Μελέτη επίδρασης της προσθήκης βιοεξανθρακώματος (Biochar) σε έδαφος τεχνητά ρυπασμένο με ψευδάργυρο

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η επίδραση βιοεξανθρακώματος (biochar) στις ιδιότητες του εδάφους και στην διαθεσιμότητα ψευδαργύρου (Zn2+) σε αυτό. Η παραγωγή του biochar έγινε μέσω πυρόλυσης βιομάζας, και συγκεκριμένα πυρηνόξυλου, μέσα σε κλίβανο, σε θερμοκρασία 700 °C. Εξετάστηκαν τρεις αναλογίες προσθήκης biochar (0, 5 και 10 %) και δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις ψευδαργύρου (1,000 και 2,000 mg/(kg εδάφους)). Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές στις οποίες το έδαφος δεν αναμίχθηκε με διάλυμα μετάλλου. Στις συγκεκριμένες δοκιμές, χρησιμοποιήθηκε αντί διαλύματος μετάλλου απιονισμένο νερό ενώ παρέμειναν ίδιες οι αναλογίες biochar. Η επώαση των μιγμάτων διήρκησε συνολικά 30 ημέρες, εκ των οποίων την 1η, 10η, 20ή και 30ή λαμβάνονταν δείγματα προς ανάλυση. Όλα τα δείγματα εξετάστηκαν ως προς το pH, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και το δυναμικό οξειδοαναγωγής, ενώ την 30ή ημέρα υπέστησαν δοκιμές φυτοτοξικότητας με τρία είδη φυτών. Επιπλέον, τα ρυπασμένα δείγματα μελετήθηκαν ως προς την κινητικότητα και διαθεσιμότητα ψευδαργύρου μέσω διαδικασίας εκχυλίσεων ενός σταδίου κατά τις προαναφερόμενες ημέρες δειγματοληψίας και διαδοχικών εκχυλίσεων κατά την 30ή ημέρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη biochar στο έδαφος, σε γενικές γραμμές οδήγησε στην αύξηση του pH, της κατιοντεναλλακτικής ικανότητας και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους, καθώς επίσης στη μείωση του δυναμικού οξειδοαναγωγής. Ακόμη, ο ψευδάργυρος εκχυλίστηκε σε πολύ μεγάλο βαθμό στην περίπτωση των εκχυλίσεων με διάλυμα EDTA. Αμέσως μετά ακολουθούν οι εκχυλίσεις με διάλυμα CaCl2, και τέλος εκείνες που έλαβαν χώρα με απιονισμένο νερό. Η προσθήκη biochar στο έδαφος προκαλεί τη μείωση της κινητικότητας και διαθεσιμότητας ψευδαργύρου σε αυτό, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί κυρίως στην αύξηση του pH και της κατιοντεναλλακτικής ικανότητας που παρατηρείται. Μέσω της διαδικασίας των διαδοχικών εκχυλίσεων προέκυψε ότι η παρουσία biochar επιφέρει αλλαγές στην κατανομή του ψευδαργύρου στα κλάσματα του εδάφους. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε συνεχής αύξηση του ποσοστού του μετάλλου στο υπολειμματικό κλάσμα και διαρκής μείωσή του στο εναλλάξιμο. Συνεπώς, η προσθήκη biochar στο έδαφος συμβάλλει στη μείωση της εκχυλισιμότητας του ψευδαργύρου. Όσον αφορά στις δοκιμές φυτοτοξικότητας, η παρουσία μετάλλου στα δείγματα επέδρασε αρνητικά στη βλάστηση καθώς και στην ανάπτυξη των ριζών των σπόρων των τριών φυτών. Αντίθετα, η παρουσία biochar συνέβαλε στη βλάστηση μεγαλύτερου αριθμού σπόρων και στην αύξηση του μήκους των ριζών τους. Γενικά, σε όλα τα πειράματα που διεξήχθησαν, η μεγαλύτερη περιεκτικότητα του εδάφους σε biochar επέφερε καλύτερα αποτελέσματα, με εξαίρεση τα τεστ φυτοτοξικότητας, όπου συνέβη το αντίθετο.

The purpose of the present study was to evaluate the influence of biochar in soil properties and zinc availability. Biochar was prepared through pyrolysis of olive pomace in a muffle furnace at 700 °C. Three different biochar amendment rates were tested (0, 5 and 10%), as well as two different zinc concentrations (1,000 και 2,000 mg/(kg of soil)). Moreover, blank assays were conducted, in which soil was mixed with biochar at the same amendment rates and where instead of a metal solution deionized water was used. During the experiment that lasted for a period of 30 days, all mixtures were sampled on the 1st, 10th, 20th and 30th day in order to determine soil pH, Electrical conductivity and Redox potential, while samples taken on the 30th day were subjected to phytotoxicity assays using three different seeds’ species. All contaminated soil samples were also analyzed regarding zinc mobility and availability through single extraction procedures, while a sequential extraction procedure was carried out only for the samples taken on the 30th day. According to the results, biochar addition to soil, generally led to increased pH, Cation Exchange Capacity and Electrical conductivity values, as well as to reduced Redox potential values. The concentrations for EDTA-extractable zinc reached much higher levels than those of CaCl2- and DW-extractable zinc. Τhe addition of biochar to soil reduces the mobility and availability of zinc, which can be attributed mainly to the observed rise in pH and cation exchange capacity. Through the sequential extraction procedure that was followed it was made clear that the presence of biochar causes changes in zinc distribution among soil fractions. More specifically, results showed that biochar addition to soil increased the portion of the metal bound to the Residual fraction while the one bound to the Exchangeable fraction was decreased. Thus, amending soil with biochar contributes to reduction of zinc extractability. Regarding the results of phytotoxicity assays, the presence of zinc in soil samples had a negative influence on seed germination and growth of the roots of the three plant species. On the contrary, biochar amendments led to an increased number of germinated seeds, as well as to elongation of the roots. Generally, higher biochar amendment rate was associated with better results, with the exception of phytotoxicity tests where results were opposite.