Chemap Agro s.r.o.

Možnosti využití ozimého tritikale na produkci biomasy a bioplynu

12. 08. 2017 Ing. Zdeněk Nesvadba, Ph.D., Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Jiří Hermuth; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha - Ruzyně Technologie pěstování Zobrazeno 125x

Biomasa získaná ze zemědělských plodin představuje významný zdroj obnovitelné energie. Díky tomu dochází ke konkurenci mezi různými způsoby využití zemědělské půdy a to buď pro produkci potravin, krmiv, biomasy nebo ochrany krajiny.

Využití tritikale

Literární zdroje uvádějí, že tritikale produkuje mnohem více biomasy než pšenice, ječmen nebo žito, na druhou stranu mnohem méně než kukuřice. V zemích, kde se hojně pěstují plodiny na produkci bioplynu je silážní kukuřice dominantní plodinou. V těchto produkčních systémech založených na využití kukuřice může pěstování ozimého tritikale přinést výhodu v časovém rozložení pracovních špiček (setí a sklizeň), využití zimní a časně jarní vláhy a umožní diverzifikovat osevní postup (Gowda et al., 2011). Siláž z tritikale je navíc k dispozici o přibližně dva měsíce dříve než kukuřičná siláž.

Řada zemí světa v současné době rozšiřuje sektor energie získávané z obnovitelných zdrojů, což vede ke zvyšování pěstebních ploch plodin využívaných na produkci biomasy (Losert et al., 2016). V Evropě v mezidobí 2004–2014 došlo ke zvýšení sklizňových ploch tritikale o 30 %, z 2843 tisíc ha na 3732 tisíc hektarů, což jasně hovoří o důležitosti této plodiny. Naproti tomu v České republice došlo ve stejném období k téměř 23% poklesu sklizňových ploch, z původních 63 tisíc ha na 48 tisíc ha (FAOSTAT, 2017). A právě ve využití tritikale na biomasu je možno spatřovat potenciál této plodiny a možnost opětovného navýšení pěstebních ploch v ČR v budoucích letech.

Kolekce genotypů ozimého tritikale z National Small Grains Collection, USDA-ARS, Aberdeen, Idaho (USA) vysetá ve VÚRV, v.v.i., Praha - Ruzyně
Kolekce genotypů ozimého tritikale z National Small Grains Collection, USDA-ARS, Aberdeen, Idaho (USA) vysetá ve VÚRV, v.v.i., Praha - Ruzyně

Linie ozimého tritikale M86-6052 (USA)
Linie ozimého tritikale M86-6052 (USA)

Vlastnosti tritikale

Mezi přednosti tritikale patří schopnost lépe využívat živiny z půdy, odolávat některým nepříznivým biotickým a abiotickým činitelům prostředí a v souvislosti s tím dosahovat dobrých výnosových výsledků v oblastech, kde pěstování pšenice není ekonomicky výhodné.

Často je tritikale pěstováno tam, kde se snaží pěstitelé šetřit na energetických vstupech do úrodnosti půdy, a z tohoto pohledu by se mohlo jednat o ideální plodinu pro ekologické zemědělství.

Tritikale lze zatím stále považovat za plodinu s vyšší obecnou úrovní zdravotního stavu ve srovnání s pšenicí. Tritikale je obilnina poměrně odolná vůči abiotickým stresům. Velmi významná je jeho schopnost tolerovat vyšší půdní toxicitu způsobenou přítomností hliníkových iontů. K vyplavování těchto iontů z půdy dochází jako následek kyselých dešťů a globálních klimatických změn prostředí. Ozimé formy tritikale se mohou vyznačovat vysokým stupněm mrazuvzdornosti, který zdědily po žitu. Schopnost přezimování je rovněž dána výbornou schopností regenerace a odnožovací schopností v prořídlých porostech. Významná je schopnost některých odrůd odolávat suchu. Tritikale má mohutný kořenový systém, a proto dokáže využít živiny i z větších hloubek a z méně přístupných forem. Dává vysoké výnosy v oblastech, které jsou již méně příznivé pro pšenici.

Za nedostatek tritikale lze považovat jeho vyšší náchylnost na poléhání a zvýšené nebezpečí porůstání zrna při vlhkém průběhu počasí během žní. (Martinek, 2014).

V minulosti bylo cílem šlechtění tritikale především zkrátit délku stébla a zlepšit odolnost poléhání. V současné době je prioritní výnos zrna a výnos zelené hmoty. Většina současných odrůd, které mají vysoký výnos zrna, má tendenci k nízké produkci biomasy a vysoce výnosné odrůdy na zelenou hmotu mají zase nízký výnos zrna. Současným trendem ve šlechtění tritikale je proto vytvořit odrůdy s vysokým výnosem zrna a současně vysokým výnosem zelené hmoty tak, aby se zvýšila komerční poptávka po této plodině (Gowda et al., 2011).

Pokus s ozimým tritikale

Na pracovišti Genové banky ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby, v.v.i. v Praze - Ruzyni (VÚRV, v.v.i.), se zabýváme v rámci řešení etapy Institucionálního projektu výběrem a hodnocením genetických zdrojů ozimého tritikale pro produkci biomasy a následnou výrobu bioplynu. Tento příspěvek shrnuje výsledky prvního roku z jedné zkušební lokality, ve kterém byla provedena biozplynovací zkouška a hodnocena celková výtěžnost bioplynu a metanu. Vzhledem k malému rozsahu plochy pokusných parcel nebyl zjišťován výnos zelené hmoty z jednotky plochy. Z odběrových částí parcel bylo sklizeno takové množství biomasy, aby bylo dostačující pro provedení biozplynovací zkoušky. Zbývající část plochy parcely byla ponechána do plné zralosti a sklizena maloparcelovým kombajnem.

Na základě dvouletého polního hodnocení bylo vybráno 20 genotypů ozimého tritikale z kolekce National Small Grains Collection (NSGC, USDA-ARS, Aberdeen, Idaho, USA). Podle Mergoum et al. (2009) bylo tritikale v USA, odkud většina zkoušených genotypů pochází, pěstováno na ploše 405 tisíc ha a většina produkce byla použita ke krmným účelům, jako jadrné krmivo, tak i na zeleno. Jako kontrolní odrůda byla použita odrůda Balu PZO, která je v Německu využívána na produkci biomasy a kromě toho je mimo jiné také kontrolní odrůdou ve státních odrůdových zkouškách ozimého tritikale na zelenou hmotu v Německu (Bundessortenamt). Jako kontrolní odrůda zrnového typu byla použita německá odrůda Agrano.

Pokus byl založen 24. 9. 2015 na parcelách o velikosti 4,5 m2 v jednom opakování. Pokusná lokalita je zařazena do výrobní oblasti řepařské, subtypu řepařsko-pšeničného, s půdním typem degradovaná černozem. Oblast Praha - Ruzyně (340 m n.m.) má průměrný roční úhrn srážek 526 mm. Dlouhodobá průměrná roční teplota vzduchu je 7,9 °C. Předplodinou byl hrách polní. Výsevek byl 3,5 milionu klíčivých semen na hektar. Před setím byla provedena aplikace hnojiv: superfosfát (45 % P2O5) v dávce 138 kg /ha a draselná sůl (60 % K2O) v dávce 138 kg/ha. Po vzejití byly aplikovány pesticidy v tank-mixu: Maraton (4,0 l/ha) + Glean (10 g/ha) + Protheus (0,5 l/ha). Po zimě bylo provedeno regenerační přihnojení ve formě močoviny (46 %) v dávce 100 kg/ha. V průběhu vegetace byla prováděna hodnocení morfologických a fenologických znaků, výskyt chorob a odolnost k poléhání. V době mléčně-voskové zralosti byla provedena sklizeň nadzemní hmoty, která byla následně sešrotována, vložena do PET uzavíratelných sáčků a zamražena v chladicím boxu při -18 °C. Sklizeň biomasy byla provedena ve dvou termínech 16. 6. a 20. 6. 2016. Vzorky byly následně předány na pracoviště VÚRV, v.v.i. v Chomutově, kde byla provedena laboratorní biozplynovací zkouška.

Biozplynování

Laboratorní experimenty biozplynování byly provedeny na sestavě se 48 třílitrovými skleněnými anaerobními fermentory (reaktory) zahřátými na mezofilní teplotu 37 ± 1 °C míchanými po dobu 15 minut každé 2 hodiny. Testování potenciální produkce bioplynu a metanu bylo provedeno v souladu s metodikou VDI 4630 (Anonymous, 2006). Poměr vstupu organické sušiny vzorku k očkovací látce byl cca 3:10. Očkovací látkou byl digestát z provozní bioplynové stanice, která zpracovává zvířecí exkrementy, kukuřičnou siláž a senáž píce v poměru zhruba 40:40:20. Údaje z měření experimentální produkce bioplynu byly zaznamenávány většinou jednou denně, v době nejvyšší intenzity produkce bioplynu i několikrát denně. Kvalitativní analýza bioplynu byla provedena na specializovaném bioplynovém analyzátoru Biogas Check Analyser renomovaného výrobce Geotechnical Instruments (GBR), přesnost měření byla kontrolována pomocí plynového chromatografu s detektorem TCD. Celková doba experimentální fermentace byla jednotně stanovena na 49 dnů (7 týdnů). To je dostatečný čas pro zajištění intenzivní fáze produkce bioplynu u všech testovaných substrátů. V mnoha případech se výroba bioplynu zcela nezastavila ani po uplynutí stanovené doby, což je spojeno s postupnou fermentací obtížně odbouratelných složek biomasy, jako jsou celulózy a hemicelulózy. Intenzivní etapa výroby bioplynu trvala obvykle 2–4 týdny po uplynutí fáze prodlevy (lag-fáze), která obvykle probíhala 1 až 5 dnů.

Laboratorní 48hnízdní zařízení pro sledování vývoje bioplynu s automatickým časovaným promícháváním
Laboratorní 48hnízdní zařízení pro sledování vývoje bioplynu s automatickým časovaným promícháváním

Měřící souprava pro analýzu bioplynu
Měřící souprava pro analýzu bioplynu

Výsledky

Výsledky fenologického a agronomického hodnocení jsou uvedeny v tabulce 1. Ve znaku doba metání od 1. ledna, byla ve sledovaném souboru nejranější německá odrůda Agrano (137 dní), nejpozdnějším byl genotyp M86-6089 s dobou 152 dní. Výška rostlin se pohybovala v širokém rozmezí od 107 cm (M86-6171) až po 160 cm u genotypu NE422T. Většina zkoušených genotypů dosahovala podle Klasifikátoru (1991) střední výšky rostlin (101–120 cm), stejně jako kontrolní odrůda Balu PZO (116 cm). Šest genotypů náleželo do skupiny s vysokou výškou rostlin (141–160 cm). Do této skupiny patří i odrůda Pika (148 cm), u které byla zjištěna nejvyšší výtěžnost bioplynu, respektive metanu. Hustota porostu byla hodnocena počtem klasů na 1 m2 a dle použitého klasifikátoru většina testovaných genotypů náležela do kategorie vysoký počet rostlin (351–400 klasů na 1 m2). Z hlediska produkce zrna byla na 1. místě odrůda Agrano s výnosem 10,16 t/ha (142 % k průměru pokus), za ní následoval genotyp KT941256h003 s výnosem 9,18 t/ha (128,2 % k průměru pokusu). Odrůda Balu PZO byla výnosově mírně nad průměrem pokusu (101,3 %). Odrůda Pika a linie M86-6052, které měly nejvyšší výtěžnost bioplynu a metanu dosáhly výnosu 6,07 t/ha (84,8 % k průměru pokusu), respektive 7,70 t/ha (107,6 % k průměru pokusu). Gowda et al. (2011) se ve své studii zabývali nepřímou selekcí pro sklizeň zelené hmoty za použití výnosu zrna a zjistili, že genotypová korelace mezi výnosem zrna a sklizené biomasy byla 0,76. To jasně ukazuje, že současně probíhající zlepšování výnosu zrna a výnosu zelené hmoty stejných genetických zdrojů v jednom šlechtitelském programu je slibnou strategií tvorby nových odrůd ozimého tritikale ve střední Evropě.

Celkovou produkci bioplynu po 49 dnech experimentální fermentace ukazuje tabulka 2, ve které je uveden i procentický obsah sušiny, jehož průměrná hodnota u analyzovaných vzorků byla 33,5 %. Průměrná koncentrace metanu u všech sledovaných vzorků činila 53,4 % z celkového bioplynu, což koresponduje s výsledky práce Cantale et al., (2016). Nejvyšší výtěžnost metanu byla zjištěna u odrůdy Pika (398 l/kg suš.) a linie M86-6052 (396 l/kg suš.). Linie NE426GT se jevila z hlediska celkové výtěžnosti metanu jako nejméně produktivní (191 l/kg suš.). Výsledky práce autorů Gowda et al. (2011) potvrzují to, že výška rostlin je znakem, který klíčovým způsobem ovlivňuje výnos biomasy u tritikale. Další znaky jako výnos zrna, doba metání, počet klasů na 1 m2 nebo hmotnost tisíce zrn mají daleko nižší význam. K podobným závěrům došli ve své studii také Losert et al. (2016), kteří hodnotili výnos biomasy jak u odrůd, tak hybridů tritikale. V práci autorů Alheit et al. (2014) se uvádí, že byla zjištěna průkazná genotypová variabilita pro znaky produkce biomasy a výška rostlin. Heritabilita pro výšku rostlin byla 0,95 a pro výnos biomasy 0,85.

Tab. 1: Výsledky fenologického a agronomického hodnocení genotypů ozimého tritikale na pracovišti Genové banky, VÚRV, v.v.i. Praha - Ruzyně

P.č.

Odrůda / linie

Stát - původ

Datum metání (od 1. 1.)

Výška rostlin (cm)

Počet klasů (1 m2)

Výnos zrna (t/ha)

Výnos zrna k prům. pokusu (%)

HTZ (g)

1

OAC Wintri

CAN

148

147

400

7,12

99,4

48,8

2

M86-6027

USA

146

117

496

7,68

107,3

37,3

3

M86-6037

USA

149

112

348

6,65

92,8

43,9

4

Agrano (kontrola)

DEU

137

112

374

10,16

142,0

47,5

5

M86-6051

USA

146

134

484

6,42

89,7

44,6

6

M86-6052

USA

145

119

336

7,70

107,6

44,8

7

M86-6054

USA

145

117

340

7,30

102,0

51,1

8

M86-6064

USA

145

111

280

6,00

83,8

47,3

9

M86-6081

USA

140

125

344

7,15

99,8

48,6

10

M86-6089

USA

152

128

292

7,03

98,2

44,7

11

M86-6116

USA

147

113

356

6,30

87,9

42,8

12

M86-6171

USA

147

107

380

6,03

84,2

44,1

13

M86-6174

USA

146

144

368

6,34

88,6

48,3

14

M86-150

USA

146

148

348

6,42

89,6

47,9

15

Pika

CAN

150

148

376

6,07

84,8

40,7

16

Breaker

USA

147

146

389

6,40

89,4

54,3

17

UCRTCL3-2001

USA

140

113

320

6,23

87,0

40,5

18

NE422T

USA

147

160

349

7,10

99,2

50,9

19

NE426GT

USA

141

111

376

8,56

119,6

46,1

20

KT941256h003

USA

146

116

420

9,18

128,2

48,6

21

KT941312SA018

USA

148

109

376

8,51

118,9

42,8

22

Balu PZO (kontrola)

DEU

142

116

380

7,25

101,3

53,0

 

Aritmetický průměr

x

145

125

370

7,16

 

46,3

Maximum

max

152

160

496

10,16

 

54,3

Minimum

min

137

107

280

6,00

 

37,3

Směrodatná odchylka

sx

3

16

50

1,07

 

4,10

Variační koeficient (%)

vx

2

13

14

14,94

 

8,90

Tab. 2: Výsledky biozplynovací zkoušky na pracovišti VÚRV, v.v.i. Chomutov

P.č.

Odrůda / linie

Stát
- původ

Sušina vzorku
(%)

Celk. výtěž. BP              (l/kg suš.)

Celk. výtěž. CH4
(l/kg suš.)

Prům. konc. CH4 (%)

1

OAC Wintri

CAN

35,26

570

301

52,8

2

M86-6027

USA

33,93

478

254

53,0

3

M86-6037

USA

31,20

483

254

52,6

4

Agrano (kontrola)

DEU

34,68

510

269

52,8

5

M86-6051

USA

34,45

694

369

53,2

6

M86-6052

USA

34,15

726

396

54,5

7

M86-6054

USA

31,97

683

368

53,9

8

M86-6064

USA

36,35

481

261

54,2

9

M86-6081

USA

35,58

410

222

54,1

10

M86-6089

USA

28,93

514

274

53,4

11

M86-6116

USA

34,18

413

220

53,3

12

M86-6171

USA

32,43

595

312

52,4

13

M86-6174

USA

32,63

609

320

52,5

14

M86-150

USA

32,24

567

304

53,7

15

Pika

CAN

32,72

735

398

54,2

16

Breaker

USA

32,40

571

301

52,7

17

UCRTCL3-2001

USA

36,57

520

278

53,6

18

NE422T

USA

35,36

457

247

54,1

19

NE426GT

USA

36,94

357

191

53,5

20

KT941256h003

USA

34,22

650

341

52,4

21

KT941312SA018

USA

29,69

624

337

54,0

22

Balu PZO (kontrola)

DEU

30,87

658

352

53,6

 

Aritmetický průměr

x

33,49

559

299

53,4

Maximum

max

36,94

735

398

54,5

Minimum

min

28,93

357

191

52,4

Směrodatná odchylka

sx

2,13

104,06

56,27

0,64

Variační koeficient (%)

vx

6,36

18,62

18,82

1,20

Závěr

Každá kulturní zemědělská plodina se vyvinula z původně planých forem neuvědomělým nebo uvědomělým domestikačním působením člověka. O tritikale, jež je křížencem kulturní pšenice a žita, se hovoří jako o plodině uměle vytvořené člověkem, která by v přírodě sama bez přispění člověka nevznikla. I když od vyšlechtění tritikale uplyne už skoro 130 let, tak nejen jako zemědělská plodina tak i její využití se neustále vyvíjí.

Tritikale má potenciál jako alternativní plodina pro různé druhy konečného využití v širokém rozmezí pěstebních oblastí. Šlechtitelské programy po celém světě jsou zaměřeny na zlepšení rezistence proti abiotickým stresům v marginálních oblastech, odolnost vůči biotickým stresům, na krmnou a potravinářskou kvalitu s cílem vytvořit nové odrůdy tritikale pro specifické využití.

Produkce bioplynu v zemědělském sektoru je rychle rostoucím trhem v oblasti střední Evropy a tritikale je slibnou energetickou plodinou kvůli vysoké produkci biomasy a specifickému výnosovému potenciálu bioplynu (Gowda et al., 2011).

Experimenty s vybranými genotypy ozimého tritikale budou pokračovat v dalších 2 letech na 3 lokalitách a ve dvou intenzitách (s rozdílnou dávkou N-hnojení) s cílem hodnocení výnosu zelené hmoty a celkové výtěžnosti bioplynu a metanu.

Příspěvek vznikl v rámci řešení Institucionálního projektu MZe RO0417 a projektu MZe ČR 206553/2011-17253 ”Národní program konzervace a využívání genetických zdrojů rostlin a agrobiodiversity”.

Použitá literatura je u autorů.

Možnosti využití ozimého tritikale na produkci biomasy a bioplynu

Kolekce genotypů ozimého tritikale z National Small Grains Collection, USDA-ARS, Aberdeen, Idaho (USA) vysetá ve VÚRV, v.v.i., Praha - Ruzyně
Linie ozimého tritikale M86-6052 (USA)
Laboratorní 48hnízdní zařízení pro sledování vývoje bioplynu s automatickým časovaným promícháváním
Měřící souprava pro analýzu bioplynu

Související články

Zonální aplikace hnojiv při setí ozimé řepky

05. 08. 2017 Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D., Ing. Petr Zábranský, Ph.D., Ing. Michaela Škeříková, Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D.; Česká zemědělská univerzita v Praze Technologie pěstování Zobrazeno 255x

Morfologická variabilita meziplodin

26. 07. 2017 Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D. a kol Technologie pěstování Zobrazeno 293x

Význam precizního zemědělství v EU

03. 07. 2017 Ing. Petr Štěpánek; Agromanuál Technologie pěstování Zobrazeno 286x

Úzkořádková technologie pěstování kukuřice na siláž

28. 06. 2017 Doc. Ing. Vladimír Smutný, Ph.D.; Mendelova univerzita v Brně, Ing. Antonín Šedek; P & L, spol. s r. o. Technologie pěstování Zobrazeno 465x

Metoda strip-till aneb jak pěstovat kukuřici šetrně

02. 06. 2017 Ing. Marcel Herout; ZD Krásná Hora nad Vltavou a. s. Technologie pěstování Zobrazeno 2545x

Další články v kategorii Technologie pěstování

Agro Aliance
AG NOVACHEM s.r.o.
DuPont CZ s.r.o.
Moluskocid Axcela

Kalendář akcí

Prohlédnout vše

Upozornění

Veškeré údaje uvedené na webu www.agromanual.cz jsou pouze informativní, při použití přípravků se řiďte etiketou přípravku.

Anketa

Jak se Vám líbí nové názvosloví chorob a používáte je?
24%
6%
3%
18%
3%
47%
detail