Ipari hulladékok növényfiziológiai vizsgálata

Absztrakt
A fenntartható fejlődés nemzeti és globális szinten is számos problémát vet fel. Globális szinten szembesülnünk kell a gyorsan növekvő népesség és a korlátozottan rendelkezésre álló mezőgazdasági területek felhasználásának ellentmondásával. Az élelmezési problémák megoldását az újabb területek termelésbe állításával illetve a termelés intenzívebbé tételével lehet megoldani. Mindeközben egyre több kemikáliát juttatunk a földjeinkre, biztosítandó a magas termések eléréséhez szükséges tápanyagokat, illetve növényvédő szereket, amelyekkel védjük termelvényeinket. Nemzeti szinten az élelmezési probléma a termelés szintjén nem jelentkezik, köszönhetően Magyarország kedvező mezőgazdasági feltételeinek. Általánosan érvényes ugyanakkor, hogy a mezőgazdasági termelés intenzívebbé válásával, a termeléshez felhasznált anyagok növekvő mennyisége miatt, növekszik a CO2 kibocsátás, hiszen a felhasznált műtrágyák és egyéb kemikáliák előállítása csak energia igényes gyártási folyamatokban lehetséges. A fokozódó energia igény miatt a költségek is folyamatosan emelkednek, amely a dolgozat témájától eltérő problémákat vet fel és nem tárgya a dolgozatnak. A fentiekkel párhuzamosan - pillanatnyilag főként globális szinten - fokozódik az ipari termelés is. Az ipari termelés során rendkívül nagy mennyiségű melléktermék keletkezik, amelyek elhelyezése számos helyen környezeti ártalmakkal párosul. A melléktermékek is energiaigényes folyamatokban keletkeznek. Többségük nagy mennyiségben tartalmaz a növények számára is fontos tápelemeket. A melléktermékek mezőgazdasági felhasználása lehetőséget kínál a költségesen előállított műtrágyák mennyiségének csökkenésére. Közvetett hatásként mérséklődhet a CO2 kibocsátás is. Használatuk kritériuma, hogy ne szennyezzék a környezetet, ne legyenek toxikusak a növényekre, és alkalmazásukkal, a költségesen előállítható kemikáliák legyenek kiválthatók. Dolgozatomban hat ipari melléktermék vizsgálatát tűztem célul, annak tisztázására, hogy a vizsgált melléktermékek potenciálisan alkalmazhatók-e növények táplálására. A célomnak megfelelően laboratóriumban vizsgáltam a kiválasztott melléktermékek hatását a növények fiziológiai paramétereire. Mértem a vizsgálati növények szárazanyag felhalmozását, a SPAD-értéket, a fotoszintetikus pigmentek abszolút mennyiségét, a gyökerek és a hajtások tápelem koncentrációit. Vizsgálataimat a gyakorlati felhasználást megalapozandó céllal végeztem a kiválasztott melléktermékek esetében. A kísérletekhez kukoricát és napraforgót használtam. Azért választottam ezt a két növényt, mert fiziológiai és anatómiai szempontból lényegesen eltérő tulajdonságúak. A tápanyag-felvételi mechanizmusuk, különösen a vas és a cink esetében eltérő, másrészt a két legjelentősebb gazdasági növényünk. A vizsgált melléktermékek a szennyvíziszap, mésziszap, a köszörűiszap, a füstgázpor, az extrudált mákgumó és a szennyvíziszap-komposzt voltak. Valamennyi melléktermék nagy mennyiségben keletkezik, így potenciálisan alkalmasak nagyobb területek tápanyagellátásának megoldására. A melléktermékek tápelem tartalmának vizsgálata igazolta, hogy mindegyik jelentős mennyiségben tartalmaz létfontosságú tápelemeket. A melléktermékekben lévő elemek meghatározásánál és a további vizsgálatoknál azokra az elemekre koncentráltam, amelyek valamennyi melléktermékben előfordulnak. Ezek közül választottam ki az összehasonlítás alapját képező hét elemet. Ezek: az Al, Ca, Fe, K, Mg, P és S voltak. A kísérleteket a nyers melléktermékkel illetve annak desztillált vizes szűrletével végeztem. Ez utóbbival az volt a célom, hogy a vízzel könnyen kioldódó anyagok hatását vizsgáljam. Kísérleteim során arra a következtetésre jutottam, hogy a vizsgált melléktermékek mindegyike használható a növények tápanyagellátásában, viszont a szántóföldi alkalmazásnál a pontos alkalmazási koncentrációk meghatározása nélkülözhetetlen. A mésziszap - amely eredetét tekintve nem egyezik meg a cukorgyári mésziszappal - alkalmas lehet a talajok pH-jának karbantartására, míg a magas szerves anyag tartalommal is rendelkező mákgubó extrudátum és szennyvíziszap a tápanyag utánpótláson túl a talajok általános kondíciójának javítására is alkalmas lehet. A kísérletek során a vas és az alumínium sajátos kapcsolatára mutattam rá, amelynek a vizsgálata további kutatásokat igényel. Összességében megállapítom, hogy az általam vizsgált melléktermékek alkalmasak lehetnek a költséges műtrágyák - esetenként - teljes, vagy részleges kiváltására, viszont éppen azért, mert a vizsgált melléktermékek összetétele, pl. a szennyvíziszap, változhat, ezért az esetleges környezeti ártalmak elkerülésére a felhasználásra szánt melléktermékek folyamatos monitorozása szükséges. Sustainable development raises several problems on the national and global level. We are to face the discrepancy between the fast-growing population and limited expanses of available agricultural lands on a global scale. The shortage of food supply can be tackled with the involvement of new lands into agricultural production and the intensification of production processes. On the other hand, chemicals are applied to lands in increasing volume in order to provide for the nutrients ensuring higher yield and protect crops. On national level, we have no problems with producing sufficient quantities of food owing to the favourable agricultural endowments in Hungary. In general it is obvious that the intensification of agricultural production triggers continuous increase in CO2 emission due to the larger volumes of materials used in production, because artificial fertilizers and other chemicals can be produced only in process of high energy input. Because of the rising energy demand, the costs of production are also mounting, which results in environmental problems not discussed in this study. Concurrently with the above trends, mainly on global level, industrial production is also on the rise. In the course of industrial production, extremely large quantities of by-products are generated, and their disposal is accompanied by environmental harms at several locations. These by-products are similarly produced in processes of high energy demand. Most of them contain essential nutritional elements for the plants. The use of these by-products in agriculture offers us the possibility to moderate the quantities of expensive mineral fertilizers used in agriculture. As a side effect, CO2 emission could be decreased, as well. The criteria of their application include that they should not exercise any toxic effect on plants or pollute the environment, but can be used in replacement of the expensively manufactured chemicals. The aim of my work was to examine six industrial by-products in order to determine whether the examined by-products can be potentially used for the nutrition of plants. In line with this objective, I examined the effects of the selected by-products on the physiological parameters of plants under laboratory circumstances. The dry matter accumulation, relative chlorophyll contents of the plants, as well as the absolute quantities of photosynthetic pigments, the concentrations of various elements in the shoots and roots were measured. All these examinations were conducted to serve as the basis of the practical use of the by-products concerned. Maize and sunflower were used in the experiments. The reason why these two plants were selected was the physiological and morfological differences between them. Their nutrition uptake mechanism are different, especially in the case of iron and zinc, on other hand, the maize and the sunflower are the most important crop plants. The by-products to be involved into the experiments were sewage sludge, lime sludge, grinding sludge, flue-gas powder (originating from gas- or coal-burning power stations), extruded poppy-heads remaining from morphine production and sewage sludge compost. All of the byproducts involved into the experiments are generated in huge volumes; therefore, they can be suitable for solving nutrient deficiency problems in large agricultural fields. It has been confirmed by the experiments focusing on the nutritional elements of the by-products that all the by-products contain several essential elements in large quantities. My examinations concentrated on the elements that occur in all the by-products. From among them, I have selected the seven elements serving as the basis of comparison: Al, Ca, Fe, K, Mg, P and S. Crude byproducts and the diluted fractions made with distilled water were subjected to the examinations. These dilutions also allowed the examination of the effects of the easily soluble elements. In the light of the experiments, I have come to the conclusion that all of the examined by-products can be used in the nutrition supply of plants, but it is essential to determine the concentrations of application accurately for field use. This statement is particularly true for grinding sludge and flue-gas powder. Lime sludge – which in terms of origin is not identical to the lime sludge coming from sugar factory – may be suitable for maintaining the soil pH, while the by-products featuring large organic matter contents are good for the improvement of general conditions of soils. In the course of the experiments, I pointed out a special relationship between iron and aluminium, which needs further examinations. In summary of the results, I found that the by-products that were subjected in my experiments may be used in full or partial replacement of the costly chemicals as the case may be, though as the composition of the by-products, e.g. sewage sludge, may change, it is necessary to continuously monitor the by-products designed for the above use.
Leírás
Kulcsszavak
ipari melléktermékek, industrial by-products, növényi tápanyagok, plant nutrients, productivitás, productivity
Forrás