Bioszén felületkémiai és fizikai jellemzőinek talajbiológiai hatásai különböző bioszén-talaj rendszerekben  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
120464
típus K
Vezető kutató Gruiz Katalin
magyar cím Bioszén felületkémiai és fizikai jellemzőinek talajbiológiai hatásai különböző bioszén-talaj rendszerekben
Angol cím The effects of biochar surface chemistry and physical properties on soil biota in different biochar-soil systems
magyar kulcsszavak bioszén, talaj, felületkémia, talajbiológia
angol kulcsszavak biochar, soil, surface chemistry, soil biology
megadott besorolás
Talajtan, talajbiológia, talajkémia, talajfizika (Komplex Környezettudományi Kollégium)50 %
Ortelius tudományág: Talajfunkció
Talajtan, talajbiológia, talajkémia, talajfizika (Komplex Környezettudományi Kollégium)25 %
Agrárműszaki tudományok (Komplex Környezettudományi Kollégium)25 %
Ortelius tudományág: Talajökológia
zsűri Komplex agrártudomány
Kutatóhely Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők Feigl Viktória Dóra
Molnár Mónika
Rékási Márk
Tolner Mária
Uzinger Nikolett
Vaszita Emese Júlia
projekt kezdete 2016-11-01
projekt vége 2019-10-31
aktuális összeg (MFt) 23.069
FTE (kutatóév egyenérték) 5.27
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A folyamatosan növekvő érdeklődés a bioszén talajjavítást, a talaj termőképességét, illetve a műtrágya kiváltást célzó szabadföldi alkalmazásához kapcsolódóan ,kihangsúlyozza ismereteink hiányát a azokról az alapvető mechanizmusokról, amelyek amelyekkel a bioszén befolyásolja a legalapvetőbb talajfunkciókat, és ugyanakkor felhívja a figyelmet a bioszén a talajbióta közötti kölcsönhatások hatékony és mélyreható értékelésének szükségességére. A szakirodalomban jelenleg kevés információ lelhető fel a bioszén talajközösségre gyakorolt hatására vonatkozóan a bioszén fizikai-kémiai tulajdonságaival összefüggésben.
Pályázatunk fő célja ehhez kapcsolódva kölcsönhatások elemzése és összehasonlító értékelése különböző bioszén-talaj rendszerekben a bioszén felületkémiai valamint fizikai jellemzői és a talajbiótára gyakorolt hatásai között. Olyan alapfolyamatok felderítését célozzuk, amelyekkel a bioszén befolyásolja a talaj tápanyag- és vízgazdálkodását, szerkezeti jellemzőit továbbá élőhely funkciójának ellátását a mikoorganizmusok, növényi gyökerek és talajlakó állatok számára.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Különböző bioszén-talaj rendszerekben a bioszén felületkémiai és fizikai jellemzői befolyásolják a talajbiológiát. Irodalom alapján, kevesebb adat van a bioszén talaj-ökoszisztémára és mikro-flórára gyakorolt hatásáról, a talaj kémiai tulajdonságaihoz képest. Vizsgálatok alapján a bioszén felületkémiai és fizikai jellemzői módosíthatják a talaj tápanyag és szervesanyag tartalmának hozzáférhetőségét, ugyanakkor a bioszén részecskék élőhelyet, búvóhelyet biztosítanak a mikroorganizmusok számára, ezáltal módosulhat a talaj mikrobiális diverzitása és fajösszetétele. Ennek ellenére kevés olyan átfogó kutatás van, amely kvantitatív és kvalitatív adatokkal írja le a bioszén hatását a talaj ökoszisztémára, úgy, hogy ezen eredményeket korrelálja a bioszén felületkémiai és fizikai jellemzőivel különböző bioszén-talaj rendszerekben.
Alaphipotézis: létezik direkt és indirekt kölcsönhatás a bioszén és a talaj-ökoszisztéma között és ezek a kölcsönhatások függnek a bioszén felületkémiai és fizikai jellemzőit.A bioszén talajra alkalmazása területén az említett kölcsönhatások és kapcsolatok nincsenek még teljességgel feltárva.
Válaszolunk az alábbi kérdésekre:
Hogyan hatnak a bioszén tulajdonságai és felületkémiai jellemzői a kezelt talaj tulajdonságaira?
Hogyan hat a bioszén a talaj ökoszisztémára?
Melyek a különbségek rövid és hosszú távon?
Használhatóak-e a tradicionális talajjellemzési módszerek a bioszén azon fizikai jellemzőinek leírására, amelyek befolyásolják a talaj tulajdonságait és a talaj, mint élőhely funkcióit?
Melyek azok a bioszén paraméterek, amelyek a leginkább befolyásolják a bioszén talajjavító hatását, különös tekintettel a talaj, mint élőhely funkcióra?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A tervezett kutatásban elért eredmények új perspektívát nyitnak az alapkutatásban a bioszén, a talaj és a talaj ökoszisztéma rendszerben történő kölcsönhatások tanulmányozására friss és az öreg bioszénnel történő kezelés hatására, ezáltal lehetővé téve az időbeni hatások követését, mely terület a jelenlegi szakirodalmi adatok alapján további kutatást igényel. Ugyanakkor, kutatási eredményeinkkel bizonyítani szeretnénk a korrelált értékelés szükségességét a bioszén talaj fizikai-kémiai és biológiai tulajdonságaira gyakorolt hatás és a bioszén felületkémiai és fizikai jellemzői tekintetében. Egyre nagyobb az érdeklődés a bioszén mezőgazdasági alkalmazására, különös tekintettel talajjavító, tápanyagpótló tulajdonságai miatt, alapkutatásunk eredményei hozzáhárulnak a bioszén fenntartható talajra alkalmazásához, kiemelve azon tulajdonságait, amelyek alkalmassá teszik talajjavításra.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A bioszenet szerves hulladékokból állítják elő pirolízissel. Talajjavító szerként alkalmazva pozitív hatása van a talaj tulajdonságaira és a talajban lejátszódó folyamatokra, valamint hosszú távon csökkenti a talajok CO2 kibocsátását. A bioszeneknek a talaj fizikai és kémiai tulajdonságaira és a termesztett növények növekedésére gyakorolt hatását széles körűen tanulmányozták, ugyanakkor keveset tudunk a bioszén talaj mikroflórára és talaj ökoszisztémájára (beleértve a talaj faunáját) gyakorolt hatásáról. A bioszén közvetlen hatással lehet a talaj mikroorganizmusaira, mivel energia- és tápanyagforrásul szolgálhat számukra, valamint élőhelyet, búvóhelyet biztosít. A bioszén indirekt hatását a mikroflórára a talaj vízháztartásának megváltoztatásával, javításával fejti ki. Mivel a talaj mikroorganizmusai egyedülállóan fontosak a talaj termékenységének fenntartásában, kulcsszerepet játszanak a szerves anyagok bontásában és az elemek biogeokémiai körforgásában, ezért kiemelten fontos, hogy megértsük, hogy a bioszén előállítási körülményektől és alapanyagtól függő tulajdonságai hogyan befolyásolják a talaj mikrobiális aktivitását és összetételét a talaj ökoszisztémákon belül. Ezért a kutatás fő célkitűzése annak vizsgálata, hogy a bioszén milyen hatással van különböző talajtípusokban a talaj fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaira és hogy megértsük a direkt és indirekt kölcsönhatásokat a bioszenek felszíni kémiája (pl. tápanyagok hozzáférhetősége), felszíni fizikai tulajdonságai (pl. fajlagos felület, porozitás) és a talaj bióta között.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The continuously growing interest in field-scale biochar application into soils, either for improving degraded soil characteristics and increasing productivity, or for replacing inorganic fertilizers highlights the poorly defined fundamental mechanism by which biochar affects the soil functions and draws attention for an effective evaluation of interactions between biochar and soil biota. There are very few comprehensive studies which provide quantitative data and detailed qualitative descriptions of fundamentals concerning biochar effect on soil biota or on changes in soil physico-chemical properties.
The main objectives of our research to find and describe clear evidence on relationship and interactions between biochar physical properties as well as surface chemistry and biochar-mediated changes in soil biology. Fundamental mechanisms are supposed to be explored by which biochar affects functions of soil such as nutrient cycling, water flow and storage, soil structural dynamics, biodiversity and role as a habitat for microflora, animals and plant roots.
We aim to characterize the long-term effects and time-sequenced reactions on soil biota in different soil-biochar systems and to identify the prioritized soil-specific characteristics of biochar products aiming the use of biochar as a soil amendment. Particular properties of biochar for use in specific agricultural context will be selected; rationalized test battery for evaluation of sustainable application of biochar to soil will be established.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The surface chemistry and physical properties of biochar affect soil biota in different biochar-soil systems. According to the available scientific studies the effects of biochar on soil biota have received much less attention than its effects on soil chemical properties. It has been shown that biochar physicochemical properties can cause changes in the soil nutrient and C availability, and provide physical protection to microorganisms against predators which may alter the microbial diversity and taxonomy of the soil, but there are few comprehensive studies which provide quantitative data and qualitative descriptions on biochar effect on soil biota correlated with biochar surface chemistry and physical properties in various biochar-soil systems.
Our hypothesis is that direct and indirect interactions between biochar and soil biota do occur and are strongly determined by biochar surface chemistry and its physical properties. In spite of the extensive research on biochar application in soils there are still limited information on these interactions and relations.
The following questions will be answered:
- How do biochar characteristics and surface chemistry affect soil properties?
- How does biochar affect the soil ecosystem?
- What are the differences in the short-term and the long-term?
- Can the traditional soil characterisation methodologies be used to describe biochar surface properties influencing soil characteristics and soil function as habitat for soil biota?
- What are the main influencing properties of biochar as a soil additive with focus on the soil function as habitat for soil biota?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The results of this proposal will open new perspectives in the basic research of the interactions between biochar, soil and soil biota in fresh versus aged biochar-soil systems enabling us to follow the timeline of changes, an aspect which is currently far from being understood according to the available literature. The results of our research will demonstrate also the necessity of correlated evaluation of the biochar-mediated physico-chemical changes and biological effects in soil and the biochar surface chemistry and physical properties.
Since there is growing interest in the field-scale agricultural application of biochar in soil to increase crop yield, to replace fertilisers, to improve soil quality and function, the results of this basic research will contribute to the sustainable application of biochar to soil enabling identification of prioritized soil-specific characteristics of biochar aimed to be used as soil amendment.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Biochar is produced from a wide range of organic waste materials by pyrolysis. When biochars are applied to soil, it is aimed to have positive effects on soil properties and processes and carbon could be sequestered. The effect of biochars on the physical and chemical properties of soils, on crop production and on climate change has been extensively studied, however, less is known about their effect on soil microflora and their influence on the soil ecosystem, including soil fauna. Biochar may have a direct effect on the soil microflora related to provision of energy and nutrients and refuge and also indirect effects related to changes in effects of hydraulic properties following biochar addition. As microorganisms are important for the maintenance of soil fertility and they play a key role in the decomposition of soil organic matter and the cycling of nutrients in the ecosystem, it is crucial to understand how biochar properties (dependent on the feedstock and pyrolysis conditions) influence the microbial activity and composition in the soil ecosystem. Therefore the principal aim of this research is to get a better understanding of biochar-mediated effects on soil chemical, physical and biological properties in various soil types as well as to assess and analyse the direct and indirect interactions between biochar surface chemistry (eg. availability of nutrients), physical properties (eg. surface area, porosity) and soil biota.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
A bioszén szerves (hulladék) biomassza pirolízisével előállított szilárd termék. Számos kutatás számol be a bioszén kedvező hatásáról mind a talajjavításban, mind az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésében. A kiterjedt kutatások ellenére kevés publikáció áll rendelkezésre arról, hogy a bioszén jellemzői, alapanyagtól függő tulajdonságai hogyan befolyásolják a talajbiótára gyakorolt hatását különböző bioszén-talaj rendszerekben. Kutatásunk fő célkitűzése az volt, hogy tanulmányozzuk és jellemezzük, hogy a bioszén milyen hatással van a talaj fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaira és hogy megértsük a direkt és indirekt kölcsönhatásokat a bioszenek felszíni kémiája, fizikai tulajdonságai és a talaj bióta között. Főbb eredményeink közé tartozik, hogy kifejlesztettünk egy multikritériumos értékelésen alapuló pontszámos screening rendszert a bioszenek különböző talajokra történő alkalmazhatóságának jellemzésére, valamint azon tulajdonságaik kiválasztására, amelyek leginkább befolyásolják talajadalékként való alkalmazhatóságukat. Különböző léptékű mikrokozmoszkísérleteink alapján eltérő bioszén-talaj rendszerekben bizonyítottuk, hogy a bioszén pH-ja, fajlagos felülete, tápanyag- és szerves anyag tartalma kiemelt fontosságú talajra való alkalmazása során. Kutatásunk további jelentős eredménye a televényféreggel (Enchytraeus albidus) kifejlesztett talajpreferencia teszt, amely a talaj, mint élőhely minőségének (funkciójának) megváltozásáról ad releváns eredményt.
kutatási eredmények (angolul)
Biochar is a solid by-product of waste biomass combustion under oxygen limited conditions, known as pyrolysis. Biochar proved to be useful as soil amendment and considered effective in reduction of greenhouse gas emissions. In spite of the numerous studies in this topic, there are only few research describing the possible connections between biochar properties and the soil biota, and their implications for soil processes in different soil-biochar systems. The main objective of our work was to get a better understanding of biochar-mediated effects on soil physico-chemical and biological properties as well as to assess and analyse the direct and indirect interactions between biochar surface chemistry, physical properties and soil biota. In the framework of this project a Screening-Scoring-Ranking System applying multi-criteria evaluation was developed to assess the possible applicability of different biochars to various soil and to select the main influencing properties of the tested biochars as soil additive. Based on the results of the microcosm experiments performed with different biochar-soil systems it has been confirmed that pH, BET surface area, pore volume, the nutrient supply and the organic matter content represent the most critical properties of biochars. As the part of the ecotoxicological methodology soil preference behavioural test was developed by Enchytraeus albidus (potworm) for characterizing the soil habitat function in biochar amended soil.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120464
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Molnár, M., Kőszegi, M., Vaszita, E., Gruiz, K., Farkas, É.: ) Influence of artificial biological aging on physicochemical, biological and ecotoxicological properties of five biochars - a laboratory incubation study, ECCE12, The 12th European Congress of Chemical Engineering, ECAB5, The 5th European Congress of Applied Biotechnology, Florence 15-19 September 2019, Book of Abstracts, p, 2019
Farkas, É., Kerekes, I., Tolner, M., Szabó, Á., Vaszita, E., Molnár, M.: Biochar mediated short-term effects on acidic sandy soil and influence on soil living animal Enchytraeus albidus – preference behavioural test as a screening tool to assess soil habitat function, : Abstract books of 19th International Symposium on Toxicity Assessment August 25-30, 2019, Thessaloniki, Greece, ISTA19 Conference Abstracts, ISTA 19, p. 39., 2019
Kerekes, I.K., Molnár, M., Feigl, I.: Közönséges televényféreg elkerülési tesztek alkalmazásának talajjavító adalékok és szennyezőanyagok minősítésére, Füleky, György (szerk.) XIV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Gödöllő, Magyarország : MAG Mezőgazdaságért Alapítvány, 2018
Farkas É,Feigl V,Gruiz K,Vaszita E,Ujaczki É,Fekete-Kertesz I,Tolner M,Horvath Cs M,Berkl Zs,Uzinger N,Rekasi M,Molnar M: Microcosm incubation study for monitoring the mid-term effects of different biochars on acidic sandy soil applying a multiparameter approach, PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 120: pp. 24-36., 2018
Farkas É, Feigl V, Ujaczki É, Fekete Kertész I, Tolner M, Vaszita E, Gruiz K, Molnár M: MICROCOSM INCUBATION STUDY FOR MONITORING THE MID-TERM EFFECTS OF BIOCHAR ON ACIDIC SANDY SOIL, In: ADELA MARILENA BUBURUZAN, CARMEN TEODOSIU, FABIO FAVA, PHILIPPE XAVIER CORVINI, DANIELA GAVRILESCU, LORENZO BERTIN (szerk.) 9th INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENVIRONMEN, 2017
Molnár M., Feigl V., Vaszita E., Gruiz K., Farkas É.: SCREENING AND RANKING METHODOLOGY APPLIED TO BIOCHARS AIMED AT SOIL IMPROVEMENT, In: ADELA MARILENA BUBURUZAN, CARMEN TEODOSIU, FABIO FAVA, PHILIPPE XAVIER CORVINI, DANIELA GAVRILESCU, LORENZO BERTIN (szerk.) 9th INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENVIRONMEN, 2017
Molnár M., Kordisz V, Vaszita E, Uzinger N, Rékási M, Kutasi J, Feigl V, Tolner M, Gruiz K, Farkas É: THE EFFECT OF BIOCHAR COMBINED WITH PGPR AND COMPOST ON AN ACIDIC SANDY SOIL – A POT EXPERIMENT, THE EFFECT OF BIOCHAR COMBINED WITH PGPR AND COMPOST ON AN ACIDIC SANDY SOIL – A POT EXPERIMENT In: ADELA MARILENA BUBURUZAN, CARMEN TEODOSIU, FABIO FAVA, PHILIPPE XAVIE, 2017
Farkas É,Feigl V,Gruiz K,Vaszita E,Ujaczki É,Fekete-Kertesz I,Tolner M,Horvath Cs M,Berkl Zs,Uzinger N,Rekasi M,Molnar M: Microcosm incubation study for monitoring the mid-term effects of different biochars on acidic sandy soil applying a multiparameter approach, PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 120: pp. 24-36., 2018



vissza »