Využití rostlin rodu Reynoutria k dekontaminaci půdy a možnosti jejich energetického využití

Stanislav Kužel

Abstract:
Plant species of Reynoutria genus are useful as technical crops at marginal regions. Their agronomical practices and fertilization are known sufficiently. They have wide spectrum of utilization. Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai and Reynoutria japonica Houtt. can be used as plant hyperaccumulators by extensive decontamination techniques in situ to Cd removing from soil. Above all as energetic plants. Especially Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai, which yields of biomass reach to 50-60 t dry matter per hectare. Direct burning of pressed matter, which is not the most optimal solution, has, by this harvest, energetic yield from 970 to 1164 GJ per hectare. We propose to produce biogas from green biomass on principal of its anaerobic thermophylic decomposition at technology without waste. Wastes after anaerobic digestion together with ingredients which were used in process of cleaning gas can be used for production of high-quality organic-mineral fertilizer.

Vybrané rostliny Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai a Reynoutria japonica byly sledovány jako hyperakumulátory v nádobových pokusech v letech 1998-1999 v uměle kontaminované Cd půdě (Kužel a kol. 1999). Na vysokou akumulační schopnost těchto rostlin upozornila již Haase (1988). Uvádí, že křídlatka sachalinská je schopna odčerpat z jednoho hektaru půdy za rok 1,3 kg Cd, 24 kg Pb, 322 kg Zn. Byla potvrzena vysoká akumulační schopnost těchto rostlin ve vztahu ke kadmiu. Závislost obsahu Cd v rostlinné hmotě na obsahu Cd v půdě byla vyjádřena regresními přímkami y = 4,2x + 21,7 v roce 1998 a y = 5,12x + 5,84 v roce 1999 při odpovídajících hodnotách koeficientu determinace R² = 0,857 a R² = 0,863. Nejvyšší hodnoty transfer faktoru (Kiekens, Camerlyck 1982), vypočteného jako poměr celkového obsahu prvku (v mg.kg^-1) v rostlině k celkovému obsahu prvku v půdě (v mg.kg^-1) podle vzorce TF = Cr/Cp, byly dosaženy v kontrolních variantách na nekontaminované půdě, kde dosahovaly průměrné hodnoty 45 v roce 1998 a hodnoty 43 v roce 1999. V závislosti na úrovni kontaminace od 3 do 64 mg Cd. kg^-1 půdy bylo pozorováno postupné snížení transfer faktoru od 7 ke 4. V povodí řeky Litávky antropogenně znečištěném těžkými kovy byla stanovena závislost obsahu Cd v rostlinné hmotě Reynoutria japonica Houtt. na obsahu Cd v půdě. Vztah byl vyjádřen regresní přímkou y = 1,09x - 0,91, kde R² = 0,489. Hodnoty transfer faktoru Cd se měnily v závislosti na vzdálenosti místa výskytu rostlin od vodního toku. Vyšší hodnoty transfer faktoru byly zjištěny v bezprostřední blízkosti řeky. Z výsledků získaných v lokalitě řeky Litávky je zřejmé, že u rostlin Reynoutria japonica Houtt. existuje velká variabilita v příjmu Cd.

Sklizená biomasa rostlin rodu Reynoutria použitá k dekontaminaci kadmiem zatížených půd je vhodná pro energetické využití. Jako nejperspektivnější se jeví Křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis /F.Schmidt/ Nakai), dosahující výnosů 50 - 60 t suché biomasy z 1 ha (Usťak 1998). Je to víceletá plodina, vyžadující vynaložení značných nákladů při zakládání porostu. Plné její využití připadá v úvahu až druhým nebo třetím rokem. Setí, sázení a sklizeň se provádí pomocí běžné zemědělské techniky (Sladký 1998). Rozmnožuje se semeny a kořenovými oddenky. Semena se po sklizni uskladní nejméně 14 dní při teplotě 1°C. Potom se zasejí do kompostové půdy s vyšším obsahem dusíku. Jsou ponechány při teplotě 20°C 16 hodin ve dne a 10°C 8 hodin v noci, než klíčící rostliny dosáhnou výšky cca 5 cm. Po přesazení jsou pěstovány ve skleníku v podmínkách dlouhého dne. Na počátku května, při výšce rostlin cca 60 cm, se vysadí na pozemek 1 rostlina na 1 m² (Strašil 1999). Vyhovují jí hlubší neutrální půdy zásobené živinami, zejména dusíkem s dostatečnou vlhkostí. Snáší dobře i půdy s pH od 4 do 8. V sušších obdobích roku se vyplatí zavlažování. Během několika let vytvoří mohutný kořenový systém, dosahující značné hloubky a šířky, umožňující překonat nepříznivá vegetační období. Zpracování půdy zahrnuje podmítku s rozmělněním posklizňových zbytků, hlubokou orbu, přípravu seťového lůžka, rozmělnění půdy do hloubky 10 cm, chemické a mechanické hubení plevelů. Sází se modifikovanými sazeči na cibuli nebo stroji k výsadbě lesních stromků. Vysazují se sazenice z odkopků, nebo vypěstované, nejlépe takové, které přečkaly již jednu zimu. V prvém roce pěstování se doporučuje hnojení 250 kg/ha P, 50 kg/ha K a 200 kg/ha N (Sladký 1999). V dalších letech rostliny přihnojujeme nejlépe na jaře před vyrašením nových výhonků. Pro energetické využití se sklízí v zimě, kdy mají uschlé rostliny nejmenší vlhkost (kolem 15 až 22 %). Po sklizni je nutno zajistit dosušení. Vlhkost neměla být vyšší než 8 - 12, max. 16%. Usušená biomasa se slisuje do briket nebo do balíků. Palivo se využívá k výrobě tepla či k výrobě elektřiny v parních kotlích. Lze ho kombinovat s jinými biopalivy nebo fosilními palivy. Spalné teplo křídlatky je 19,4 MJ/kg sušiny (Petříková, Váňa, Usťak 1996) . Při výnosu suché hmoty 54,4 t/ha je energetická výtěžnost 1057 GJ/ha (Sladký 1998).

Na rozdíl od přímého spalování suché hmoty, které není bez problémů, navrhujeme výrobu bioplynu ze sklizené zelené biomasy jako technologii zcela bezodpadovou. Principem metody je anaerobní termofilní vyhnívání biomasy (Kolář, Kužel 2000), při kterém se získává téměř čistý metan. Ze vznikajícího bioplynu se CO₂ vypere vápenným mlékem a vyhnilé kaly z vyhnívací komory spolu s použitým vápenným mlékem a dalšími přísadami se použijí na výrobu účinného organominerálního hnojiva. Plyn se může zpracovat v plynovém generátoru FIAT na elektrickou energii. Z 1 kg sušiny organické hmoty lze získat cca 280 - 320 l plynu.

Literatura:

Haase E. : Pflanzen reinigen Schwermetallböden. Umwelt 7-8, 1988, s. 342-344.

Kiekens L., Camerlyck R.:Transfer characteristic for uptake of heavy metals by plants. Landwirtschaftliche Forschung SH 39, 1982, s. 255-261

Kolář L., Kužel S.: Imunogenní extrakt z rostliny Echinacea pupurea (L.) Moench jako přísada do mléčných výrobků. Návrh grantu pro Danone institut, 2000, 7s.

Kužel S., Cígler P., Ledvina R., Kolář L., Fajtl J., Šperl M.: Imobilizace kadmia v difúzně znečištěných zemědělských půdách. Sborník referátů z mezinárodní konference Agroregion 99, "Trvale udržitelný rozvoj venkovských regionů", 2.-3.9. 1999, JU ZF v Českých Budějovicích, s. 234-236.

Petříková V., Váňa J., Usťak S.: Pěstování a využití technických a energetických plodin na rekultivovaných pozemcích. Metodika 1996. Metodika presentuje výsledky výzkumných úkolů řešených v rámci VÚRV Praha-Ruzyně a je realizačním výstupem projektu MŽp ČR a MZe ČR č. GA/849/93: "Pěstování technických a energetických plodin na devastovaných půdách a posouzení jejich kvality". http://www.vurv.cz/czbiom/clen/vp/kniha.html

Sladký V.: Technika potřebná pro využívání biomasy pro energii. Sborník ze semináře a exkurze "Biomasa v teplárnách ČR a Rakousku". Dešná, listopad 1998. http://www.vurv.cz/czbiom/sborniky/sb98petr/sladky.html

Sladký V.: Křídlatka - perspektivní energetická plodina. Časopis Biom, 2, 1999. http://www.vurv.cz/czbiom/biom/6/sladky.html

Strašil Z.: Pěstování a využití některých energetických plodin. Sborník přednášek z konference Technologie pro spalování biomasy. PRAGA AGRO '99. Praha - Letňany, 1999 http://www.vurv.cz/czbiom/sborniky/99kara/03.html

Usťak S., Váňa J., Honzík R.: Energetické a průmyslové rostliny IV. Chomutov. CZ - Biom, 1998, 138 s.

Zjištěné výsledky byly získány s finanční podporou grantu MŠMT, id. Kód:CEZ: J 06/98:122200002.