Bioplyn z krmného šťovíku
Pro zemědělské bioplynové stanice nestačí jen materiál z vlastní činnosti (organická hnojiva apod.), proto se doplňuje cíleně pěstovanými plodinami. Všeobecně se k tomu používá kukuřice, ale lze ji nahradit krmným šťovíkem. Má řadu výhod, například nižší náklady na pěstování a dlouhodobou vytrvalost, takže omezuje erozi půdy.
Úvod
Z obnovitelných zdrojů energie lze vyrábět nejen elektřinu nebo teplo, ale také bioplyn. Bioplynové stanice (BPS), jak je obecně známo, byly dříve provozovány především jako sanační, při likvidaci či využití organických odpadů, např. městských kalů a pod. Jejich potenciál byl později rozšířen i v zemědělství, kde se vedle tradičních organických hnojiv (včetně hnoje nebo kejdy) používají také cíleně pěstované plodiny, hlavně kukuřice. Ta se sice pro bioplyn osvědčila, ale při jejím pěstování často hrozí eroze půdy. Je to problém zvláště v poslední době, v důsledku častých přívalových srážek, a proto se hledají i další, druhy rostlin, především víceleté a vytrvalé. Jednou z nich je dlouhodobě vytrvalý krmný šťovík. Jeho využitím pro výrobu bioplynu se zabýváme již od r. 2007. Začali jsme tím, že jsme provedli nejdříve laboratorní testy, ve spolupráci s VÚZT (Výzkumný ústav zemědělské techniky) a po získání pozitivních výsledků jsme použití šťovíku vyzkoušeli již přímo v provozních podmínkách nové bioplynové stanice. Senážovaný šťovík byl zařazen místo luční senáže, společně s kukuřicí a chlévskou mrvou. Fermentace probíhala zcela standardně, takže se postupně začal šťovík uplatňovat i ve větších provozech BPS.
Výsledky postupně získávaných zkušeností
Obr. 1. Sběr materiálů pro modelový pokus: kukuřice, šťovík, digestát
V průběhu modelových pokusů jsme porovnávali kumulativní vývin bioplynu v různých variantách přihnojení na bázi kukuřice a šťovíku. K oběma plodinám byl přidán digestát ve stejně stupňovaných dávkách odebraný z provozu BPS. Kukuřici i šťovík jsme odebrali jako zelenou biomasu z okolních polí, poblíž BPS (viz Obr. 1). Vývin bioplynu na bázi šťovíku byl srovnatelný s kukuřicí a v jedné z variant přihnojení dokonce předčil kukuřici (viz Kára, Petříková: Krmný šťovík pro výrobu bioplynu, Zemědělec, 18. 2. 2008).
Šťovík byl poprvé použit v provoze BPS (na Trutnovsku), brzy po zahájení jejího provozu. Po přídavku 1/3 šťovíku probíhal proces fermentace standardně, takže se předběžné obavy v tomto směru nijak negativně neprojevily (viz Obr. 2, 3).
Obr. 2. Šťovíková senáž využitá krátce po zahájení provozu nové BPS
Obr. 3. Celkový pohled na BPS
Uvedené zkušenosti zaujaly některé zemědělce, kteří pak začali šťovík k těmto účelům postupně zkoušet. Ne všechny případy byly ale úspěšné. Bohužel převládá názor, že šťovík poroste sám, že je to jen „plevel“ a že nepotřebuje žádné ošetření. V těchto případech nebylo samozřejmě jeho pěstování úspěšné. Krmný šťovík je řádně vyšlechtěná plodina, která je náročná na dusík a tak je třeba jej pravidelně hnojit a také řádně ošetřovat, podle již spolehlivě zpracované agrotechniky. Tam, kde pěstitelé tyto zásady dodržovali, výsledky byly dobré. Příkladem může být zemědělské družstvo ve východních Čechách, kde šťovík úspěšně využívali pro potřeby BPS již ve větším rozsahu (z plochy cca 70 ha) po dobu asi 7 roků. V průběhu tohoto období se výsledky dále ověřovaly a dosud získané zkušenosti se tak zdokonalovaly.
Provozní pěstování krmného šťovíku pro potřeby BSP
V zájmu uceleného přehledu s úspěšným pěstováním šťovíku pro využití v BPS jsou zde stručně popsány i starší výsledky a na ně pak navazují zkušenosti z posledních roků.
Šťovík ve východních Čechách byl zasetý v dubnu 2010. Založení porostu bylo v tomto případě úspěšné, jak je vidět na fotodokumentaci již z prvního roku vegetace. Po vzejití byl porost ošetřován proti zaplevelení pravidelným sečením, takže po druhé odplevelovací seči – dne 23. 8. 2010 – byl již souvislý, plně zapojený a bez plevele (Obr. 4). Kvalita takového porostu je nejen dobrým příslibem dostatečně vysokého výnosu, ale je také již spolehlivou zárukou ochrany půdy proti vodní erozi. V tom spočívá také jedna z jeho výhod, neboť jej lze pěstovat i na svažitějších pozemcích, než je tomu v případě tradiční kukuřice, kde bývá naopak eroze častá. Od druhého roku vegetace pak tento porost narůstal každoročně v první hlavní seči do výšky kolem 2 m a vytvářel tak dostatečně vysoké výnosy. Příkladem je porost z r. 2015, tedy již šestiletý, sklízený 22. 5. (Obr. 5). Vedle této hlavní sklizně lze v případě příznivého počasí, kdy je dostatek vláhy, sklidit ještě tzv. doplňkovou sklizeň, což ale v poslední době bývá dost problém. Šťovík se sklízí běžnou technikou, obdobně jako kukuřice, (Obr. 5) a rovněž silážování probíhá stejně, obvykle ukládáním do jámy (Obr. 6).
Obr. 4. Plně zapojený porost šťovíku – 1. rok
Obr. 5. Sklizeň v 6. roce vegetace
Dobré výsledky s pěstováním šťovíku pro BPS byly získány hlavně díky pečlivému ošetřování šťovíkového porostu v následujících letech, což bylo každoroční provzdušňování půdy (diskováním) a pravidelné přihnojování. K tomu lze úspěšně využívat digestát, jakožto vedlejší produkt činnosti BPS. To je výhodné nejen proto, že se nemusí hnojivo nakupovat, ale i proto, že jej lze pro hnojení šťovíku uplatnit častěji a také dříve, než v případě hnojení jiných plodin. Přihnojení šťovíku je často vhodné udělat hned po první hlavní sklizni, která bývá obvykle již koncem května (Obr. 7), kdy jiné plodiny jsou ještě v plné vegetaci. Digestát lze uplatnit i při jarním přihnojení a podle situace, resp. vývoje počasí i po dalších doplňkových sečí, nebo na podzim před diskováním.
Obr. 6. Silážování šťovíku pro BPS
Obr. 7. Hnojení šťovíku digestátem po 1. seči
Ověřování šťovíku pro BPS v posledním období
Uvedený příklad prokázal, že může být šťovík pro BPS užitečný, a tak se o jeho rozsáhlejší uplatnění při výrobě bioplynu začali postupně zajímat i další zemědělci v různých oblastech ČR. Jde o výsledky z posledních 2 až 3 let, např. z oblasti jižně od Plzně, nebo ze severovýchodní Moravy. Příznivé zkušenosti se i na těchto nových rozsáhlejších plochách osetých šťovíkem dále potvrdily (viz níže).
Při zakládání prvních porostů šťovíku se často projeví i známý konzervatismus zemědělců, takže si chtějí ověřit jeho pěstování nejdříve na menších plochách. Je to vhodné v případě, když se následně pěstitel i o tuto menší plochu pečlivě stará (což se v řadě případů neděje, neboť malá plocha často agronoma zatěžuje). Tato předběžná zkušenost se pak příznivě projeví při zakládání porostu na velkých plochách a pěstitel se tak může vyvarovat případných chyb (i přesto, že už je agrotechnika dobře propracovaná). To je pochopitelné a obvykle i užitečné, jak se ukázalo i v tomto případě. Šťovík byl zaset hlouběji, než bylo třeba, což bývá častá chyba pěstitelů. Proto je vhodné, že zde (na Plzeňsku) byl šťovík zaset poprvé jen na 3 ha „na zkoušku“, neboť je nutné šťovík vyset mělce, nanejvýš do hloubky cca 2 cm. Spíš snese setí na povrch půdy, než jej tzv. „utopit“. Pak vzchází opožděně a nerovnoměrně, porost se zaplevelí a trvá někdy dlouho, než se plně zapojí. Při pečlivém následném ošetření se ale porost do značné míry zlepší i po této chybě, již během prvého roku vegetace, jak se také podařilo v tomto případě. Je to zřejmé např. z Obr.8, při sklizni v dalším roce, kdy byl porost již více zahuštěn. Při osévání dalších polí šťovíkem se pak tato zkušenost uplatnila, neboť v tomto případě při mělkém zasetí byl porost téměř pravidelně vyřádkovaný a byl tak příslibem dostatečně vysokých sklizní v následujících letech (Obr. 9).
Obr. 8. Sklizeň šťovíku „na zkoušku“ ve 2. roce
Obr. 9. Porost šťovíku při správném setí
Obr. 10. Šťovík 2 týdny před sklizní, 24. 5. 2018
Obr. 11. První seč šťovíku, 29. 5. 2017 po podzimním setí
Tento postup se dle očekávání příznivě projevil, jak je vidět na porostu ve druhém roce vegetace, před 1. hlavní sklizní (Obr. 10). Porost je hustý, plně zapojený, dosahuje výšky téměř 2 m. Podobný porost je na většině polích postupně osévaných šťovíkem, které v současné době dosahují již plochy přes 45 ha. Správné založení porostu a jeho následné pečlivé ošetřování se tak plně zhodnotí.
Získané výsledky při rozšiřování osevních ploch šťovíku v této lokalitě jsou úspěšné, a to i přesto, že letošní rok (2018) byl opakovaně velmi „suchý“ a byla tak prokazatelně poškozena i řada ostatních zemědělských plodin. Lze oprávněně předpokládat, že při dostatku srážek zde mohl být úspěch pěstování šťovíku ještě větší.
Obr. 12. Bioplynová stanice, kde se šťovík využívá
Při pěstování šťovíku v této lokalitě byla získána ještě další zajímavá zkušenost a to při podzimním setí. Jedno pole se podařilo zaset šťovíkem již koncem léta (tj. 3. 9.), namísto jara příštího roku. Šťovík se sice obvykle seje na jaře, ale pokud je pole pro setí připraveno již na podzim, nebo ještě lépe v pozdním létě, je výhodné tento termín využít. Vyplatí se to proto, že je porost na jaře dříve zakořeněný a může tak vytvořit hned v příštím roce už první sklizeň, která je již využitelná pro potřeby BPS (Obr. 11), místo toho, aby se šťovík teprve zasel a celý rok se čekalo, až zakoření, jak to obvykle bývá. Při tomto termínu setí se totiž vývoj šťovíku urychlí tak, že část jeho rostlin vytváří již na jaře plodonosné lodyhy, které jsou pak podstatnou součástí této sklizně. Přitom se zároveň poseče plevel, který se v prvním roce na jaře také často vyskytuje. Na rozdíl od běžné tzv. odplevelovací seče se nenechá pokos ležet na poli, ale tuto biomasu i s plevelem lze uplatnit v podnikové BPS (Obr. 12) jako nejranější jarní sklizeň, nebo v případě potřeby i ke krmení dobytka.
Dalším příkladem úspěšného pěstování šťovíku na rozšířených plochách je lokalita v okolí Moravské Třebové. Zde byl první porost zaset standardně na jaře (r. 2017), jak to bývá ve většině případů. Šťovík byl zaset správně, tedy mělce a tak byl porost pravidelně vzešlý hned od počátku jara a to i přesto, že bylo v tomto roce také velké sucho. Důležité bylo, že bylo pole k setí připraveno včas a termín setí mohl být uskutečněn co nejdříve v dubnu. Tím byla využita ještě zimní vláha, i když zásoba vody v půdě nebyla rovněž dostatečná. Stačilo to ale k vyklíčení osiva a vzejití rostlin šťovíku, což bylo rozhodující.
V průběhu následné celoroční vegetace byl porost vzorně ošetřován, zcela podle doporučených agrotechnických zásad. První seč byla tzv. odplevelovací, kdy byl celý porost posečen (šťovík včetně plevele) a pokos byl ponechán na poli. Pak bylo pole přihnojeno digestátem, což pomohlo šťovíku rychle obrazit a vytvořit tak dostatečně silný porost, který se již vyplatilo sklidit a využít pro BPS (viz Obr. 13). I když nebyl tento porost dosud zcela bez plevele, lze jej k tomuto účelu už s úspěchem využívat. Rovněž další, v pořadí již třetí seč, byla sklizena pro BPS a po opakovaném přihnojení digestátem dokázal šťovík narůst ještě na podzim do plně zapojeného porostu, jak je zřejmé z Obr. 14. To je mimo jiné dokladem toho, že porost šťovíku zajistí zdárnou vegetaci po celý rok, od jara do podzimu, což je nepochybně nejlepší ochrana proti vodní erozi.
Obr. 13. Šťovík před 2. sečí využitý v BPS, 30. 6. 2017
Obr. 14. Obrůstání porostu 7. 10. 2017
První rok vegetace byl tedy v této lokalitě velmi úspěšný, když se již 2 po sobě následující seče uplatnily jako biomasa pro BPS a šťovík obrůstal celkem 4× po sobě. Tím nebyl promarněn celý rok pouze na zakořeňování a odplevelování, což je jinak obvyklé. Teprve od druhého vegetačního roku se totiž šťovík seče pro vlastní využití (pro BPS nebo pro krmení) a jedná se tedy o tzv. první sklizňový rok. Vzorné ošetření šťovíku, které tento pěstitel šťovíku věnoval, se tak příznivě odrazilo v jeho růstu a vývoji. Plně se tak potvrdila známá zkušenost: pokud dostane šťovík potřebnou péči a správnou výživu, jeho pěstování se vyplatí. Šťovík sice v prvním roce vegetace nevytváří ještě vysoké plodonosné lodyhy, ale jen přízemní listy, přesto však se vyplatí jej sklízet, viz Obr. 13 a 14.
Obr. 15. Porost při první hlavní sklizni ve 2. roce vegetace
Průběh prvního roku vegetace, jak je vidět, byl v této lokalitě velmi úspěšný, a proto byl i příslibem zdárného růstu v následujícím roce. To se také potvrdilo, jak je zřejmé z Obr. 15. Porost byl na celé ploše velmi pěkný, hustý, dostatečně narostlý, dosahuje výšky kolem 2 m. Také výnos silážované biomasy je na první sklizňový rok dostatečně vysoký, bylo získáno 24 t/ha. Nedosahuje sice ještě výnosů kukuřice, běžně používané pro potřeby bioplynových stanic, ale oproti kukuřici se jedná o velmi ranou sklizeň – koncem května – tedy v době, kdy v tomto termínu často kukuřice teprve vzchází (nebo se dokonce teprve seje). Navíc lze celkovou sklizeň šťovíku zvýšit ještě tzv. doplňkovou sečí, kdy po první hlavní sklizni šťovík dále obrůstá a lze jej proto úspěšně využívat, jak bylo také zjištěno při dřívějších zkušenostech jeho provozního pěstování pro BPS ve východních Čechách (viz výše). Samozřejmě, intenzita obrůstání po první sklizni záleží především na počasí, je třeba aby alespoň občas zapršelo a byla tak zajištěna potřebná vláha.
Příčinou, zatím méně rozšířeného pěstování šťovíku pro potřeby BPS je mimo jiné také jeho menší ekonomický přínos, v porovnání s jinými zemědělskými plodinami, např. s pšenicí či řepkou. Avšak oproti kukuřici byly náklady na jeho pěstování skoro o polovinu nižší, jak bylo také zjištěno dříve, ve východních Čechách. Zatím se ale do ekonomického hodnocení nezahrnuje jedna z největších výhod šťovíku, a to, že spolehlivě vyřeší problémy s erozí půdy, která bývá naopak častá při pěstování kukuřice. Šťovík je dlouhodobě vytrvalá plodina, která svými kořeny zasahuje hluboko do spodních horizontů půdy a ornici tak spolehlivě fixuje na povrchu půdy. K tomu dále pomáhá trvalý porost, který je na poli od časného jara do pozdního podzimu. Šťovíkové pole tak bývá po celou vegetační dobu pod vegetací, takže se půdní eroze vyskytnout nemůže, tak jako při pěstování běžných jednoletých plodin. Pokud by se tedy do ekonomického hodnocení zahrnul tento přínos šťovíku jako vhodný způsob řešení eroze, jeho ekonomika by byla podstatně lepší. To se týká především pozemků na svazích, kde se kukuřice podle oficiálních předpisů ani pěstovat nemůže.
Provozní pěstování šťovíku pro BPS se tudíž osvědčilo i v této „nové“ lokalitě, a proto pěstitel dále rozšiřuje svoje pěstitelské plochy a bude tak postupně šťovíkem doplňovat či nahrazovat kukuřici.
Souhrn a závěry
Uplatněním krmného šťovíku pro vývin bioplynu se zabýváme již více než 10 let. Ze stručné rekapitulace postupně získaných výsledků je zřejmé, že lze šťovík efektivně k těmto účelům využívat. Bylo to prokázáno jak v modelových testech, tak přímo v provozech BPS, kde se k tomu účelu šťovík pěstoval na širších provozních plochách v různých lokalitách po celé ČR. Při fermentaci v BPS působí šťovík podobně jako kukuřice (i další biomasa), takže jím lze kukuřici doplňovat, nebo i nahrazovat. Hlavní jeho výhodou oproti jednoleté kukuřici je jeho dlouhodobá vytrvalost, která zajistí ochranu půdy proti erozi, zvláště ve vyšších polohách a kopcovitých terénech. Mimoto je důležité, že hlavní sklizeň bývá již koncem května či začátkem června, kdy se ještě příliš neprojevuje nedostatek vody v půdě, což bývá v poslední době stále častější problém. Uvedené výhody pěstování šťovíku by proto mohly být využívány ve větším rozsahu i pro bioplynové stanice v ČR.
There is not sufficient material for agricultural biogas stations from their own activities (organic fertilizers, etc.), so it is complemented by targeted crops. In general, corn is used, but can be replaced by a feed sorrel. It has many benefits, such as lower cropping costs and long-term endurance, thus limiting soil erosion.