Podstawowe zasady technologii uprawy i zbioru prosa rózgowego

Transkrypt

1 INSTRUKCJA INFORMACJNO - WDROŻENIOWA Dr inż. Danuta Martyniak Adiunkt, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin PIB, w Radzikowie Podstawowe zasady technologii uprawy i zbioru prosa rózgowego Wieloletnie badania i prace hodowlane realizowane w IHAR-PIB w Radzikowie, pod kierunkiem dr inż. Danuty Martyniak, doprowadziły do wytworzenia pierwszej polskiej odmiany o nazwie MARDAN prosa rózgowego. Odmiana ta charakteryzują się dużą zawartością celulozy, których biomasa może być wykorzystana do bezpośredniego spalania, produkcji pelet i brykietów, a także jako biomasa wegetatywna w postaci kiszonki na biogaz i paszę. Ze względu na stosunkowo małe wymagania glebowe, może być polecana jako roślina pionierska do rekultywacji terenów zdegradowanych. Odmiana ta znajdują się w badaniach rejestrowych w Centralnym Ośrodku Badań Odmian Roślin Uprawnych w Słupi Wielkiej na OWT. Fot. 1a i 1b. Uprawa prosa rózgowego na glebie piaszczystej i suchej kl. VIz. (fot. D.Martyniak) 1

2 Zalety biologiczne i użytkowe gatunku Proso rózgowe jak najbardziej nadaje się do celów energetycznych, wytworzona z niego biomasa znajduje zastosowanie w produkcji bioetanolu, jest spalana w kotłach grzewczych przy produkcji cieplnej i elektrycznej. Ponadto biomasa wegetatywna stanowi pełnowartościową pasze dla zwierząt w formie zielonki czy siana. Proso rózgowe jest rośliną wieloletnią, w odróżnieniu od kukurydzy i trzciny cukrowej, dostarcza dużego plonu biomasy od 15 do 25 ton z hektara. Roślina pochodzi z Ameryki Północnej i charakteryzuje się typem fotosyntezy C4. Jest to gatunek wieloletni, który wytwarza okazałe, zielone lub szarozielone kępy dorastające od 1,5 1,8 m wysokości. Biomasa roślinna tego gatunku charakteryzuje się, w stosunku do innych roślin fitoenergetycznych, stosunkowo wysoką wartością opałową. Związane jest to z budową strukturalną i składem chemicznym komórek roślinnych, zwłaszcza pędów generatywnych (kłosonośnych) w następnych latach. Włókna strukturalne stanowią około % suchej masy, głównie w postaci celulozy. Spalana sucha masa zawiera stosunkowo mało popiołu. Trawa ta w stanie naturalnym występuje na suchych, zasolonych stanowiskach w Ameryce Północnej. Z powodzeniem w Polsce można ją uprawiać we wszystkich regionach kraju, zwłaszcza na glebach piaszczystych, ubogich i skażonych. Ta nowa trawa energetyczna, ze względu na szereg korzystnych cech biologicznych i właściwości technologicznych, biomasa może być przydatna, zarówno do bezpośredniego spalania i do produkcji biogazu oraz na paszę. Roślina charakteryzuje się: doskonałą adoptują się w naszych warunkach klimatycznych, małymi wymaganiami wodnymi, glebowymi (piaszczyste, lekkie), dużymi wymagania termicznymi, tolerancją na niskie tem. do C, dużą trwałością plantacji do lat, wysokim plonem biomasy suchej t/ha (faza generatywna), o dużej zawartości włókna i celulozy, bardzo dużym ulistnieniu i w fazie pełni kłoszenia, biomasa świetnie nadająca świetnie biogaz (uzysk metanu 8 tys. m 3 z ha), o silnie rozbudowanym i głębokim systemie korzeniowym rozmnażaniem generatywnym, wytwarzając nasiona o stosunkowo dobrej żywotności (po okresie spoczynku 1-2 lat). 2

3 Fot. 2. Rośliny prosa rózgowego na glebie klasy VIz w rejonie świętokrzyskim (fot. D. Martyniak) Aspekt środowiskowy W dużej części naszego kraju stanowią gleby słabe kl. V i VI oraz tereny "marginalne", nieużytki, zdegradowane, skażone. W związku z tym, jest ogromna potrzeba poprawy stanu gleby i poprawy retencji wody, długotrwałej odbudowy roślinności, zwłaszcza traw wieloletnich np. proso rózgowe roślina o małych wymaganiach wodnych, glebowych. Trawa ta zyskała na uwadze jako surowce do bioenergii z uwagi na wysokie plony biomasy, niskie nakłady oraz większe usługi ekosystemowe w porównaniu z uprawami rocznymi. Ponadto trawy wieloletnie trawa ogranicza spłynięcie składników odżywczych i redukując emisję gazów cieplarnianych oraz straty w glebie w trakcie sekwestracji węgla. Dodatkowo może generować zyski ekonomiczne dla lokalnych rolników poprzez produkcję surowców bioenergii lub pasza na gruntach marginalnych. Proso rózgowe może stanowić modelową uprawę w celu zminimalizowania degradacji gruntów i pustynnienia oraz źródło biomasy na wielokierunkowe wykorzystanie. 3

4 Podstawowe zasady technologii uprawy Wymagania glebowe i wodne Proso rózgowate może być uprawiane na glebach lekkich lub średnio zwięzłych, umiarkowanie zasolonych lub zasadowych, choć toleruje również gleby kwaśne. Roślina bardzo dobrze znosi okresowe deficyty wody, nawet przy uprawie na glebie piaszczystej i próchnicznej. Pomimo pochodzenia ze strefy klimatu gorącego, roślina również bardzo dobrze zimuje w warunkach klimatu Polski. Siew nasion Plantację prosa rózgowatego powinno się zakładać późną wiosną (druga połowa maja, czerwiec), kiedy temperatura gleby osiąga C. Z uwagi na spoczynek pożniwny, który może dotyczyć nawet 95% świeżo zebranych nasion należy wysiewać nasiona roczne lub dwuletnie. Głębokość siewu nie powinna przekraczać 1 cm. Na terenach wilgotnych proso rózgowate zaleca się uprawiać w rozstawie rzędów od 60 do 90 cm, a na terenach suchych - od 90 do 120 cm. Ilość nasion związana jest z rozstawą i tak, dla 60 cm wynosi ona ok. 10 kg/ha. Dla rozstawy 90 cm ilość tę należy pomniejszyć do 3/4, a dla 120 cm - o połowę. Po wysiewie należy przywałować rządki, celem zwiększenia podsiąku wilgoci. Specyfiką nasion tego gatunku jest ich przydatność do wysiewu dopiero po ustąpieniu naturalnego spoczynku, tzn. po roku przechowywania w magazynie lub podobnym miejscu. Plantacje można zakładać także z sadzonek, z większym powodzeniem, ale bardziej pracochłonna i kosztowna finansowo. Pielęgnacja i zbiór Kluczową kwestią w zakładaniu plantacji prosa i ich pielęgnacji jest zachwaszczenie. Rośliny po siewie wolno wschodzą i wolno się rozwijają dlatego przygotowanie stanowiska do siewu i późniejsze odchwaszczanie uprawy są bardzo istotne. Do zwalczania chwastów dwuliściennych zaleca się zastosowanie herbicydów przed wschodami roślin. Natomiast w przypadku po wschodach - należy odczekać, aż rośliny prosa dostatecznie się rozwiną. Najlepiej sprawdzają się herbicydy na bazie simazinu bądź atrazinu. Chwasty jednoliścienne najlepiej kosić. Omawiany gatunek ma wiele zastosowań, które determinują sposób zbioru. Zbiór biomasy można prowadzić jednokrotnie bądź dwa razy - roślina odrasta po ścięciu. Zbioru można dokonać urządzeniami używanymi do zbioru np. zbóż, kukurydzy itp. 4

5 Wymagania nawozowe Pomimo produkcji znacznej ilości nadziemnej i podziemnej biomasy, gatunek ten nie ma zbyt wysokich wymagań nawozowych. Zawartość azotu w trawach szlaku C 4 fotosyntezy jest niższa ok. 50% w stosunku do traw klimatu umiarkowanego (C 3). W roku wysiewu nie jest konieczne nawożenie plantacji, zwłaszcza azotowe, gdyż może ono sprzyjać wzrostowi zachwaszczenia. Od drugiego sezonu późną wiosną korzystne jest stosowanie nawożenia azotowego w dawce kg/ha. Generalnie roślina reaguje pozytywnie na nawożenie mineralne i na jednym stanowisku można ją uprawiać przez co najmniej kilkanaście lat. Plon i wartość technologiczna Możliwe do uzyskania w Polsce plony tego gatunku szacowane są na ok ton suchej masy z 1 ha, przez ok lat już od 2 lat po wysiewie nasion. Z jednej tony biomasy prosa po odpowiednim przetworzeniu można uzyskać do litrów etanolu. W porównywalnych warunkach uprawy i przeroby z trzciny cukrowej można uzyskać 66,5% a z kukurydzy 40% tej ilości biopaliwa. Wykorzystanie i efektywność energetyczna Na biogaz Zielona biomasa wegetatywna prosa rózgowego z powodzeniem może być wykorzystywana do produkcji biogazu. Biomasa ta zebrana w fazie wykłoszenia, charakteryzuje się dużym uzyskiem biogazu i dobrym współczynnikiem fermentacji. Uzyskany biogaz charakteryzuje się stosunkowo wysokimi parametrami czystego metanu (tab.1). Ponadto produkt pofermentacyjny z biogazu (odpad organiczny) można zastosować do rekultywacji gleb słabych i ubogich celem wzbogacenia w masę organiczną i zwiększenia żyzności. Tab. 1. Porównanie wydajności kiszonki prosa rózgowego z biomasą agro. Substrat Proso rózgowe (faza wykłoszenia) Kukurydza Zboża Plon biomasy wegetatywnej (Mg/ha) 50,0 60,0 8,8 Uzysk metanu Nm 3 /ha Do spalania Biomasa generatywna (słoma) tej nowej trawy energetycznej, ze względu na wysoką zawartość włókna i celulozy, może stanowić cenne, obiecujące źródło energii do bezpośredniego ogrzewania mieszkań, budynków użyteczności publicznej, szklarnie, tunele. Uzyskana corocznie biomasa jest cennym surowcem do bezpośredniego spalania w postaci 5

6 brykietów, pelet czy sprasowanych bel. Biomasa prosa rózgowego o wilgotności około 15-20% dobrze się sprasowuje i brykietuje. Badania wykazały, że ciepło spalania wynosi około MJ/kg i jest wyższa niż innych polowych roślin energetycznych, a zbliżone do wierzby czy miskantusa. Wartość opałowa suchej masy uzyskanej z 1 ha plantacji może równoważyć około 5 ton węgla kamiennego. Sprasowana słoma po spaleniu pozostawia niewiele popiołu około 5%, popiół ten może być wykorzystany do nawożenia gleb, ze względu na znaczną zawartość potasu. Fot. 3. Plantacja prosa rózgowego odmiana Mardan najlepszy termin zbioru biomasy do spalania, produkcji pele i do przerobu na bioetanol. (fot. D.Martyniak). Bioetanol Biomasa ligno-celulozowa prosa rózgowego z powodzeniem może być wykorzystywany do produkcji etanolu celulozowego. Z jednej tony prosa rózgowego można potencjalnie wyprodukować około 400 litrów etanolu. To daje potencjał wyprodukowania ok litrów etanolu z hektara, w porównaniu do ok litrów z hektara trzciny cukrowej i około 3800 litrów z hektara kukurydzy. Gatunek ten uważany jest za jedną najbardziej efektywnych energetycznie upraw roślinnych (tab.2.). Produkcja energii netto (czyli różnica pomiędzy energią włożoną w wytworzenie 6

7 jednostki produktu a energią pozyskaną w wyniku przetworzenia biomasy) tego gatunku wynosi GJ/ha przy plonie na poziomie 9 ton s.m z ha. Taka sama kalkulacja wykonana dla kukurydzy daje 89,2 GJ/ ha (przy plonie ziarna 5.7 t/ha) a dla żyta 34.7 GJ/ha (plon ziarna 2.3 t/ha). Tab. 2. Produkcja energii netto z prosa rózgowego Roślina Proso rózgowe Rzepak Kukurydza na ziarno Plon s.m. (t/ha) 9,0 3,0 5,7 Zawartość energii (GJ/t) 19,0 25,0 18,8 Produkcja energii netto (GJ/ha) 163,8 89,2 64,0 Z ekonomicznego i gospodarczego znaczenia, proso rózgowe jest rośliną mało wymagającą, stosunkowo łatwa w uprawie, a przede wszystkim tańsza od pozostałych np. wierzby, miskantusa. Efektywność energetyczna analizowana jest na podstawie uzyskania plonu biomasy i uzyskanej energii z surowca do wielkości nakładów energetycznych poniesionych na jego wytworzenie: uprawa, nawozy, zbiór, przechowywanie, transport ( tab.3.). Tab.3. Porównanie efektywności energetycznej prosa rózgowego Rodzaj surowca Pellety z prosa rózgowego Biodisel z rzepaku Brykiety z odpadów leśnych Efektywność energetyczna [Ee] 14,6 1,47 1,24 energia uzyskana z produktu [ Ee ] = energia włożona w jego wytworzenie Reasumując proso rózgowe idealnie nadaje się do celów energetycznych. Wytwarzana biomasa najczęściej ma zastosowanie w produkcji bioetanolu, do spalania w kotłach grzewczych przy produkcji energii cieplnej i elektrycznej, na biogaz w postaci kiszonki. Ponadto biomasa stanowić może pełnowartościową paszę dla zwierząt hodowlanych, w formie siana lub kiszonki oraz stanowić pożywienie i schronienie dzikiego ptactwa. Z powodzeniem rośliny prosa rózgowego mogą być wykorzystywane przeciw erozyjne i do rekultywacji gleb skażonych. Wielokierunkowość wykorzystania, duże zdolności adaptacyjne do różnych 7

8 warunków klimatyczno-glebowych oraz trwałość plantacji wskazują na potencjalne możliwości wprowadzenia prosa rózgowego do uprawy i możliwości sukcesywnego jej rozszerzenia areału. Należy pamiętać, plantację prosa rózgowego powinno się zakładać późną wiosną (tak jak kukurydzę), gdzie pełny potencjał produkcyjny uzyskuje dopiero po trzech latach wegetacji. Okres jej użytkowania może trwać nawet kilkanaście lat. Dr inż. Danuta Martyniak Adiunkt IHAR-PIB 8