Fytoremidiering af tungmetalholdigt dambrugsslam
2 Pilotprojekt 2000
2.1 Formål
Formålet med denne del af projektet var at finde egnede pilekloner og teste deres evne til at optage nikkel og cadmium fra dambrugsslam. Indholdet af nikkel og cadmium skulle sammenholdes med høstudbyttet for de forskellige kloner med henblik på at udvælge de bedst egnede kloner til forsøgene i 2001, dvs. de kloner, der optager meget metal (dvs. renser slammet) og samtidig producerer en acceptabel biomasse til brug som brændsel. Desuden var vi interesserede i, om deponeringsformen påvirker metaloptaget, dvs. om der er forskel på slam, der ligger oven på jorden, og slam, der er blandet op med jord. Derudover skulle giftigheden af det urensede dambrugsslam over for udvalgte jordbundsdyr, nemlig springhaler, testes.
2.2 Forsøg med pil
Der var udvalgt 6 kloner, hvoraf nogle skulle være gode til at akkumulere cadmium og/eller nikkel (Jodis, Loden, begge Salix viminalis x S. dasyclados; Aage, en S. viminalis-klon; S. alba), og andre medium-gode til at akkumulere metallerne, men med en forventet høj biomasseproduktion (Tora, Olof). Desværre viste det sig efterfølgende, at S. alba var blevet forbyttet med S. viminalis-klonen Carl Jensen.
2.2.1 Opstilling
Den 31. marts 2000 blev der stukket pilestiklinger i potter med sandjord fra dambrugerens (Kjærhede Dambrug, Sdr. Felding) mark. Potterne var 13 l plasticpotter, som blev fyldt med 11 l jord/slam. Den anvendte jord havde et cadmiumindhold på 0,2 ± 0,1 mg/kg, et nikkelindhold på 1,7 ± 0,1 mg/kg og en pH-værdi på 5,7. Jorden blev tilsat slam fra Kjærhede dambrug svarende til 0,10 og 30 tons per hektar, udregnet på basis af potternes diameter. Det anvendte slam havde et cadmiumindhold på 6,0 ± 0,2 mg/kg, et nikkelindhold på 93 ± 3 mg/kg og en pH-værdi på 5,0. Slammet blev enten lagt i et tyndt lag på jordoverfladen eller blandet med pottejorden i blandemaskine. For hver pileklon, behandling og slamdosis blev der fremstillet 3 eller 4 potter (replikater), se tabel 1. Desuden blev der stukket pilekviste af nogle af klonerne (se tabel 1) i potter fyldt med dambrugsslam (uden jord), idet vi vurderede, at en tilladelse til rensning af slam i slambede med membran i bunden er mere sandsynlig end en tilladelse til at bringe metalbelastet slam ud på landbrugsjord. Vi ønskede derfor at se, om de angiveligt mest metaltolerante kloner kunne trives i slam alene og optage metaller herfra. Potterne var ikke forsynet med hul i bunden, da vi ønskede at beholde den samlede metalmængde i potterne. For at undgå overvanding i regnfulde perioder var alle potter dækket med låg, som i midten have et hul til pileskuddene.
Kontrolpotterne blev gødet til det samme N- og P-niveau, som potter med 10 t slam/ha skønnedes at indeholde, dvs. 0,37 g P og 0,55 g N per potte (COWI 1998). Gødskning bestod af organisk gødning (Florina, Bayer A/S, N-P-K 5-2-4) suppleret med superfosfat 8% (Ole Bj. Knudsen).
Tabel 1. Eksperimenter 2000. Kloner, behandlinger og antal replikater.
| Klon | Kontrol | 10 t/ha | 30 t/ha | Kun | ||
| Blandet | top | Blandet | top | slam | ||
| Tora | 3 | 3 | 3 | |||
| Olof | 3 | 3 | 3 | |||
| Loden | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 |
| Jodis | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 |
| Aage | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 |
| Carl Jensen | (4) | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 |
2.2.2 Forløb
I forårets og sommerens løb har potterne stået på marken foran vort væksthus. For at undgå overløb af vand og dermed metaller blev der kreeret låg med hul til stiklingerne, og disse låg blev lagt på potterne i perioder med megen nedbør. I mere tørre perioder var det af og til nødvendigt at vande pilestiklingerne. Der blev opstillet et automatisk vandingsanlæg, som dog viste sig at være behæftet med visse uheldige egenskaber, idet der ikke blev tilført lige meget vand til alle potter. Dette skulle nu være rettet, men det meste af sommeren 2000 blev der vandet med vandkande i stedet.
2.2.3 Høst
Omkring 1. november blev pilekvistene høstet, dvs. klippet af ved jordoverfladen. Kvistene for hver plante blev bundtet, vejet (vådvægt) og frosset ned.
2.2.4 Metalanalyser
Indholdet af nikkel og cadmium blev målt i midterstykket af de enkelte kviste. Kvistene blev klippet i skiver og tørret ved 80C, hvorefter de blev opløst i koncentreret salpetersyre. Metalindholdet blev analyseret med flammeatomabsorp.tionsspektrometri. Samtidig med pilekvistene blev standardplantemateriale (reference) med et certificeret indhold af nikkel og cadmium analyseret. Desuden blev der målt metalindhold i de anvendte gødningsprodukter.
2.3 Dambrugsslams påvirkning af springhaler
Vi testede giftigheden af dambrugsslam overfor springhaler af arten Folsomia fimetaria i 5 koncentrationer, svarende til 0, 3, 7, 21 og 50 t/ha i en 3-ugers reproduktionstest med 10 hanner og 10 hunner i hver af de 4 replikater.
2.4 Resultater
2.4.1 Høstet biomasse
Som det fremgår af tabel 2, voksede den højtydende sort Olof mere end de andre kloner. Desuden voksede samtlige de testede kloner bedre i slam alene end i jord tilsat slam.
Tabel 2. Biomasse (g overjordisk vådvægt) af Salix efter en sæsons vækst i forskellige slamdoseringer, hvor slammet enten var blandet med jord ("blandet") eller lagt oven på denne ("top").
| Kontrol | 10 t/ha | 30 t/ha | Kun slam | |||
| blandet | top | blandet | top | |||
| Tora | 57 ∀ 5 | 36 ∀ 53 | 63 ∀ 55 | |||
| Olof | 87 ∀ 511 | 55 ∀ 58 | 72 18 | |||
| Loden | 46 ∀ 54 | 26 ∀ 52 | 34 ∀ 51 | 58 ∀ 59 | 61 ∀ 59 | 88 ∀ 530 |
| Jodis | 45 ∀ 57 | 31 ∀ 58 | 34 ∀ 56 | 51 ∀ 57 | 54 ∀ 511 | 125 ∀ 555 |
| Aage | 55 ∀ 53 | 33 ∀ 54 | 43 ∀ 55 | 48 ∀ 53 | 55 ∀ 56 | 67 ∀ 539 |
| Carl Jensen | 54 ∀ 56 | 40 ∀ 54 | 34 ∀ 515 | 49 ∀ 59 | 50 ∀ 58 | 113 ∀ 553 |
2.4.2 Optag af cadmium og nikkel
For nikkels vedkommende var der ikke nogen klar tendens i, hvilke kloner, der optog meget metal i de forskellige behandlinger (Figur 2.1). For cadmium var
tendensen mere klar, idet klonen Loden næsten ufravigeligt indeholdt mest metal. For begge metaller skal bemærkes, at der er klare forskelle i de forskellige kloners optag i potter med hhv. jord med slam og kun slam.
Figur 2.1. Optag af nikkel (øverst) og cadmium (nederst) i de forskellige pilekloner efter en sæsons vækst i forskellige slamblandinger. x t bl: x t slam/ha blandet op med jord; x t top: x t/ha lagt oven på jorden; slam: kun slam.
2.4.3 Potentiale for jordrensning
Potentialet for jordrensning er her defineret som biomassehøsten ganget med det målte metalindhold. Der er ikke bestemt tørvægt, hvorfor den udregnede værdi bliver temmelig arbitrær. Vi har dog skønnet, at værdierne for de forskellige kloner er sammenlignelige, idet de formodes at have nogenlunde samme vandindhold, når de vokser under ens betingelser. Som det fremgår af Figur 2, varierer potentialet for metaloptag ca. med en faktor to. For nikkel er der heller ikke her nogen klar tendens til, at en eller to kloner er klart bedre end de andre, hvorimod der for cadmium i jord med slam er en temmelig klar tendens til, at klonen Loden har et større potentiale for metaloptag end de andre kloner. Når man sammenligner situationen i potter kun med slam med potter, der også indeholder jord, er billedet imidlertid noget forvirrende, idet den klon med det dårligste cadmiumpotentiale i potter med jord og slam er klart den bedste i potter kun med slam, mens Loden faktisk har det dårligste potentiale i slam.
Figur 2.2. Potentiale for optag af nikkel (øverst) og cadmium (nederst) i seks forskellige kloner af pil udtrykt som det målte metalindhold multipliceret med biomassen (vådvægt) efter en sæsons vækst i forskellige slamblandinger. x t bl: x t slam/ha blandet op med jord; x t top: x t/ha lagt oven på jorden; slam: kun slam.
2.4.4 Effekter på springhaler
Koncentrationer af dambrugsslam, som svarer til en udbringning af 50 tons pr. ha, gav ikke nogen tydelig effekt på springhalernes forplantning (Figur 2.1). Selv om der ved de to højeste doseringer er fundet bemærkelsesværdigt få dyr i et par replikater, er der samlet set ikke nogen signifikant forskel mellem de enkelte behandlinger. På baggrund af disse undersøgelser og andre erfaringer med spildevandsslam kan det konkluderes, at dambrugsslam i de tilladte doseringer (max. 7 t/ha/år over 10 år) formentlig ikke vil udgøre en uacceptabel risiko for landbrugsjorder, specielt ikke hvis slammets indhold af cadmium og nikkel er reduceret ved hjælp af fytoremediering inden udbringning.
Figur 2.3. Antallet af springhaler ved eksponering til slam-jord-blandinger, som modsvarer markdoser på 0-50 tons slam pr. ha. Antallet er gengivet som middelværdien og standardafvigelsen for de fire replikater med 10 hanner og 10 hunner i hver replikat ved start. Antallet af dyr (unger og voksne) er optalt efter tre uger.
Version 1.0 Maj 2004, © Miljøstyrelsen.