Doświadczenia w uprawie wybranych roślin energetycznych

Doświadczenia w uprawie wybranych roślin energetycznych
Przyjęte w Polsce cele rozwoju odnawialnych źródeł energii są zgodne z zaleceniami UE,
które zobowiązują kraje członkowskie do zwiększania udziału energii uzyskiwanej z biomasy.
Polska w UE jest postrzegana jako kraj duŜych potencjalnych moŜliwościach produkcji
biomasy, gdyŜ pod ten kierunek produkcji moŜe być przeznaczone do 1,6 mln ha uŜytków
rolnych. W dokumencie ”Polityka energetyczna Polski do 2030 roku” przyjęto, Ŝe
wykorzystanie biomasy stanowić będzie nadal podstawowy kierunek rozwoju OZE. Według
rozporządzenia Ministra Gospodarki ilość biomasy pochodzącej z rolnictwa powinna wynosić
5% ogólnej ilości biomasy wykorzystywanej do celów energetycznych w 2008 r. i wzrastać
kaŜdego roku o 10%, aŜ do osiągnięcia 60% udziału w 2014 r. RównieŜ Krajowy Plan
Działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych w sektorze ciepła i chłodu przewiduje
wykorzystanie głównie biomasy, a w sektorze elektroenergetyki znaczący udział biomasy.
Tak więc rolnictwo musi pogodzić produkcję Ŝywności i pasz, która powinna być
lokalizowana na lepszych glebach, z produkcją na cele energetyczne, która z konieczności
prowadzona jest na glebach o ograniczonej przydatności rolniczej. Są to z reguły gleby
wadliwe, czyli gleby bardzo cięŜkie( okresowo nadmiernie uwilgotnione, o niekorzystnych
stosunkach powietrzno-wodnych) oraz gleby średnie i lekkie (okresowo nadmiernie
przesuszone).
Pod pojęciem roślin energetycznych rozumiemy takie rośliny, które uzyskują duŜe przyrosty
biomasy w relatywnie krótkim okresie czasu. Podstawowymi cechami, które powinny
charakteryzować rośliny wykorzystywane dla celów grzewczych są: duŜy przyrost roczny,
odporność na choroby i szkodniki a takŜe niewielkie wymagania względem siedliska oraz
moŜliwość zmechanizowania prac polowych przy zakładaniu plantacji i zbiorze biomasy.
Innym istotnym parametrem jest wysoka wartość opałowa oraz zanieczyszczenia jakie
powstają po spaleniu.
Celem opracowania jest przedstawienie wyników badań i obserwacji uprawy niektórych
roślin energetycznych. Zawarte obserwacje pochodzą z pola doświadczalnego CDR
O/Radom, a badania na podstawie IUNG Puławy. Doświadczenia polowe załoŜono w IUNG
Puławy w latach 2003 i 2004 r. w trzech siedliskach:
1. na glebie cięŜkiej, kompleksu 8 – zboŜowo pastewnego (klasa III b) - Osiny
2. na glebie lekkiej, kompleksu 4 – Ŝytni dobry ( klasa V) - Osiny
3. na glebie średniej, kompleksu 4 – Ŝytni bardzo dobry (klasa IV a) – Grabów
Drzewa szybko rosnące
Wierzbę krzewiastą (salix viminalis) wysadzono w 2003 r. na glebie kompleksów 8 i 4; były
to sztobry czterech klonów; 1023,1047, 1052, 1054 pozyskane z kwalifikowanej plantacji
matecznej. W 2004 r. wysadzono 4 szwedzkie i 1 duńską odmianę wierzby: Gigantea, Tora,
Olof, Tornhild, Swen. Gęstość nasadzenia wynosiła 40 tys. szt./ha. W pierwszym roku przed
zimą wierzbę ścięto na wysokość 10 cm nad ziemią. Na polach doświadczalnych CDR
O/Radom wysadzono wiosną 2007 r. wszystkie odmiany i klony pozyskane z IUNG na glebie
średniej, kompleksu 8 – Ŝytni dobry (klasa V).
Plony i wilgotność drewna wierzby w drugim roku po posadzeniu plantacji
(2004) IUNG Puławy
Klon
Plon świeŜa masa Wilgotność
drewna (t/ha)
%
Osiny – kompleks 8
1023
1047
1052
1054
Grabów – kompleks 4
1023
1047
1052
1054
Średnio
Plon
masy
(t/ha)
suchej
drewna
33,7
27,0
34,5
22,0
50,7
47,8
50,1
51,0
16,6
14,1
17,2
10,8
26,6
24,6
26,2
28,5
26,5
49,8
48,2
50,1
51,0
49,8
13,4
12,7
13,1
14,0
13,3
Plony wierzby w CDR O/Radom w 3 roku po posadzeniu bez nawoŜenia i
ochrony przy załoŜeniu 50 % wilgotności – poletka 1 ar
Odmiana
Klon
Gigantea (DK)
Tora (SE)
Olof (SE)
Tornhild (SE)
Swen (SE)
1023 (PL)
1024 (PL)
1053 (PL)
1054 (PL)
Wysokość
max/ średnia
(m)
5,3/4,3
6,1/5,1
7,4/5,5
7,0/5,8
6,8/6,0
5,5/4,5
5,7/4,6
5,6/4,7
4,5/3,2
Grubość
max/średnia
(cm)
3,9/3,0
4,2/3,6
5,1/4,6
5,8/4,6
4,8/3,7
4,6/3,5
4,9/3,7
4,2/3,8
4,4/3,2
Plon świeŜej
masy drewna
t/ha
15
23,2
20,8
20,6
20,0
22,2
22,0
22,4
17,6
Plon suchej
masy
t/ha
7,5
11,6
10,4
10,3
10,0
11,1
11,0
11,2
8,8
Ciepło
spalania
Gęstość
nasypowa
kJ/kg s.m.
20 474
19 965
19 332
20 057
18 950
19 273
19 237
19 540
kg/m3
285
300
276
266
265
252
272
260
Wyniki badań wartości energetycznej wierzby
Miejscowość
Klon
Popiół
%
Osiny
Grabów
1023
1047
1052
1054
1023
1047
1052
1054
1,27
1,23
1,33
1,40
1,30
1,22
1,25
1,33
W 2009 roku do celów porównawczych w IUNG i w CDR O/Radom załoŜono poletka topoli i
robinii akacjowej, które naleŜą do drzew szybkorosnących.
Fot. CDR O/Radom: Wierzba wiciowa, Topola, Robinia akacjowa
Byliny
Ukorzenione w doniczkach sadzonki ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita)
wyprodukowano z nasion pozyskanych z AR Lublin. Obsada roślin wynosiła w tych
doświadczeniach 10 tys./ha w 2004 r. dodatkowo włączono do badań obiekty z obsadą roślin
20 tys. /ha.
Plony ślazowca w róŜnych siedliskach (zbiór styczeń 2005 r.)
Lokalizacja
RZD Grabów*
SD
PuławyOsiny*
SD
PuławyOsiny**
ŚwieŜa masa
Wilgotność
Plon suchej
masy - t/ha
t/ha
9,2
10,1
%
30,4
27,2
6,4
7,4
15,7
28,8
11,2
* - drugi rok po załoŜeniu plantacji * * - trzeci rok po załoŜeniu plantacji
Wartość energetyczna ślazowca
Miejscowość
Osiny
Grabów
Popiół
Ciepło spalania
Gęstość nasypowa
%
2,63
1,17
stan suchy
19 540
19 121
kg/m3
247
200
Topinambur - słonecznik bulwiasty – (helianthus tuberosus) odmiany Albit wysadzono
wiosną 2004 r. tylko na glebie kompleksu 5 w Osinach. Rozstawa roślin wynosiła 70 x 30 cm,
bulwy pozyskano z kolekcji IHAR w Radzikowie.
Fot. CDR O/Radom: Topinambur, Ślazowiec pensylwański
Trawy
Sadzonki 5 klonów traw olbrzymich z rodzaju Miscanthus wyprodukowane metodą in vitro
zakupiono w Niemczech. Rośliny wysadzono na glebie cięŜkiej w Osinach i średniej w
Grabowie w połowie maja w obsadzie 15 tys./ ha, a przed zimą rośliny ścięto na wysokości
10 cm nad ziemią i całe pole obficie ściółkowano słomą w celu zabezpieczenia przed
szkodami mrozowymi. Wszystkie genotypy wysadzono na polu CDR O /Radom
Średnie plony suchej masy miskanta w 2005 i 2006 r. *
Genotyp
Giganteus
M7
M40
M105
M115
M117
Osiny – kompleks 8
19,8
18,9
16,9
15,2
17,2
19,6
Grabów – kompleks 4
17,0
22,1
16,4
15,7
22,2
-
*- zbiór jesienny, plony po zimie mogą być do 30% mniejsze na skutek opadania liści
Mozgę trzcinowatą (Phalaris arundinacea) szwedzkiej odmiany Bamse wysiano w 2004 r.
w obu doświadczeniach w Osinach w ilości około 2 kg/ ha nasion, w rzędy o rozstawie 14,5
cm. Badanym czynnikiem był sposób zbioru – w dwóch pokosach ( pierwszy po wykłoszeniu,
a drugi późną jesienią) lub jeden zbiór późną jesienią.
Rdest sachaliński (Reynoutria sachalinensis) badano tylko na glebie cięŜkiej. Sadzonki
uzyskano z podziału karp korzeniowych pochodzących z kolekcji IHAR Radzików.
Wysadzono je w obsadzie 15 tys./ha.
W uprawie wszystkich roślin z wyjątkiem mozgi zastosowano jednakowe dawki nawozów (N
-75, P2O5 – 50 i K2O – 75 kg/ha); w przypadku mozgi dawka azotu była większa i wynosiła
135 kg N/ha. Na polu doświadczalnym CDR nie stosowano Ŝadnych nawozów ani
herbicydów ze względu na ekologiczną produkcję na całej powierzchni gospodarstwa.
Fot. CDR O/Radom: Miskanta olbrzymi, Mozga trzcinowata
Do celów porównawczych w 2009 roku załoŜono poletka spartiny preriowej, prosa
rózgowatowego i palczatki Gerarda. Są to trawy pochodzące z Ameryki Północnej. W
warunkach klimatycznych Polski rosną bardzo szybko, osiągając okazałe wysokości
nawet na glebach słabszych V i VI klasy. Są odporne na niskie temperatury i zasolenie
gleby. Łatwo adoptują się do skrajnych warunków siedliskowych, dobrze plonują w
warunkach suszy, jak teŜ duŜej wilgotności gleby.
Fot. CDR O/Radom: Spartina preriowa, Proso rózgowate, Palczatka Gerarda
Wyniki badań i obserwacji
Średnie plony wierzby za okres 3 lat: - gleby cięŜkie 14,6 t s.m./ha - gleby średnie
13,3 t s.m./ha
Wilgotność drewna zebranego na przełomie grudnia i stycznia wahała się w graniach
45,3 – 52,7% na glebach cięŜkich i 48,0 – 52,4% na glebie średniej
Wierzba wykształcała od 6 do 13 Ŝywych pędów w zaleŜności od klonu lub odmiany i
roku, niezaleŜnie od siedliska
Genotypy 1054, 1047 oraz odmiana Olof są bardziej przydatne na gleby lŜejsze,
natomiast Gigantea i Tornhild na gleby cięŜkie.
Na polu doświadczalnym CDR najlepiej plonowała szwedzka odmiana Tora i klony:
1023,1024 i 1053, pozostałe odmiany i klon 1054 zdecydowanie odstawały
zmniejszonymi przyrostami masy. Klon 1054 wytwarza duŜą ilość pędów co czyni go
trudnym w zbiorze. Nadaje się bardziej na cele wikliniarskie niŜ do spalania.
Brak zastosowania herbicydów na polu doświadczalnym CDR powodował bardzo
duŜe zachwaszczenie plantacji wymagające 10-krotnego pielenia mechanicznego.
Ze względu na wielość odmian i klonów wierzby zaobserwowano minimalne
występowanie chorób.
Ze względu na małą ilość popiołu przy spalaniu i niską emisję związków szkodliwych
wierzba jest zalecana do współspalania.
Przydatność uprawy miskanta warunkują wysokie coroczne polny o niskiej zawartości
wilgoci oraz niskie zawartości popiołu K, Cl i N przy spalaniu. Cechy te czynią
miskanta przydatnym i zalecanym jako biomasa na cele energetyczne. Z biomasą
miskanta wywozi się z pola stosunkowo mało składników mineralnych, gdyŜ w czasie
jesiennego zasychania roślin są one przemieszczane z liści i pędów do karp
korzeniowych. Klony miskanta wysadzone na cięŜkiej zlewnej glebie w CDR dawały
słabsze przyrosty masy. Wczesna zima 2009/2010 i obfite opady śniegu spowodowały
w części powalenie łanu miskanta co skutkuje stratami plonu i problemy w zbiorze.
Z dotychczasowych przeprowadzonych badań wynika, Ŝe ślazowiec dobrze znosi
nasze warunki klimatyczne oraz ma niewielkie wymagania glebowe. RozmnaŜany
moŜe być przez wysiew nasion albo wegetatywnie przez podział karpy korzeniowej
lub z zielonych pędów nadziemnych. Ze względu na niską zawartość popiołu i
pozostałych pierwiastków szkodliwych dla środowiska podczas spalania jest
przydatny jako biomasa na cele energetyczne.
Na glebie lekkiej plon suchej masy topinambura części nadziemnej średnio za okres 3
lat wynosił 9,5 t/ha. Dodatkowo moŜna uzyskać około 8-10 t/ha świeŜej masy bulw.
Biomasa tej rośliny z uwagi na małą gęstość usypową jest mało przydatna do
transportu i spalania. DuŜa zawartość popiołu, chloru i siarki czyni go równieŜ mało
przydatnym do spalania, ale moŜe być przydatny jako substrat do biogazowni. Bulwy
moŜna wykorzystać do produkcji biogazu lub etanolu. W ostatnim roku
zaobserwowano duŜe poraŜenie mączniakiem na polu CDR.
W doświadczeniach dobrze plonowała szwedzka odmiana mozgi trzcinowatej: Bamse.
Łączny plon z dwóch pokosów na cięŜkiej glebie wynosił 16-19 t/ha, na glebie lekkiej
ponad 14 t/ha suchej masy. Gatunek ten moŜe okazać się szczególnie przydatny do
produkcji biomasy na cele energetyczne na wyłączonych z uŜytkowania rolniczego
trwałych uŜytkach zielonych. Jednak z uwagi na duŜą zawartość w plonie popiołu, N,
Cl i K przydatność do spalania takiej biomasy jest ograniczona. Z powodzeniem
moŜe być wykorzystana jako substrat do biogazowni.
Rdest sachaliński jest zaliczany do roślin inwazyjnych, z związku z tym zakres
prowadzonych badań był bardzo ograniczony. NaleŜy go wykluczyć przy doborze
roślin do uprawy z przeznaczeniem na spalanie.
Opracował: Zdzisław Ginalski CDR O/Radom