Ефективність застосування осаду стічних вод під час вирощування трав’янистих енергокультур на літоземі

Abstract

Нині темпи розвитку біоенергетики в Україні значно відстають від світових і європейських. У статті оцінено вплив різних ґрунтових домішок на біопродуктивність, вміст та винос важких металів із біомасою міскантусу та світчграсу в польових дослідах на рекультивованих землях. Рослини міскантусу та світчграсу для польового експерименту висаджували на технічній суміші, що складалася з лесоподібного суглинку та червоно-бурої глини. Для визначення ефективності застосовували муніципальний осад стічних вод. Таке органо-мінеральне добриво вносили окремо та разом із золою соняшникового лушпиння. Варіанти без та із внесенням у ґрунт комплексного мінерального добрива азоту, фосфору та калію в дозі 60 кг/га та співвідношенні 1:1:1 слугували контролем. Завдяки швидкому росту врожайність надземної сухої біомаси однорічних плантацій світчграсу (6 т/га) виявилася вищою, ніж міскантусу. Але реакція міскантусу на внесення осаду стічних вод і мінерального добрива була сильніша, бо 35 Agrology, 2022, 5(1) продуктивність вища у 2,0–2,3 раза. Протягом наступних трьох років біопродуктивність прутоподібного проса була на рівні показників першого року. Продуктивний потенціал міскантусу змінювався залежно від кількості опадів протягом періоду вегетації рослин. За відсутності внесення поживних речовин можливо отримати до 7.5 т/га надземної маси прутоподібного проса. Урожайнсть міскантусу може бути удвічі більшою в роки з кращим зволоженням ґрунту. Тривала посуха може спричинити значні втрати врожаю цієї культури. Вплив золи на накопичення цинку, міді та свинцю світчграсом був найменшим. У випадку з міскантусом найслабший ефект відмічений у варіанті з мінеральним добривом. Найбільший винос усіх важких металів біомасою обох енергетичних культур отримано від внесення подвійної дози осаду стічних вод. Накопичення цинку збільшилося у 4,7 (міскантус) та 7,2 раза (світчграс), міді – у 6,2 (міскантус) та 14,0 раза (світчграс), свинцю – у 4,4 (міскантус) та 10,2 раза (світчграс). Винос елементів біомасою світчграсу менший за міскантус в 1,1–1,6 раза. Отже, маловитратна інноваційна стратегія вирощування таких трав’янистих багаторічних культур, як міскантус і світчграс, шляхом створення плантацій швидкорослих трав’янистих культур на рекультивованих землях перспективна для виробництва біосировини як джерела для подальшого виробництва пеллет та інших біоматеріалів. The development of bioenergy in Ukraine in today’s conditions is far behind the world and Europe. The aim of the research was to evaluate the impact of various soil amendments on bioproductivity, content and removal of heavy metals with biomass of miscanthus (Miscanthus Anders.) and switchgrass (Panicum virgatum L.) in field experiments on recultivated lands. Miscanthus and switchgrass plants for the field experiment were planted on a technical mixture consisting of loess-like loam and red-brown clay. Municipal sewage sludge as an organic-mineral fertilizer was applied separately and together with sunflower husk ash to determine the effectiveness of the application. All additives were applied to the soil annually in the spring in dry form. The trials without and with the application of a complex mineral fertilizer of nitrogen, phosphorus and potassium in the dose of 60 kg/ha and a ratio of 1:1:1 served as the control. The yield of aboveground dry biomass of annual switchgrass plantations was higher than such of miscanthus and amounted to 6 t/ha due to fast plant growth. The reaction of miscanthus to the introduction of sewage sludge and mineral fertilizers was stronger. This led to 2.0–2.3 times increase in the productivity. Over the next three years, the bioproductivity of switchgrass was at the level of the first year. The productive potential of miscanthus varied depending on the amount of precipitation during the growing season. It is possible to obtain from up to 7.5 t/ha of aboveground mass of rod-shaped prosase without the introduction of nutrients. Miscanthus yields can be twice as high in years with better soil moisture. Prolonged drought can lead to significant crop losses. The effect of ash on the accumulation of zinc, copper and lead by switchgrass was the smallest. In the case of miscanthus, the weakest effect was observed in the variant with mineral fertilizers. The highest removal of all heavy metals by biomass of both energy crops was promoted by the introduction of a double dose of sewage sludge. As a result, the accumulation of zinc increased 4.7 (miscanthus) and 7.2 times (switchgrass), copper 6.2 (miscanthus) and 14.0 times (switchgrass), lead 4.4 (miscanthus) and 10.2 times (switchgrass). The removal of elements by switchgrass biomass was 1.1–1.6 times less than miscanthus. It was found that the removal of elements from four-year miscanthus plantations was greater than such of switchgrass, but given that the yield of miscanthus can vary significantly depending on weather conditions (water supply), this ratio may vary from year to year. Thus, a low-cost innovative strategy to cultivate such perennial grasses as miscanthus and switchgrass by creating fast-growing herbaceous plantations on recultivated land has long-term prospects for raw materials production as a source of pellets and other biomaterials.