Vliv biodegradace polyhydroxyalkanoátů na vlastnosti a složení půdy
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Biodegradabilní plasty jsou prezentovány jako slibná náhrada za syntetické polymery. Očekává se, že v půdě jsou během krátké doby plně odbourány přítomnými mikroorganismy a že jsou ze své podstaty neškodné pro životní prostředí. Správnost tohoto předpokladu je ale nutné ověřit, přičemž je důležité věnovat pozornost jak vlivu na půdní biotu, tak také vlivu procesu biodegradačních procesů na vlastnosti, složení a strukturu půdy. V této práci je studován vliv biodegradace poly(R-3-hydroxybutyrátu), (P3HB), patřícího do skupiny polyhydroxyalkanoátů, na strukturu a fyzikálně-chemické vlastnosti půdy. Částice P3HB byly smíchány v různých koncentracích s půdou, ve které byly provedeny nádobové biodegradační experimenty za různých podmínek – tj. s rostoucí rostlinou i bez rostliny, s hnojením dusíkatým hnojivem i bez. Po 90 dnech byla půda analyzována. Termogravimetrie byla využita ke stanovení množství nezdegradovaného mikrobioplastu a umožnila stanovit vliv biodegradace na vznik půdní organické hmoty. Diferenční kompenzační kalorimetrie poskytla informace o vlivu biodegradace na výparnou entalpii vody z půdy, taktéž bylo sledováno množství adsorbované vody v půdě. Dále byl stanoven vliv na polní vodní kapacitu a byla provedena sítová analýza jednotlivých vzorků, jež umožnila charakterizovat vliv biodegradace na distribuci velikosti půdních částic. Bylo prokázáno, že podmínky biodegradace ovlivňují nejen její rychlost, ale i některé půdní parametry. Podle očekávání biodegradace P3HB probíhala rychleji v prostředí s dostatkem živin. Naproti tomu, nedostatek dusíku v systému s rostoucí rostlinou způsobil snížení hodnoty výparné entalpie vody a snížení množství vody v systému, což může vést ke snazšímu vysychání půdy a vytvoření stresových podmínek pro růst rostliny. U všech sérií vzorků s P3HB byla patrná zvýšená agregace půdních částic v porovnání s půdami bez přídavku P3HB.
Biodegradable plastics are presented as a promising replacement for synthetic polymers. In soil, they are expected to be fully degraded by micro-organisms within a short time and to be inherently harmless to the environment. However, this assumption needs to be verified, and it is important to pay attention to the impact on soil´s biota as well as the effect of the biodegradation process could have on soil properties, composition and structure. In this work was studied the effect of biodegradation of poly(R-3-hydroxybutyrate), (P3HB), belonging to the group of polyhydroxyalkanoates, on the structure and physicochemical properties of soil. P3HB particles were mixed in different concentrations with soil in which biodegradation experiments were carried out under different conditions - i.e. with and without growing plant, with and without nitrogen fertilization. After 90 days, were soil analyzed. Thermogravimetry was used to determine the amount of residual non-degraded micro-bioplastics and to determine the effect of biodegradation on the properties of soil organic matter. Differential scanning calorimetry provided information on the effect of biodegradation on the evaporation enthalpy of adsorbed water from the soil, while the amount of water in the soil was also determined. Furthermore, the effect on field water holding capacity was determined and sieve analysis of individual samples was performed to characterize the effect of biodegradation on soil particle size distribution. Biodegradation conditions were shown to affect not only the rate of biodegradation but also some soil parameters. As expected, biodegradation of P3HB was proved to be faster in a nutrient-rich environment. In contrast, lack of nitrogen in soil with growing plant caused a decrease in the evaporation enthalpy of water and a reduction in the amount of water in soil, which can lead to easier soil drying and cause stress conditions for plant growth. Increased soil particle aggregation was observed in all sample series with P3HB compared to soils without P3HB addition.
Biodegradable plastics are presented as a promising replacement for synthetic polymers. In soil, they are expected to be fully degraded by micro-organisms within a short time and to be inherently harmless to the environment. However, this assumption needs to be verified, and it is important to pay attention to the impact on soil´s biota as well as the effect of the biodegradation process could have on soil properties, composition and structure. In this work was studied the effect of biodegradation of poly(R-3-hydroxybutyrate), (P3HB), belonging to the group of polyhydroxyalkanoates, on the structure and physicochemical properties of soil. P3HB particles were mixed in different concentrations with soil in which biodegradation experiments were carried out under different conditions - i.e. with and without growing plant, with and without nitrogen fertilization. After 90 days, were soil analyzed. Thermogravimetry was used to determine the amount of residual non-degraded micro-bioplastics and to determine the effect of biodegradation on the properties of soil organic matter. Differential scanning calorimetry provided information on the effect of biodegradation on the evaporation enthalpy of adsorbed water from the soil, while the amount of water in the soil was also determined. Furthermore, the effect on field water holding capacity was determined and sieve analysis of individual samples was performed to characterize the effect of biodegradation on soil particle size distribution. Biodegradation conditions were shown to affect not only the rate of biodegradation but also some soil parameters. As expected, biodegradation of P3HB was proved to be faster in a nutrient-rich environment. In contrast, lack of nitrogen in soil with growing plant caused a decrease in the evaporation enthalpy of water and a reduction in the amount of water in soil, which can lead to easier soil drying and cause stress conditions for plant growth. Increased soil particle aggregation was observed in all sample series with P3HB compared to soils without P3HB addition.
Description
Citation
DENKOVÁ, P. Vliv biodegradace polyhydroxyalkanoátů na vlastnosti a složení půdy [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie a technologie ochrany životního prostředí
Comittee
prof. Ing. Jiří Kučerík, Ph.D. (předseda)
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (místopředseda)
doc. Mgr. Renata Komendová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Michaela Vašinová Galiová, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Mergl, CSc. (člen)
Date of acceptance
2022-05-23
Defence
Studentka v prezentaci představila komisi důležité výsledky své diplomové práce. Po přečtení posudků studentka odpověděla na otázky oponentky. Dále se rozvinula diskuze s ostatními členy zkušební komise. Studentka v ní prokázala výbornou připravenost a orientaci v daném tématu. Poté bylo přistoupeno k ústní části SZZ.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení