Uprawa wieloletnich roślin energetycznych

Jednym ze sposobów na osiągnięcie wyższego wskaźnika wykorzystania OZE w energetyce jest zwiększenie wykorzystania biomasy na cele produkcji energii. Poprzez wykorzystywanie biomasy leśnej oraz odpadów z produkcji rolnej wydaje się to nietrudne do osiągnięcia, jednak zasoby tej biomasy są ograniczone. Dlatego też jedną z możliwości jest uprawa roślin przeznaczonych wyłącznie na cele energetyczne. Z tym może wiązać się kolejny problem – wzrost cen żywności spowodowany np. poprzez zmniejszenie produkcji rolniczej na cele konsumpcyjne na rzecz celów energetycznych. Niekoniecznie ten scenariusz może się spełnić, gdyż Polska dysponuje znaczną powierzchnią gruntów odłogowanych. Według danych GUS w roku 2008 odłogów i ugorów utrzymywanych w dobrej kulturze rolnej było 462 800 ha, co stanowiło 3,8% powierzchni wszystkich gruntów ornych. W rzeczywistości wszystkich nieużytkowanych gruntów w Polsce jest ponad 1 milion ha, lecz grunty nieutrzymywane w dobrej kulturze rolnej będą potrzebować większych nakładów pracy w celu przywrócenia ich do produkcji rolniczej. Grunty te, niekiedy w jakiś sposób zdegradowane, nadają się do zagospodarowania na cele produkcji roślin energetycznych. I tutaj istnieje wiele możliwości. Począwszy od produkcji zbóż na cele energetyczne poprzez rośliny okopowe, rośliny trawiaste oraz krzewiaste o dużych przyrostach, aż po plantacje drzew szybko rosnących.

Najmniej kłopotów rolnikom sprawi na pewno produkcja zbóż oraz roślin okopowych, gdyż mają już rozpoznane technologie uprawy i zbioru tych roślin oraz dysponują odpowiednimi maszynami. Warto jednak zwrócić uwagę na rośliny o dużych przyrostach rocznych. Można do nich zaliczyć wierzbę energetyczną z gatunku Salix viminalis, miskantusa olbrzymiego oraz cukrowego, topinambura, ślazowca pensylwańskiego oraz mniej rozpowszechnione - mozgę trzcinowatą, spartinę preriową czy palczatkę Gerarda.

Wierzba energetyczna

Wierzba energetyczna (Salix viminalis) największą popularność zdobyła głównie w krajach skandynawskich. Technologia uprawy jest podobna do tej, jakiej się poddaje wierzbę wiciową – wikliny, i m.in. tym można tłumaczyć spore zainteresowanie uprawą wierzby na cele energetyczne. Przygotowując się do założenia plantacji, najważniejszy jest właściwy wybór stanowiska pod uprawę. Jakość gleby nie ma większego znaczenia – wierzba może być uprawiana również na glebach słabych. Bardzo ważna jest kwasowość gleby. Najlepsze są gleby nieznacznie kwaśnie - pH 5,5-6,5, choć wierzba toleruje odczyn glebowy w przedziale 4,5-7,6 (Gajewski, 2007).

Wierzba jest rośliną wodolubną, jednak stanowisko, na którym będzie uprawiana, nie może być stale zabagnione. Dlatego też najlepsze są miejsca o wysokim poziomie wód gruntowych, gdzie okresowo mogą występować podtopienia terenu, nie dłużej jednak niż trzy tygodnie.

Ze względu na to, że wierzba jest rośliną wieloletnią, przed założeniem plantacji należy przeprowadzić odchwaszczanie oraz dostosowanie kwasowości i poziomu składników pokarmowych do potrzeb wierzby. Zabieg odchwaszczania należy rozpocząć latem lub jesienią w roku poprzedzającym sadzenie.

Sadzenie wierzby najczęściej ma miejsce wiosną, jednak istnieje również możliwość nasadzeń jesiennych - ich termin jest uzależniony od warunków pogodowych. Jeżeli wierzba ma być nasadzona na nieużytku, niezbędne będzie usunięcie samosiejek krzewów i drzew. Jesienią przed rokiem poprzedzającym nasadzenie należy wykonać głęboką orkę zimową.

Sadzonki, czyli tzw. zrzezy, powinny mieć długość 20-25 cm, grubość 7-15 cm, powinny pochodzić z pędów jedno- lub dwuletnich. Przed nasadzeniem powinny być moczone minimum przez 48 godzin, ale tylko te odcinki, które będą znajdować się w ziemi. Ponad powierzchnią gleby powinny znajdować się przynajmniej dwa uśpione pąki. Sadzenie może odbywać się w sposób ręczny lub mechaniczny. Gęstość nasadzeń waha się od 14 do 40 tys. sadzonek na hektar i jest uzależniona zarówno od techniki sadzenia, jak i od techniki zbioru. Największą gęstość nasadzeń stosuje się dla plantacji matecznych, tj. takich z których zostaną pozyskane zrzezy na powiększenie plantacji (rys. 1). Jeśli zbiór będzie odbywał się mechanicznie trzeba to przewidzieć już na etapie sadzenia wierzby. Przykład rozplanowania plantacji dla zbioru mechanicznego przedstawiony jest na rysunku 2.

Rys. 1. Sposób sadzenia zrzezów przy zakładaniu plantacji matecznej (Gajewski, 2007)

Rys. 2. Przykład sadzenia wierzby przy zbiorze mechanicznym (Majtkowski, 2007)

Zbiór wierzby powinno się przeprowadzać po zakończeniu okresu wegetacji, tj. od połowy listopada do połowy marca. W przypadku pędów jednorocznych do zbioru mechanicznego można użyć kosiarek i snopowiązałek do wikliny, można również zebrać wierzbę kombajnem do zielonek, uzyskując w ten sposób zrębkę. W przypadku roślin dwu- lub trzyletnich zbiór mechaniczny jest możliwy tylko przy użyciu specjalistycznych maszyn, np. specjalnie przystosowanych do tego kombajnów do zielonek. Zbiór ręczny polega na ścinaniu pędów na wysokości 5-10 cm kosami lub piłami spalinowymi. Ścięta masa jest zbierana i składana.

Miskant olbrzymi

Miskant jest trawą wieloletnią, pochodzącą z Azji Wschodniej. Rozprzestrzenił się w obszarze klimatu tropikalnego, aż po umiarkowany. Miskant olbrzymi (Miscanthus x giganteus) jest mieszanką międzygatunkową miskanta chińskiego i miskanta cukrowego. Powstały w ten sposób gatunek miskanta olbrzymiego jest sterylny, czyli nie wytwarza nasion na drodze rozmnażania generatywnego, a jedynie może być rozmnażany wegetatywnie, czyli za pomocą podziału podziemnych kłączy lub laboratoryjnie (in vitro)(Majtkowski, 2007).

Miskantus jest trawą kępową o bardzo głębokim, silnym systemie korzeniowym (sięgającym do 2,5 m w głąb ziemi) oraz części nadziemnej osiągającej wysokość 2-3,5 m. Wytwarza grube, sztywne, wypełnione gąbczastym rdzeniem źdźbła. Charakteryzuje się szybkim wzrostem (szczególnie w upalne lata), wysokim plonem biomasy z jednostki powierzchni oraz stosunkowo wysoką odpornością na niskie temperatury. Jednak w pierwszym roku uprawiania system korzeniowy nie jest jeszcze mocno wykształcony i może nie przetrwać mroźnej zimy. Z tego powodu zaleca się okrycie karp np. słomą. Roślina ta najczęściej jest rozmnażana poprzez podział rozłogów, którego dokonuje się, gdy młode pędy osiągną wysokość ok. 10-15 cm. Wysadzenia dokonuje się od połowy maja do końca czerwca, gdy temperatura gleby osiągnie co najmniej +10°C, ręcznie lub mechanicznie, np. sadzarkami do warzyw, w odstępach metrowych.

Fot. 1 Miskant olbrzymi (www.energoflora.pl)

Szybki wzrost rośliny powoduje przykrycie powierzchni pola, hamując rozwój chwastów. Najkorzystniejszym okresem zbioru, ze względu na najniższą wilgotność części nadziemnych miskanta, jest luty i marzec. W tym czasie zawartość suchej masy w roślinach wynosi ok. 70%.

Najwyższe plony  zbiera się na glebach III lub IV klasy bonitacyjnej, o odczynie pH od 5,5 do 7,5, z niskim poziomem wód gruntowych. Przeciętna wydajność kilkuletniej plantacji miskanta olbrzymiego kształtuje sie na poziomie 20 ton biomasy z 1 ha, przy wilgotności ok. 20% (Majtkowski, 2007). Niewielka wilgotność słomy miskanta pozwala na bezpieczne jej przechowywanie, czy to w balotach, czy też w postaci sieczki. To właśnie wysoka efektywność wykorzystywania składników pokarmowych sprawia, że miskantus ma wysoki potencjał plonowania.

Zbiór biomasy można przeprowadzać jedno- lub dwuetapowo. Zbiór jednoetapowy jest realizowany za pomocą sieczkarni do kukurydzy, która ścina trawę na sieczkę i jednocześnie ładuje ją na przyczepę. Do zbioru dwuetapowego używa się kosiarki rotacyjnej oraz prasy zwijającej. Trawa jest koszona kosiarką i układana w pokos, a następnie prasowana prasą zwijającą do postaci balotów.

Ślazowiec pensylwański

Ślazowiec pensylwański zwany również malwą lub sidą jest byliną pochodzącą z Ameryki Północnej. Rodzaj sidy obejmuje kilkaset gatunków roślin jednorocznych, wieloletnich i krzewów występujących w tropikalnych i subtropikalnych strefach kuli ziemskiej.

Gatunek Sida hermaphrodira jest rośliną wieloletnią, polikarpiczną, o corocznie zamierających pędach. Dzięki obecności pączków wzrostowych na korzeniach, w strefie przyłodygowej roślina corocznie odrasta i zwiększa liczbę łodyg, od jednej w pierwszym roku do 20-30 w czwartym i w następnych latach.  Ich grubość dochodzi do 30 mm. W dolnej części mogą być częściowo puste. Jest to roślina owadopylna, chętnie oblatywana przez pszczoły. Kwitnie przez ponad sześć tygodni.

Wymagania glebowe ślazowca pensylwańskiego są niewielkie. Dobrze rośnie na wszystkich glebach, o ile są dostatecznie wilgotne. Głęboki system korzeniowy zapewnia dużą odporność na okresowe niedobory opadów. Na żyźniejszych glebach ślazowiec wyrasta nawet do 4 m wysokości. Przedplonem dla ślazowca pensylwańskiego mogą być wszystkie rośliny uprawne.

Fot. 2. Sadzonki ślazowca pensylwańskiego (www.farmer.pl)

Jeśli plantacja będzie zakładana poprzez wysianie nasion ślazowca na pole, należy przed założeniem plantacji przeprowadzić odchwaszczanie. Także w pierwszym roku mogą pojawić się problemy z zachwaszczeniem. Oprócz rozmnażania generatywnego (wysiew nasion), można założyć plantację sadząc sadzonki z odcinków korzeni, przez dzielenie podziemnej części, a nawet przez sadzonki zielonych pędów nadziemnych.

Ślazowiec, podobnie jak miskant jest odporny na niskie temperatury – jedynie w pierwszym roku rośliny mogą przejawiać mniejszą odporność.

Masę nadziemną ślazowca najlepiej zbierać w okresie jesienno-zimowym, po zakończeniu wegetacji. Zbierane są wtedy zdrewniałe i zeschnięte łodygi. Plon suchej masy dochodzi do 18 t/ha, natomiast wilgotność biomasy w czasie zbioru wynosi około 16-23%.

Ślazowiec, oprócz spalenia na cele energetyczne, może mieć też inne zastosowania: bardziej ulistnione odmiany ślazowca można wykorzystać do produkcji biogazu, poza tym roślina ta ma wiele zastosowań poza energetycznym: jest rośliną miododajną, może być uprawiana na paszę czy też włókno do przemysłu celulozowo-papierniczego. Okres użytkowania plantacji wynosi do 20 lat.

Topinambur

Fot. 3. Topinambur (www.asta.etat.lu)

Również topinambur, czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus L.) pochodzi z Ameryki Północnej. Gatunek ten jest blisko spokrewniony ze słonecznikiem zwyczajnym. Topinambur jest byliną tworzącą system podziemnych rozłogów, na końcach których tworzą się bulwy o bardzo różnorodnym kształcie (wrzecionowatym, gruszkowatym lub owalnym) i różnej barwie skórki (biała, żółta, czerwona lub fioletowa). Z kłączy wyrasta prosta i wzniesiona, górą rozgałęziona łodyga. Dorasta ona nawet do 4 m wysokości i osiąga średnicę 3 cm. Liście łodygowe są duże, owoce, tzw. niełupki, są wyraźnie drobniejsze od owoców słonecznika. Dzięki rozbudowanemu systemowi korzeniowemu topinambur łatwo zaopatruje się w wodę oraz składniki pokarmowe.

Fot. 4. Bulwy topinamburu (www.potrawyregionalne.pl)

Narastanie bulw w Polsce zaczyna się w sierpniu i trwa do października.  Bulwy topinamburu zawierają 14-26% suchej masy. Ponadto około 1,9% białka, 0,3% tłuszczu i 1,5% celulozy i hemicelulozy (Kościk i in., 2003).

Wymagania topinamburu są niewielkie. Dobrze znosi zmienne warunki klimatyczne i niskie temperatury, jednak najkorzystniejsza dla tego gatunku jest pogoda ciepła i wilgotna. W warunkach ciepłego i słonecznego okresu wegetacji zawiązywanie bulw jest intensywne, natomiast chłody powodują obfitsze tworzenie zielonej masy. Bulwy topinamburu, w przeciwieństwie do bulw ziemniaka, dobrze znoszą niskie temperatury, nawet do -30°C. Topinambur, podobnie jak inne rośliny okopowe, najlepiej plonuje na glebach średnio zwięzłych, o dużej zasobności w składniki pokarmowe i dostatecznej wilgotności. Może być uprawiany na gorszych stanowiskach, mniej przydatnych do uprawy ziemniaka.

Przedplonem dla topinamburu mogą być wszystkie rośliny uprawne, a nawet niezbyt zachwaszczone odłogi, przygotowanie pola będzie jednak wymagać głębokiej na 20-30 cm orki.

Sadzenie wykonuje się jesienią lub wczesną wiosną. Głębokość sadzenia – 5-10 cm jesienią i 5 cm wiosną, rozstawa rzędów 0,7-1,0 m; w rzędach 50-60 cm. W tym wypadku potrzeba jest ok. 1,5 t sadzeniaków na 1 ha. Do sadzenia stosuje się sadzarki do ziemniaków lub wysadza się ręcznie. Zabiegi pielęgnacyjne polegają na bronowaniu plantacji po wschodach oraz pieleniu międzyrzędzi. Można stosować nawożenie mineralne.

Zbioru części nadziemnych na cele energetyczne dokonuje się w okresie późnojesiennym i zimowym za pomocą sieczkarni samobieżnych lub kos spalinowych. Bulwy zbiera się  zwykle późną jesienią przed nastaniem mrozów. Z resztek bulw pozostałych w glebie wyrastają w następnym roku nowe rośliny, dzięki czemu topinambur może pozostawać na jednym miejscu nawet kilka lat. Słonecznik bulwiasty właśnie najczęściej uprawia się na jednym polu poza płodozmianem przez kilka lat.  W warunkach polskich średni plon części nadziemnych topinamburu w przeliczeniu na suchą masę kształtuje się na poziomie 10-16 ton suchej masy na hektar oraz od 12 do nawet 36 ton bulw z hektara uprawy.

Popularność opisanych oraz innych roślin szybko rosnących zwiększa się z roku na rok. Pozwalają one uzyskiwać wysokie plony, przez co doskonale nadają się do uprawy na cele energetyczne. Uprawy powinny być zróżnicowane i zależeć od warunków lokalnych oraz sposobu energetycznego wykorzystania tych roślin.

źródła:

1. Gajewski R., Zakładanie plantacji wierzby energetycznej, 2007, Ciepło z biomasy w praktyce 2007, materiały konferencyjne
2. Majtkowski W., Wieloletnie rośliny energetyczne (wierzba, miskantus, ślazowiec pensylwański) agrotechnika i zagrożenia upraw, produktywność, 20-21 kwietnia 2007, materiały z seminarium „Energia z plantacji”
3. Kościk B., Borkowska H., Dubas J. W., Gradziuk P., Kowalczyk-Juśko A., Martyn W., Rawicki B., Styk B., Węgorek T. 2003, Rośliny energetyczne, Wyd. AR Lublin
4. www.energoflora.pl
5. www.farmer.pl
6. www.potrawyregionalne.pl
7. www.asta.etat.lu

Grzegorz Pełka

Redakcja GLOBEnergia

AGH KSE