Plantáže rychle rostoucích ch dřevin d na půdách kontaminovaných rizikovými prvky Libor Mrnka Botanický ústav AVČR, v.v.i. Projekt CZ0092 financovaný Norským finančním mechanismem
Botanický ústav AVČR, v.v.i. Řešitel Česká zemědělská universita v Praze Partner č. 1 Bioforsk, Norwegian Institute for Agricultural and Environmental Research Partner č. 2
Zaměření projektu Hutní a důlnd lní výroba Zdroj znečištění rizikovými prvky (RP) v regionu (emise několika set tun olova ročně až do r. 1982 ) Silná kontaminace půd RP v okolí (As, Cd, Pb, Zn) Negativní dopady na kvantitu i kvalitu zemědělské produkce
Cíl projektu nabídnout alternativní využití kontaminovaných půd pro produkci biomasy prostřednictvím plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD). Důležitým vedlejším efektem navrhované technologie je fytostabilizace nebo fytoextrakce škodlivých prvků v půdě. fytostabilizace fytoextrakce Produkce biomasy
Laboratorní exp. ~ 25 Nádobové exp. 6 Plantáže 4
Mykorhizní symbióza Ektomykorhiza Arbuskulární mykorhiza
70 60 50 40 30 20 10 0 Výběr ektomykorhizních izolátů Průměrné pořadí BAF pro Cd, Pb a Zn na médiu "K" vysoce akumulující izoláty málo akumulující izoláty Mean RANK BAF Lsp-1 HFA-1 PTI-1 PIN-9 ABY-1 ADI-1 LAU-1 LDU-1 PIN-8 TCI-1 CGE-4 LLA-3 AMU-1 CFI-5 TSC-2 HLE-1 Tsp-1 HBR-1 HME-1 TSC-1 HSE-1
Vliv houbových izolátů na růst a akumulaci RP u vrby bílé (S. alba) a topolu černého (P. nigra) Sušina prýtů [% kontroly] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 * C HME C HME GIN * S. alba P. nigra
Vliv houbových izolátů na růst a akumulaci RP u vrby bílé (S. alba) a topolu černého (P. nigra) Akumulace TK [% kontroly] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Cd Pb * C HME C HME GIN S. alba P. nigra
Schéma pěstování plantáží RRD Výsadba Sklizeň Plantáž po 3-5 letech Plantáž po 1. roce Počáteční růst Rašení pařeziny Převzato z: FOCUS Syracuse report 2006
Založení modelových plantáží na Příbramsku Lokality plantáží: Komín (Nové Podlesí) kambisol TK (vým/celk): Cd (2/6), Pb (35/1000), Zn (17/170) Litávka (Trh. Dušníky) fluvisol TK (vým/celk): Cd (25/31), Pb (150/2700), Zn (1700/3400) Hustota výsadeb: cca 22500 řízků/ha Experimentální varianty: Základní 2008 Kontrolní (K) bez zásahu Hnojená (H) 75t/ha st.čis.kalu (~ cca 400kg N/ha a 60kg P/ha) Inokulovaná (M) směs mykor. hub (4EcM,3AM), některé nativní Inokulovaná a hnojená (MH) - viz výše Kód Klon Sex Původ VB1 (Salix viminalis x S. schwerinii) x S. viminalis klon Tordis samičí Švédsko VB2 S. x smithiana Willd. klon S-218 samičí ČR TP1 Populus nigra L. P. maximowiczii klon Max 5 samičí Japonsko TP2 P. nigra L. klon Wolterson samičí Holandsko
Mykorhizní kolonizace ECM, komín 35 Kolonizace špiček ECM [%] 25 20 K M H MH 30 25 15 VB1 VB2 TP1 TP2 20 15 10 10 5 5 0 0 výsadba po 1. po 2. sezóně sezóně výsadba po 1. po 2. sezóně sezóně
Mykorhizní kolonizace- ECM, komín Hebeloma spp. (H. hiemale, H. pusillum) preference pro Salicaceae cca 96% komín cca 62% Litávka Tuber spp. (T. maculatum, T. dryophilum) cca 2% komín cca 1% Litávka
Mykorhizní kolonizace AM, komín Kolonizace jemn.koř. AM [%] 60 50 40 30 20 K M H MH 90 75 60 45 30 VB1 VB2 TP1 TP2 10 15 0 výsadba po 1. sezóně po 2. sezóně 0 výsadba po 1. sezóně po 2. sezóně
Produkce biomasy komín 2008-2010 b b a a
Produkce biomasy komín 2008-2010 d c b a
Fytoremediace Množství RP odstraněných z půdy prostřednictvím biomasy [g/ha*rok]!! Cd 70 Pb 50 Zn 270 Cd 130 Pb 120 Zn 580 kontrolní varianta hnojená a inokulovaná varianta
Fytoremediace z hlediska délky života plantáže po 25 letech: Co ukáží výsledky z výsadeb 2009, které byly inokulovány vybranými izoláty?! založit plantáž použít směs klonů TP1, VB2 hnojit (inokulovat) sklízet biomasu Cd 4kg/ha Zn 20kg/ha Pb 4kg/ha podíl z celkového obsahu v půdě Cd ~15% Zn ~2% Pb ~0.1%
Klony RRD testované v dalších letech topolové klony Náš kód MZe VÚKOZ Jiné označení Taxonomické zařazení (m -samčí klon, f - samičí klon) TP1 J-105 P-Jap104*049 Japan Populus nigra L. P. maximowiczii Henry Maxvier (f) TP2 - - Wolterson Populus nigra L. TP3 P-468 P-trikor-468 - Populus trichocarpa Torr. et Gray P. koreana Rehd. (f) TP4 P-454 P-Andros-454 Androscoggin Populus maximowiczii Henry P. trichocarpa Torr. et Gray 'Androscoggin' (m) TP5 P-494 P-Oxford-494 Oxford Populus maximowiczii Henry P. berolinensis Oxford (f) TP6 P-072 - Fritzi Pauley Populus trichocarpa Torr. et Gray P. koreana Rehd. (f) VB1 - - Tordis (Salix schwerinii x S. viminalis ) x S. viminalis VB2 S-218 S-smithF-218 - Salix smithiana Willd., původní spontánní kříženec v ČR (f) VB3 - - Tora Salix schwerinii x S. viminalis VB4 S-195 S-rubLip-195 - Salix rubens Schr. (f) VB5 S-117 S-albBrn-117 - Salix alba L., původní v ČR (m) VB6 - - 81090 Salix dasyclados Wimm. (klon 81090 z Estonska/K. Heinsoo) vrbové klony
suchá nadzemní biomasa [t/ha] 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 VB1 VB3 VB5 TP1 TP3 TP5 VB2 VB4 VB6 TP2 TP4 TP6 250 % 0,0 jaro 2009 podzim 2009 podzim 2010
Produkce biomasy Litávka 2010-2010 Sušina prýtů [g/řízek] 25 20 15 10 5 0 * * * * C DIC IL DIL C DIC IL DIL TP1 VB2
Spalování kontaminované biomasy štěpka?? Distribuce RP při spalování ve fluidním spalovacím reaktoru (855 C) spaliny (%) ložový popel cyklonový (%) popel (%) popílek plynná fáze celkem Cd 15,4 33,1 51,2 0,3 51,5 Pb 8,7 25,4 63,9 2,0 65,9 Zn 61,7 8,0 29,5 0,7 30,3 efektivním odprášením spalin je možné odstranit velkou většinu RP jednostupňové odprášení spalin cyklonovým odlučovačem není dostatečné, nutné je dvoustupňové odprášení za použití rukávových filtrů
Závěry: v laboratorních podmínk nkách (in( vitro) ) se houbové izoláty značně liší tolerancí vůči i TK a jejich akumulací alespoň některé izoláty ovlivňuj ují analogicky akumulaci TK i v symbióze s hostitelem > potenciál ladit tok TK do biomasy s pomocí vnáš ášených symbiotických hub v polních podmínk nkách mám dominantní vliv na výnos i akumulaci TK klon RRD! Čistírenské kaly jsou perspektivním hnojivem plantáží RRD spalování kontaminované biomasy je možné; ; předpokladem p je efektivní odpráš ášení spalin
Děkuji za pozornost! Výmladkovým plantážím zdar! www.eptocol.ibot.cas.cz