Produkce fytomasy rostlin rodu čirok na různých stanovištích ČR s ohledem na energetické využití.

Z. Strašil – J. Skala

Výzkumný ústav rostlinné výroby Praha-Ruzyně

(sborník z V. konference s mezinárodní účastí "Obnovitelné zdroje energie Brno 95")

K potenciálním zdrojům získávání energie z fytomasy patří i rostliny rodu čirok. Tyto rostliny vytvářejí za vhodných podmínek dostatek fytomasy, která může být použita vedle jiného i ke spalování. Čiroky jsou jednoleté rostliny s typem C₄ fixace CO₂. Tento typ fixace má celou řadu výhod oproti typu C₃. Rostliny typu C₄ na světle neuvolňují CO₂, což zabraňuje ztrátám hmoty fotorespirací a umožňuje vyšší rychlost produkce. Rostliny typu C₄ jsou schopny využívat i největší intenzity světla a poskytují vysoké výtěžky z fotosyntézy při nízké spotřebě vody na tvorbu sušiny. Uvádí se, že na vytvoření jednoho kg sušiny čiroku je třeba asi 3OO l vody, což je daleko méně než např. u pšenice (540 l), brambor (640 l) nebo vojtěšky (840 l).

Z výše uvedených důvodů jsme se rozhodli zařadit rostliny rodu čirok do našich pokusů s energetickými plodinami. Pokusy byly sledovány v letech 1993 – 94 podle jednotné metodiky na čtyřech odlišných stanovištích. Charakteristika jednotlivých stanovišť je uvedena v tab 1. V polních pokusech bylo každoročně hnojeno 60 kg.ha^-1 P₂O₅ a 60 kg.ha^-1 K₂O. Byly použity 3 stupně hnojení N v průmyslových hnojivech viz tab. 3. Výsevek byl 40 MKS.ha^-1 při vzdálenosti řádků 25 cm.

Výsledky

Z pěstitelského hlediska lze z výsledků pokusů uvést následující. Čiroky můžeme do osevního postupu zařadit podobně jako kukuřici. Rostou zpočátku velmi pomalu, proto jsou porosty ohrožené zaplevelením. Čiroky odčerpávají mnoho živin a při vysokých výnosech i při typu fixace C₄ mohou vysušovat půdu. Těžkosti mohou být ze strniskovými zbytky, protože se pomalu rozkládají a mají velmi široký poměr C:N. Při pěstování nejsou problémy, neboť se používá běžně dostupná mechanizace.

Energetické obsahy v sušině sledovaných rostlin rodu čirok se podstatně neliší (tab. 2). Také v porovnání s fytomasou dalších rostlin běžně využívaných v zemědělské výrobě nelze většinou nalézt výraznější rozdíly. Stanovené spalné teplo sušiny těchto rostlin se vyrovná hodnotám zjištěným u slámy obilnin, fytomasy pícnin a tzv. sloní trávy (Miscanthus sinensis), které je v evropských podmínkách k energetickým účelům výzkumně sledována. Ze srovnávaných rostlinných produktů vykazují významně vyšší (o cca 45%) spalné teplo semena olejnin, nejmenší energetický obsah se zjistil u produkce okopanin.

Nejvyšší výkonnost sledovaných rostlin rodu čirok, co se týče produkce fytomasy, se ukázala, dle očekávání na teplejších stanovištích Troubsko u Brna, Praha-Ruzyně (tab. 3). Na stanovišti v Praze-Ruzyni byl v obou letech sledování vysoce výkonný čirok cukrový. Zatím dvouleté výsledky dokládají i vysokou výkonnost hysa, avšak s většími meziročníkovými rozdíly. Na stanovišti Troubsko u Brna, kde zkoušené rostliny dosahovali plné zralosti, prokázal vysokou výkonnost i porost sudánské trávy (zatím jen rok 1994).

Rostliny rodu čirok by v těchto teplejších oblastech dosahovaly vyšších výnosů, ale výše výnosu je zřejmě limitována množstvím srážek. I když je čirok rostlinou typu C₄, tedy při tvorbě sušiny značně šetřící vodu, je zapotřebí k dosažení 20 tun.ha^-1 sušiny cca 6 000 tun vody, což odpovídá 600 mm srážek. Tolik srážek však v námi sledovaných teplejších oblastech za rok nespadne.

Výnosy fytomasy sledovaných rostlin na chladnějších stanovištích s méně úrodnými půdami (Chomutov, Lukavec) byly výrazně ovlivněny hnojením dusíkem a dosáhly pouze úrovně 30-50% výnosu sušiny zaznamenaných na úrodnějších stanovištích.

V podmínkách méně úrodných stanovišť je výkonnost zkoušených rostlin rodu čirok převyšována tradičními plodinami. Např. Tritikale v Lukavci dosáhlo v průměru let 1993 –94, tzn. v letech teplotně nadnormálních a při srovnatelných dodatkových vstupech energie, výnosu celkové sušiny více než 10 tun na hektar.

S ohledem na energetické využití a skladování fytomasy je významný dosažený obsah sušiny fytomasy při sklizni. Naše sledování ukazují (tab. 4), že vhodné sušiny pro spalování (kolem 80 %) bylo dosaženo jen na stanovišti v Troubsku u Brna a jen v extrémně suchém a teplém ročníku 1994. Zabýváme se i sledováním možností pozdější sklizně (tab. 5). Dle loňských zkušeností při posunutí termínu sklizně sice vede ke snížení obsahu vody v rostlinách, ale dochází k polehnutí porostu (tím se vytvářejí obtížnější podmínky pro sklizeň) a nárůstu ztrát fytomasy, které dosáhly až 50% v porovnání s dřívějším termínem sklizně.

Uvedené výsledky lze shrnout vyjádřením průměrné produkce fytomasy na pokusných stanovištích v energetických jednotkách (tab. 6). Na základě již dříve prováděných výpočtů energetické náročnosti jednotlivých pěstitelských zásahů u tradičních plodin na různých stanovištích a zkušeností s pěstováním jednolivých rostlin jsme provedli jednotný odpočet vstupů dodatkové energie ve výši 27 GJ.ha^-1 (to odpovídá cca vstupům u kukuřice na siláž). Dosažené průměrné hodnoty na úrodnějších stanovištích jsou většinou srovnatelné se všeobecně udávanými parametry pro plodiny, jejichž fytomasa je uvažována pro energetické využití přímým spalováním (koef. energetické účinnosti je vyšší než 10).

Zatím lze na základě dvouletých výsledků konstatovat, že rostliny rodu čirok určené pro spalování lze pěstovat v teplejších oblastech ČR, kde dává více než 15 tun sušiny z hektaru, což je množství, které je považováno jako spodní hranice ekonomické rentability rostlin pěstovaných na hmotu určenou pro spalování.

Rozšíření poznatků o možnostech využití rostlin rodu čirok pro energetické účely očekáváme zejména od výsledků screeningu genotypů. Tato problematika je náplní výzkumného projektu řešeného na našem pracovišti od roku 1994.

Tab. 1 Stanovištní podmínky

Tab. 2 Obsah energie ve fytomase některých rostlin rodu čirok (MJ.kg^-1 sušiny)

Pozn.: Obsah energie = spalné teplo zjištěné na kalorimetru KL-5

Tab. 3 Srovnání produkce sušiny fytomasy u rostlin rodu čirok na ekologicky odlišných stanovištích při různém hnojení N (t.ha^-1, pokusy VÚRV 1993-94)

Poznámka: * Hyso = čirok sudánská tráva - trojliniový hybrid

Tab 4. Délka vegetační doby a obsah sušiny při sklizni

Tab. 5 Porovnání obsahu sušiny při různých termínech sklizně na stanovišti v Praze-Ruzyni

Tab. 6 Produkce energie rostlinami rodu čirok na různých stanovištích (GJ.ha^-1, průměrné hodnoty, pokusy VÚRV Praha-Ruzyně)

Pozn.: V závorkách je uvedena produkce po odečtení vstupů dodatkové energie při pěstování a sklizni

Phytomass Production by the Plants of Sorghum Genus on Different Sites in the Czech Republic with Regard to Energy Utilization.

Z. Strašil – J. Skala

Research Institute of Crop Production, Prague

Regarding the well-known production ability of C₄-plants were in field experiments on 4 ecological diferent localities in Czech Republic (Tab. 1) tested following species of Sorghum: sweet sorghum, hyso, sudan grass. Energy content (combustion heat) in dry matter of tested plants is not significantly different and in the mean (17.653 MJ.kg^-1 dry matter) reached the level of values measured in straw of conventional crops, in fodder crops phytomass and in elephant grass (Miscanthus sinensis) (Tab. 2).

On the locality Praha-Ruzyně was in both experimental years (1993 and 1994) very efficient sweet sorghum (in the mean 18.90 t.ha^-1 dry matter) (Tab. 3). On the locality Troubsko reached tested plants full maturity, high efficiency was observed by sudan grass (in the year 1994 only – 21,20 t.ha^-1 dry matter).

Results obtained on these both warmer localities of higher fertility levels proved good efficiency of hyso also, however the differencies between years were more distinct. In conditions of lower fertility level (colder regions) were the yields (max. 8,30 t.ha^-1 dry matter) overtaken by conventional plants (e.g. Triticale). On more fertile localities the dry matter content (Tab. 4) at the harvest time (end of October or beginning of November) reached 24,6% – 79,1% in harvested biomass in relation to the experimental year and tested plants. Obtained mean values of energy yields (Tab. 5) on more fertile sites are comparable with common know parameters for crops, whose phytomass is considered as suitable for energetic utilization by direct combustion (energetic efficiency coefficient is higher than 10).