Pěstování energetických plodin na devastovaných půdách

Pro technické plodiny, které se pěstují za účelem získání energie, se vžil název energetické plodiny. V současné době nadprodukcí potravin a výrazné potřeby „zezelenění“ průmyslu a zemědělské výroby významně vzrostla úloha technických a energetických plodin, což našlo odezvu v rozsáhlé podpoře jejich pěstování ve státech EU. Odborníci EU odhadují, že se průmyslové a energetické plodiny v Evropě do roku 2015 budou pěstovat na ploše cca 30 mil. ha. Proto je ve většině zemí EU v současné době produkce a využití obnovitelných surovin na základě biomasy věnována mimořádná pozornost nejen z vědeckých zemědělských institucí, ale i z vládních míst.

Evropští odborníci odhadují významný nárůst poptávky po produkci netradičních nepotravinářských plodin, využitelných jako obnovitelného zdroje surovin a energie, včetně produkce léčivých, aromatických a doplňkových potravinářských látek. Největší objem netradičních plodin je a bude pěstován za účelem získání energetické biomasy, ať již pro více rozšířenou výrobu kapalných biopaliv, nebo pro nově zaváděnou produkci rostlinné biomasy k přímému spalování a biozplyňování. Další v pořadí podle objemu produkce jsou rostliny produkující přírodní vlákna a ligno-celulózu jako surovinu pro výrobu papíru, textilu a kompozitních materiálů.

Podle evropských expertů lze očekávat, že poptávka po těchto surovinách vzroste v nejbližších letech až na dvojnásobek současné produkce. To lze v EU zabezpečit pomocí moderních biotechnologií současným rozšířením pěstebních ploch a zvýšenou produktivitou. Současně se uvádí, že jediným východiskem je rozšíření účelového pěstování vláknitých bylin s každoroční sklizní nebo vysokoprodukčních lesů s krátkým obmýtím. Otázky týkající se ekonomické rentability v rámci tržních podmínek, bilance z hlediska energetických vstupů a výstupů, „uhlíkové neutrálnosti“ pěstování energetických plodin v kontextu klimatických změn, dopady na kulturní krajinu, ochranu přírody a jiné aspekty této problematiky jistě do budoucna vyvolají ještě spoustu zajímavých a podnětných diskusí.

Jako výhodným se jeví pěstování energetických plodin na devastovaných půdách. Ať už z důvodů jejich předúpravy, či využití leckdy kontaminovaných pozemků nevhodných pro pěstování potravinářských zemědělských potravin s rizikem následné kontaminace potravinářských produktů. Většinou se jedná o půdy, které byly využívány k nezemědělským účelům, a jsou charakteristické svými následujícími nepříznivými faktory pro neudržení vegetace, jakými jsou:

• Nedostatek živin. Půdy mají nízký obsah N, P, K nebo mikroprvků.
• Fyzikální vlastnosti. Kamenité nebo písčité půdy špatně zadržují vláhu, mají malou iontově výměnnou kapacitu. Jílovité půdy jsou naopak pro vodu málo propustné.
• Chemické vlastnosti. pH prostředí těchto půd může být od alkalického až po kyselé.
• Můžou být přítomny vysoké úrovně fytotoxických prvků jako např. Zn, Fe a různých solí.
• Nedostatek či absence organické hmoty.
• Biologické vlastnosti. Půdní biologická aktivita je obecně velmi nízká.
• Topografie. Pro mnoho takových půd jsou charakteristické příkré svahy, které podléhají erozi.

Například v důsledku těžby hnědého uhlí na území severozápadních Čech jsou tisíce hektarů krajiny pokryty výsypkami nadložních hornin. Materiál výsypek je tvořen převážně miocénními jíly a vyznačuje se nepříznivými fyzikálními vlastnostmi, především značnou kompaktností a nepropustností pro vodu. Za účelem navrácení produkčních vlastností těchto půd se provádějí rekultivace.

Většinou technické rekultivace spočívaly po provedených úpravách terénu v navážce horní vrstvy půdy na neúrodnou (kontaminovanou) zeminu, byly přidány hnojící prostředky, nebo vápenec, a následovala biologická rekultivace v podobě výsevu travních porostů, zemědělských plodin či lesních dřevin. Ačkoli tyto metody mohou být úspěšné, občas se nepovedli, právě kvůli špatným fyzikálním, chemickým nebo biologickým vlastnostem devastovaných půd.

V současnosti se však nejen u nás zkoušejí nové metody, které povedou k zlepšení vlastností devastovaných půd, tak aby v budoucnu dosáhli trvale produkčních vlastností. Různé postupy jak toho dosáhnout se liší podle původu devastovaných půd, jejich stupně a druhu kontaminace, rozloze, výhledem na jejich další využití, ceně a názorem různých expertů zabývajících se touto problematikou.

Jednou z nich může být aplikace kalu a odpadních vod. Jejich využívání též vede k místní recyklaci hodnotných živin, ke snižování poptávky pěstovaných rostlin po minerálních hnojivech a čerstvé vodě a k růstu výnosu biomasy. Navzdory těmto pozitivním aspektům mohou být v kalu koncentrovány potenciální škodliviny, jako jsou patogenní látky či těžké kovy a jejich použití může vést ke kontaminaci půd a podzemních vod. Proto by se měly před aplikací provádět terénní průzkumy zaměřené na zjištění hladiny podzemní vody včetně jejího sezónního kolísání, její současné kvality, jejího současného a budoucího potenciálního užití a významu, a směru toku podzemní vody.

K předúpravě devastovaných půd se též používají komposty. Stabilní organické látky v půdách jsou totiž nezbytné pro vytvoření půdních životních podmínek, pozitivně ovlivňují žádoucí vlastnosti jako agregační schopnosti půd, jejich poréznost, kapacita zadržovat vodu, živiny a příznivou teplotní regulaci.

Mnohé současné studie naznačují integrovaný přístup rekultivací za účelem zvýšení produkčních vlastností těchto půd. V jedné studii například autor (Juwarkar 2007) ukázal na jednoznačné zlepšení půdních vlastností po důlní činnosti při současné aplikaci kalů z ČOV, biohnojiva a mykorhizních hub spolu s vhodnými druhy rostlin. Výsledky ukázaly, že přídavek kalu zlepšuje fyzikálně-chemické parametry půdy. Díky inokulaci biohnojiva se objevily žádoucí mikrobiální skupiny, které byli předtím nepřítomny. Inokulace biohnojiva a aplikace kalu snížily toxicitu těžkých kovů jako chromu, zinku, mědi, železa, niklu a kadmia.

Těžké kovy mohou být z půdy odebírány samotnými rostlinami. Této schopnosti některých rostlin se využívá k vyčištění, či alespoň snížení úrovně kontaminace dotčených půd. (Fytoremediace). Schopnosti energetických plodin jako například vrb a topolů odebírat z půdy těžké kovy (fytoremediace) jsou dobře známé. Ačkoli dobré pro zlepšení půdních vlastností, větší koncentrace těžkých kovů v rostlinných pletivech mohou negativně ovlivňovat technologický proces při následném zpracování těchto plodin.

Jedním z nejdůležitějších parametrů energetických plodin je jakou mají schopnost růst v různých životních podmínkách. Některé energetické plodiny nejsou o nic víc náročné na stanovištní podmínky než běžně pěstované zemědělské plodiny jako například kukuřice. Jiné však mohou mít až extrémní stanovištní nároky, pro to aby poskytovaly velké výnosy. Mezi žádoucí vlastnosti energetických plodin patří rychlý růst, efektivní využívání živin a vody, vysoká hustota, robustnost (schopnost přečkat nezmary počasí, škůdce a nemoci), schopnost využívat co nejefektivněji dusík (což znamená menší nároky na hnojení) a u víceletých plodin dobrá schopnost regenerace po sklizni.

I po vytipování vhodného stanoviště je třeba dodržovat vhodné osevní postupy. Týká se to spíše půd, které již začaly být zemědělsky využívané. Obecně platí, že pro co možná nejvyšší výnosy by zakládání energetických plodin mělo probíhat na nezaplevelených a živinami dobře zásobených půdách. Ve srovnání s pěstováním tradičních plodin mohou víceleté energetické plodiny zvyšovat obsah organického podílu v půdách a tím měnit chemické vlastnosti půd. Většinou vyžadují menší dávky hnojení, pesticidů a herbicidů. Nicméně kvůli rychlým rotacím a extenzivnímu využití biomasy se živiny v půdě nahrazovat musejí. Ať už samotným hnojením, či v kombinaci s jinými prostředky (např. s pomocí druhů, které jsou schopny vázat dusík). Ten je totiž nejčastěji chybějícím prvkem. K jeho ztrátám dochází vyluhováním do podzemních vod, pálením posklizňových zbytků, erozí a denitrifikací.

Množství a typ hnojiv tedy většinou závisí na množství živin v půdě a na nárocích plodiny. Například pro porosty mající zpočátku pomalejší růst se více hodí taková hnojiva, která uvolňují živiny postupně. Pro většinu u nás pěstovaných energetických plodin bylo zjištěno, že na zvyšující se dávky hnojení reagují vyššími výnosy. Dále se množství a typ hnojiv aplikuje dle účelu využití pěstované rostliny. Například pokud pěstujeme konopí seté (Cannabis sativa L.), tak větší množství draslíku má vliv na výnos stonků a jakost vláken. Přitom pěstování na vlákno nepotřebuje tolik fosforu jako konopí pěstované na semeno. Dále se spolu s hnojením leckde pro příznivou půdní reakci uplatňuje i vápnění.

Důležitá je i doba zakládání porostů. Některé současně zkoušené energetické plodiny jsou náchylné na mrazíky. Celkový výnos tedy může ovlivnit doba výsevu, či uplatnění takových odrůd druhů, které mají již zvýšenou odolnost vůči mrazům. Při zakládání porostů je též rozhodující úprava povrchu, jako například hloubka orby a sazby a hustota výsevu semen, sazenic, či oddenků. Většinou platí, že výnosy biomasy pro energetické účely jsou vyšší s větší hustotou výsevku.

Z hlediska ochrany rostlin je důležité jejich sázení na nezaplevelených pozemcích. Aplikace herbicidů se proto většinou omezuje pouze na první fáze růstu porostů. Plantáže v pozdějších stádiích díky svému rychlému růstu, hustému výsevu a olistění jsou schopné samovolně potlačovat plevele. Rozhodující pro růst je rovněž rozložení vláhy v průběhu vegetační sezóny a nároky na vodu se samozřejmě liší podle druhů.

Výnosy jsou též ovlivněny dobou sklizně energetických plodin. Při výběru doby sklizně je nutné vědět, na jaké účely bude sklízená fytomasa využita. Obecně platí, že při podzimní sklizni jsou výnosy nejvyšší (fytomasa je sklizena předtím, než přes zimu dojde k poléhání, ztrátě listů, polomu větévek či výhonů a vymrznutí) a takto sklizená biomasa se hodí například pro výrobu bioplynu. Kvůli většímu obsahu vody v tkáních je však nevhodná pro přímé spalování.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu