Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

År 2015 antog FN:s generalförsamling handlingsplanen Agenda 2030 som innehåller mål för ekonomisk, social och miljömässig hållbar utveckling. Produktion av biogas har ett nettonollutsläpp av växthusgaser. Biogasproduktionen är en del i Agenda 2030 och beräknas ha en produktionspotential på 15 TWh, vilket är en ökning med 12,7 TWh till och med 2030 jämfört med år 2022. Biogas, en förnybar energikälla, bildas genom att organiskt material bryts ner i syrefri miljö av särskilda mikroorganismer (AD). Det organiska materialet kan bestå av matrester, avloppsslam, gödsel eller växtrester. En av produkterna är den kväverika rötrest som kommer ut från reaktorn och som används som gödsel. Vegetation som slås av efter vägkanter är billigt organiskt material som potentiellt skulle kunna användas för biogasproduktion. Vid bortforsling av vegetationen följer näring och energi med som fanns i växtresterna. Detta skapar en mer näringsfattig miljö vilket gynnar mindre konkurrensstarka arter och bidrar till ökad biologisk mångfald. I vägkanter och diken kan dock många olika ogräsarter finnas. Om frön från dessa hamnar i biogasprocessen, finns det risk för att fröna överlever och via rötresten sedan sprids på åkern?
Målet med denna studie var att skatta groning och överlevnad hos frön från fyra ogräsarter efter rötning vid mesofila och termofila förhållanden (37° och 52°C) samt att testa om vattenbadsförsök kan användas för att simulera och utvärdera effekterna av rötning på ogräsfrön.
Ett antal studier genomfördes för att skatta grobarhet (genom groningstest) och total överlevnad (genom gronings- och tetrazoliumtester) hos frön från ogräsarterna hönshirs (Echinochloa crus-galli), renkavle (Alopecurus myosuroides), skräppa (Rumex spp.) och italienskt rajgräs (Lolium multiflorum). Jämförelser gjordes mellan rötning och behandling i vattenbad i 52°C i 2-30 timmar, samt mellan 37°C och 52°C i vattenbad för samma tidsperiod. Vidare utvärderades effekterna av rötning vid 37°C under en tidsperiod på 2-30 dagar och konventionell hygienisering simulerades genom vattenbad vid 70°C under en timme. En binomial modelleringsmetod användes slutligen för de statistiska analyserna.
Innan försöken startades, hade skräppa och italiensk rajgräs en groning och vitalitet på >90%. Motsvarande värden för hönshirs var 70% och 76% medan värdena för renkavle var relativt låga, 40% och 47%. Hygienisering i vattenbad vid 70°C i en timme och rötning vid 37°C under >48 timmar gav 100% dödlighet hos fröna från alla fyra arter. Vid 52°C var groning och vitalitet högre i vattenbad jämfört med rötning. Skräppa hade högst groning och vitalitet jämfört med övriga arter. Över tid sjönk groning och vitalitet snabbt (<2% efter 30 timmar).
Groning och vitalitet av fröna efter behandling i vattenbad (37°C och 52°C) påverkades av temperatur, art, tid och av samspelen temperatur*art och temperatur*tid. Groning påverkades även av samspelen art*tid och temperatur*art*tid. Medelvärden för groning och vitalitet var högre vid 37°C (84% och 85%) jämfört med 52°C (11% och 15%). Skräppa hade högre värden än övriga arter. Hastigheten som värdena minskade berodde av tiden och minskade snabbare i den första delen av den studerade tidsperioden (2-30 timmar).
Slutsatsen blir att de temperaturer och rententionstider som används i konventionell mesofil och termofil rötning är tillräckliga för att döda frön från de fyra studerade arterna. Skattningarna av groning och vitalitet var högre i vattenbad jämfört med rötning vilket indikerar att skattningar och slutsatser från vattenbadsförsöken kan anses som konservativa jämfört med motsvarande resultat från rötningsförsöken. Detta gäller åtminstone för det specifika substrat som användes i rötningsförsöken. Följaktligen kan resultat från vattenbadsförsök bedömas vara säkra att använda för att skatta risken för överlevnad av ogräsfrön i rötningsförsök under jämförbara temperaturförhållanden.

In 2015 the General Assembly of the United Nations adopted the action plan ‘Agenda 2030’ which contains goals for economic, social and environmentally sustainable development. Biogas is produced with net zero greenhouse gas emissions. Sweden targets a biogas production of 15TWh in 2030, implying an increase of 12,7 TWh compared to 2022. During anaerobic digestion (AD) micro-organisms break down biodegradable material in the absence of oxygen, producing biogas and digestate. Feedstock may consist of food waste, sewage sludge, dung or plant material. The nitrogen-rich digestate may be used as fertilizer. Vegetation along roadsides is an easily biodegradable biomass that can be harvested as raw material for anaerobic digestion. Such harvest not only provides a cheap feedstock but also renders nutrient poor roadsides and ditches, leading to an enhanced biodiversity. There is a risk, however, that plant seeds may survive the AD-process and that the remains, when used as fertilizer on agricultural land, may lead to weed infestations.
The aim of this study was to assess the germinability and survival of the seeds of four weed species after AD and water bath treatments under mesophilic and thermophilic conditions (37° and 52°C) and to test if water bath experiments can be used to simulate and assess the effects of AD on weed seeds.
A set of experiments was performed to assess germinability (by means of germination test) and total vitality (germination and tetrazolium tests) of the four weed species Barnyard grass (Echinochloa crus-galli), Black grass (Alopecurus myosuroides), Dock (Rumex crispus) and Italian ryegrass (Lolium multiflorum). A water bath using a range of 2-30 hours in 52 °C was compared with the effects of AD in 52°C. The same time range was used to compare the effects of a water bath in 37°C with the water bath in 52°C. In addition, AD in 37 °C was tested over a time range of 2-30 days, and conventional hygienisation was simulated in a water bath during 1 hour at 70°C. Analyses were performed using a binomial modeling approach.
Before the onset of treatments, Dock and Italian ryegrass had a germinability and vitality >90%. The respective values for Barnyard grass were 70% and 76% while those for Black grass were relatively low, 40% and 47% respectively. Hygienisation in a water bath of 70°C for one hour as well as AD in 37°C during > 48 hours led to 100% mortality of all seeds of the four species. In 52°C, germinability and vitality were higher in a water bath compared to AD, higher for Dock compared to the other species, and decreased rapidly over time (< 2% within 30 hours). Germinability and vitality in water baths (37°C and 52°C) were affected by temperature, species and time, and by interactions between temperature*species and temperature*time. Germinability was also affected by interactions between species*time and temperature*species*time. Average values for germinability and vitality were higher for 37°C (85% and 84%) compared to 52°C (11% and 15%). Dock had higher values than the other species. The rates at which the values decreased was time dependent and faster in first part of the employed time range (2-30 hour).
We conclude that the temperature regimes and retention times used in conventional meso- and thermophilic AD are sufficient to kill the seeds of the four weed species studied. Vitality and germinability estimates from the water bath treatments were higher in comparison to AD, implying that estimates and inferences from water bath experiments can be conceived as conservative in comparison with AD-treatments, at least for the specific substrate used in the AD-treatments. Consequently, inferences from water bath experiments may be used safely to assess the risk of survival of weed seeds in AD under otherwise similar conditions.