Acute toxicity of experimental fertilizers made of blood meal, spent coffee ground and biomass ash

• Autorzy: Ciesielczuk T. , Rosik-Dulewska C. , Poluszyńska J. , Sławińska I.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2017-0042

Warianty tytułu

PL

Toksyczność ostra eksperymentalnych nawozów wytworzonych z mączki z krwi, odpadów poekstrakcyjnych kawy oraz popiołu z biomasy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the results of research on the acute toxicity of a fertilizer formulas made of spent coffee ground (SCG) with addition of ash from low-temperature combustion of biomass or ash with an admixture of magnesium sulphate and blood meal. The experimental fertilizer formulas included also rape oil used as a plasticizer for controlling the nutrients release from the fertiliser. Mustard (Sinapis alba L.), oats (Avena sativa sp. L.), cucumber (Cucumis sativus L.) and cress (Lepidium sativum L.) were used as test plants species in the experiment. The toxicity tests were performed using a standard procedure of 72 h with the use of Phytotoxkit microbiotest and fertilizer application of 2.5; 5 and 10% (v/v). The obtained results indicated an increase of acute toxicity for all tested plant species, proportionally to the applied doses of the fertilizer. During the 72 h period, the strongest inhibition of seedling growth was recorded in samples consisting of 10% of the tested fertilizers, particularly when they showed considerable level of salinity or low pH values. From the tested plant species, cress (Lepidium sativum L.) turned out to be the most sensitive to the applied fertilizers, the least was cucumber (Cucumis sativus L.) for which only a small inhibition of root system growth was observed. The inhibited growth of roots could be attributed to a reduced oxygen access and excessive salinity of the substratum caused by the applied additives.

PL

Przepisy prawa wymuszają stopniowe ograniczanie deponowania odpadów ulegających biodegradacji na składowiskach. Po wydzieleniu frakcji biodegradowalnej ze zmieszanych odpadów komunalnych lub dzięki selektywnej zbiórce tej frakcji można ją zastosować w nawożeniu organicznym. W szczególności materia organiczna zawarta w odpadach przemysłu spożywczego lub powstająca w gospodarstwach domowych, pod warunkiem braku zanieczyszczeń innymi rodzajami odpadów może być wykorzystywana jako nawóz organiczny. W pracy przedstawiono wyniki badań nad toksycznością ostrą mieszaniny wykonanej z odpadów poekstrakcyjnych kawy (SCG) modyfikowanych popiołem powstającym z niskotemperaturowego spalania biomasy lub popiołem z dodatkiem siarczanu magnezu i mączki z krwi. Dodatkiem uplastyczniającym oraz spowalniającym uwalnianie biogenów z nawozu do roztworu glebowego był olej rzepakowy. Jako rośliny testowe wykorzystano: gorczycę (Sinapis alba L.), owies zwyczajny (Avena sativa sp. L.), ogórek (Cucumis sativus L.) oraz rzeżuchę ogrodową (Lepidium sativum L.). Testy toksyczności przeprowadzono z użyciem standardowej procedury 72 h z zastosowaniem płytek Phytotoxkit microbiotest z udziałem nawozu 2,5; 5 i 10% (obj.). Uzyskane wyniki wskazują na zwiększenie toksyczności ostrej w odniesieniu do wszystkich testowanych gatunków. Proporcjonalnie do zastosowanych dawek nawożenia najsilniejszą inhibicję wzrostu siewek w okresie 72 h zanotowano w próbkach z 10-procentowym udziałem badanych nawozów, w szczególności gdy wykazywały one znaczne zasolenie lub niskie pH. Najbardziej wrażliwym gatunkiem na zastosowane dawki nawozów była rzeżucha, a najmniej – ogórek, w przypadku którego inhibicja wzrostu korzeni była niewielka. Prawdopodobną przyczyną spowolnienia wzrostu korzeni było ograniczenie dopływu tlenu oraz nadmierne zasolenie podłoża spowodowane zastosowanymi dodatkami.

Słowa kluczowe

EN

acute toxicity; blood meal; organic fertilizer; spent coffee ground

PL

mączka z krwi; nawóz organiczny; odpady poekstrakcyjne kawy; olej rzepakowy; toksyczność ostra

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 34
• Strony: 95--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab.

Twórcy

autor

Ciesielczuk T.

• Opole University, Department of Land Protection, ul. Oleska 22, 45-052 Opole, Poland

autor

Rosik-Dulewska C.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Environmental Engineering, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze, Poland

autor

Poluszyńska J.

• Institute of Ceramics and Building Materials, ul. Oświęcimska 21, 45-641 Opole, Poland

autor

Sławińska I.

• Institute of Ceramics and Building Materials, ul. Oświęcimska 21, 45-641 Opole, Poland

Bibliografia

• BALLESTEROS L.F., TEIXEIRA J.A., MUSSATTO S.I. 2014. Chemical, functional, and structural properties of spent coffee grounds and coffee silverskin. Food and Bioprocess Technology. Vol. 7. Iss. 12 p. 3493–3503. DOI 10.1007/s11947-014-1349-z.
• CAETANO N.S., SILVA V.M.F., MELO A.C., MARTINS A.A., MATA T.M. 2014. Spent coffee grounds for biodiesel production and other applications. Clean Technologies and Environmental Policy. Vol. 16 p. 1423–1430. DOI 10.1007/s10098-014-0773-0.
• CIESIELCZUK T., ROSIK-DULEWSKA CZ., POLUSZYŃSKA J., MIŁEK D., SZEWCZYK A., SŁAWIŃSKA I. 2017. Acute toxicity of experimental fertilizers made of spent coffee grounds. Waste and Biomass Valorization. DOI 10.1007/s12649-017-9980-3.
• CIESIELCZUK T., ROSIK-DULEWSKA CZ., WIŚNIEWSKA E. 2015. Possibilities of coffee spent ground use as a slow action organo-mineral fertilizer. Annual Set the Environment Protection. Vol. 17 p. 422–437.
• CIR(EU) No 354/2014. Commission Implementing Regulation (EU) No 354/2014 of 8 April 2014 amending and correcting Regulation (EC) No 889/2008 laying down detailed rules for the implementation of Council Regulation (EC) No 834/2007 on organic production and labelling of organic products with regard to organic production, labelling and control.
• COLARIETI M.L., TOSCANO G., GRECO G. JR. 2006. Toxicity attenuation of olive mill wastewater in soil slurries. Environmental Chemistry Letters. Vol. 4. Iss. 2 p. 115–118. DOI 10.1007/s10311-006-0050-5.
• DEMEYER A., VOUNDI-NKANA J.C., VERLOO M.G. 2001. Characteristics of wood ash and influence on soil properties and nutrient uptake: An overview. Bioresource Technology. Vol. 77 p. 287–295.
• Eurostat undated. Municipal waste generation and treatment, by type of treatment method [online]. [Access 14.04.2016]. Available at: http://ec.europa.eu/eurostat/tgm/table.do?tab=table&init=1&plugin=1&language=en&pcode=tsdpc240
• GOSWAMI L., PATEL A.K., DUTTA G., BHATTACHARYYA P., GOGOI N., BHATTACHARYA S.S. 2013. Hazard remediation and recycling of tea industry and paper mill bottom ash through vermiconversion. Chemosphere. Vol. 92 p. 708–713. DOI 10.1016/j.chemosphere.2013.04.066.
• ILNICKI P. 2014. Emissions of nitrogen and phosphorus in to rivers from agricultural land – selected controversial issues. Journal of Water and Land Development. No. 23 p. 31–39. DOI 10.1515/jwld-2014-0027.
• KIM M.K., MIN H.G., KOO N., PARK J., LEE S.H., BAK G.I., KIM J.G. 2014. The effectiveness of spent coffee grounds and its biochar on the amelioration of heavy metals-contaminated water and soil using chemical and biological assessments. Journal of Environmental Management. Vol. 146 p. 124–130. DOI 10.1016/j.jenvman.2014.07.001.
• KORNER I., SABORIT-SANCHEZ I., AGUILERA-CORRALES Y. 2008. Proposal for the integration of decentralised composting of the organic fraction of municipal solid waste into the waste management system of Cuba. Waste Management. Vol. 28 p. 64–72.
• LUDWIG B., GEISSELER D., MICHEL K., JOERGENSEN R.G., SCHULZ E., MERBACH I., RAUPP J., RAUBER R., HU K., NIU L., LIU X. 2011. Effects of fertilization and soil management on crop yields and carbon stabilization in soils. A review. Agronomy for Sustainable Development. Vol. 31. Iss. 2 p. 361–372. DOI 10.1051/agro/2010030.
• MAZUR Z., RADZIEMSKA M., TOMASZEWSKA Z., ŚWIĄTKOWSKI Ł. 2013. Effect of sodium chloride salinization on the seed germination of selected vegetable plants. Scientific Review – Engineering and Environmental Sciences. No. 62 p. 444–453.
• MOLNAROVA M., SMELKOVA M., FARGASOVA A. 2014. Assessment of the suitability of Phytotoxkit plastic vertical containers compared with petri dishes for standard seedling growth tests. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. Vol. 92. Iss. 4 p. 497–501. DOI 10.1007/s00128-013-1186-1.
• MUSSATTO S.I., MACHADO E.M.S., MARTINS S., TEIXEIRA J.A. 2011. Production, composition, and application of coffee and its industrial residues. Food and Bioprocess Technology. Vol. 4 p. 661–672. DOI 10.1007/s11947-011-0565-z.
• OLESZCZUK P. 2008. The toxicity of composts from sewage sludges evaluated by the direct contact tests Phytotoxkit and Ostracodtoxkit. Waste Management. Vol. 28. Iss. 9 p. 1645–1653. DOI 10.1016/j.wasman.2007.06.016.
• PESONEN J., KUOKKANEN V., KUOKKANEN T., ILLIKAINEN M. 2016. Co-granulation of bio-ash with sewage sludge and lime for fertilizer use, Journal of Environmental Chemical Engineering. 4. Iss. 4 p. 4817–4821.
• PN-R-04024:1997. Analiza chemiczo-rolnicza gleby – Oznaczanie zawartości przyswajalnego fosforu, potasu, magnezu i manganu w glebach organicznych [Agrochemical soil analyse – Determination of available phosphorus, potassium, magnesium and manganese contents in organic soils].
• POULSEN P.H.B., MAGID J., LUXHØI J., DE NEERGAARD A. 2013. Effects of fertilization with urban and agricultural organic wastes in a field trial – Waste imprint on soil microbial activity. Soil Biology and Biochemistry. Vol. 57 p. 794–802. DOI 10.1016/j.soilbio.2012.02.031.
• POWLSON D.S., GREGORY P.J., WHALLEY W.R., QUINTON J.N., HOPKINS D.W., WHITMORE A.P., HIRSCH P.R., GOULDING K.W.T. 2011. Soil management in relation to sustainable agriculture and ecosystem services. Food Policy. Vol. 36 p. 72–87. DOI 10.1016/j.foodpol.2010.11.025.
• PUJOL D., LIU C., GOMINHO J., OLIVELLA M.À., FIOL N., VILLAESCUSA I., PEREIRA H. 2013. The chemical composition of exhausted coffee waste. Industrial Crops and Products. Vol. 50 p. 423–429. DOI 10.1016/j.indcrop.2013.07.056.
• ROSIK-DULEWSKA CZ., GŁOWALA K., KARWACZYŃSKA U., SZYDŁO E. 2006. The mobility of chosen pollutants from ash-sludge mixtures. Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 15. Iss. 6 p. 895–904.
• ROSIK-DULEWSKA CZ., KARWACZYŃSKA U., GŁOWALA K., ROBAK J. 2008. Elution of heavy metals from granulates produced from municipal sewage deposits and fly-ash of hard and brown coal in the aspect of recycling for fertilization purposes. Archives of Environmental Protection. Vol. 34. Iss. 2 p. 63–71.
• ROSIK-DULEWSKA CZ., NOCOŃ K., KARWACZYŃSKA U. 2016. Wytwarzanie granulatu z komunalnych osadów ściekowych i popiołów lotnych w celu ich przyrodniczego (nawozowego) odzysku [Production of granules from municipal sewage sludge and Ely ashes due to its natural (fertilizer) recycling]. Works and Studies / Prace i Studia. Vol. 87. Zabrze. IPIŚ PAN. Z. 87. ISBN 978-83-60877-25-8 pp. 187.
• ROY M., KARMAKAR S., DEBSARCAR A., SEN P.K., MUKHERJEE J. 2013. Application of rural slaughterhouse waste as an organic fertilizer for pot cultivation of solanaceous vegetables in India. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. Vol. 2. Iss. 6 p. 1–11. DOI 10.1186/2251-7715-2-6.
• Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonywania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu [Regulation of the Minister of Agriculture from 18 June 2008 due to implementation of certain provisions of the Law on fertilizers and fertilization]. Dz.U. 2008. Nr 119 poz. 765.
• Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 21 grudnia 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wykonywania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu [Regulation of the Minister of Agriculture from 21 December 2009 due to change of Regulationdue to implementation of certain provisions of the Law on fertilizers and fertilization]. Dz.U. 2009. Nr 224 poz. 1804.
• SAADI I., LAOR Y, RAVIV M., MEDINA S. 2007. Land spreading of olive mill wastewater: Effects on soil microbial activity and potential phytotoxicity. Chemosphere. Vol. 66 p. 75–83. DOI 10.1016/ j.chemosphere.2006.05.019.
• SAMPAIO A., DRAGONE G., VILANOVA M., OLIVEIRA J.M., TEIXEIRA J.A., MUSSATTO S.I. 2013. Production, chemical characterization, and sensory profile of a novel spirit elaborated from spent coffee Grodnu. LWT – Food Science and Technology. Vol. 54 p. 557–563. DOI 10.1016/j.lwt.2013.05.042.
• TELLA M., DOELSCH E., LETOURMY P., CHATAING S., CUOQ F., BRAVIN M.N., SAINT MACARY H. 2013. Investigation of potentially toxic heavy metals in different organic wastes used to fertilize market garden crops. Waste Management. Vol. 33 p. 184–192. DOI 10.1016/ j.wasman.2012.07.021.
• YUNTA F., DI FOGGIA M., BELLIDO-DIAZ V., MORALESCALDERON M., TESSARIN P., LOPEZ-RAYO S., TINTI A., KOVACS K., KLENCSAR Z., FODOR F., DOMENICO-ROMBOLA A. 2013. Blood meal-based compound. Good choice as iron fertilizer for organic farming. Journal of Agricultural and Food Chemistry. Vol. 61. Iss. 17 p. 3995−4003. DOI 10.1021/jf305563b.