Produkcja biomasy roślinnej dla przemysłu energetycznego na glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi

Abstract

W badaniach do niniejszej rozprawy doktorskiej założono, że głównym celem uprawy roślin powszechnie nazywanych energetycznymi, na glebie skażonej metalami ciężkimi ma być uzyskanie wysokiego plonu dobrej jakości biomasy, która będzie mogła być wykorzystana do bezpiecznej i wydajnej produkcji energii. Do tego celu należy stosować metody, które same w sobie nie będą stanowić zagrożenia, i nie będą zwiększać niebezpieczeństwa wynikającego z rozprzestrzenienia się skażenia metalami ciężkimi m.in. do wód gruntowych. Dopiero po spełnieniu tych warunków można, w pełni wykorzystać potencjał fitoremediacyjny roślin energetycznych, który stworzy szansę na opłacalność całego procesu i może przyczynić się do wykorzystania na szeroką skalę upraw w celu fitoremediacji gruntów skażonych metalami ciężkimi. Badano możliwości podwójnego wykorzystania upraw roślin energetycznych: wierzby wiciowej (Salix viminalis L.), ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita Rusby) i słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus L.) do produkcji biomasy na cele energetyczne i fitoremediacji gleb skażonych kadmem, ołowiem i miedzią w dawkach dwukrotnie przekraczających dopuszczalne zawartości tych pierwiastków, a także możliwości poprawy plonowania i właściwości fitormediacyjnych stosując preparaty Asahi SL i Biojodis. Wszystkie trzy gatunki tolerowały podwyższoną zawartość kadmu, ołowiu i miedzi w glebie, a występowanie ww. pierwiastków wpłynęło jedynie w niewielkim stopniu na plon biomasy. Zastosowanie preparatów Asahi SL i Biojodis zniwelowało niekorzystny wpływ zanieczyszczenia kadmem, ołowiem i miedzią na wzrost roślin energetycznych i poprawiło ich właściwości fitoremediacyjne. Biostymulator Asahi SL zwiększył pobieranie przez rośliny kadmu z gleby, a Biojodis wszystkich trzech metali. Zwiększona akumulacja metali w roślinach nie wpłynęła negatywnie na aktywności fizjologiczną i plon biomasy. Właściwości energetyczne uzyskanej biomasy na glebie skażonej i nieskażonej metalami ciężkimi oraz traktowane biostymulatorami Biojodis i Asahi SL były podobne. Proces toryfikacji korzystnie wpłynął na właściwości energetyczne uzyskanej biomasy zwiększając jej wartość opałową i ciepło spalania przy jednoczesnej redukcji masy i zawartości wody. Uzyskane w niniejszej pracy wyniki wskazują na możliwość uprawy roślin energetycznych (ślazowca pensylwańskiego, wierzby wiciowej i słonecznika bulwiastego) na glebach skażonych kadmem, ołowiem i miedzią oraz możliwości podwójnego wykorzystania tych gatunków w celu pozyskania energii, z jednoczesnym zastosowaniem ich do procesu fitoremediacji.

The main purpose of growing plants commonly known as energy crops on soil contaminated with heavy metals should be to achieve a high yield of good quality biomass, which can then be used for the safe and efficient energy production. Methods used in cultivation, must not pose a threat nor increase the risks of spread of contamination by heavy metals to the groundwater. Only when these conditions are met, the potential of energy crops based phytoremediation would be fully exploit, and entire process might be profitable in large-scale cultivation. The potential of dual use of energy crops virginia fanpetals (Sida hermaphrodita Rusby): common osier (Salix viminalis L.), and jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for the production of biomass and phytoremediation of soils contaminated with cadmium, lead and copper in doses twice in excess of standards for agricultural soils was investigated, as well as possibilities to improve the yield and phytoremediation capability of those plants using agrochemicals Asahi SL and Biojodis. All three species tolerate increased content of cadmium, lead and copper in the soil, and the occurrence those elements affected only slightly the yield of biomass. The use of agrochemicals Asahi SL and Biojodis mitigated the impact of pollution by cadmium, lead and copper on the growth of energy crops and improved phytoremediation properties. Asahi SL improved only cadmium uptake, while Biojodis significantly improved the accumulation of all three metals. Increased accumulation of metals did not affected the physiological activity and biomass yield. Net and gross calorific value of biomass, as well as ash content were similar regardless of soil contamination or agrochemicals used. Torrefaction process significantly improved the energetic properties of biomass and resulted with the increase of calorific value and the heat of combustion, while reducing weight and water content. Results indicate the possibility of energy crops cultivation (virginia fanpetals, common osier, jerusalem artichoke) on soils contaminated with cadmium, lead and copper for biomass production and phytoremediation.