FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PŮDY PO ZAPRAVENÍ VYSOKÝCH DÁVEK KOMPOSTU DO PŮDY

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PŮDY PO ZAPRAVENÍ VYSOKÝCH DÁVEK KOMPOSTU DO PŮDY SOIL PHYSICAL PROPERTIES AFTER APPLICATION OF HIGH RATES OF COMPOST INTO THE SOIL J. Hůla 1,2, P. Kovaříček 1, K. Marešová 1,3, M. Kollárová 1, M. Vlášková 1 1 Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. Praha 2 Česká zemědělská univerzita v Praze 3 Ústav pro životní prostředí PřF UK Praha Abstract In the article there are mentioned the evaluation results of basic physical properties of topsoil after single application of high rates of compost from waste biomass into the soil. The physical properties of soil were determined during the spring and autumn period in the course of two years after the establishment of small-plot field experiment. The penetrometer measurement was carried out in the same time periods. In the depths of 50-100 mm and 100-150 mm the statistically significant differences were determined in reduced volume weight and total soil porosity between the experimental variant with highest compost rate (478 t.ha -1 ) and variant without compost fertilization, eventually variant with the lowest compost rate (124 t.ha - 1 ). During the measurement by penetrometer there were not determined any statistically significant differences between the experimental variants. The obtained results confirm the usability of high compost rates from waste biomass for reduction of volume weight and an increase of total soil porosity. Keywords: soil; bulk soil density; waste biomass; penetrometer Úvod V souvislosti s potřebou účelného nakládání s biologicky rozložitelnými odpady nabývá na významu kompostování. Jednou z možností využití kompostů ze zbytkové biomasy je zapravení vysokých dávek kompostu do půdy s cílem zlepšit fyzikální vlastnosti především zhutnělých půd a zvýšit infiltraci vody do půdy. Příznivý vliv kompostů na strukturu půdy a snížení objemové hmotnosti půdy po aplikaci kompostu uvádějí Boyle et al. (1989), Courtney et Mullen (2008) a Hargreaves et al. (2008). Předpoklad příznivého působení organické hmoty v půdě v podmínkách, kdy je půda vystavována stlačování pojezdovými ústrojími strojů uvádějí Horn et al. (2006) a Lhotský (2000). Zapravování vyšších dávek organické hmoty v podobě kompostů může příznivě ovlivnit mechanické vlastnosti půd (soudržnost, rozpojitelnost) a fyzikální vlastnosti půdy, navíc přes činnost půdní mikroflóry může dojít ke zlepšení struktury půdy a zaktivizování ošetřených vrstev především těžkých půd. Vysoké dávky kompostu v rozmezí 200 až 500 t.ha -1 s cílem ovlivnit vlastnosti půdy uvádějí Pagliali et al. (1981). Cílem založení maloparcelkového polního pokusu a hodnocení sezónní dynamiky fyzikálních vlastností půdy po zapravení odstupňovaných dávek kompostu do půdy je posouzení možností regulace vybraných fyzikálních vlastností půdy odpadní biomasou po její úpravě řízeným kompostováním. Materiál a metody Za účelem hodnocení vlivu odstupňovaných dávek kompostu z odpadní biomasy na fyzikální vlastnosti půdy byl založen maloparcelkový polní pokus na pozemku v areálu VÚRV, v.v.i., Praha Ruzyně. Varianty pokusu jsou uvedeny v tab. 1. Jednotlivé parcelky mají tvar čtverce o rozměrech 3x3 m, varianty mají 6 opakování, na pokusné ploše je 24 parcelek. Stanovištní podmínky pokusného pozemku Klimatický region mírně teplý, suchý, s mírnou zimou, průměrná roční teplota 8,2 C, průměrný roční úhrn srážek 526 mm, nadmořská výška pozemku je 330 m. Genetickým půdním typem je černozem luvická, půdotvorným substrátem je spraš na křídové opuce. Zrnitostní složení odpovídá přechodu mezi půdou hlinitou a jílovitohlinitou, průměrný obsah zrn menších než 0,01 mm je 44,2 %. Do půdy byl jednorázově zapraven kompost z odpadní biomasy vyrobený řízeným kompostováním v pásových hromadách (Plíva et al. 2009). Základní charakteristika kompostu je uvedena v tab. 2. Kompost byl aplikován na povrch půdy 14.4.2008 v dávkách uvedených v tab. 1 uvedené hodnoty představují dávky při vlhkosti kompostu 38 % hmotnostních. Další den byl kompost zapraven do půdy při celoplošném zpracování pokusné plochy rotačním kypřičem s horizontálním nožovým rotorem (hloubka zpracování půdy: 150 mm). 1

Tab. 1 Varianty maloparcelkového polního pokusu (Ruzyně) Varianta Dávka kompostu [t.ha -1 ] K 0 D1 124 D2 239 D3 478 Před aplikací kompostu byly na vyměřených parcelkách odebrány vzorky zeminy ze tří hloubek pro stanovení základních fyzikálních vlastností půdy (11. a 12.3.2008), dále byl změřen penetrační odpor registračním penetrometrem PEN-70. Při vyhodnocení objemové hmotnosti redukované a penetračního odporu půdy před aplikací kompostu a jeho zapravením nebyla zaznamenána úroveň nevyrovnanosti pozemku, která by bránila založení maloparcelkového polního pokusu při splnění zásad pro zakládání těchto pokusů. Při odběrech zeminy do kalibrovaných válečků byla použita odběrná souprava Eijkelkamp, laboratorní rozbory vzorků se uskutečnily v laboratoři VÚZT, v.v.i., podle standardní metodiky (Valla, Kozák et al. 2002). Po zapravení kompostu do půdy se uskutečnily odběry neporušených vzorků zeminy pro stanovení základních fyzikálních vlastností půdy v těchto termínech: 23.9.2008, 20.4.2009 a 5.11.2009. Půdní vzorky byly odebírány z hloubek 50-100 mm, 100-150 mm a 150-200 mm. Měření penetrometrem se uskutečnilo 2.10.2008, 14.4.2009 a 5.11.2009, momentální vlhkost půdy v ornici v době měření penetrometrem je uvedena v tab. 3., 4., a 5. Po celou dobu trvání pokusu je pozemek udržován bez porostu na vzešlé plevele je aplikován neselektivní herbicid s účinnou látkou glyfosát (Roundup v dávce 2 l ve 200 l vody na hektar). Statistické hodnocení dat se uskutečnilo v programu S-Plus 2000 pomocí analýzy variance Výsledky a diskuse Průměrné hodnoty základních fyzikálních vlastností půdy z odběru na podzim roku 2008 jsou uvedeny v tab. 3. V hloubce odběru 50-100 mm byl zjištěn u hodnot objemové hmotnosti redukované statisticky významný rozdíl mezi variantami K a D3, v hloubce 100-150 mm byl statisticky významný rozdíl mezi variantami D1 a D3. U hloubky odběru 100-150 mm byl rozdíl mezi variantou K a D3 na hranici statistické významnosti. V hloubce 150-200 mm nebyly mezi pokusnými variantami zjištěny statisticky významné rozdíly. Hodnoty objemové hmotnosti redukované v hloubkách 50-100 mm, 100-150 mm a 150-200 mm jsou na obr. 1a-1c zobrazeny formou krabicového diagramu, který podává základní informaci o charakteru souborů dat. Při statistickém vyhodnocení celkové pórovitosti půdy byly zaznamenány statisticky významné rozdíly u variant s velkou diferencí v množství aplikovaného kompostu (var. D3 a var. K) hloubky 50-100 mm a 100-150 mm. V hloubce odběru 150-200 mm nebyly zaznamenány statisticky významné rozdíly hodnot pórovitosti mezi variantami pokusu. Průměrné hodnoty objemové hmotnosti redukované, okamžité vlhkosti (v procentech objemu i hmotnosti), pórovitosti a minimální vzdušné kapacity z odběrů na jaře roku 2009 (20.4.) jsou uvedeny v tab. 4. Hodnoty objemové hmotnosti redukované v hloubkách 50-100 mm, 100-150 mm a 150-200 mm jsou na obr. 2a-2c zobrazeny formou krabicového diagramu. U objemové hmotnosti redukované byl zaznamenán pokles hodnot se zvyšující se dávkou kompostu, aplikovaného v roce 2008, rozdíly mezi variantami však byly ve většině případů pod hranicí statistické významnosti. Statisticky významné rozdíly hodnot objemové hmotnosti redukované byly zaznamenány u hloubky 50-100 mm, mezi variantami D3 (nejvyšší dávka kompostu) a K (kontrola bez dávky kompostu) a mezi variantami D3 a D1 (varianta s nejvyšší dávkou kompostu a varianta s nejnižší dávkou kompostu). Tab. 2 Základní charakteristika použitého kompostu Ukazatel Jednotky Hodnota dle ČSN Zjištěné hodnoty Vlhkost % hmotnosti min. 40, max. 65 35,2 Spalitelné látky ve vysušeném vzorku % min. 25,0 22,2 Celkový dusík jako N přepočtený na vysušený % min. 0,60 1,15 vzorek Poměr C:N - (5-15):1 9,65:1 Hodnota ph - od 6,0 do 8,5 8,4 Nerozpustitelné příměsi % hmotnosti max. 2,0 1,61 2

Tab. 3 Průměrné hodnoty základních fyzikálních vlastností půdy (podzim 2008) Varianta Hloubka Obj.hm.red. Okam.vlh.obj. Okam.vlh.hm. MKVK Pórovitost MVK [mm] [g.cm -3 ] [% obj.] [% hm.] [% obj.] [% obj.] [% obj.] D1 50-100 1,26 27,1 21,5 31,2 52,0 20,8 D1 100-150 1,49 28,6 19,2 31,9 43,4 11,6 D1 150-200 1,49 27,7 18,6 31,0 43,3 12,2 D2 50-100 1,15 29,5 25,7 34,8 56,2 21,4 D2 100-150 1,33 26,9 20,3 30,6 49,3 18,6 D2 150-200 1,36 41,7 30,0 30,9 48,4 17,5 D3 50-100 1,12 28,2 25,3 33,4 57,5 24,1 D3 100-150 1,24 29,3 23,7 33,2 52,8 19,6 D3 150-200 1,40 28,0 20,1 31,8 47,0 15,1 K 50-100 1,30 26,9 20,7 31,3 50,6 19,3 K 100-150 1,45 28,0 19,4 31,3 44,9 13,5 K 150-200 1,41 27,4 19,3 31,4 46,2 14,8 Ukazatel škodlivosti zhutnění - hlinitá půda (Lhotský 2000) nad 1,45 Pozn.: MKVK maximální kapilární vodní kapacita MVK minimální vzdušná kapacita pod 45,0 pod 10,0 Obr. 1a (podzim 2008), hloubka 50-100 mm Obr. 1c (podzim 2008), hloubka 150-200 mm Obr. 1b (podzim 2008), hloubka 100-150 mm Obr. 2a (jaro 2009), hloubka 50-100 mm 3

Obr. 2b (jaro 2009), hloubka 100-150 mm Obr. 2b Tab. 4 Průměrné hodnoty základních fyzikálních vlastností půdy (jaro 2009) (jaro 2009), hloubka 150-200 mm Varianta Hloubka Obj.hm.red. Okam.vlh.obj. Okam.vlh.hm. MKVK Pórovitost MVK [mm] [g.cm -3 ] [% obj.] [% hm.] [% obj.] [% obj.] [% obj.] D1 50-100 1,32 31,0 23,5 33,3 49,9 16,6 D1 100-150 1,42 31,1 21,8 33,9 45,8 11,9 D1 150-200 1,43 30,7 21,4 33,2 45,5 12,4 D2 50-100 1,26 32,5 25,7 35,5 51,9 16,4 D2 100-150 1,41 31,9 22,7 34,2 46,4 12,2 D2 150-200 1,41 29,8 21,1 32,4 46,2 13,9 D3 50-100 1,17 33,3 28,7 37,2 55,4 18,2 D3 100-150 1,40 32,2 23,1 35,0 46,7 11,7 D3 150-200 1,39 29,9 21,5 32,8 47,1 14,3 K 50-100 1,33 30,3 22,7 33,0 49,3 16,4 K 100-150 1,44 31,2 21,6 33,5 45,1 11,6 K 150-200 1,50 31,1 20,7 33,7 43,1 9,4 Pozn.: MKVK maximální kapilární vodní kapacita MVK minimální vzdušná kapacita Pórovitost celková (viz tab. 4) naznačuje nárůst hodnot se zvyšující se dávkou kompostu, rozdíly mezi variantami jsou statisticky významné mezi stejnými variantami jako u objemové hmotnosti redukované. V grafu na obr. 3 jsou znázorněny průměrné hodnoty penetračního odporu půdy (14.4.2009). Při porovnání všech hodnot penetračního odporu v ornici nebyly zjištěny mezi variantami pokusu statisticky významné rozdíly. Průměrné hodnoty objemové hmotnosti redukované zjištěné v podzimním termínu odběrů v roce 2009 (5.11.) jsou uvedeny v tab. 5. Hodnoty objemové hmotnosti redukované v hloubkách 50-100 mm, 100-150 mm a 150-200 mm jsou zobrazeny formou krabicového diagramu na obr. 4a-4c. U objemové hmotnosti redukované byl v hloubce 50-100 mm zjištěn statisticky významný rozdíl mezi variantami D3 a K, D1 a D3 a D2 a D3. V hloubce 100-150 mm byl zjištěn signifikantní rozdíl pouze mezi variantou s nejvyšší dávkou kompostu (D3) a variantou kontrolní bez aplikace kompostu (K). U největší hloubky odběru neporušených půdních vzorků nebyly mezi variantami pokusu zjištěny statisticky významné rozdíly. Penetrační odpor [MPa] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 Hloubka [mm] D1 D2 D3 K Obr. 3 Penetrační odpor půdy (14.4.2009) U celkové pórovitosti půdy na podzim roku 2009 byly zjištěny statisticky významné rozdíly mezi stejnými variantami pokusu jako u hodnot objemové hmotnosti redukované. Hodnoty minimální vzdušné kapacity poklesly u některých variant a hloubek odběru pod kritickou hranici 10 % objemu, což signalizuje nežádoucí zhutnění půdy. Při statistickém zpracování výsledků však nebyly mezi variantami pokusu u tohoto ukazatele zjištěny statisticky významné rozdíly. 4

Tab. 5 Průměrné hodnoty základních fyzikálních vlastností půdy (podzim 2009) Varianta Hloubka Obj.hm.red. Okam.vlh.obj. Okam.vlh.hm. MKVK Pórovitost MVK [mm] [g.cm -3 ] [% obj.] [% hm.] [% obj.] [% obj.] [% obj.] D1 50-100 1,34 34,0 25,3 34,8 48,9 14,0 D1 100-150 1,52 34,6 22,9 35,2 42,4 7,2 D1 150-200 1,51 33,7 22,3 34,3 42,4 8,1 D2 50-100 1,35 33,9 25,4 35,0 48,8 13,8 D2 100-150 1,53 35,0 22,8 35,5 41,7 6,2 D2 150-200 1,51 33,7 22,4 34,3 42,6 8,3 D3 50-100 1,16 34,0 29,5 36,7 56,0 19,4 D3 100-150 1,42 35,3 24,8 36,1 45,9 9,8 D3 150-200 1,39 33,6 25,7 34,3 47,0 12,7 K 50-100 1,37 33,1 24,1 33,9 47,8 13,9 K 100-150 1,53 34,0 22,3 34,6 41,9 7,3 K 150-200 1,50 34,3 22,9 35,0 43,1 8,1 Pozn.: MKVK maximální kapilární vodní kapacita MVK minimální vzdušná kapacita Obr. 4a (podzim 2009), hloubka 50-100 mm Obr. 4c (podzim 2009), hloubka 150-200 mm Graf na obr. 5 znázorňuje průměrné hodnoty penetračního odporu půdy v ornici (5.11.2009). Při porovnání všech hodnot penetračního odporu v ornici nebyly zjištěny mezi variantami pokusu statisticky významné rozdíly. Penetrační odpor [MPa] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 Hloubka [mm] D1 D2 D3 K Obr. 4b (podzim 2009), hloubka 100-150 mm Obr. 5 Penetrační odpor půdy (5.11.2009) 5

Dosavadní výsledky ukazují na potenciál půdy přijmout vysokou dávku kompostu z odpadní biomasy v případě nadbytku tohoto produktu. Výsledky hodnocení sezónní dynamiky fyzikálních vlastností půdy po jednorázové aplikaci kompostu jsou v souladu se závěry Courtneyho et Mullena (2008), Zeytina et Barana (2003) i dalších autorů o příznivém účinku přídavku kompostů do půdy na objemovou hmotnost a pórovitost půdy. Závěr Výsledky hodnocení fyzikálních vlastností půdy a penetračního odporu půdy v maloparcelkovém polním pokusu v roce 2008 a 2009 ukazují na přínos vysoké dávky kompostu (varianta D3) ke zlepšení prostorového uspořádání půdní hmoty ve vrstvě ornice, do které byl kompost zapraven. Dosavadní výsledky pokusu naznačují použitelnost vysokých dávek kompostu z odpadní biomasy k částečné nápravě nepříznivého stavu půd vyvolaného nežádoucím zhutněním. Současně však výsledky ukazují na omezené možnosti úpravy půdního prostředí i vysokými, nadstandardními dávkami kompostu. Přímé mechanické uplatnění aplikovaného kompostu je zřejmě dosud omezeno na vrstvu půdy, do které byl kompost zapraven. Lze předpokládat ovlivnění vlastností půdy zvýšením dynamiky biologických procesů v půdě v důsledku zapravení kompostu. Hodnocení sezónní dynamiky fyzikálních vlastností půdy po jednorázové aplikaci kompostu ve vysokých dávkách v podmínkách dlouhodobé absence zpracování půdy po zapravení kompostu bude pokračovat v roce 2010. Výsledky publikované v tomto článku vznikly díky finanční podpoře MZe ČR v rámci řešení výzkumného projektu č. QH 81200 Optimalizace vodního režimu v krajině a zvýšení retenční schopnosti krajiny uplatněním kompostů z biologicky rozložitelných odpadů na orné půdě i trvalých travních porostech a výzkumného záměru 0002703102 Výzkum efektivního využití technologických systémů pro setrvalé hospodaření a využívání přírodních zdrojů ve specifických podmínkách českého zemědělství. Literatura: BOYLE M. W. T., FRANKERBERGER JR., STOLZY L. H.: The influence of organic matter on soil aggregation and water infiltration. Journal of production Agriculture, 1989, no. 2, p. 290-299 COURTNEY R. G., MULLEN G. J.: Soil quality and barley growth as influenced by the land application of two compost types. Bioresource Technology, 2008, no. 99, p. 2913-2918 HARGREAVES J. C., ADL M. S., WARMAN P. R.: A review of the use of composted municipal solid waste in agriculture. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2008, no. 123, p. 1-14 HORN R.; FLEIGE H.; PETH S.: Soil management for sustainability. Reiskirchen, Catena Verlag GMBH, 2006, s. 497 LHOTSKÝ, J.: Zhutňování půd a opatření proti němu. Praha, ÚZPI 2000, 61 s. PAGLIALI M., GUIDI G., LA MARCA M., GIACHETTI M., LUCAMANTE G.: Effects of sewage sludge and composts on soil porosity and aggregation. J. Environ. Qual., 1981, no. 4, p. 556-561 PLÍVA P. A KOL.: Kompostování v pásových hromadách na volné ploše. Praha: Vydavatelství Profi Press, s.r.o., 2009. 1. vydání, 136 s. VALLA M., KOZÁK J., NĚMEČEK M., MATULA S., BORŮVKA L., DRÁBEK O.: Pedologické praktikum. ČZU v Praze, Praha, 2002, 148 s. ZEYTIN S., BARAN A.: Influences of composted hazelnut husk on some physical properties of soils. Bioresource Technology, 2003, vol. 88, no. 3, s. 241-244 Abstrakt: V příspěvku jsou uvedeny výsledky hodnocení základních fyzikálních vlastností půdy v orniční vrstvě po jednorázovém zapravení vysokých dávek kompostu z odpadní biomasy do půdy. Fyzikální vlastnosti půdy byly zjišťovány v jarním a podzimním termínu, v průběhu dvou let po založení maloparcelkového polního pokusu. Ve stejných termínech se uskutečnilo měření penetrometrem. V hloubkách 50-100 mm a 100-150 mm byly zjištěny statisticky významné rozdíly objemové hmotnosti redukované a celkové pórovitosti půdy mezi variantou pokusu s nejvyšší dávkou kompostu (478 t.ha -1 ) a mezi variantou bez dávky kompostu, resp. variantou s nejnižší dávkou kompostu (124 t.ha -1 ). Při měření penetrometrem nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly mezi variantami pokusu. Získané výsledky dokládají použitelnost vysokých dávek kompostu z odpadní biomasy ke snížení objemové hmotnosti a zvýšení celkové pórovitosti půdy. Klíčová slova: půda; objemová hmotnost půdy; pórovitost; odpadní biomasa; penetrometr Kontaktní adresa: prof. Ing. Josef Hůla, CSc Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Ruzyně; tel: 233 022 263, fax: 233 312 507; josef.hula@vuzt.cz 6