WSTĘPNA OCENA PRODUKCYJNOŚCI WYBRANYCH GATUNKÓW ROŚLIN ENERGETYCZNYCH

Transkrypt

1 Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (4) 2007 WSTĘPNA OCENA PRODUKCYJNOŚCI WYBRANYCH GATUNKÓW ROŚLIN ENERGETYCZNYCH ANTONI FABER, MIECZYSŁAW STASIAK, JAN KUŚ Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy w Puławach Czartoryskich 8, Puławy faber@iung.pulawy.pl I. WSTĘP W strategiach rozwoju energetyki krajów rozwiniętych coraz większy nacisk kładzie się na pozyskiwanie energii ze źródeł odnawialnych. W Polsce, według przyjętej przez Sejm Strategii rozwoju energetyki odnawialnej, jej udział powinien osiągnąć 7,5% w roku 2010 i 14% w roku Spośród znanych rodzajów energii odnawialnej, aktualnie szczególnie duże zainteresowanie budzi biomasa (Ciechanowicz 2001; Kuś 2006). W celu realizacji tych założeń, obok odpadowego drewna i rolniczych produktów ubocznych, konieczna będzie produkcja biomasy na plantacjach energetycznych lokalizowanych na użytkach rolnych. Do gatunków roślin potencjalnie przydatnych do takiej produkcji w naszych warunkach siedliskowych zalicza się: wierzbę krzewiastą Salix viminalis (Szczukowski i Tworkowski 2001), miskant olbrzymi Miscanthus x giganteus ( ślazowiec pensylwański Sida hermaphrodita (Borkowska i Styk 2006), topinambur Helianthus tuberosus (Scholz i Ellerbrock 2002) oraz kilka innych mniej znanych gatunków roślin (Majtkowski 2007). Dotychczas nie dysponujemy szerszymi informacjami dotyczącymi produkcyjności roślin energetycznych w różnych warunkach siedliskowych, a także zagrożenia ich plantacji przez agrofagi. II. MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono wykorzystując doświadczenia polowe zlokalizowane w trzech siedliskach: 1. Gleba ciężka czarna ziemia (zmeliorowana) o składzie granulometrycznym gliny ciężkiej, kompleks 8 zbożowo-pastewny mocny, klasa III b. 2. Gleba średnia gleba płowa wytworzona z piasków słabogliniastych mocnych przechodząca na głębokości 4060 cm w glinę lekką, kompleks 4 żytni dobry, klasa IV a.

2 340 Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (4) Gleba lekka gleba płowa wytworzona z piasków słabogliniastych lekkich przechodząca na głębokości 7080 cm w glinę lekką., kompleks 5 żytni dobry, klasa IV b. Doświadczenia 1 i 3 założono w Stacji Doświadczalnej Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Osinach (woj. lubelskie), a doświadczenie 2 w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym Grabów (woj. mazowieckie). Zrzezy wierzby pozyskano z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, sadzonki miskanta wyprodukowane metodą in vitro zakupiono w firmie hodowlanej w Niemczech, a sadzonki ślazowca pensylwańskiego wyprodukowano z nasion uzyskanych z Akademii Rolniczej w Lublinie. Bulwy topinamburu pochodziły z kolekcji Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie, zaś nasiona mozgi trzcinowatej odmiany Bamse zakupiono w Szwecji. Produkcyjność omawianych roślin oceniano w 24 roku po założeniu plantacji, przy czym wierzbę zbierano w cyklu rocznym i trzyletnim. Zbiory przeprowadzano późną jesienią (X i XI), a uzyskane plony przeliczono na suchą masę. Tabela 1. Miesięczne sumy opadów [mm] Table 1. Sums of rainfalls [mm] Rok Year Miesiąc Months IV V VI VII VIII IX X Zakład Doświadczalny Puławy-Osiny Experimental Station Puławy-Osiny Suma Sums IVX Stacja Doświadczalna Grabów Experimental Station Grabów Eksperymenty zlokalizowano na glebach o gospodarce wodnej opadowej, w związku z tym uzyskane plony wyraźnie zależały od ilość i rozkładu opadów. W Osinach we wszystkich trzech latach występował niedobór opadów, a szczególnie niekorzystna sytuacja była w 2006 roku, kiedy opady czerwca i lipca stanowiły około 25% normy dla wielolecia, a temperatura powietrza znacznie ją przekraczała. W Grabowie sumy opadów w poszczególnych latach były większe, a ich rozkład korzystniejszy niż w Osinach (tab. 1). Wielkość poletek w poszczególnych doświadczeniach wahała się od 200 do 700 m 2. Podstawowe informacje o agrotechnice uprawianych roślin podano w tabeli 2.

3 Wstępna ocena produkcyjności roślin energetycznych Tabela 2. Agrotechnika stosowana w uprawach roślin energetycznych Table 2. Technique of energy crops production Roślina Crop Wierzba Coppice willow Mozga Reed canarygrass Topinambur Jerusalem artichokes Miskant Miscanthus Ślazowiec Virginia mallow Obsada roślin [tys./ha] Nawożenie Fertilization [kg/ha] Plant density [thousand /ha] N P 2 O 5 K 2 O rzędy 12 cm row 12 cm Odchwaszczanie Weed control mechaniczne mechanical Azotop Symazine Lintur, Aminopielik D, 2-4 D + dikamba mechaniczne mechanical mechaniczne mechanical mechaniczne mechanical Zwalczanie chorób Disease control Miedzian Cooper oxychloride Miedzian, Cooper oxychloride Benlate +Horizon III. WYNIKI I ICH OMÓWIENIE Plon suchej masy drewna wierzby (tab. 3) był, średnio za 3 lata niezależnie od klonu, na ciężkiej czarnej ziemi (kompleks 8) tylko o około 78% większy niż na glebie średniej (kompleks 4). Uzyskiwane plony w latach wahały się, w zależności klonu i częstotliwości zbioru, na glebie ciężkiej od 9,7 do 18,3 t/ha, zaś na glebie średniej od 9,4 do 15,2 t/ha. Zbiór w cyklu 3-letnim umożliwiał uzyskanie w obu siedliskach polonu o około 20% większego, w porównaniu do corocznego zbioru. Dodatkowo pędy 3-letnie zawierały 53% suchej masy, a jednoroczne tyko 4748%. Uzyskane plony wierzby w omawianych doświadczeniach były o 2034% mniejsze od zbieranych na ciężkiej madzie próchnicznej (Szczukowski i Tworkowski 2001; Stolarski i wsp. 2007), co należy wiązać przede wszystkim z niedoborem wody. W obu siedliskach w 2004 roku o korzystniejszym rozkładzie opadów plony drewna wierzby były o 1520% większe niż w bardzo suchym 2006 roku. Plon suchej masy miskanta zbieranego późną jesienią, średnio za 3 lata dla 5 porównywanych genotypów, wynosił 15,0 t/ha na glebie ciężkiej i 17,1 t/ha na glebie średniej (tab. 4). Zróżnicowanie wielkości plonu w zależności od klonu w latach było bardzo duże, gdyż na dobrej glebie ciężkiej wynosiło od 8,4 do 21,7, a na glebie średniej od 10,4 do 26,8 t/ha suchej masy. Niższy plon na ciężkiej czarnej ziemi należy wiązać

4 342 Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (4) 2007 z położeniem jej w obniżeniu terenowym, co opóźniało wznowienie wegetacji wiosną i zwiększało uszkodzenia roślin przez późnowiosenne przymrozki. Tabela 3. Plon suchej masy drewna [t/ha/rok] różnych klonów wierzby (S. viminalis) Table 3. Yield of dry matter [t/ha/yr] of coppice willow (S. viminalis) Klon Clone (nr w kolekcji) (no. in collection) Częstotliwość zbioru pędów Cutting cycle co rok annual średnio average co 3 lata 3 years 2006 Ciężka czarna ziemia Osiny (kompleks 8) Heavy black earth Osiny ,6 12,6 10,0 13,1 18, ,1 12,7 12,8 13,2 15, ,2 13,7 10,1 13,7 16, ,8 12,4 11,5 11,6 11,7 Średnia Mean 14,7 12,8 11,1 12,9 15,4 NIR (0,05) LSD (0.05) 3,5 r.n. r.n. r.n.. 4,1 Gleba średnia Grabów (kompleks 4) Medium-heavy soil Grabów ,4 11,0 11,2 11,9 13, ,7 9,4 11,2 11,1 15, ,1 10,8 10,8 11,6 13, ,0 12,1 12,7 12,9 15,2 Średnia Mean 13,3 10,8 11,5 11,9 14,4 NIR (0,05) LSD (0.05) r.n. różnica nieistotna not significant difference r.n. r.n. r.n. r.n. r.n. Zbliżonej wielkości plony miskanta uzyskiwano również w doświadczeniach prowadzonych na glebach średnich i dobrych w Austrii i Niemczech ( archive/biobase/b10635.html i biobase/ B10433.html). Na ciężkiej czarnej ziemi plony suchej masy miskanta i wierzby zbieranej w cyklu 3-letnim były zbliżone. Natomiast na glebie średniej miskant plonował wyraźnie wyżej niż wierzba, a szczególnie dotyczy to klonów M7 i M115. W bardzo suchym 2006 roku plony miskanta były o około 50% większe niż jednorocznych odrostów wierzby krzewiastej (tab. 3, 4). Podczas zbioru jesiennego pozyskiwano materiał roślinny, w zależności od roku i genotypu, o wilgotności 3852%. Przy zbiorze wiosennym wilgotność wynosiła około 2025%, ale plon był o około 30% mniejszy, gdyż rośliny utraciły większość liści.

5 Wstępna ocena produkcyjności roślin energetycznych Ślazowiec przy obsadzie roślin 10 tys./ha plonował nisko, niezależnie od jakości gleby (tab. 5). Natomiast dobre jego plony uzyskano przy zwiększonej do 20 tys./ha obsadzie roślin. Również plon wynoszący około 12 t/ha suchej masy uzyskany na glebie lekkiej należy uznać za interesujący. Późną jesienią pozyskiwano biomasę o wilgotności poniżej 30%. Tabela 4. Plony suchej masy [t/ha s.m.] oraz wilgotność [%] miskanta Table 4. Yields [t/ha d.m.] and moisture content [%] of miscanthus Genotyp Genotype Średnio za 3 lata 3 years average [t/ha] wilgotność moisture [%] Ciężka czarna ziemia Osiny (kompleks 8) Heavy black earth Osiny Giganteus** 9,0 a* 21,7 a 18,0 a 16,2 52,2 M7 12,8 a 20,7 ab 17,1 a 16,9 44,5 M40 10,8 a 18,8 ab 15,0 a 14,9 33,5 M105 8,4 a 16,1 b 14,3 a 12,9 49,9 M115 10,1 a 18,6 ab 13,8 a 14,2 47,1 Średnio Mean 10,2 19,2 15,6 15,0 45,4 Gleba średnia Grabów (kompleks 4) Medium-heavy soil Grabów Giganteus** 10,4 b 19,2 bc 14,9ab 14,8 46,2 M7 16,2 a 23,7 ab 20,5a 20,1 40,2 M40 11,4 b 16,2 c 16,7ab 14,8 47,2 M105 13,5 b 17,7 bc 13,8b 15,0 42,4 M115 18,1 a 26,8 a 17,6a 20,8 37,8 Średnio Mean 13,9 20,7 16,7 17,1 42,8 * plony oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie yields with the same letters are not significantly different ** Miscanthus x giganteus M. sacchariflorus x M. sinensis M7 M. sinensis Gofal M40 M. sinensis Silver Feather M105 M. sacchariflorus Robustus x M. sinensis M115 M. sacchariflorus Robustus x M. sinensis W omawianych doświadczeniach dobrze plonowała szwedzka odmiana mozgi trzcinowatej Bamse (tab. 6). Łączny jej plon z dwóch pokosów na ciężkiej glebie wynosił 1619 t/ha, a na glebie lekkiej ponad 14 t/ha suchej masy. Przy jednokrotnym zbiorze późną jesienią uzyskiwano ewidentnie mniejsze plony. Gatunek ten może okazać się szczególnie przydatny do produkcji biomasy na cele energetyczne na wyłączonych z użytkowania rolniczego trwałych użytków zielonych.

6 344 Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (4) 2007 Topinambur (H. tuberosus) w omawianych doświadczeniach uprawiano tylko na glebie lekkiej (kompleks 5 żytni dobry). Plon suchej masy jego części nadziemnej (plonu bulw nie określano), średnio za trzy lata, wynosił 9,7 t/ha, a w poszczególnych latach wahał się od 7,8 do 13,2 t/ha. Tabela 5. Plony suchej masy [t/ha] ślazowca pensylwańskiego (S. hermaphrodita) Table 5. Dry matter yields [t/ha] of virginia mallow (S. hermaphrodita) Gleba Soil Ciężka (kompleks 8) Heavy black earth Średnia (kompleks 4) Mediumheavy soil Lekka (kompleks 5) Light soil Obsada roślin [tys./ha] Plant density [thousand /ha] ,4 14,8 10,0 20,8 10,3 20,4 Średnio Average [t/ha] 9,2 18,7 wilgotność moisture [%] 25,3 10 6,4 9,0 11,4 8,9 29, ,2 11,1 12,9 11,7 28,5 Tabela 6. Plon suchej masy [t/ha] mozgi trzcinowatej (P. arundinacea) Table 6. Dry matter yields [t/ha] of reed canarygrass (P. arundinacea) Gleba Soil Pokos Cutting [t/ha] wilgotność moisture [%] [t/ha] wilgotność moisture [%] Ciężka (kompleks 8) Heavy black earth 1 2 razem total 1 11,7 4,6 16,3 13,0 58,0 45,4 25,2 14,1 5,7 19,8 11,7 71,4 62,1 45,4 Gleba lekka (kompleks 5) Light soil 1 2 razem total 10,2 4,4 14,6 67,8 43,8 11,1 3,4 14,5 71,6 59,6 1 9,3 25,0 10,3 48,8 Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że potencjalnie do produkcji biomasy na paliwa stałe można wykorzystywać kilka gatunków roślin. W praktyce dobór ten będzie uzależniony od warunków siedliskowych, przyjętego sposobu zagospodarowania biomasy (spalanie, produkcja biogazu itp.) oraz kosztów produkcji i transportu. Zakłada się jednak, że produkcja ta musi być lokalizowana głównie na glebach gorszej jakości,

7 Wstępna ocena produkcyjności roślin energetycznych które obecnie są ugorowane lub odłogowane oraz wyłączonych z produkcji trwałych użytkach zielonych (Kuś i wsp. 2006). IV. WNIOSKI 1. Plon wierzby krzewiastej na ciężkiej czarnej ziemi (kompleks 8) i średniej (kompleks 4), przy zbiorze corocznym wynosił około 1213 t/ha suchej masy, a przy zbiorze pędów trzyletnich 1415 t/ha suchej masy. Stwierdzono duże zróżnicowanie plonu tej rośliny w latach. 2. Plon miskanta, średnio dla 5 porównywanych genotypów, na glebie średniej (kompleks 4) wynosił 17,1 t/ha i był o około 15% większy niż na ciężkiej czarnej ziemi. 3. Plon ślazowca pensylwańskiego zdecydowanie zależał od obsady roślin. Na obiektach z obsadą roślin 10 tys./ha na glebach kompleksu 8 i 4 wynosił tylko około 9 t/ha suchej masy i był o 20% mniejszy niż glebie lekkiej (kompleks 5), gdzie obsada roślin wynosiła 20 tys./ha. 4. Uzyskano wysokie plony mozgi trzcinowatej (odmiana Bamse) przy zbiorze dwóch pokosów 14 t/ha na glebie kompleksu 5 i 18 t/ha suchej masy na glebie kompleksu 8. Natomiast przy jednokrotnym jej zbiorze późną jesienią plon był o ponad 30% niższy. V. LITERATURA Borkowska H., Styk B Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby) uprawa i wykorzystanie. Wyd. AR Lublin, 69 ss. Ciechanowicz W Bioenergia na rzecz rozwoju wsi. Wyd. PAN Instytut Badań Systemowych (Księga jubileuszowa): Faber A., Kuś J., Stasiak M Rośliny energetyczne dla różnych siedlisk. s W: Biomasa dla Energetyki i Ciepłownictwa Szanse i Problemy. Wyd. Wieś Jutra. Kuś J Możliwości produkcji i wykorzystania biomasy na cele energetyczne. Probl. Ekol. 10 (1): Kuś J., Faber A., Madej A Przewidywane kierunki zmian w produkcji roślinnej w ujęciu regionalnym. Raporty PIB. Regionalne zróżnicowanie produkcji rolniczej w Polsce: Majtkowski W Rośliny energetyczne na paliwo stałe. s W: Biomasa dla Energetyki i Ciepłownictwa Szanse i Problemy. Wyd. Wieś Jutra. Miscanthus from production to harvest. Germany archive/biobase/ B10433.html. Production, harvesting and utilisation of Miscantheus. Austria biobase/b10635.html. Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J Ocena produktywności wierzby (Salix spp.) pozyskiwanej w krótkich rotacja w dolinie dolnej Wisły. s W: Biomasa dla Energetyki i Ciepłownictwa Szanse i Problemy. Wyd. Wieś Jutra. Szczukowski S., Tworkowski J Produktywność oraz wartość energetyczna biomasy wierzb krzewiastych Salix sp. na różnych typach gleb w pradolinie Wisły. Post. Nauk Rol. 2: Scholz V.V., Ellerbrock R The growth productivity, and environmental impact of the cultivation of energy crops on sandy soil in Germany. Biomass and Bioenergy 23 (2): 8192.

8 346 Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 47 (4) 2007 ANTONI FABER, MIECZYSŁAW STASIAK, JAN KUŚ PRELIMINARY EVALUATION OF PRODUCTIVITY OF THE SELECTED ENERGY CROPS SUMMARY The field trials with five energy crops (coppice willow, Miscanthus, Virginia mallow, Reed canary grass and Jerusalem artichokes) were conducted in Experimental Station Puławy-Osiny and Grabów. Experiments were carried out on heavy black earth, medium-havy soil and light soil under rainfall conditions. Average yields of coppice willow ranged from 12 to 13 t d.m./ha in annual cutting cycle and 1415 t d.m./ha/yr in case of tree years cutting cycle. Average yields of Miscanthus over the period of tree years were 15 t d.m./ha on heavy black earth and 17 t d.m./ha on medium-heavy soil. The Virginia mallow yields ranged from 9 to 19 t d.m./ha depending on soil and plant density. Average Reed canary grass yields ranged from 14 to 18 t d.m./ha for two cuttings. The yields of this grass were 30% lower for one cutting in the late autumn. Jerusalem artichokes yields ranged from 7.8 to 13.2 t/ha on light soil. Key words: dry matter yield, coppice willow, miscanthus, virginia mallow, reed canary grass