Topoly a vrby k energetickému užití

Topoly a vrby se ve světě pěstují již na více než osmi milionech hektarů, převážně zemědělské půdy, v tradičních vysokokmenných lignikulturách určených pro produkci dřevní suroviny. Jsou označované také jako rychle rostoucí dřeviny (RRD), protože jejich výškový a objemový přírůst vrcholí v první až druhé dekádě růstu a je výrazně vyšší než u většiny hlavních lesních dřevin mírného pásma.

V České republice se pěstování lignikultur rozšířilo zatím jen na půdě lesní. Uvádí se, že u nás bylo vysazeno přibližně 11 000 hektarů těchto tzv. silvikultur, což je varianta lignikultur. Z tohoto důvodu u nás zatím neexistovala typologie zemědělských půd pro pěstování topolů a vrb.

Tab. 1: Klony vrb a topolů z tzv. doporučeného sortimentu (Věstník MZe č. 1/2004) a nejlépe hodnocené v polním testování VÚKOZ

Číslo ve věstníku	Taxonomické zařazení	Hodnocení
TOPOLY
J-105	P. nigra L. × P. maximowiczii Henry Jap-105 = ‘Maxvier’ = Max-4	A
P-494	P. maximowiczii Henry × P. × berolinensis ‘Oxford’	A
P-468	P. trichocarpa Torr. Et Gray × P. koreana Rehd.	A
P-473	P. deltoides Marsh × P. koreana Rehd. cf. (pův. P.trichocarpa × koreana)	B
P-410, P-412	P. nigra L. × P. simonii Carr. CZ-2354/5	C
P-VUKOZ-1 až 8	P. nigra L	B, D
VRBY
S-195	S. × rubens Schr.	A
S-469	S. alba L.	A
S-117	S. alba L.	A, D
S-218	S. × smithiana Willd.	A, D
S-337	S. viminalis L.	A, D
S-704	S. caprea × wind	B
S-639	S. alba L. ‘Carrone-51’	B
S-519	S. viminalis L.	B
S-383	S. × smithiana Willd.	B, D
S-310	S. viminalis L.	B, D

Legenda hodnocení klonů:

A - klony s vynikajícím výnosovým potenciálem (9-12 t [suš.]/ha/rok) na příznivých půdách (stanovištích); B - klony s velmi dobrým výnosovým potenciálem (7-8 t [suš.]/ha/rok) na příznivých půdách (stanovištích); C - klony s dobrým výnos. potenciálem (4-6 t [suš.]/ha/rok) na sušších stanovištích při životnosti porostu do 15 let); D - klony domácích druhů (možno pěstovat v zvláště chráněných územích)

Klíčové informace

• V posledních třiceti letech se zejména vlivem opakovaného nedostatku fosilních paliv vytvořil nový způsob pěstování topolů a vrb - tzv. výmladkové plantáže
• Je určený k produkci dřevní suroviny, nejčastěji štěpky, využitelné zejména pro energetiku, ale i pro papírenství a biorafinerie.
• Takto pěstované topoly a vrby jsou řazeny mezi lignocelulózní energetické plodiny tzv. druhé generace, které mají proti první generaci (například řepka, obilí, kukuřice) výrazně lepší energetický zisk (poměr vložené a získané energie).
• Kromě přímého spalování se jejich štěpka také využívá pro výrobu bioetanolu v biorafinériích.

Výmladkové plantáže

Výmladkové plantáže RRD jsou novou formou zemědělského hospodaření, založené na regenerační výmladkové schopnosti vybraných klonů topolů a vrb, která umožňuje opakované sklízení bez potřeby založení nového porostu. Základní prvky koncepce pěstování výmladkových plantáží byly vytvářeny v Severním Irsku, Anglii a Švédsku již v průběhu 70. a 80. let minulého století jako alternativní způsob zemědělského hospodaření s odbytem pro papírenský a energetický průmysl. Od známějších lesnických lignikultur se liší dále tím, že se pěstují pouze na zemědělské půdě převážně zemědělskými agrotechnickými postupy.

Sortiment pro výmladkové plantáže (odrůdy a klony topolů a vrb) je také odlišný a řídí se zemědělskou legislativou. Ze současné rozlohy okolo 20 000 hektarů výmladkových plantáží vrb v Evropě se ročně sklízí asi 4000 hektarů, převážně v severní Evropě. Štěpka z plantáží je zde pro svoji homogenitu i dostupnou cenu žádaným biopalivem v obecních teplárnách a velkých elektrárnách. Rozloha vrbových plantáží narůstá také v Polsku, Dánsku a Baltských zemích a v poslední době také na Slovensku a Maďarsku. Výmladkové plantáže topolů se pěstují asi na 5000 hektarech, hlavně ve střední a jižní Evropě, nejvíce pak v Rakousku (zhruba 1000 hektarů) a severní Itálii (asi 2000 hektarů včetně poloprovozních plantáží). V těchto i mnoha dalších zemích rozloha topolových výmladkových plantáží postupně narůstá vlivem příznivých ekonomických a dotačních podmínek, které jsou často podporovány regionálními samosprávami, agrárními komorami nebo podnikatelskými skupinami. V ČR byla první výmladková plantáž založena v roce 1994 a doposud bylo vysazeno přes 230 hektarů výmladkových plantáží a 25 hektarů matečnic (pro produkci sadebního materiálu), což je nejméně ze všech okolních zemí. ČR má podle výsledků našich pokusů poměrně vhodné podmínky pro pěstování topolů i vrb, i když zatím dosti převažuje pěstování jednoho klonu topolů (Max-4 resp. J-105). Podle stávající energetické politiky (SEP, 2003) by se výmladkové plantáže měly pěstovat do roku 2030 na rozloze přibližně 60 000 hektarů.

Sortiment vrb a topolů

Pro výmladkové plantáže rychle rostoucích dřevin se v podmínkách mírného klimatického pásma používají téměř výhradně vybrané klony případně odrůdy vrb a topolů. Další druhy dřevin testované u nás nebo v podobných přírodních podmínkách (například olše, akát, pajasan, líska a jiné) se zatím do praxe neprosadily, případně existují bariéry pro jejich využití. Pro značně proměnlivé půdně klimatické podmínky ČR není možno přednostně doporučit jen klony/odrůdy topolů nebo jen vrb, jak je tomu v některých zemích či regionech Evropy. Například v severní Evropě se pěstují téměř výhradně vrby a topoly v Evropě jižní. Výběr klonu či odrůdy také ovlivňují další faktory jako například požadovaný cílový produkt, pěstební a sklizňová mechanizace, dostupnost a vlastnická práva odrůd. Všechny klony a odrůdy topolů a vrb, určené pro pěstování na zemědělské půdě, je možno množit a prodávat při dodržení podmínek daných zákonem o nakládání se sadbou a osivy č. 219/2002 Sb. Fakticky jsou dnes u nás dostupné následující zdroje sadby:

Schválené a doporučené klony vrb a topolů: jedná se o klony vybrané z domácích sbírek (testování Výzkumného ústavu Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví v.v.i. – VÚKOZ od roku 1994). Nejsou chráněné šlechtitelskými právy a je s nimi založeno 98 % českých plantáží. Seznam obsahuje 25 klonů vrb a 19 klonů topolů. Přehled klonů rychle rostoucích dřevin schválených Ministerstvem životního prostředí ČR (MŽP) pro zakládání výmladkových plantáží pro energetické využití byl poprvé vytvořen v roce 1999. Důvodem byla nutnost posouzení druhů a klonů RRD potenciálně vhodných pro výmladkové plantáže dle podmínek zákona o ochraně přírody a krajiny č. 114/1992 Sb, § 5 - zejména z hledisek jejich původnosti a rizik invazního šíření v krajině. Seznam klonů byl naposledy aktualizován na základě zadání MŽP v roce 2008 a jeho aktuální verze - Seznam rostlin vhodných k pěstování za účelem využití biomasy pro energetické účely z pohledu minimalizace rizik pro ochranu přírody a krajiny - je umístěn na stránkách oddělení fytoenergetiky VÚKOZ, v.v.i.

Švédské vrby: jde o registrované odrůdy (‘Tora‘, ‘Inger‘, ‘Tordis‘ a další) vyšlechtěné záměrným křížením převážně z druhu S. viminalis, ale i jiných druhů keřovitých vrb. Odrůdy jsou chráněné šlechtitelskými právy. V ČR jsou vysazeny asi na třech hektarech.

Italské topoly: jedná se o registrované odrůdy (‘AF2‘, ‘AF1‘, ‘Sirio‘, ‘Monviso‘ aj.) převážně ze skupiny tzv. kanadských topolů (P. × canadensis ), získané záměrným křížením v italských firmách a ústavech zaměřených na problematiku pěstování topolů. Odrůdy jsou chráněné šlechtitelskými právy a v ČR se pěstují v jen pokusných a poloprovozních porostech.

Faktory ovlivňující výnos

Výsledky testování dřevin pro výmladkové plantáže v ČR, prováděné na VÚKOZ,v.v.i. od roku 1995, ukazují, že nejdůležitějším předpokladem pro dosažení dobrých výnosů je volba vhodného stanoviště, které je dáno kombinací půdních a klimatických podmínek. Zejména se jedná o dostupnost vody (půdní a srážkové), fyzikální vlastnosti půdy a další limitující faktory zejména klimatické (výskyt přísušků aj.). Zcela nevhodné pro pěstování v současnosti dostupného sortimentu topolů a vrb jsou jednak písčité a štěrkovité půdy s nepříznivým hydrologickým režimem (vysýchavé) anebo půdy rašeliništní a trvale přemokřené.

Výběr vhodných klonů a odrůd RRD pro konkrétní výsadbu případně region musí tedy vycházet v první řadě ze znalosti půdně-klimatických (stanovištních) podmínek zvolené lokality. Pokud je zvolené stanoviště - zemědělský pozemek - pro topoly a vrby vhodný, je možno vybrat nejvhodnější klony případně odrůdy na základě jejich specifických vlastností a nároků.

Výběr vhodných lokalit

K výběru vhodných lokalit je možno použít rámcovou typologii zemědělských půd zpracovanou na VÚKOZ. Rámcová typologie je zpracovávána pro sortiment tzv. schválených a doporučených klonů RRD zveřejněný ve Věstníku ministerstva zemědělství č. 1/2004.

Pro vytvoření rámcové typologie zemědělských půd byly využívány v zásadě dva podklady, a to výsledky testování tzv. doporučeného sortimentu klonů topolů a vrb na výzkumných plochách a produkčních porostech a dále bonitace zemědělských půd v soustavě BPEJ – bonitovaných půdně ekologických jednotek.

Bonitovaná půdně ekologická jednotka zemědělských pozemků vyjadřuje pětimístným číselným kódem (například 2.11.14 nebo 21114) hlavní půdní a klimatické podmínky, které mají vliv na produkční schopnost zemědělské půdy. Kombinací prvních tří čísel vzniká tzv. hlavní půdně klimatická jednotka (HPKJ). Ta byla použita jako základ pro typologii stanovišť. Při analýze bylo hodnoceno 525 HPKJ, které jsou relevantní pro pěstování současného doporučeného sortimentu RRD. Výsledkem vícestupňové analýzy bylo vytvoření šesti skupin půd (HPKJ) dle vhodnosti pro pěstování klonů ze schváleného a doporučeného sortimentu RRD:

1. Nepříznivá stanoviště – A
2. Nepříznivá stanoviště – B
3. Podprůměrně příznivá stanoviště
4. Průměrně příznivá stanoviště
5. Nadprůměrně příznivá stanoviště
6. Optimální stanoviště

Rajonizace klonů i typologie půd jsou průběžně zpřesňována na základě výsledků výzkumu a provozní praxe. Aktualizace rámcové typologie v současnosti probíhá v rámci projektu MŽP. Zejména se jedná o zpřesnění nevhodných půd například vysýchavých (HPJ 4, 5, 21, 22, 27, 31-41) a zpřesnění rozdílů v rozsáhlé skupině hydromorfních, vodou silně ovlivněných půd (HPJ 42-76). Výsledky aktualizace budou publikovány po obhájení výzkumné zprávy projektu.

Vliv dalších charakteristik české bonitace zemědělských půd – zejména sklonitosti, skeletovitosti, hloubky půdy a expozice (4-5 číslo BPEJ) – je posuzován jako dodatečný faktor k výše uvedenému hodnocení HPKJ podle jejich vlivu na výnos RRD a na volbu použitelné pěstební technologie (například pouze vícefázová sklizeň na prudkých svazích). V případě zájmu o posouzení vhodnosti konkrétního pozemku nebo pro výběr vhodných lokalit pro švédské vrby a italské topoly je možno kontaktovat autora článku.

Výnosový potenciál

Dalším naším krokem bylo posouzení výnosového potenciálu výmladkových plantáží v šesti výše uvedených kategoriích HPKJ. K analýze byly využity výsledky hodnocení výnosu klonů na pokusných plochách v různých lokalitách ČR za dvě až tři sklizně (v několika případech i více). Pro odhad vývoje produkčních charakteristik klonů v pozdějších letech (po 12. roce) byly využity zahraniční výsledky testování a pěstování klonů RRD výmladkovým způsobem. Výsledek potenciálního (očekávaného) výnosu výmladkových plantáží RRD je uveden v grafu 1. Výnos je vyjádřen v tunách suché hmoty za rok (t[suš.]/ha/rok). V kontextu rajonizace klonů RRD slouží uvedený graf k zhodnocení produkčního potenciálu stanoviště a jeho průběhu v čase, který má vliv zejména na ekonomiku pěstování. Pro získání představy o potenciálním výnosu surové biomasy při sklizni v obvyklém obmýtí (tři roky) je potřeba hodnoty odečtené z křivek násobit přibližně dvěma, neboť průměrný obsah vody v čerstvě sklizené biomase se pohybuje v rozmezí 48–55 % (průměr za období 1999 až 2005 je 53 %).

Ekonomické aspekty pěstování

Hodnocení ekonomiky energetických plantáží a celého procesu produkce a využití biomasy pro energetiku je značně komplikované, protože v sobě zahrnuje nejen vlastní „malou“ ekonomiku výrobních nákladů, která závisí na lokálních podmínkách, ale i problematiku poptávky a cen na současném trhu s energiemi, které jsou dotovány státem a nezahrnují všechny tzv. externality (využívání složek životního prostředí a jejich poškozování). Tato situace vysvětluje, proč různým autorům v ČR vychází a i podle místních podmínek dále budou vycházet značně rozdílné výsledky při hodnocení ekonomiky – od velké neziskovosti a potřeby trvalých státních dotací, po relativně výnosné s omezenou potřebou dotací (na založení matečnice, výmladkové plantáže). Ve všech výpočtech je vhodné používat přepočet na tuny sušiny nebo v gigajoulech.

Podle aktuální analýzy VÚKOZ, v.v.i. se cena štěpky – zatím nejčastějšího paliva z plantáží RRD u nás – může pohybovat od 120 do 180 Kč/GJ v závislosti na použité agrotechnice a samozřejmě dosaženém výnosu. Cena hnědého uhlí je v současnosti přes 2900 korun za tunu (asi 160 Kč/GJ). Pokud tedy předpokládáme, že výhřevnost severočeského uhlí je přibližně stejná jako štěpky (12 až 16 megajoulů na kilogram), je tedy možno říci, že cena tohoto biopaliva může být při současném trendu růstu cen energií v několika příštích letech konkurenceschopná. Snížení ceny štěpky by bylo možné dosáhnout zvětšením rozlohy plantáží, a vyřešením způsobu sklizně.

Výmladkové plantáže, zemědělství a krajina

Výmladkové plantáže je z hlediska formy zemědělského hospodaření možno zařadit mezi trvalé kultury (permakultury) s mnoha pozitivními aspekty pro krajinu a životní prostředí. Ve srovnání s intenzivní rostlinnou výrobou na orné půdě působí porosty vytrvalých energetických rostlin a zejména rychle rostoucích dřevin v mnoha ohledech pozitivně na funkce ekosystémů a krajiny. Významný je především příznivý vliv na půdní, vlhkostní a mikroklimatické podmínky, které ovlivňují charakter jednotlivých biotopů, možnosti vývoje různých biocenóz a obnovy rozmanitosti druhů a společenstev.

RRD vytvářejí spolu s bylinným společenstvem zajímavý vegetační pokryv, který vytváří v krajině nové stanoviště a poskytuje tak životní prostor jak obratlovcům, tak bezobratlým živočichům. Porosty RRD chrání půdu před evaporací, přispívají ke stabilizaci odtoků a stabilizují místní klima. Často diskutovanou otázkou je také ekologická stabilita výmladkových plantáží RRD, kterou je možné zvýšit například zakládáním smíšených porostů – klonových a druhových směsí. Pokud se vyberou klony s podobnými růstovými vlastnostmi, je založení smíšených porostů možné, aniž by byl ovlivněn výnos oproti jednoklonovým monokulturám. Negativní efekty by bylo možno očekávat v případně využívání pozemků s hodnotnými lučními porosty. Zavádění výmladkových plantáží topolů a vrb je možno však bezpochyby považovat za příspěvek k diverzifikaci rostlinné produkce a zemědělského hospodaření. Výmladkové plantáže je z hlediska formy zemědělského hospodaření možno zařadit mezi trvalé kultury (permakultury), s mnoha pozitivními aspekty pro krajinu a životní prostředí.

Z dosud prováděných sledování stavu půd při pěstování výmladkových plantáží zatím nebyly potvrzeny žádné z obav ohledně negativního vlivu topolů a vrb na půdní charakteristiky (zásoba živin, obsah nějakých negativních látek). Spíše jsou sledovány pozitivní trendy například nárůst obsahu humusu a aktivity půdního edafonu. Organické hnojení (opad listí) je příznivé pro drobnou půdní faunu, která může být zdrojem pro větší druhy. Vysoká úroveň půdní biologické aktivity zvyšuje nutriční zásobu pro dřeviny a snižuje vyplavování živin.

Zvyšování biodiverzity

Při pěstování výmladkových plantáží je prokazatelný nárůst biodiverzity (bioindikačních organizmů – například bezobratlí, ptáci a jiní), zejména v oblastech s intenzivní zemědělskou (rostlinnou) výrobou. Na základě tříletých výsledků je možné říci, že porosty RRD můžou, za určitých podmínek vytvořit tzv. přechodové společenství, charakterizované vysokou druhovou diverzitou. Porosty rychle rostoucích dřevin poskytují také různá stanoviště pro hnízdění ptactva (například bažanti a pěvci).

Rostlinný pokryv vznikající uvnitř zapojené výmladkové plantáže (třetí až čtvrtý rok) má také příznivý vliv například na společenstvo bezobratlých. Výskyt kvetoucích druhů rostlin je pozitivní pro květy navštěvující hmyz.

Stabilizace hydrologických poměrů

Výrazné je snížení vodní eroze oproti jednoletým plodinám. Výmladkové plantáže jako jiné porosty dřevin také stabilizují odtokové poměry zejména při vyšších a snižují erozi půdy při extrémních srážkách. Výmladkové plantáže velmi dobře odolávají povodňovým vodám (ohýbají se a nevyvracejí se) a jsou schopné růst i na takto poškozených půdách (štěrkové nánosy).

Závěr

Na základě výsledků dlouhodobých polních pokusů a bonitace zemědělských půd byla vytvořena rámcová typologie zemědělských půd pro pěstování vybraného sortimentu topolů a vrb. Při využívání typologické tabulky a grafu potenciálních výnosů v projekční a pěstitelské praxi je potřeba vzít v úvahu, že byly vypracovány pro celý sortiment tzv. doporučených klonů RRD (kromě topolů černých). Pro dosažení optimálních výnosů na vybrané lokalitě je nutno vybrat odpovídající vhodné klony na základě popisu jejich stanovištních nároků, které jsou uvedeny v popisu jednotlivých klonů ve Věstníku MZe (č.1/2004) nebo v publikacích VÚKOZ.

Prezentované výsledky vznikly zejména za podpory výzkumného záměru VÚKOZ, v.v.i.

Tweet

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

Biometan se vyplatí a má budoucnost