Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka

Pěstování a využití technických a energetických plodin na rekultivovaných pozemcích

Ing. Vlasta Petříková, DrSc. – Ing. Jaroslav Váňa, CSc. – Ing. Sergej Ustjak, CSc.

Metodika presentuje výsledky výzkumných úkolů řešených v rámci Výzkumného ústavu rostlinné výroby v Praze-Ruzyni. Je současně realizačním výstupem projektu zadaného v roce 1993 Ministerstvem životního prostředí ČR a spolufinancovaného MZe č. GA/849/93 : Pěstování technických a energetických plodin na devastovaných půdách a posouzení jejich kvality.

Praha, 1996

ANOTACE:

Petříková V. et al.

Pěstování a využití technických a energetických plodin na rekultivovaných pozemcích. Praha, ÚZPI 1996. – , res. angl. – Met. zeměd. Prax., 1996, č. 17.

Metodika popisuje způsob pěstování technických rostlin na důlních výsypkách, složištích popele i na dalších deficitních půdách. Zrekultivované antropogenní půdy jsou dobrým pěstebním tab., lit. substrátem; výsledky jsou srovnatelné se zemědělskou půdou. Pro výživu lze využít i kaly z ČOV. Efektivnější je pěstování rostlin víceletých a vytrvalých než jednoletých. Je zde hodnocena energetická výtěžnost fytomasy v porovnání s fosilní energií i některé další ekonomické aspekty. Technické rostliny jsou zdrojem celé řady nových netradičních výrobků. Příkladem je konopí seté a možnosti využití tradičních surovin (cukry, škroby) pro moderní produkty ekologického charakteru. Pěstování technických rostlin je hodnoceno též ve vztahu k širším ekologickým aspektům. Význam nepotravinářské biomasy spočívá nejen v získání nových výrobků (např. energie), ale též v zajištění nových pracovních příležitostí a vytvářením intenzivní zeleně též v omezení skleníkového efektu.

Klíčová slova : technické rostliny, netradiční plodiny, rekultivace - výsypky, složiště popele, hnojivé odpady, kaly ČOV, fytoenergetika.

ABSTRACT:

Cultivation and Utilization of Technical and Energy Plants on Reclamated Soils

The methodology deals with the way of growing of technical plants on mine dumps, ash deposits and on the other deficient soils. The reclamated athropogenous soils are the excelent growing substrates; the results are comparable with the agricultural soil. For the nutrition of these plants there can be utilized also the sludges from the water purification plants. More effective is the growing of perennial plants than the growing of annual plants. There is evaluated the energy yield of phytomass and compared with the fossil energy yields. The technical plants are the source of many non-traditional products. E. g. Cannabis sativa can be used as the source of diverse products. The sugar and starch can be utilized for the production of modern ecological products. The cultivation of technical plants is assessed from the ecological point of view. The importance on non-food biomass consists not only in the obtaining of new products (e.g. energy), but also in the founding of new employment possibilities and in the creation of intensive green areas and, by this way, in decreasing of greenhouse effect.

Keywords : technical plants, non-traditional plants, reclamation - mine dumps, ash deposits, manure wastes, sludges from purification plants, phytoenergy.

OBSAH:

1. Úvod

2. Postupy biologické rekultivace, které vyhovují pěstování technických a energetických rostlin

2.1. Rekultivace důlních výsypek

2.2. Rekultivace složišť popele

3. Výběr energetických rostlin a pěstitelské postupy

3.1. Energetické rostliny pro přímé spalování nebo zplynování

3.1.1. Energetická výtěžnost fytopaliv

3.1.2. Druhová skladba a využití energ. rostlin

3.1.2.1. Jednoleté rostliny

3.1.2.2. Víceleté a vytrvalé nedřevní energ. rostliny

3.1.2.3. Pěstování rychle rostoucích dřevin na antropogenní půdě

3.2. Energetické rostliny k výrobě biopaliv

3.3. Rostliny vhodné k výrobě bioplynu

4. Možnosti technického využití biomasy rostlin pěstovaných na antropogenních půdách

5. Využití hnojivých odpadů při pěstování technických a energetických rostlin na antropogenní půdě

6. Poradenství v oblasti pěstování technických a energetických rostlin na antropogenních půdách

7. Ekologické aspekty pěstování energetických a technických rostlin na antropogenních půdách

8. Závěr

Literatura

1. Úvod

V severočeské pánevní oblasti je těžbou uhlí a skrývkami narušeno území o rozloze cca 260 km2. Další půda byla zdevastována složišti popelnatých odpadů v důsledku činnosti uhelných elektráren. Severní Čechy vykazují 2,5 krát více měrných emisí u prašného spadu, 4 krát více u SO2, 3 krát u NOx a 1,5 krát u CxHx než je průměr České republiky (Ustjak, 1995). Jde o nejrozsáhleji poškozené území ve střední Evropě (Vráblíková, 1995).

Provozování zemědělské činnosti v této oblasti bylo vždy složité, v současných podmínkách zásadního vlivu tržní ekonomiky je zapojení půdního fondu do potravinové produkce rovněž problematické. To se týká zejména 10 000 ha zrekultivovaných ploch a ploch, které budou rekultivovány v budoucnosti. Současná agrární politika je zde nevyhraněná, ale pro tyto oblasti předurčuje útlum zemědělské výroby a zemědělsky mimoprodukční využívání půdy. Diverzifikace ve využití půdního fondu se zachováním zemědělské činnosti je však nezbytná z důvodu obnovy ekologické stability krajiny a zachování funkce venkovských obcí. Zrekultivované výsypky a složiště popelů a půdy kontaminované cizorodými látkami mohou být účelně využity k pěstování energetických a technických rostlin, což bylo v minulosti výzkumně řešeno Výzkumným ústavem rostlinné výroby v Praze - Ruzyni na pracovišti oddělení ekotoxikologie v Chomutově.

V této metodice se presentuje výsledné řešení několika výzkumných projektů na využití antropogenních půd v severočeské pánevní oblasti a metodický návod je možné využít i v dalších oblastech s vyšší antropogenní zátěží.

Pěstování plodin pro energetické a technické účely má velký ekologický význam, projevující se v omezení skleníkového efektu, v úspoře neobnovitelných zdrojů surovin a energie, ve snížení prašnosti v ovzduší a v omezení zaplevelenosti území. Další efekt je v nových pracovních příležitostech a v makroekonomických přínosech. Technické využití biomasy navozuje ekologicky příznivé technologie a umožňuje vznik nových produktů, které neškodí životnímu prostředí. Proto je součástí této metodiky i přehled o nových možnostech technického využití biomasy.

Zájem o pěstování energetických a technických rostlin by měl být dostatečně legislativně, daňově a dotačně motivován a technologie na zpracování technické a energetické biomasy by měly být státem podporovány. Jedním z předpokladů pro pěstování a využívání nepotravinářské biomasy jsou základní informace a poradenství. Snahou autorů této metodiky je shromáždění základních dostupných informací, které se budou jistě v budoucnu postupně doplňovat.

Jdi na obsah

2. Postupy biologické rekultivace, které vyhovují pěstování technických a energetických rostlin

2.1. Rekultivace důlních výsypek

Výsypkové zeminy z povrchové těžby hnědého uhlí severočeské a sokolovské pánevní oblasti jsou většinou velmi těžké jílovité zeminy s obsahem až 85–90 % jílovitých částic. Jejich biologická aktivita je výrazně omezena. Jsou-li výsypkové zeminy vlhké, jsou mazlavé a bobtnavé, v období sucha rychle tvrdnou. Tyto fyzikální vlastnosti jsou příčinou jejich nesnadného obdělávání. Mají dobrou zásobu přijatelného K, Ca a Mg a optimální pH.

Při přímé rekultivaci výsypek (bez překrytí ornicí nebo jinými substráty) lze vhodně voleným systémem hnojení a vhodnými osevními postupy zajistit jejich vysoké zproduktivnění, je však třeba počítat s tím, že z těžkých výsypkových zemin vzniknou obtížně obdělatelné i když úrodné těžké antropogenní půdy (Petříková, 1990).

Úspěch přímé biologické rekultivace výsypek spočívá v organickém hnojení. Nejrychlejší doplnění chybějících humusových látek je možné zabezpečit kompostem (Váňa, 1994) v dávce minimálně 50 a více t/ha. Toto opatření je však zpravidla nákladné. Příznivých výsledků v biologickém oživení výsypkových zemin a v tvorbě humusu bylo dosaženo hnojením kejdou 50–70 t/ha za 1 rok (Petříková, 1984). Nejlépe se projevila kejda drůbeže a kejda prasat. Při aplikaci kejdy skotu je třeba intenzivnější přihnojení fosforem. Při rekultivaci výsypek je výhodná kombinace hnojení kejdou se zaoráváním slámy. Vzhledem k náročnému obdělávání extrémně těžkých výsypkových zemin lépe vyhovuje jednorázová zaorávka slámy než opakované pěstování plodin na zelené hnojení v průběhu jednoho roku. V případě, že zrekultivovaná výsypka je předurčena k nepotravinářské produkci, je výhodné využít k organickému hnojení vhodné čistírenské kaly (Váňa,1993). Zvlášť vhodné jsou biologické i primární kaly z výroby papíru a celulózy, které obsahují cizorodé látky v minimálním množství (Váňa, Reichlová, 1993).

Osevní postup pro přímou rekultivaci výsypek by měl zahrnovat obilninu, luskoobilnou směsku, olejninu, případně bob se zaoráním slámy a jako krycí plodinu vojtěšku, kterou je vhodné udržet v produkci nejméně 4 užitkové roky a podle stavu porostu každý druhý rok přihnojit kejdou. Pěstované rostliny je možno rovněž využít nepotravinářsky; vojtěšku na výsypkách lze úspěšně pěstovat na semeno.

Po zaorání vojtěšky je možno zakládat plantáže trvalých energetických nebo průmyslových plodin nebo zavést osevní postup jednoletých energetických a průmyslových rostlin.

Při nepřímé rekultivaci výsypek se výsypka překrývá orniční zeminou. Převrstvení výsypky je třeba volit v takové výšce, aby bylo možné orniční zeminu proorat alespoň částečně s povrchovou vrstvou výsypky, t.j. cca do 25 cm. Pro biologické oživení výsypkové zeminy při takto snížené povážce (dosud se běžně doporučovala 50 cm vysoká vrstva) je třeba použít vyšších dávek organických hnojiv, zvláště v prvých letech rekultivace. Základem rekultivačního osevního postupu je rovněž intenzivní pěstování vojtěšky. Její hluboký kořenový systém přispívá k žádoucímu rychlejšímu propojení výsypkové zeminy s převrstvenou orniční zeminou. Překrytím ornicí se výrazně zkrátí období biologické rekultivace výsypky.

Rozhodujícím faktorem pro snažší obdělávání výsypkových zemin je zlepšení jejich fyzikálních vlastností. Při nepřímé rekultivaci výsypek se k tomuto účelu osvědčil elektrárenský nebo teplárenský popel. Po zapravení 800 t/ha popele byly získány v průměru stejné výnosy zemědělských plodin, jako při převrstvení ornicí. Toto opatření se příznivě projevilo při pěstování okopanin, zvláště v extrémních letech - suchých i vlhkých. Zapravený popel kompenzuje nepříznivé rozložení srážek tím, že usnadňuje jejich infiltraci, čímž významně přispívá k vyrovnání deficitu půdní vláhy v suchém období, za vlhkého počasí naopak vyrovnává poměr vody a vzduchu, omezuje slévavost povrchu půdy a odumírání klíčících rostlin. Nejlepších výzkumných výsledků na zrekultivovaných výsypkách bylo dosaženo u obilnin a cukrovky s t.zv. úspornou povážkou ornicí (do 25 cm) za současného vylehčení popelem při dávce 400 t/ha. V případě vylehčení výsypkových zemin popelem je třeba výrazně zvýšit dávky zejména organických hnojiv. Popel vyžaduje vysokou intenzitu hnojení s ohledem na vysoké sorpčně iontovýměnné vlastnosti. Dávky kejdy je možné zvýšit až na 5 násobek běžně používaných dávek na zemědělské půdě. Vliv různého způsobu převrstvení důlní výsypky byl dlouhodobě sledován v Březně u Chomutova na výnos různých zemědělských plodin. Příklad výnosů suché hmoty energetických rostlin je uveden v tab č.I. Vylehčení výsypkové zeminy dávkou 800 t/ha popele se příznivě projevilo ve srovnání s povážkou zeminy u Hysa a sudánské trávy.

Tab. I: Výnosy suché hmoty na důlní výsypce Březno (t/ha)

2.2. Rekultivace složišť popele

Pro zemědělskou rekultivaci složiště popele se běžně doporučovalo převrstvení cca 50 cm vysokou vrstvou zeminy z obavy kontaminace potravních řetězců cizorodými látkami, zvl. těžkými kovy. Většina energetických popelů však toto nebezpečí nepředstavuje - viz. též tab II. Toto riziko je zcela vyloučeno při pěstování nepotravinářských rostlin, jako je produkce technické a energetické fytomasy. Z hlediska současné situace s přebytkem zemědělské půdy je navíc zbytečné na složišti popele pěstovat tradiční zemědělské plodiny. Rostlinám se na složišti popele obecně dobře daří při nižší povážce zeminou (nebo dokonce bez převrstvení - pěstování přímo v popeli). Uvedené skutečnosti tudíž prokázaly, že lze rekultivaci složiště provádět s minimální povážkou zeminy nebo po dokonalém vyhnojení organickými hnojivy (100–200 t kejdy na ha za rok) pěstovat rostliny přímo v popelnatém substrátu.

Z hlediska fyzikálních vlastností je energetický popel uložený na složišti lehkou půdou s převahou prachových částic. Agrochemickými vlastnostmi a zejména obsahem cizorodých látek se popele z různých složišť od sebe příliš neliší. V severočeské pánevní oblasti, která představuje největší produkci popelů, se u popelů zpravidla nevyskytují nepříznivé agrochemické vlastnosti a obsah těžkých kovů zdaleka nedosahuje maximálních přípustných koncentrací (MPK) pro lehkou zemědělskou půdu (tab.II).

Intenzita hnojení složiště popele se řídí zásadou - čím nižší vrstvou zeminy je popel překryt, tím je třeba zvýšit intenzitu hnojení. V počátečních letech rekultivace mají zvl. význam pro ozelenění a tvorbu výnosů především organická hnojiva.

Rekultivace bez povážky zeminou musí zabezpečit omezení prašnosti složiště. Snížení prašnosti se dosáhne rozprostřením kejdy na povrch složiště (stmelení částic popele) a vytvořením vegetačního krytu po vyhnojení kejdou. Aplikace kejdy se provádí v minimální dávce 100 t/ha při sušině kejdy cca 7%. Čím je nižší sušina kejdy, tím lze zvýšit úměrně její dávku.

Tab.II: Agrochemické vlastnosti severočeských popelů a obsah těžkých kovů (ve srovnání s MPK pro lehkou půdu podle vyhl.č.13/1994 Sb.)

Optimální způsob setí v prvých letech rekultivace je tzv. kejdoosev, kdy se seje současně s hnojením kejdou. Nezkypřený povrch popele se vyhnojuje kejdou v dávce 100–500 t/ha, uvláčí se a oseje pomocí nižší dávky kejdy (cca 30t/ha) tak, že se osivo vysype přímo do cisterny, zhomogenizuje vnitřním čerpadlem a postřikem rozprostře rovnoměrně s kejdou na zkypřený povrch popele. Alternativně lze setí též spolehlivě zajistit pomocí rozmetadla průmyslových hnojiv a po zasetí opakovat hnojení kejdou, místo zavláčení. Pro rychlé ozelenění se volí rychle vzcházející plodina, např. proso, pro dlouhodobější vegetační kryt je třeba založit jetelotravní směs s krycí plodinou, např. 100 kg ovsa a 25 kg jetelotrávy na ha). Zakládání porostu přímo do popele bude však spíš výjimečný případ, kdy bude kritický nedostatek zeminy. Ve většině případů se v zájmu usnadnění sjízdnosti terénu doporučuje převrstvení povrchu popele zeminou, avšak nejvýše do vrstvy 25 cm tak, aby bylo možné navezenou zeminu proorat do popele, a vytvořit tak jednotnou orniční vrstvu. Zemina je zpravidla vždy zásobárnou plevelů, které jsou při použití kejdy stimulovány ke klíčivosti,takže je proto nezbytné použití herbicidů. Nejvhodnější způsob je : po zkypření povrchu nechat plevele vzejít a následně je postříkat herbicidy, např. Roundup nebo Touch Down v dávce 5–10 l/ha. Teprve po tomto odplevelení se pozemek připraví k setí. Způsob setí při převrstvení složiště zeminou je obdobný jako na zemědělské půdě.

Osevní postup při rekultivaci popelového složiště by měl zahrnout plodiny na zelené hnojení (při převrstvení zeminou) a víceleté pícniny, zvl. při přímém zakládání porostu do popele. Energetické a technické rostliny mohou být pěstovány zpravidla až třetím rokem. V případě, že při rekultivaci bude antropogenní substrát zúrodněn vysokou dávkou stabilizované organické hmoty (komposty, vhodné odvodněné čistírenské kaly, papírenské kaly), je možno pěstování energetických a technických rostlin zahájit již ve druhém roce biologické rekultivace. To se týká zejména vytrvalých porostů těchto rostlin a zakládání plantáží rychle rostoucích dřevin. Před výsadbou plantáží je zvl. důležité udržení bezplevelného stavu pozemku. Na složištích popele je možno získat výnosy technických a energetických rostlin obdobné výnosům na zemědělské půdě v dané lokalitě (tab.III). Pro růst a vývoj teplomilného konopí jsou na složišti popele podstatně lepší podmínky než na zemědělské půdě dané lokality.

Tab. III: Výnosy suché hmoty v t/hatechnických a energetických rostlin na složišti popele Počerady ve srovnání s výnosy na zemědělské půdě

Jdi na obsah

3. Výběr energetických rostlin a pěstitelské postupy

Energetické rostliny se využívají k výrobě :

• tuhých biopaliv pro přímé spalování nebo zplynování,
• motorových paliv (rostlinné oleje, bionafta, bioetanol)
• a bioplynu.

Energeticky je možno využít i vedlejší produkty nutričních plodin i technických rostlin.

3.1. Energetické rostliny pro přímé spalování nebo zplynování

3.1.1. Energetická výtěžnost fytopaliv

Tuhá biopaliva se svou výhřevností vyrovnají hnědému uhlí. Při výnosu 25 t/ha suché hmoty u jednoletých rostlin nebo 20 t/ha u víceletých rostlin jsou tato fytopaliva vůči tříděnému hnědému uhlí nákladově konkurenceschopná (Váňa, 1996). Nejvyšších výtěžků energie na 1 ha (tab.IV) bylo dosaženo u víceletých rostlin (Křídlatka,šťovík krmný). Tyto rostliny jsou schopny již od 3 roku dosahovat rekordní výnosy suché hmoty a to až 40–43 t/ha, což je asi 750–760 GJ/ha.

Tuhá biopaliva je možno získávat v rozmanitých formách (řezanka, balíky, brikety, pelety, dřevní štěpka). Jejich spalováním se nezhoršuje skleníkový efekt a minimalizují se emise SO2. Obsah síry je až stonásobně nižší než u hnědého uhlí. Obsah popele je minimální a popel je dobrým minerálním hnojivem. Vzhledem k odlišným topenářským vlastnostem tuhých rostlinných paliv od paliv fosilních (vysoký podíl snadno zplyňujících látek) je pro tato paliva nutno řešit speciální topeniště, která jsou investičně náročnější než kotle na fosilní paliva (Sladký, 1996).

Tab. IV: Energetická výtěžnost fytomasy (v průměru z různých stanovišť 1994)

Vzhledem k omezení emisí oxidů dusíku by biopalivo nemělo obsahovat více než 1,5 % N v sušině a poměr C:N by měl být vyšší než 33. Energetickou fytomasu s vyšším obsahem N je možno použít k výrobě bioplynu.

Z hlediska energetické bilance představují tuhá fytopaliva nejvyšší energetickou účinnost využití biomasy. Energetické vstupy do produkce a zpracování biomasy (včetně započtení energie nutné k výrobě strojů a zařízení) jsou podstatně nižší než je obsah disponibilní energie v biomase (1:9 až 1:17).

3.1.2. Druhová skladba a využití energetických rostlin

K energetickým rostlinám pro výrobu tuhých fytopaliv patří jednoleté a víceleté rostliny.

3.1.2.1. Jednoleté rostliny

V rámci jednoletých rostlin pro přímé spalování přichází v úvahu tyto skupiny :

1. obilniny (spalování celých rostlin nebo slámy);
2. vysokovzrůstné jednoleté teplomilné plodiny (výhodné pro záhřevné lokality na rekultivovaných výsypkách a složištích popelů);
3. olejniny.

Sklizeň energetické fytomasy celých rostlin se provádí v období maximální sušiny v pozdním podzimu, někdy až po přemrznutí. Pro sklizeň energetické fytomasy se osvědčil čirok cukrový i zrnový, sudánská tráva, Hyso (kříženec sudánské trávy a čiroků), proso (krátká vegetační doba a rychlé ozelenění výsypek a rekultivovaných složišť) a konopí seté. Tyto plodiny mají další možnosti technického a krmivářského využití. Sláma olejnin se energeticky využívá po sklizni olejnatých plodin (řepka, slunečnice, len olejný, lnička setá) nebo je možno jako energetickou fytomasu použít celých rostlin.

Jako netradičních olejnin pro fytoenergetiku je možno využít krambe (Katrán habešský), roketu setou, ředkev olejnou, saflor (Světlice barvířská).

Zakládání porostů technických plodin vyplývá především ze způsobu setí - viz tab. V.

Tab. V: Přehled o způsobu setí jednoletých energetických rostlin

Na základě tříletých poznatků (Petříková, 1995) lze na antropogenních půdách doporučit tato hnojení: po základním organickém hnojení, které má být vydatné zejména na začátku hospodaření na antropogenní půdě, lze doplnit pohotové živiny ve formě průmyslových hnojiv, zpravidla :

• 60 kg P₂O₅ /ha (superfosfát),
• 60 kg K₂O /ha (draselná sůl)

– lépe na podzim, jednotně pro všechny jednoleté plodiny. Hnojení dusíkem se liší podle požadavků jednotlivých druhů, tak jak je uvedeno v tab. VI.

Tab. VI: Hnojení jednoletých energetických rostlin dusíkem

Před setím a během vegetace je nutné jednoleté rostliny na antropogenních půdách ošetřit herbicidy (zvl. tam, kde byla použita k překryvu zemina a ke hnojení kejda), neboť plevele značně snižují výnos energetické fytomasy. V porostech jednotlivých plodin se na dvouděložné plevele osvědčily tyto herbicidy : lnička – Lontrel 300; saflor – preemergentně Afalon, po vzejití Galant; krambe – po vzejití Lontrel 300 a Galant; Hyso, čiroky, sudánská tráva – Basagran; proso – směs Basagranu s Aminexem (Petříková, 1995).

Výskyt chorob a škůdců u jednoletých energetických rostlin je na antropogenních půdách podstatně nižší než na běžných zemědělských půdách. Lze předpokládat, že po zavedení úzkého osevního postupu, resp. monokultur, výskyt chorob a škůdců poroste.

3.1.2.2. Víceleté a vytrvalé nedřevní energetické rostliny

Jedná se o vysokovzrůstné rostliny, u nás planě rostoucí, nebo rostliny, které byly dovezeny jako vyšlechtěné pícniny nebo energetické rostliny. Naše zkušenosti s pěstováním těchto rostlin jsou tří- až pěti leté.

Na antropogenních půdách se osvědčila křídlatka hrotolistá, lesknice kanárská, šťovík krmný (kříženec šťovíku tjanšanského a špenátu zahradního), sléz kadeřavý a sléz meljuka, boryt barvířský (krmný), mužák prorostlý (smoloroň), jestřabina, bělotrn modrý, topolovka a j. (Petříková, 1996).

Negativní zkušenosti na antropogenních půdách v severočeské pánevní oblasti byly získány s miscanthem (čínský rákos – sloní tráva). Tato rostlina je pro účely fytoenergetiky a výrobu papíru běžně doporučována v západní Evropě jako stěžejní plodina. Miscanthus vyžaduje mírné zimní období a dostatek vláhy v době plné vegetace. Na antropogenních půdách Chomutovska bylo jeho obrůstání málo intenzivní a docházelo k častému úhynu a vymrzání vysazených rostlin.

Tab. VII: Zakládání plantáží víceletých a vytrvalých energetických rostlin

Vysoké výnosy energetické fytomasy byly získány pěstováním křídlatky hrotolisté a sachalinské. Tato rostlina je považována za rostlinu expandující. Při pěstování na založené plantáži se však dobře daří udržovat ji na určeném stanovišti odstraňováním nadbytečných rostlin. Její semena u nás zpravidla nedozrávají, množí se oddénky, čímž je její expanze do značné míry omezená. Křídlatku jsme úspěšně vyzkoušeli k odstraňování těžkých kovů z kontaminované půdy (hyperakumulace těžkých kovů). V souladu s touto technologií pěstují křídlatku v Německu, speciálně k těmto účelům (Haase, 1988; Dietz, Krauss, 1995).

3.1.2.3. Pěstování rychle rostoucích dřevin na antropogenní půdě

Pro zakládání plantáží jsou doporučovány zejména topoly (černý, balzamový). Pro rekultivace výsypek je možno doporučit klony - Blanc du Positons Löns', Virginiana (Součková, 1996). Na vlhčích lokalitách se osvědčují vrby. Čtyřleté zkušenosti na antropogenní půdě byly získány s pajasanem žláznatým, dobře snášejícím sucho a znečištěné ovzduší.

Plantáže rychle rostoucích dřevin (tzv. energetické lesy) na antropogenních půdách se vysazují i ve sponu hustším než 1x1 m. Vzhledem k nezbytnosti udržení bezplevelné plochy do doby než se zapojí porost dřevin, je vhodné vysazovat dřeviny do dvojřádků (s mezerou cca 50–70 cm) a mezi dvojřádky nechat vzdálenost 2,5 m, aby bylo možné projíždět mechanizací k ošetření porostů a k aplikaci herbicidů. Vzdálenost sazenic v řádku se pak doporučuje jen 50 cm. Obmýtní doba bývá 2–5 let, životnost plantáže 15–20 let. Produktivnost plantáží je možno dlouhodobě udržovat bez přihnojování - opad listí představuje každoročně cca 130 kg N/ha. Speciálně vyšlechtěné klony topolů a vrb mohou dosahovat produkce 15 – 18 t sušiny .ha-1.rok-1. V experimentální plantáži na zrekultivovaném popelovém složišti jsme zatím dosahovali maximálně 1O t sušiny .ha-1.rok-1(topol). Bylo zjištěno, že inokulace kořenového systému sazenic endomykorrhizními houbami zvyšuje výnosy o 5 – 10 % (Vít, 1996).

Energetická štěpka se získává po opadu listí. Při dvouletém obmýtí je možno ke sklizni využít upravené silážní řezačky, při delším obmýtí je zapotřebí speciální sklizňová technika. Čerstvá štěpka má zpravidla nevyhovující vlhkost, přesahující 50 %.

Jdi na obsah

3.2. Energetické rostliny k výrobě biopaliv

K výrobě biopaliv se u nás používají klasické plodiny - k výrobě bionafty řepka ozimá, k výrobě bioetanolu se uvažují obiloviny, zejména pšenice, dále řepa cukrová a krmná a brambory. Experimentuje se s výrobou bioetanolu po kyselé hydrolýze slámy.

Uvedené plodiny byly uspokojivě pěstovány na zrekultivovaných výsypkách. Méně úspěšné bylo jejich pěstování na složištích popelnatých odpadů (tab.č.VIII).

Tab. VIII: Hektarové výnosy suché hmoty na antropogenní půdě (t)

3.3. Rostliny vhodné k výrobě bioplynu

Pro výrobu bioplynu jsou vhodné rostliny s vyšším obsahem N a s nižším poměrem C : N (pod 33). Z antropogenních půd jde především o sklizeň biomasy víceletých pícnin (vojtěška, jeteloviny) z prvých let biologické rekultivace, nebo biomasa z trvale zatravněných ploch. Zelené rostliny se hodí pro výrobu bioplynu jak v čerstvém tak i silážovaném (senážovaném) stavu a proto je možno pro metanogenezi použít výrazně širší spektrum rostlin, než pro výrobu tuhých biopaliv. Metanogenezi rostlin je vhodné kombinovat se zpracováním kejdy a organických odpadů.

Jdi na obsah

4. Možnosti technického využití biomasy rostlin pěstovaných na antropogenních půdách

Kromě převážně technických rostlin, produkujících vlákna, celulosu a barviva, je možno technicky využít celou řadu konvenčních plodin, produkujících cukry, škroby a oleje. Jde o plodiny, které je možno na zrekultivovaných antropogenních půdách běžně pěstovat (obilniny, olejniny, brambory, cukrovka).

Technické využití biomasy je zpravidla v konkurenčních vztazích s petrochemickou výrobou. Výrobky na bázi obnovitelných rostlinných surovin jsou ekologické, biodegradovatelné a způsob výroby je příznivý pro životní prostředí. Technické využití biomasy řeší problematiku nadbytečné půdy, umožňuje další pracovní příležitosti a především omezuje skleníkový efekt.

V současné době není problém v pěstování technicky využitelné biomasy, ale s jejím uplatněním na trhu. Vedlejší produkty při technickém využití biomasy je možno použít ve fytoenergetice.

Z netradičních technických rostlin bylo na zrekultivovaných výsypkách a složištích popelů s úspěchem vyzkoušeno pěstování světlice barvířské a borytu barvířského.

Přehled o možnostech technického využití biomasy je uveden v tab. č. IX a X.

Tab. č. IX: Možnosti technického využití biomasy

Tab. č. X: Přehled využití konopí setého

Jdi na obsah

5. Využití hnojivých odpadů při pěstování technických a energetických rostlin na antropogenní půdě

Výživa technických a energetických rostlin představuje v celkových nákladech (bez transportních a skladovacích nákladů) 25 – 30 %. Cena živin v 1 t sklizené energetické fytomasy konopí, pěstovaného v roce 1994 na rekultivovaném složišti popele v Počeradech, představovala 202,- Kč. Odčerpané živiny je zapotřebí nahradit a to co možná nejlevněji.

Nabízí se možnost využití hnojivých odpadů, které se jinak nákladně likvidují se všemi negativními důsledky pro životní prostředí. Tyto odpady je možno získat zdarma, neboť producent zpravidla zajistí bezplatně dopravu i aplikaci. V řadě případů může dojít mezi pěstitelem a producentem odpadu k dohodě o tržbě ve výši částky, kterou by musel producent vynaložit na uložení odpadu na skládku.

Na antropogenních půdách je možno hnojivé odpady využívat kompostované (podle ČSN 465735 - Průmyslové komposty) nebo po metanogenesi (organický zbytek z bioplynových stanic), některé odpady je výhodné aplikovat přímo. Jde např. o rybniční bahno, říční sedimenty a stabilizované kaly z čistíren odpadních vod veřejných kanalizací nebo průmyslových čistíren (papírenské kaly, konzervárenské kaly apod.).

Hnojivé odpady obsahují významné hnojivé hodnoty, i když využitelnost živin je zpravidla nižší než u průmyslových hnojiv. Zároveň tyto odpady mohou vnášet do půdy cizorodé látky, zejména těžké kovy. Při pěstování nepotravinářské fytomasy problém transferu těžkých kovů z půdy do rostlin by neměl být limitující za předpokladu, že nejsou ohroženy potravinové řetězce, t.j. tehdy, když rekultivovaná antropogenní půda bude vyhražena pouze pro pěstování nepotravinářské fytomasy, případně osiv.

Tab. XI: Hektarové výnosy suché hmoty energetických rostlin na důlní výsypce v Březně u Chomutova po hnojení 100 t/ha čistírenského kalu o sušině 8 % ve srovnání s nehnojenou kontrolou

Tab. XII: Hektarové výnosy suché hmoty energetických rostlin na složišti popele v Prunéřově v r. 1995 po hnojení 200 t/ha čistírenského kalu o sušině 8 %ve srovnání s nehnojenou kontrolou

Tyto výnosy po hnojení kaly byly zjištěny na začátku přímé biologické rekultivace složiště (bez překryvu zeminou), což potvrzuje význam organického hnojení při rekultivaci složišť popelů.

V současné době není však žádný platný právní předpis, kterým by bylo možné usměrňovat zemědělské využití nekompostovaných čistírenských kalů. Tento způsob hnojení podléhá souhlasu veřejnoprávních orgánů (okresních úřadů).

Vhodnou dávku kalů je třeba stanovit tak, aby nebylo překročeno potřebné množství dusíku pro dosažení předpokládaného výnosu. Anaerobně stabilizovaný čistírenský kal se v půdě pomalu rozkládá. Využitelnost organicky vázaného dusíku je v 1. roce po aplikaci 20 %, v druhém roce 8 %, v třetím roce 6 % a ve čtvrtém roce po aplikaci 3 %. Při opakovaném použití kalu je třeba zohlednit nevyužitý dusík z dávek minulých let.

Dávka neodvodněného čistírenského kalu musí být rovněž stanovena s ohledem na fyzikální charakteristiku antropogenní půdy. Zde jsou omezení především na těžkých půdách na rekultivovaných výsypkách, kdežto rekultivované popílkové složiště umožňuje aplikaci vysokých dávek čistírenských kalů. Musí zde však být zajištěna řádná propustnost orniční vrstvy. Ta je jednoznačně zajištěna na složišti bez překryvu zeminou. Při převrstvení složiště zeminou se propustnost docílí zpravidla prooráním navezené zeminy s podložním popelem, což umožní průsak vody a živin do spodních vrstev.

Pravidelné využívání čistírenských kalů přináší negativní aspekt v hromadění těžkých kovů v půdě. Při hnojení energetických rostlin přechází část kovů z půdy do biomasy a může být zachycena ve spalinách. Zaváděné technologie fluidního spalování a zplynování fytomasy těžké kovy účinně separují.

Ve vegetačních pokusech jsme dlouhodobě hodnotili transferfaktor jako poměr koncentrace těžkého kovu v půdě a v biomase (Váňa, Ustjak, 1995).

Absolutní maxima transferfaktoru v naší databázi pokusných výsledků jsou u konopí pro As 1,17, u laskavce pro Cd 3,59 a pro Co 2,56, u slunečnice pro Cr 8,32, pro Ni 4,87 a pro Pb 1,16, u sudánské trávy pro Cu 2,88 a u čiroku pro Hg 3,21.

Jednotlivé technické a energetické rostliny vykazují specifickou náchylnost k odběru a akumulaci jednotlivých prvků (šťovík– Cd, Zn; konopí – Ni, Zn, Cr; koriandr – Cr; sudánská tráva–Cu). Ideálním hyperakumulátorem těžkých kovů je křídlatka (Cd, Pb, Zn, Ni, Hg) a slunečnice (Cr, Ni, Pb, Zn). U rychle rostoucích dřevin (topol, vrba, pajasan) byly zjištěny velmi nízké transferfaktory těžkých kovů.

Energetické rostliny, které jsou potenciálními hyperakumulátory těžkých kovů je možno na antropogenních půdách využít na pozemky, kde by byl pravidelně využíván čistírenský kal. Zároveň je možno tyto rostliny využít k odstraňování těžkých kovů z kontaminované zemědělské půdy při současném technickém a energetickém využití fytomasy.

Jdi na obsah

6. Poradenství v oblasti pěstování technických a energetických rostlin na antropogenních půdách

Jdi na obsah

7. Ekologické aspekty pěstování energetických a technických rostlin na antropogenních půdách

Ekologické hodnocení pěstování a využívání jednotlivých nepotravinářských komodit je třeba provádět komplexně. Ekobilance nabývají stále více na významu v rozhodovacích procesech a jsou důležitým přínosem k ochraně životního prostředí. Ekobilance posuzují účinky ve vztahu k životnímu prostředí jednotlivých produktů ve všech cyklech výroby a užití (produkce biomasy, zpracování, distribuce, použití a recyklace). Důležitá při ekobilanci je správná volba srovnávací základny, kterou je klasická konkurující výroba. Touto srovnávací základnou je např. pro bionaftu motorová nafta, pro tuhé fytopalivo pro bioelektrárnu hnědé uhlí, pro rostlinný olej pro ztrátové mazání to bude minerální mazací olej. apod. Zároveň je třeba toto srovnání provádět v podmínkách správně definovaného referenčního prostředí. Tímto srovnávacím prostředím může být např. jiným způsobem využívaná antropogenní půda (zalesněná, zatravněná).

V ekobilanci hodnotíme především vliv pěstování biomasy na jednotlivé faktory životního prostředí (zátěž půdy agrochemikáliemi, vliv na spodní vody, erozi, fixace CO₂, únik N₂O z půdy v důsledku N hnojení, vliv na přirozené biotopy apod.). V tomto hodnocení pokračujeme transportem a zpracováním biomasy, odpady při transformaci, ekologickými aspekty užití produkce (např. hodnocení emisí výfukových plynů u bionafty) a recyklací užitého produktu. Tuto ekobilanci provádíme i pro srovnávaný produkt. Součástí ekobilance by měla být pro hodnocený i srovnávaný produkt energetická bilance a bilance skleníkových plynů.

Při produkci technické a energetické biomasy je potřeba podporovat produkční postupy, umožňující snížení zemědělské ekologické zátěže. Produkce obnovitelných surovin by neměla rovněž konkurovat plochám potřebným pro ekologickou a krajinnou stabilitu.

Jdi na obsah

8. Závěr

Pěstování a využívání biomasy pro energetické a technické účely je v České republice ve srovnání se zeměmi EU v samotných začátcích. V těchto zemích jejich význam v národním hospodářství stále stoupá. Těmto aktivitám se poskytuje všestranná dotační a informační podpora a daňové zvýhodnění.

V našich podmínkách je možno využít k pěstování energetické a technické fytomasy především zemědělsky zrekultivované půdy v severočeské pánevní oblasti. Tyto půdy se nehodí pro produkci potravin též z důvodu vysoké imisní zátěže v regionu. Energetické a technické rostliny je možno začlenit do rekultivačních osevních postupů a zároveň po krátkém období biologické rekultivace je možné zakládat plantáže vytrvalých energetických a technických rostlin. Na zrekultivovaných pozemcích trvale vyčleněných pro pěstování nepotravinářské biomasy je možno ekonomicky efektivně využívat hnojivé odpady.

V podmínkách pánevních oblastí se pěstováním energetických a technických rostlin obohacuje vzhled krajiny. Biomasa při svém zpracování a využití nezvyšuje bilanci oxidu uhličitého v ovzduší na rozdíl od paliv a produktů z fosilních zdrojů. Technické a energetické využití biomasy přispívá k ochraně neobnovitelných zdrojů jako je uhlí, ropa a zemní plyn.

Jdi na obsah

Literatura :

Dietz T., Krauss M.:Odčerpávání těžkých kovů z kontaminovaných ploch pomocí rostlin. Sborník z česko-bavorského semináře, VÚRV Praha, prosinec 1995, str. 41-43

Haase E.: Pflanzen reinigen Schwermetallböden. Umwelt 7-8; 1988 : 342 - 344

Kopetz H. : Strategie využití biomasy.In: Biomasa pro energii, Praha 1996 : 1 - 11

Petříková V., Váňa J.: Biomasa pro energii. Českomoravský profit; 12; 1996 : 30-31

Petříková V.: Pěstování technických a energetických plodin na devastovaných půdách a posouzení jejich kvality. Závěrečná zpráva VÚRV Praha-Ruzyně, 1995

Petříková V.: Produkce energetických rostlin v pánevních oblastech. In: Biomasa pro energii, Praha 1996 : 29-34

Petříková V.: Systém hnojení při rekultivaci důlních výsypek a složišť popelů. Metodiky ÚVTIZ, 3, 1990

Petříková V.: Vliv hnojení kejdou na produkční schopnost výsypkových zemin. Rostlinná výroba 1984 (7) : 671-679

Petříková V.: Využití organických hnojiv k rekultivaci antropogenních půd. In: Komposty, biohnojiva, biopreparáty. Deštná v Orlických horách 1996 : 50-52

Sladký V.:Spalování biomasy pro energetické účely. In: Biomasa pro energii, Praha 1996 : 47-53

Součková H.: Ekonomika pěstování rychle rostoucích dřevin v ČR. In: Biomasa pro energii, Praha 1996 : 35-40

Ustjak S.:Kontaminace zemědělských půd a plodin těžkými kovy v imisních oblastech. In: Těžké kovy v zemědělské půdě a rostlinách, Praha 1995 : 20-32

Váňa J., Reichlová E.: Využití hnojivých odpadů s ohledem na cizorodé látky. Úroda, 1993 (3) : 99-100

Váňa J., Ustjak S.: Transfer těžkých kovů z půdy do energetických rostlin. In: Těžké kovy v zemědělské půdě a rostlinách, Praha 1995 : 52-55

Váňa J.: Ekonomické aspekty využívání biomasy pro energetické účely. In: Biomasa pro energii, Praha 1996 : 41-46

Váňa J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství. IVV MZe, Praha 1994

Váňa J.: Využití biodegradabilních odpadů při pěstování rostlinných kultur pro energetické účely na antropogenních půdách. In: Obnovitelné zdroje energie. Ústí nad Labem, 1993 : 73-78

Vít A.: Biopreparáty na bázi endomykorhizy. In: Komposty, biohnojiva, biopreparáty. Deštná v Orlických horách, 1996 : 30-32

Vráblíková J.: Vliv důlní a energetické činnosti na využití půd v podkrušnohorské pánevní oblasti. In: Těžké kovy v zemědělské půdě a rostlinách, Praha 1995:8-13

Wintzer D.et al.: Technikfolgenabschätzung zum Thema Nachwach-sende Rohstoffe. Schriftenreihe A : Angewandte Wissenschaft, Sondernheft, Landwirschaftswerlag GmbH Münster 1993

Jdi na obsah