Biouhel jako nosič rhizobakterií pro aplikace do půdy

Biochar as a carrier of rhizobacteria for soil applications

Abstrakt

Biouhel je organický materiál vznikající pyrolytickou transformací biomasy. Díky vysokému obsahu stabilního uhlíku a pórovité struktuře se nabízí jeho aplikace do půdy, kde zlepšuje fyzikálně-chemické vlastnosti (pH, obsah organické hmoty, zastoupení minerálů, strukturu a kationtově-výměnnou kapacitu). Zároveň biouhel poskytuje vhodné prostředí pro půdní mikrobiotu. Tento materiál lze proto využít nejen jako půdní kondicionér, ale také jako nosič půdních rhizobakterií, které následně mohou pozitivně působit na efekty podporující růst rostlin (PGP) půdních rhizobakterií jako je biologická f ixace atmosférického dusíku, solubilizace nerozpustných fosforečnanů a komplexaci železa, produkce hormonů a stimulantů růstu a obecně zvyšovat mikrobiální aktivitu v rhizosféře. Pro imobilizaci bakterií do struktury biouhlu lze využít různé přístupy lišící se načasováním jeho přídavku – od současné kultivace bakterií v suspenzi biouhlu, přes dvoufázovou metodu s navázáním odseparovaných buněk v salinním prostředí, až po postkultivační přidání biouhlu k bakteriálnímu inokulu [1]. V této práci byla hodnocena vhodnost vybraných biouhlů Carbohran (tvrdé dřevo, 680–740 °C, Srbsko), Sonnenerde GmbH (kukuřičné a slunečnicové slupky + ovocný kal, >650 °C, Rakousko), Novocarbo GmbH (měkké dřevo, >720 °C, Německo) a Zera (čistírenské kaly, INTEKO) jako nosičů rhizobakterie kmene Azotobacter vinelandii CCM 289. Pro experimentální ověření byla zvolena postkultivační metoda imobilizace, při níž byl biouhel přidán k dříve připravené kultuře bakterií. Optimalizace koncentrace u biouhlu Carbohran (5–50 hm.%) potvrdila jako vhodnou aplikační dávku 20–25 hm.%. Pro následný experiment byla zvolena koncentrace 25 hm.%, při níž byly připraveny bakteriální lyofilizované gely s jednotlivými typy biouhlu a aplikovány do půdy s modelovou rostlinou Zea mays L. convar. saccharata. Kultivační experiment je naplánován na 90 dnů a v době konání konference nebyl dosud ukončen. V jeho průběhu jsou průběžně sledovány pH půdy a agronomické parametry rostlin (výška, počet listů, výskyt květenství a počet klasů). Dosavadní výsledky naznačují, že z pohledu agronomických vlastností vykazuje nejlepší odezvu ošetření lyofilizovaného gelu Carbohranu s bakteriální kulturou, následované lyofilizovaným gelem Novocarba s bakteriální kulturou. Naproti tomu ošetřené rostliny lyofilizovaným gelem ze Zery s bakteriální kulturou vykazuje pomalejší růst v porovnání s ošetřeními biouhly bez PGPR i kontrolními vzorky bez ošetření. Po ukončení experimentu budou dále rovněž vyhodnoceny vlivy jednotlivých ošetření biouhlů a biouhlů s PGPR bakteriemi na fyzikálně-chemické parametry (pH, vodivost, TGA, ICP-OES), mikrobiologické charakteristiky půdy (post-kultivační ověření růst podporujících efektů, BIOLOG™ EcoPlate) a růstové charakteristiky rostlin (biomasa nadzemních a podzemních částí, kořenová morfologie, chlorofyl). Získané výsledky umožní komplexně posoudit interakci biouhlu, mikrobiálních inokulantů a rostlin v půdním prostředí s ohledem na potenciální využití těchto materiálů jakožto půdních stimulantů.

Biochar is an organic material produced by the pyrolytic transformation of biomass. Thanks to its high stable carbon content and porous structure, it can be applied to soil, where it improves its physical and chemical properties (pH, organic matter content, mineral content, structure, and cation exchange capacity). At the same time, biochar provides a suitable environment for soil microbiota. This material can therefore be used not only as a soil conditioner, but also as a carrier of soil rhizobacteria, which can subsequently have a positive effect on plant growth-promoting (PGP) effects of soil rhizobacteria, such as biological fixation of atmospheric nitrogen, solubilization of insoluble phosphates and iron complexation, production of hormones and growth stimulants, and generally increasing microbial activity in the rhizosphere. Various approaches differing in the timing of its addition can be used to immobilize bacteria into the biochar structure – from simultaneous cultivation of bacteria in a biochar suspension, through a two-phase method with the binding of separated cells in a saline environment, to the post-cultivation addition of biochar to the bacterial inoculum [1]. This study evaluated the suitability of selected biochar products Carbohran (hardwood, 680–740 °C, Serbia), Sonnenerde GmbH (corn and sunflower husks + fruit sludge, >650 °C, Austria), Novocarbo GmbH (softwood, >720 °C, Germany), and Zera (sewage sludge, INTEKO) as carriers of the rhizobacterium strain Azotobacter vinelandii CCM 289. For experimental verification, a post-cultivation immobilization method was chosen, in which biochar was added to a previously prepared bacterial culture. Optimization of the concentration of Carbohran biochar (5–50 wt.%) confirmed 20–25 wt.% as a suitable application dose. For the subsequent experiment, a concentration of 25 wt.% was chosen, at which lyophilized bacterial gels with individual types of biochar were prepared and applied to the soil with the model plant Zea mays L. convar. saccharata. The cultivation experiment is planned for 90 days and had not yet been completed at the time of the conference. During the experiment, soil pH and agronomic parameters of plants (height, number of leaves, occurrence of inflorescences, and number of ears) are continuously monitored. The results so far indicate that, in terms of agronomic properties, the best response is shown by treatment with Carbohran freeze-dried gel with bacterial culture, followed by Novocarba freeze-dried gel with bacterial culture. In contrast, plants treated with Zera freeze-dried gel with bacterial culture show slower growth compared to treatments with biochar without PGPR and control samples without treatment. After the experiment, the effects of individual biochar treatments and biochar with PGPR bacteria on physicochemical parameters (pH, conductivity, TGA, ICP-OES), microbiological characteristics of the soil (post-cultivation verification of growth-promoting effects, BIOLOG™ EcoPlate), and plant growth characteristics (above-ground and below-ground biomass, root morphology, chlorophyll). The results obtained will enable a comprehensive assessment of the interaction of biochar, microbial inoculants, and plants in the soil environment with regard to the potential use of these materials as soil stimulants.

biouhel, Azotobacter vinelandii, gel, encapsulace

biochar, Azotobacter vinelandii, gel, encapsulation

HALEŠ, P.; SÚKENÍK, M.; KALINA, M.

27.11.2025

Vysoké učení technické v Brně

Brno

978-80-214-6388-2

29

29

91

https://www.fch.vut.cz/vav/konference/sok/vystupy/sok-2025-sbornikabstraktu-pdf-p321225