Przydatność roślin energetycznych do rekultywacji i zagospodarowania gleb zdegradowanych

• Autorzy: Kabala C. , Karczewska A. , Kozak M.

Warianty tytułu

EN

Energetic plants in reclamation and management of degraded soils

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano przeglądu aktualnego stanu wiedzy na temat przydatności najważniejszych gatunków roślin energetycznych do rekultywacji gleb zdegradowanych chemicznie oraz gruntów rekultywowanych, szczególnie w warunkach nawożenia osadami ściekowymi lub kompostami. Pod uwagę wzięto tolerancję na zanieczyszczenie metalami ciężkimi oraz zdolność ich akumulacji przez wierzbę, topolę, miskant, ślazowiec i topinambur na glebach zanieczyszczonych lub przy nawożeniu osadami zawierającymi wysokie stężenia pierwiastków śladowych. Większość analizo¬wanych roślin odznacza się zdolnością akumulacji cynku i kadmu w biomasie części nadziemnych oraz gromadzenia miedzi i ołowiu w korzeniach. Na glebach słabo zanieczyszczonych, a także na gruntach rekultywowanych możliwa jest uprawa wszystkich roślin energetycznych, w tym miskan- ta i ślazowca, pod warunkiem zapewnienia odpowiedniej zasobności podłoża w składniki nawozo¬we oraz wilgotności. Do uprawy na glebach średnio i silnie zanieczyszczonych metalami ciężkimi zalecane są wybrane klony wierzby wiciowej, o relatywnie dużej tolerancji na zanieczyszczenie, dużych zdolnościach fitoekstrakcji metali oraz zadowalająco wysokim plonie biomasy. Plantacje topoli stosowane są przede wszystkim do fitostabilizacji ołowiu, miedzi i kadmu. Potwierdzono dużą przydatność osadów ściekowych do nawożenia plantacji roślin energetycznych. Najwyższą łączną efektywność plonowania oraz fitoekstrakcji metali uzyskuje się przy nawożeniu osadami, w których stężenie metali ciężkich nie przekracza zawartości dopuszczalnych we właściwych przepisach prawnych. Postępy inżynierii genetycznej pozwalają przypuszczać, że w najbliższej przyszłości pojawią się nowe odmiany roślin energetycznych o coraz wyższej zdolności plonowania, zapewniającej ekonomiczną efektywność plantacji, oraz o zdecydowanie większych zdolnościach fitoekstrakcji pierwiastków śladowych.

EN

The paper summarizes current knowledge on the usefulness of leading species of energetic plants to reclamation of chemically degraded soils and management of reclaimed grounds fertil¬ized with municipal sewage sludge or composts. Tolerance and ability of heavy metals accumula¬tion was analyzed of such species as willow, poplar, miscanthus, sida and topinambur cropped on contaminated soils or fertilized with sewage sludge containing large concentration of heavy metals. Most of plants under analysis have significant ability to zinc and cadmium accumulation in above- ground biomass, as well as copper and lead accumulation in roots. Cultivation of all energetic plant species is allowed on soils slightly contaminated and on reclaimed grounds, however, sufficient availability of nutrients and humidity have to be allowed. Inversely, on soils highly contaminated with trace elements, only selected clones of willow are recommended to energetic plantation. The preferred clones have relatively higher tolerance on soil contamination, larger ability to phytoex- traction of metals, and satisfactory high yields of biomass. Poplar plantations are generally rec¬ommended to phytostabilization of lead, copper, and cadmium in contaminated soils. Municipal sewage sludge has large testified usability to fertilization of energetic crops. The best combined effectiveness of biomass yields and metal's phytoextraction is achieved with use of sewage sludges that contain trace elements in amounts officially allowed by Polish law regulations. Advances in genetic engineering allow expecting, in close future, an introduction of new transgenetic clones of energetic plants, those large yields will secure economic effectiveness of plantation, and will open up new avenues for efficient phytoremediation of contaminated soils.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Rolnictwo
• Rocznik: 2010
• Tom: 96
• Opis fizyczny: s.97-117,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Kabala C.

• Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wrocław

autor

Karczewska A.

autor

Kozak M.

Bibliografia

• Adegbidi H.G., Briggs R.D., 2003. Nitrogen mineralization of sewage sludge and composted poultry manure applied to willow in a greenhouse experiment. Biomass and Bioenergy, 25, 6: 665-673.
• Antonkiewicz J., Jasiewicz Cz., 2002a. Ocena przydatności różnych gatunków roślin do fitore- mediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Acta Scientiarum Polonorum - Kształtowanie Środowiska, 1, 1-2: 119-130.
• Antonkiewicz J., Jasiewicz Cz., 2002b. The use of plant accumulating heavy metals for detoxica- tion of chemically polluted soils. EJPAU, Environmental Development, 5, 1.
• Antonkiewicz J., Jasiewicz Cz., 2003. Ocena przydatności topinamburu do fitoremediacji gleby zanieczyszczonej Cd, Pb, Ni, Cu i Zn. Arch. Ochr. Środow., 29, 4: 81-87.
• Antonkiewicz J., Jasiewicz Cz., 2005. Następczy wpływ chemicznego zanieczyszczenia gleby na zawartość metali ciężkich w ślazowcu pensylwańskim, [w:] Obieg pierwiastków w przyrodzie. IOŚ, Monografia, 3: 290-297.
• Arduini I., Masoni A., Ercoli L., Mariotti M., 2003. Growth and cadmium uptake of Miscanthus .sinensis as affected by cadmium. Agric. Mediterran., 133, 3-4: 169-178.
• Baran S., Wójcikowska-Kapusta A., Jaworska B., 2001. Przydatność wikliny do sanitacji gleb zanieczyszczonych miedzią i ołowiem. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 477: 187-193.
• Baranowska-Morek A., 2003. Roślinne mechanizmy tolerancji na toksyczne działanie metali cięzkich. Kosmos. 52, 2-3: 283-295.
• Borkowska H., Jackowska I., Piotrowski J., Styk B., 1996. Wstępna ocena przydatności kilku gatunków roślin wieloletnich do rekultywacji osadów pościekowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 434: 927-930.
• Borkowska H., Jackowska I., Piotrowski J., Styk B., 2001. Suitability of cultivation of some perennial plant species on sewage sludge. Polish J. Environ. Studies, 10, 5: 379-381.
• Borkowska H., Lipiński W., 2008. Porównanie zawartości wybranych pierwiastków w biomasie ślazowca pensylwańskiego uprawianego w różnych warunkach glebowych. Acta Agrophysica, 11, 3: 589-595.
• Boyter M.J., Brummer J.E., Leininger W.C., 2009. Growth and metal accumulation of geyer and mountain willow grown in topsoil versus amanded mine tailings. Water Air Soil Pollut., 198: 17-29.
• Chomczyńska M., Wysocka A., 2007. Wpływ osadów ściekowych na środowisko gruntowo-wodne w warunkach upraw energetycznych. Chemia i Inż. Ekolog., 14, 8: 773-780.
• Cooper E.M., Sims J.T., Cunningham S.D., Huang J.W., Berti W.R., 1999. Chelate-assisted phyto- extraction of lead from contaminated soils. J. Environ. Qual., 28: 1709-1719.
• Derr J.F., 1989. Multiflora rose control with metsulfuron. Weed Technology, 3: 381-384.
• Dimitriou I., Eriksson J., Adler A., Aronsson P., Verwijst T., 2006. Fate of heavy metals after application of sewage sludge and wood-ash mixtures to short-rotation willow coppice. Environ. Pollut., 142, 1: 160-169.
• Dominguez M.T., Maranon T., Murillo J.M., Schulin R., 2008. Trace element accumulation in woody plants of the Guadiamar Valley, SW Spain: A large-scale phytomanagement case study. Environ. Pollut., 152, 1: 50-59.
• Dushenkov V., Kumar P.B., Motto H., Raskin I., 1995. Rhizofiltration: the use of plants to remove heavy metals from aquaeous streams. Environ. Sci. Technol., 29: 1239-1245.
• Eapen S., D'Souza S.F., 2005. Prospects of genetic engineering of plants for phytoremediation of toxic metals. Biotech. Advances, 23: 94-114.
• Faber A., Kuś J., Matyka M., 2008. Uprawa roślin na potrzeby energetyki. PKPP Lewiatan, Vattenfall AB, Warszawa.
• Ghosh M., Singh S.P., 2005. A review of phytoremediation of heavy metals and utilization of its byproducts. Applied Ecology and Environ. Research, 3: 1, 1-18.
• Gostomczyk W., 2008. Ekonomiczne i prawne problemy tworzenia rynku odnawialnych źródeł energii. Zesz. Nauk. Instytutu Ekonomii i Zarządzania, Politechnika Koszalińska, 2: 39-49.
• Greger M., Landberg T., 1999. Use of willow in phytoextraction. Int. J. Phytoremed., 1: 115-123.
• Hao X., Zhou D., Si Y., 2004. Revegetation of copper mine tailings with ryegrass and willow. Pedosphere, 14, 3: 283-288.
• Iżewska A., 2006. Zawartość metali ciężkich w Miscanthus sacchariflorus jako wskaźnik użyteczności osadów ściekowych i kompostów z osadów. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 512: 165-171.
• Jakubiak M., Śliwka M., 2008. Zagospodarowanie i rekultywacja terenów o podwyższonym zasoleniu zdegradowanych w wyniku działalności górniczej. Gosp. Surowcami Mineralnymi, 24, 3: 129-138.
• Jasiewicz C., Antonkiewicz J., 2002. Ekstrakcja metali ciężkich przez topinambur z gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Chemia i Inż. Ekolog., 9, 4: 379-386.
• Jensen J.K., Holm P.E., Nejrup J., Larsen M.B., Borggaard O.K., 2008. The potential of willow for remediation of heavy metal polluted calcareous urban soils. Environ. Pollut., 157, 3: 931-937.
• Jeżowski S., 1998. Szanse i problemy hodowli traw z rodzaju Miscanthus jako roślin alternatywnych. Hodowla Roślin i Nasiennictwo, H 2: 45-48.
• Jońca M., 2000. Zastosowanie osadów ściekowych w rekultywacji gruntów Kopalni Siarki Jeziórko. Inż. Ekolog., 1: 27-30.
• Józefaciuk A., Józefaciuk Cz., 1998: Marginalne grunty orne - geneza i wydzielanie. Bibl. Fragm. Agron., 5: 317- 326.
• Kabała C., Chodak T., Szerszeń L., 2008. Influence of land use on heavy metals dynamics in soils around the copper smelter as observed in 34-year-long cycle of monitoring investigation. Zemes Ukio Mokslai (Agricultural Sciences, Litwa), 15, 3: 8-12.
• Kalembasa D., 2006. Ilość i skład chemiczny popiołu z biomasy roślin energetycznych. Acta Agrophysica, 7, 4: 909-914.
• Kalembasa D., Malinowska E., 2005. Skład chemiczny i plon biomasy wybranych klonów trawy Miscanthus. Obieg pierwiastków w przyrodzie. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa, Monografia, 3: 315-318.
• Kalembasa D., Malinowska E., 2009a. Działania następcze osadu ściekowego zastosowanego do gleby w doświadczeniu wazonowym na zawartość metali ciężkich w trawie Miscanthus sacchariflorus. Acta Agrophysica, 13, 2: 377-384.
• Kalembasa D., Malinowska E., 2009b. The yield and content of trace elements in biomass of Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack. and in soil in the third year of a pot experiment. J. Elemental., 14, 4: 685-691.
• Kalembasa D., Malinowska E., Siewniak M., 2006. Wpływ nawożenia na plonowanie wybranych gatunków wierzby krzewiastej. Acta Agrophysica, 8, 1: 119-126.
• Kalembasa S., Wysokiński A., Cichuta R., 2009. Zawartość metali ciężkich w wierzbie (Salix vimi- nalis) przy zróżnicowanym nawożeniu azotowym. Acta Agroph., 13, 2: 385-392.
• Kaniuczak J., Błażej J., Gąsior J., Gierlicki P., 2001. Zawartość makroelementów w klonach wikliny szybko rosnącej uprawianej w różnych warunkach siedliskowych, [w:] Kształtowanie środowiska. Uwarunkowania przyrodnicze, techniczne i społeczno-ekonomiczne, 1: 284285.
• Kaniuczak J., Błażej J., Gąsior J., 2000. Zawartość pierwiastków śladowych w różnych klonach wikliny. Cz. I. Zawartość żelaza, manganu, miedzi i cynku. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 472: 379-385.
• Karczewska A., 2003. Perspektywy zastosowania fitoremediacji w rekultywacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Ochrona Środ. Zas. Nat., 25/26: 27-54.
• Karczewska A., 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Uniw. Przyrodn., Wrocław.
• Karczewska A., Spiak Z., Kabała C., Gałka B., Szopka K., Kocan K., Jezierski P., 2008. Ocena możliwości zastosowania metody wspomaganej fitoekstrakcji do rekultywacji gleb zanieczyszczonych emisjami hutnictwa miedzi. Monografia. Zante, Wrocław.
• Klimont K., 2007. Ocena przydatności wybranych gatunków roślin użytkowanych do rekultywacji terenów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę komunalną. Probl. Inż. Rol., 2: 27-36.
• Kochanowska R., Gamrat R., 2007. Uprawa miskanta cukrowego (Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack.) - zagrożeniem dla polskich pól i lasów? Łąkarstwo w Polsce, 10: 223228.
• Komarek M., Tlustos P., Szakova J., Chrastny V., Ettler V., 2007. The use of maize and poplar in chelant-enchanced phytoextraction of lead from contaminated agricultural soils. Chemosphere, 67: 640-651.
• Komarek M., Tlustos P., Szakova J., Chrastny V., 2008. The use of poplar during a two-year induced phytoextraction of metals from contaminated agricultural soils. Environ. Pollut., 15, 1: 27-38.
• Kościk B. (red.), 2003. Rośliny energetyczne. Wyd. AR, Lublin.
• Kozak M., 2006. Możliwość uprawy i wykorzystania miskanta olbrzymiego na cele energetyczne w Polsce. Cz. I. Ekonatura, Wrocław, 2: 24-26.
• Kozak M., Kotecki A., Dobrzański Z., 2006. The Miscanthus giganteus response to chemical contamination of soil, [w:] Górecki H. (red.) Chemistry and biochemistry in the agricultural production and environment protection. Czech-Pol-Trade, Prague: 520-524.
• Kraszkiewicz A., Szpryngiel M., 2008. Wilgotność drewna robinii akacjowej w aspekcie wykorzystania na cele energetyczne. Inż. Rol., 9: 159-163.
• Krupa P., Jaworska M., 2007. Willow (Salix viminalis) and abiotic factors affecting its growth under heavy metals stress. Chemia i Inż. Ekolog., 14, 9: 981-987.
• Krzywy E., Iżewska A., Jeżowski S., 2003. Ocena możliwości wykorzystania komunalnego osadu ściekowego do nawożenia trzciny chińskiej (Miscanthus sachariflorus (Maxim.) Hack.). Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 494: 225-232.
• Krzywy E., Iżewska A., Wołoszyk C., 2004. Bezpośredni i następczy efekt osadów ze ścieków komunalnych oraz kompostów z osadów na plon i zawartość mikroelementów w słomie Miscanthus sachariflorus. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 502: 865-875.
• Kuzovkina Y.A., Quigley M.F., 2004. Cadmium and copper uptake and translocation in five willow species. Int. J. Phytoremed., 6, 3: 269-287.
• Lai F., Ye Q., Tu S., Guo C., Luo Y., 2004. Investigation on plants in heavy metal contaminated area. Acta Agricult. Univ. Jiangxiensis, 3 (streszcz. w jęz. ang.).
• Laureysens I., Temmerman L., Hastir T., Van Gysel M., Ceulemans R., 2005. Clonal vcariation in heavy metal accumulation and biomass production in a poplar coppice culture. II. Vertical distribution and phytoextraction potential. Environ. Pollut. 133, 3: 541-551.
• Liphadzi M.S., Kirkham M.B., Mankin K.R., Paulsen G.M., 2003. EDTA-assisted heavy-metal uptake by poplar and sunflower grown at a long-term sewage-sludge farm. Plant and Soil, 257: 171-182.
• Madejon P., Maranon T., Murillo J.M., Robinson B., 2004. Wite poplar as a biomonitor of trace elements in contaminated riparian forests. Environ. Pollut., 132: 145-155.
• Mathe-Gaspar G., Anton A., 2005. Study of phytoremediation by use of willow and rape. Acta Biolog. Szeged., 49, 1-2: 73-74.
• Meers E., Lamsal S., Vervaeke P., Hopgood M., Lust N., Tack F.M.G., 2005. Availability of heavy metals for uptake by Salix viminalis on a moderately contaminated dredged sediment disposal site. Environ. Pollut., 137, 2: 354-364.
• Meers E., Vandecasteele B., Ruttens A., Vengronsveld J., Tack F.M.G., 2007. Potential of five willow species for phytoextraction of heavy metals. Environ. and Experim. Botany, 60, 1: 57-68.
• Nalborczyk E., 1996. Nowe rośliny uprawne uprawne i perspektywy ich wykorzystania, [w:] Nowe rośliny uprawne na cele spożywcze, przemysłowe i jako odnawialne źródło energii. SGGW, Warszawa: 5-20.
• Niemiec W., Sobolewska P., Jasiński T., 2007. Wybrane możliwości przyrodniczego zagospodarowania osadów ściekowych. Zesz. Nauk. Polit. Rzeszowskiej, 240: 63-72.
• Ociepa A., Lach J., Gałczyński Ł., 2008. Korzyści i ograniczenia wynikające z zagospodarowania gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi pod uprawy roślin przemysłowo- -energetycznych. Proc. of EC Opole, 2, 1: 231-235.
• Ostrowski J., 2004. Ekologiczna restytucja marginalnych użytków rolnych i jej funkcje w środowisku. Acta Agrophysica, 108: 41-88.
• Ostrowski J., Gutkowska A., 2008. Model diagnostyczny typowania gruntów przydatnych do uprawy roślin energetycznych. Probl. Inż. Rol., 2: 145-152.
• Pulford I.D., Riddell-Black D., Steward C., 2002. Heavy metal uptake by willow clones from sewage sludge-treated soil: the potential for phytoremediation. Int. J. Phytoremed. 4, 1: 59-72.
• Pulford I.D., Watson C., 2003. Phytoremediation of heavy metal-contaminated land by trees - a review. Environ. Int. 29, 4: 529-540.
• Rosselli W., Keller C., Boschi K., 2003. Phytoextraction capacity of trees growing on metal contaminated soil. Plant and Soil, 256: 265-272.
• Rugh C.L., Sececoff J.F., Meagher R.B., Merkle S.A., 1998. Development of trensgenic yellow poplar for mercury phytoremediation. Nat. Biotechnol., 16: 925-928.
• Rybak W., 2006. Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Ofic. Wyd. Polit. Wrocławskiej.
• Sebastiani L., Scebba F., Tognetti R., 2004. Heavy metal accumulation and growth responses in poplar clones Reidano (Populus deltoides x maximowiczii) and I-214 (P. x euramericana) exposed to industrial waste. Envir. Experim. Botany, 52, 1: 79-88.
• Stańczyk K., Gogoła K., Bajerski A., 2005. Analiza możliwości upraw roślin energetycznych na terenach zdegradowanych na przykładzie wierzby wiciowej. Prace Nauk. GIG. Górnictwo i Środowisko, 3: 103-110.
• Stobrawa K., Lorenc-Plucińska G., 2008. Thresholds of heavy-metal toxicity in cuttings of European black poplar (Populus nigra L.) determined according to antioxidant status of fine roots and morphometrical disorders. Sci. Total Environ., 390: 86-96.
• Strzelecki W., Sobczyk R., 1972. Zalesianie nieużytków i gruntów trudnych do odnowienia. PWRiL, Warszawa.
• Szakova I., Tlustos P., Vyslouzilova M., Pavlikova D., Najmanova J., 2004. Cumulative phytoremediation effciency of Salix spp. for removal of Cd and Pb from soils in three-year pot experiment. Chemia i Inż. Ekolog., 11, 7: 665-672.
• Szyszlak-Bargłowicz J., Piekarski W., 2009. Zawartość wybranych pierwiastków metali ciężkich w biomasie ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita Rusby). Ochr. Środow. Zas. Nat., 40: 357-364.
• Tlustos P., Szakova I., Vyslouzilova M., Pavlikova D., Weger J., Javorska H., 2007. Variation in the uptake of arsenic, cadmium, lead and zinc by different species of willows grown in contaminated soils. Central Europ. J. Biology, 2: 254-275.
• Vervaeke P., Luyssaert S., Mertens J., Meers E., Tack F.M.G., Lust N., 2003. Phytoremediation prospects of willow stands on contaminated sediment: a field trial. Environ. Pollut., 126, 2: 275-282.
• Węgorek T., 2003. Drzewa, [w:] Rośliny energetyczne, red. B. Kościk, Wyd. AR w Lublinie, Lublin.
• Wierzbicki T.L., 2003. Rolnicze wykorzystanie komunalnych osadów ściekowych. Zesz. Nauk. Polit. Białost., Inż. Środow., 16, 2: 272-276.
• Wińska-Krysiak M., Bernat J., 2008. Lead tolerance mechanisms in Robiniapseudoaccacia - an attempt to a practical approach. Acta Scient. Polon., Hort. Cultus, 7, 3: 77-86.
• Wiśniowska-Kielian B., Niemiec M., 2005. Assessment of heavy metals contents in willow growing along the banks of Dunajec river. Chemia i Inż. Ekolog., 12: 145-155.
• Zabielski S., 1998. Plantacyjna uprawa drzew i krzewów szybko rosnących. Wyd. AR, Poznań.
• Zacchini M., Petrini F., Scarasia G., Iori V., 2009. Metal tolerance, accumulation and translocation in poplar and willow clones treated with cadmium in hydroponics. Water Air and Soil Pollut. 197: 23-34.
• Żurek G., Majtkowski W., 2009. Rośliny alternatywne w fitoekstrakcji metali cięzkich z obszarów skażonych. Probl. Inż. Rol., 3: 83-89.

Uwagi

PL