השוואה בין סוגי קומפוסט – זבל בע"ח אל מול תוצרי פסולת עירונית, על מדדי קרקע ויבול
מחברים:
ד"ר רן אראל, ד"ר פנחס פיין, פרופ' אורי ירמיהו, אלנתן גולן – מנהל המחקר החקלאי
אברהם זילברמן, אשר אייזנקוט (ז"ל) – משרד החקלאות
דקל כהן – חברת מושבי הנגב
ד"ר רעיה וולקן – מעבדת שרות השדה גילת
ייצור ויישום קומפוסט הוא כנראה הדוגמא הפשוטה והיעילה ביותר של כלכלה מעגלית*. אך בעוד שבזבלי בעלי החיים והמזון ייצור הקומפוסט פשוט ותרומתו מוכחת, בפסולת העירונית האתגר גדול. הגידול באוכלוסייה ובייצור הפסולת, מהווה אתגר גדול יותר. בישראל מיוצרים מדי שנה כשישה מיליון טונות פסולת עירונית מוצקה, ורובה מופנית להטמנה. על אף ניסיונות לעידוד הפרדה של פסולת במקור (בבתי התושבים) והיטל הטמנה, עדיין שיעור החומר הממוחזר נמוך ועלות האיסוף והפינוי גבוהים.[1] לכן, יש לפתח תהליכים יעילים ופשוטים למחזור החומר האורגני בזבלים ביתיים. אולם התוצר, קומפוסט שמקורו מפסולת עירונית, בעל ערכי מינרלים שבחלקם נמוכים מזה המיוצר ממקור בע"ח ולכן יש ללמוד ולהכיר את התרומה והייחודיות של הקומפוסט העירוני.
מטרת המחקר הינה בחינה של שימוש מושכל בתוצרי הזרם הרטוב של הקומפוסט המיוצר מהפסולת העירונית, בשימוש חוזר בחקלאות על מנת לתרום להפחתה משמעותית בנפח הפסולת העירונית המוטמנת תוך שימוש חוזר במשאבים יקרים לחקלאות: מינרלים וחומר אורגני. המחקר עוסק בהעמקת הידע הבסיסי הקיים בנושא יישום קומפוסט ממקור פסולת עירונית והתאמתו לתנאי הארץ תוך התמקדות בהיבטים היישומים. במסגרת המחקר נבחנו היבטים אגרו-טכניים של הוספת קומפוסט עירוני והשפעתם על התכונות הכימיות והפיזיקאליות של הקרקע. כמו כן, נבחנה השפעת תוספת קומפוסט עירוני עם וללא תוספת דשן על יבול גידולים בהשוואה לקומפוסט ממקור בע"ח ודישון כימי.
*כלכלה מעגלית – בבסיסה, כלכלה מעגלית חותרת למניעת בזבוז וזיהום הסביבה על ידי ניצול מקסימלי של חומרי הגלם או האנרגיה. היא מגיעה כתחליף לכלכלה שמקדשת שימוש חד פעמי וזריקה לפח תוך התעלמות מוחלטת מהאפשרויות הרבות והזמינות העתידית של אותם חומרים לשימוש חוזר. ההנחה בבסיס הכלכלה המעגלית היא שעקב סופיות המשאבים בכדור הארץ, המודל הליניארי אינו בר קיימא. לכן מציעה הכלכלה המעגלית שינוי בשרשרת האספקה כך שכל משאב ינוצל בכמות המרבית של פעמים לפני שיסיים את תפקידו בכלכלה. 
שיטות וחומרים
הניסוי התקיים בעונות 2014-2016, בחלקות המסחריות של "מושבי הנגב". בשנה הראשונה גודל תירס למספוא ולאחר הקציר גודלה חיטה במהלך שתי עונות גידול עוקבות, ללא תוספת של קומפוסט או דשן זרחן ואשלגן לחלקות. הטיפולים כללו קומפוסט עירוני (MSWC, municipal waste compost) שהופק מפסולת מופרדת שעברה הפרדה נוספת באתר דודאים וקומפוסטציה בשיטת GORE. הקומפוסט יושם בשתי רמות : שווה ערך ל-50 ו-100 יחידות חנקן (טיפולים 1 ו-3, בהתאמה) לחלק מהטיפולים נוסף גם דשן ראש כימי בצורה של אמון חנקתי בהשקיה שתרם 15 יחידות חנקן. קומפוסט ממקור זבל בע"ח (CMC cow manure compost) (טיפול 5). ביקורת ללא דשן כלל ( טיפול 6) ביקורת שדושנה באוריאה כדשן יסוד וכן חלקה מסחרית שדושנה באוריאה ובדשן ראש כמקובל בחלקות מסחריות באזור. הטיפולים בניסוי מוצגים בטבלה 1.
תכולת המינרלים ותכונות הקומפוסט מובאים בטבלה מס' 2. כמו כן בוצעו בדיקות קרקע לפני ולאחר כל עונת גידול התוצאות מוצגות בטבלה 3. לאחר הקציר נמדדה כמות היבול ובוצעו בדיקות למדידת ריכוז יסודות ההזנה בצמחי התירס.
טבלה 1. פירוט הטיפולים בניסוי
טיפול יחידות חנקן (ק"ג חנקן צרוף לדונם) תוספת דשן ראש כימי (ק"ג חנקן צרוף לדונם) 1 MSWC-50 אשפת ערים 50 0 2 MSWC-50 אשפת ערים 50 15 3 MSWC-100 אשפת ערים 100 0 4 MSWC-100 אשפת ערים 100 15 5 CMC-100 זבל בקר 100 15 6 ביקורת 0 0 7 ביקורת + דשן ראש 0 15
טבלה 2. תכונות כימיות מייצגות בקומפוסט העירוני והקומפוסט ממקור בע"ח שיושם בניסוי
תכונה קומפוסט עירוני MSWC קומפוסט זבל בקר CMC תקן ת"1 801 חומר יבש (%) 82 80 חומר אורגני (%) 43 41 חנקן (%) 1.44 1.48 זרחן (%) 0.32 0.86 אשלגן (%) 0.51 2.20 יחס פחמן חנקן C/N 17 16 ניקל (מ"ג/ק"ג) 26.8 19.7 70 אבץ (מ"ג/ק"ג) 356 183 2500 כרום (מ"ג/ק"ג) 46.1 20.3 קדמיום (מ"ג/ק"ג) 5.59 0.91 20 נחושת (מ"ג/ק"ג) 154 35.8 600 עופרת (מ"ג/ק"ג) 80.3 6.17 200 שברי זכוכית (%) 1.95 0 0.5
טבלה 3. מירקם ותכונות כימיות של הקרקע בחלקה לפני תחילת הניסוי
תכונה עומק 0-20 ס"מ עומק 20-40 ס"מ מוליכות חשמלית (ד"ס/מ') 1.36 1.21 רמת הנתרן בקרקע SAR 3.05 2.88 ניטראט N-NO3 (מ"ג/ק"ג) 6.58 5.26 אמוניום NH4 (מ"ג/ק"ג) 25.52 18.79 זרחן באולסן (מ"ג/ק"ג) 12.31 10.08 אשלגן (מ"ג/ק"ג) 154.86 161.71 בורון (מ"ג/ק"ג) 0.30 0.27 חומר אורגני (%) 0.82 0.80 חול (%) 52.5 49.5 סילט (%) 37.5 38.5 חרסית (%) 10.0 12.0 סידן פחמתי CaCO3 (%) 12.0 13.0 CEC (מא"ק/100 גר) 13.9 14.3
תוצאות
השפעת הטיפולים השונים על הקרקע:
- השפעת תוספת קומפוסט על תכונות כימיות של הקרקע
זמן אפס (אוגוסט 14) . ריכוז החנקות (NO3) בזמן אפס לא הושפע בצורה מובהקת מסוג או מרמת הקומפוסט, אך הערכים היו גבוהים יותר בקרקע שטופלה בקומפוסט ממקור בע"ח. ריכוז האמוניום היה גבוה יותר בטיפולי ה-100 ( CMC-100 ו-MSWC-100) לעומת הביקורות. הזרחן הושפע מאוד מרמת הקומפוסט, ועלה בצורה רציפה עם כמות הקומפוסט (והראה ערכים של 11, 13.9, 20.0 ו-87.2 מ"ג לק"ג עבור הטיפולים ביקורת, 50 MSWC 100 MSWC ו – 100 CMC, בהתאמה). הבדל מובהק נמדד רק בין הביקורת ל-100. ההבדל המשמעותי ביותר נובע מסוג הקומפוסט כאשר במסחרי רמת הזרחן הייתה גבוהה פי 4.5 מרמתו בקומפוסט MSWC. רמת האשלגן בקרקע הייתה דומה למדדי הזרחן, כלומר: רמתו עלתה עם מנת היישום (140, 170, 206, 456 מ"ג לק"ג עבור הטיפולים לעיל, בהתאמה) וההשפעה המובהקת ביותר הייתה סוג הקומפוסט. ריכוז החומר האורגני (OM) עלה עם מנת היישום. השפעה מובהקת על רמת חומר אורגני נמדדה רק בהבדל בין ביקורת ל-MSWC100 (מ 0.9 ל-1.6%).
לאחר העונה הראשונה (דצמבר 2014). בסוף העונה ריכוז החנקות בקרקע היה זהה אולם ריכוז האמוניום עלה עם מנת היישום מ-9 ל-13 מ"ג לק"ג בטיפול ה-100 MSWC. ריכוז הזרחן היה דומה לרמתו באוגוסט וההבדלים בין רמות הקומפוסט וסוגיו נשמרו. יש לציין שנרשמה ירידה חדה ב-100 CMC מ-87 ל 66. רמת האשלגן גם כן הושפעה ממנת היישום ונעה בין 122 (בביקורת) ל-162 ב-100 CMC. החומר האורגני בקרקע עלה בצורה מובהקת עם מנת היישום מ-0.73% בביקורת ל-0.94% ב-50 MSW ל-1.21-1.25% ברמה הגבוהה, ההבדלים היו מובהקים.
לאחר העונה השנייה (אוגוסט 2015). בסוף העונה השנייה ריכוז החנקות בקרקע היה נמוך מאוד 2.5-3.8, הערך הגבוה ביותר נמדד ב-100 MSWC, גבוה באופן מובהק מ-100 CMC ומהביקורת. ריכוז האמוניום היה גבוה (30.7-33.5) ולא הושפע ממנת היישום. הזרחן הושפע ממנת היישום ועלה באופן רציף עם מנת היישום מ-8.6 בביקורת ל-10.6, 14.4 ו 41.1 ב-100 CMC. היתרון העצום של CMC על פני MSWC נשמר גם בעונה זו. גם ברמת האשלגן נשמרו ההפרשים כאשר הביקורת הייתה ברמה הנמוכה ביותר וריכוז האשלגן עלה עם מנת היישום והושפע מסוג הקומפוסט 151, 178, 200 ו-296 מ"ג לק"ג עבור הטיפולים לעיל, בהתאמה. שנה אחרי יישום הקומפוסטים ריכוז החומר אורגני היה זהה בין הרמות השונות ונע בטווח 0.9-1.1% בעוד שהיה נמוך יותר בביקורת 0.7% בלבד.
טבלה 4. הרכב מינרלים, בחלקה לאחר מתן טיפולי הקומפוסט:
דצ"ס/מ מ"ג לק"ג מ"ג לק"ג מ"ג לק"ג mg kg-1 % מוליכות חשמלית ניטראט אמוניום זרחן- אולסן אשלגן חומר אורגני EC NO3 NH4 Olsen-P K OM זבל בע"ח (CMC) 100 2.8 א 16.2 א 34.6 אב 87.2 א 456.2 א 1.2 אב אוגוסט 14 אשפת ערים (MSW) 100 2.4 אב 3.6 א 34.3 א 20.0 ב 206.0 ב 1.6 א זמן 0 אשפת ערים (MSW) 50 1.8 ב 4.9 א 33.4 אב 13.9 בג 169.9 בג 1.2 אב ביקורת 1.2 ג 8.4 א 24.6 ב 11.0 ג 140.3 ג 0.9 ב זבל בע"ח (CMC) 100 1.4 אב 11.8 א 13.0 א 66.3 א 161.8 א 1.3 א דצמבר 14 אשפת ערים (MSW) 100 1.6 א 17.0 א 12.1 אב 19.0 ב 130.2 אב 1.2 א סוף עונה 1 אשפת ערים (MSW) 50 1.2 אב 13.9 א 9.9 אב 13.5 ב 130.5 אב 0.9 ב ביקורת 1.1 ב 13.6 א 9.1 ב 10.1 ב 122.1 ב 0.7 ג זבל בע"ח (CMC) 100 1.9 א 2.4 ב 33.5 א 41.1 א 295.8 א 1.0 א אוגוסט 15 אשפת ערים (MSW) 100 2.0 א 3.8 א 32.6 א 14.4 ב 200.2 ב 1.1 א סוף עונה 2 אשפת ערים (MSW) 50 1.8 א 3.2 אב 30.4 א 10.6 בג 177.6 בג ג 0.9 א ביקורת 1.5 ב 2.7 ב 30.7 א 8.6 ג 150.8 0.7 ב
אותיות שונות מעידות על הבדל מובהק בניתוח סטטיסטי תוכי-קרמר (p-value<0.05).
- השפעת תוספת דשן ראש אמון- חנקתי
לאחר העונה הראשונה (דצמבר 2014), רמת ההזנה השאריתית הושפעה במעט מהדשן הכימי. תוספת אוראה בחלקת הביקורת הביאה לרמת חנקות גבוהה יותר בקרקע לעומת שני הטיפולים ללא קומפוסט. ברמת הזנה של 50 יחידות חנקן, דשן ראש הביא לרמה גבוהה יותר של חנקות ושל זרחן אולסן למרות שזרחן לא ניתן בדשן הראש. ברמת הזנה של 100 יחידות חנקן, דשן ראש העלה את ריכוז החנקות השאריתי בסוף העונה הראשונה ב-MSWC. העלייה בריכוז החנקות בסוף העונה הראשונה הביאה לתכולת חנקן כללי גבוהה יותר בקרקע בטיפולי דשן הראש לעומת המקבילים ללא דשן ראש. אמוניום ואשלגן לא הושפעו בצורה מובהקת מתוספת דשן כימי (ראש).
לאחר העונה השנייה (אוגוסט 2015), לא נמצאה השפעה על הרמה השאריתית של דשן בקרקע. כלומר דשן הראש השפיע על הריכוז בקרקע במשך פחות משנה.
לסיכום, דשן הראש הביא לעלייה זמנית ברמת החנקן בקרקע. עליה זו הייתה בעלת פוטנציאל לתרום לגידול התירס ומחזור החיטה הראשון. לא נמצאה שאריתיות במחזור החיטה השני (שנה מהיישום). בגלל התרומה הדלה של דשן הראש, בהמשך נחבר את הטיפולים בעלי מנת קומפוסט זהה.
טבלה 5. תכולת מינרלים בקרקע לאחר מתן טיפולי הקומפוסט עם תוספת דשן כימי
- השפעת מנת קומפוסט ודישון על הצמח
ביומסה ויבול תירס. עונה I: התגובה של מדדי הצימוח לטיפולים נבחנה במודל דו גורמי. הגורם הראשון היה סוג ומנת הדשן (4 רמות, בדיד) והגורם השני היה דשן הראש (משתנה בינארי עם/בלי דשן ראש), השפעת הבלוקים נלקחה בחשבון. בעונה הראשונה (תירס) לא נמדדה השפעה של יישום קומפוסט על הביומסה הכללית (איור 2א), אולם יבול קלחי התירס היה גבוה יותר בקומפוסט זבל בקר לעומת הביקורת. תוספת דשן ראש העלתה באופן מובהק את הביומסה לעומת הביקורת הלא מדושנת. אולם, למרות העלייה בביומסה של הנוף, יישום דשן ראש לא נבדל ביבול קלחי התירס משאר הטיפולים (איור 2ב).
איור 1. ביומסה ויבול תירס בעונה הראשונה לאחר מתן הטיפולים
אותיות שונות מעידות על הבדל מובהק בניתוח סטטיסטי תוכי-קרמר (p-value<0.05)
ריכוזי מינרלים בצמח: באופן כללי, ריכוזי החנקן והזרחן היו מעט גבוהים יותר בקלחי התירס בעוד שריכוז האשלגן היה משמעותית גבוה יותר בנוף. ריכוז החנקן בשני האברים הנמדדים לא הושפע מטיפולי הקומפוסט. לעומת זאת, דשן הראש הוביל לעלייה מובהקת בריכוז החנקן הן בנוף והן בקלחי התירס. ריכוזי הזרחן עלו עם מנת הקומפוסט בשני האברים והיו הגבוהים ביותר ב-CMC 100. יישום דשן ראש לא השפיע על קליטת זרחן. ריכוז האשלגן בנוף היה גבוה יותר בטיפולי קומפוסט ה-MSWC , גבוהים יותר באופן מובהק מהביקורת ו-CMC. ריכוז האשלגן בנוף היה גבוה יותר בטיפולים שקיבלו דשן ראש, על אף שהכיל חנקן בלבד. ריכוז האשלגן בקלחי התירס היה זהה לכול הטיפולים (איור 1).
טבלה 6. ריכוז המינרלים בצמחי התירס בעונת הגידול הראשונה
אותיות שונות מעידות על הבדל מובהק בניתוח סטטיסטי תוכי-קרמר (p-value<0.05)
נוף וגטטיבי (%) קלחים (%) Treatment חנקן זרחן אשלגן חנקן זרחן אשלגן ביקורת 0.86 א 0.07 ב 1.44 ב 1.05 א 0.16 ג 0.30 א אשפת ערים MSW50 0.99 א 0.11 אב 1.75 א 1.03 א 0.18 בג 0.32 א אשפת ערים MSW100 0.99 א 0.11 א 1.75 א 1.10 א 0.20 בג 0.34 א זבל בקר CM100 0.72 א 0.13 א 1.44 ב 0.97 א 0.25 א 0.31 א ללא דשן 0.89 ב 0.11 א 1.60 ב 1.04 ב 0.20 א 0.32 א +דשן ראש 1.10 א 0.12 א 2.00 א 1.18 א 0.21 א 0.31 א
יבולי חיטה בעונות העוקבות: הניסוי נמשך עוד שנתיים בהם נזרעה חיטת חורף (עם השקיית עזר) ללא יישום נוסף של קומפוסט. דשן הראש ניתן כמצוין (חנקן בלבד). כלומר, ההזנה בזרחן ואשלגן התבססה על הקומפוסט בלבד.
באופן כללי, היבול ב-2015 היה נמוך משמעותית מ-2016 (235 ו-360 ק"ג למ"ר, בהתאמה). בשתי העונות נמדדה עליה ביבול גרגרי החיטה עם מנת הקומפוסט MSWC אלא שב-2015 טיפול MSWC50 הניב יבול גבוה יותר מהביקורת באופן מובהק בעוד שב-2016 הפרש זה אינו מובהק. בשתי שנות החיטה, יבול הגרגירים הגבוה ביותר היה בטיפול MSWC100, אולם טיפול זה לא נבדל סטטיסטית מ CMC100. תוספת דשן ראש חנקני הייתה מלווה בעליה משמעותית של היבול (96 ו-93 ק"ג למ"ר, בהתאמה).
איור 2- יבול החיטה בעונות 2015-2016
אותיות שונות מעידות על הבדל מובהק בניתוח סטטיסטי תוכי-קרמר (p-value<0.05)
סיכום:
הערכים שנתקבלו בבדיקות הקומפוסט והקרקע הראו שקומפוסט עירוני MSWC נחות בערכו ההזנתי מקומפוסט זבלי בע"ח בתכולות החנקה, הזרחן והאשלגן. יחד עם זאת, היתרון של קומפוסט CMC מזבל בע"ח התבטא בבדיקות הקרקע בלבד ולא בתגובת היבול.
התוצאות הראו שכל הדרישה של הצמחים לזרחן ואשלגן במשך שלוש שנים סופקה במלואה ע"י הסוגים השונים של הקומפוסט. לעומת זאת רמת החנקן שהקומפוסט סיפק לא היה מספיק לכל עונות הגידול.
תוספת חנקן בדישון ראש העלתה את היבולים בצורה משמעותית ומובהקת בשלוש השנים. מכאן, שגם מנה גבוהה מאוד של קומפוסט (כפי שניתן ב-MSWC100 וב-CMC100) לא מספקת את צרכי הגידול המסחרי, כבר מעונת הגידול הראשונה ובטח שלא בעונות העוקבות.
אנו מסיקים מתוצאות אלו שקומפוסט אשפת ערים בעל תרומה מובהקת וחשובה לפוריות הקרקע בגד"ש וניתן להשתמש בו כחלופה זולה וסביבתית לקומפוסט בקר כל עוד יימצא פתרון לחומר הזר (זכוכיות) שבקומפוסט אשפת הערים. הגברת השימוש בקומפוסט אשפת ערים יכול להניב תרומה משמעותית לחקלאים ביצירת אלטרנטיבה זולה לדשן כימי שמחירו בימים אלו מרקיע שחקים. מפעילי אתרי הפסולת ירוויחו מפעולה זו הפחתה משמעותית מאוד בנפח ההטמנה וכולנו נרוויח מסביבה בריאה יותר.
לאחרונה נמצא פתרון לזכוכיות בקומפוסט העירוני. בבדיקה שבוצעה במפעל המייצר את מערך הטיפול להוצאת הזכוכיות בגרמניה נמצא שריכוז הזכוכיות בקומפוסט העירוני ירד עד מתחת ל – 0.1%, כנדרש בתקן ולכן, במידה וטכנולוגיה זו תאומץ על ידי אתרי הפסולת, ייווצר תוסף אורגני מעולה לחקלאות.
תודות
תודה מקרב לב לקרן יק"א על המימון לביצוע מחקר חשוב זה
תודה לעדי קושמרו-ביאר ממנהל המחקר החקלאי ועידן ריצ'קר – גידולי שדה נגב
תודה לחברת מושבי הנגב שתרמו משאבים רבים ואפשרו את ביצוע המחקר בשטחם
