: GYURICZA CSABA, SIMON BARBARA
