Sergej Usťak, Olga Mikanová
Pěstování a využití komonice bílé při biologické rekultivace důlních výsypek. METODIKA PRO PRAXI Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
2008
Metodika vznikla za finanční podpory MŠMT ČR a je výstupem řešení projektu č. 1M6798593901 pod názvem „Bioindikace a revitalizace toxických antropogenních substrátů a vodních zdrojů: využití sinic, řas, půdních bakterií a symbiotických hub“.
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2008 ISBN 978-80-87011-73-7
Sergej Usťak, Olga Mikanová
Pěstování a využití komonice bílé při biologické rekultivaci důlních výsypek.
METODIKA PRO PRAXI
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. 2008
Pěstování a využití komonice bílé při biologické rekultivaci důlních výsypek. Cílem metodiky je poskytnout zemědělcům, meliorátorům, zemědělským poradcům a všem zájemcům o pěstování a zpracování zemědělské biomasy jako obnovitelného zdroje surovin a energie a za účelem biologické rekultivace antropogenních půd, zejména důlních výsypek, základní informace o perspektivní netradiční multifunkční krmné a energetické plodině – komonici bílé (Melilotus albus Medik.). Doposud komplexní metodika pěstování této plodiny pro meliorační účely zpracována nebyla. Publikace poskytuje základní botanickou charakteristiku rostliny, specifikuje půdně-ekologické nároky rostliny na stanoviště, popisuje způsoby zakládání porostů, agrotechniku pěstování, hnojení, ochrany rostlin, sklizně a posklizňového ošetření a dává přehled výnosového potenciálu a hlavních možností využití.
Cultivation and use of white sweetclover for biological recultivation of mine dumps Aim of the methodology is to provide farmers, ameliorators, agriculture consultants and all persons interested in cultivation and processing of agriculture biomass as a renewable energy and material source and in biological amelioration of anthropogenic soils especially mine dumps, with basic information on perspective unconventional multifunctional fodder and energy crop – white sweetclover (Melilotus albus Medik.). Up to now, there has not been worked out any complex methodology for amelioration purposes. The publication provides basic botanical characterization of the crop, specifies soil-ecological conditions of the habitat for the crop, describes the ways of growth establishment, agrotechnology of cultivation, fertilizing, plant protection, ingathering and of after-treatment and gives an overview of potential productivity and main utilization possibilities. Metodika je určena zemědělcům, meliorátorům, zemědělským poradcům a všem zájemcům o pěstování a zpracování zemědělské biomasy jako obnovitelného zdroje surovin a energie a za účelem biologické rekultivace důlních výsypek. Oponenti:
1) za státní správu: Ing. Jan Bednár (MZe ČR) 2) za odbornou veřejnost: Ing. Vlasta Petříková, DrSc. (CZ BIOM)
Ministerstvo zemědělství doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi.
2
OBSAH
1. Úvod. ....................................................................................................... 4 2. Cíl a novost metodiky. .......................................................................... 6 3. Základní popis plodiny.......................................................................... 7 4. Botanický popis plodiny........................................................................ 8 5. Základní charakteristika výsypkových zemin z hlediska
cílů
zemědělské rekultivace a rostlinné výroby............................................ 8 6. Optimální pěstitelské postupy a agrotechnika................................ 16 6.1. Předplodiny, krycí a následující plodiny.............................................16 6.2. Nároky na stanoviště, příprava půdy a základní hnojení ....................16 6.3. Osevní postup a předseťové hnojení ...................................................17 6.4. Ochrana................................................................................................18 6.5. Sklizeň a ošetření porostů ...................................................................19 7. Výnosové parametry a agrochemická kvalita produkce. .............. 19 8. Potenciál využití plodiny a možnosti uplatnění metodiky ............. 20 9. Seznam literatury: ............................................................................... 22 10. Seznam publikací, které předcházely metodice .......................... 23
3
1. Úvod. V důsledku těžby hnědého uhlí na území severozápadních Čech jsou tisíce hektarů krajiny pokryty výsypkami nadložních hornin (viz foto č. 1). Zákon ukládá těžebním společnostem zabezpečení a provedení rekultivace ploch po hornické činnosti za účelem zpětného uvedení devastovaného území do kulturního stavu. Hlavním cílem rekultivace antropogenně poškozených území je vytvoření vhodných podmínek pro jejich udržitelné biologické osídlení, a to především rostlinami a mikroorganizmy, a tím dosažení ekologické stability krajiny. Rekultivace výsypkových zemin se skládá ze dvou základních etap – technické a biologické. Technická rekultivace zahrnuje především terénní úpravy a meliorační práce. Sem patří rovněž hydromeliorační a hydrotechnické práce, výstavby komunikací, protierozní a stabilizační opatření apod. Meliorace obvykle završuje technickou rekultivaci a předchází rekultivaci biologické. Biologická rekultivace zahrnuje především biologické postupy nasměrované na vrácení důlní činností devastované plochy do společensky prospěšného využití. Hlavními cíli biologické rekultivace výsypkových zemin je vytvoření optimálních podmínek pro rozvoj a růst průběžných a cílových skupin rostlin. Poslední lze rozdělit do třech základních skupin – lesní porosty, trvalé travní porosty a zemědělské plodiny. Podle účelu se dělí biologická rekultivace na 3 základní skupiny – zemědělskou, lesnickou a vodohospodářskou. Tradiční postupy zemědělské rekultivace dělíme na přímé bez převrstvení a nepřímé s převrstvením [1, 2]. Přímá zemědělská rekultivace je zdlouhavá (až 12 let) a nezaručuje na běžných výsypkách vhodné podmínky pro následující intenzivní zemědělství, proto se tato metoda využívala obvykle jen výjimečně, a to na snadno zúrodnitelných výsypkových zeminách (spraše, sprašové hlíny, bentonity, slinité horniny apod.). Nepřímé způsoby s převrstvením ornicí nebo zúrodnitelnou zeminou jsou efektivní, ale velmi nákladné. Obvykle doba nepřímé rekultivace je 8 let. V obou případech zemědělská rekultivace spočívá v pěstování zemědělských rostlin, konkrétně v uplatnění zúrodnitelného osevního postupu s větším zastoupením tzv. zúrodnitelných zemědělských 4
rostlin, které zvyšují zásobu organické hmoty a živin a zvyšují strukturnost půdy. V ČR byly vypracovány a mnoho let úspěšně používány cílené agrotechnické a osevní postupy zemědělské rekultivace s pěstováním tradičních zemědělských plodin [1-3]. K těmto rostlinám patří především víceleté pícniny (obvykle jetelotravní směsi), jejichž zastoupení se v závislosti na zúrodnitelnosti výsypkových zemin volí v rozmezí 40-60 %. Příznivý účinek na biologickou rekultivaci výsypkových zemin vykazují rovněž organicky hnojené okopaniny a kukuřice. Mezi jednoleté zlepšující plodiny řadíme luskoviny (bob, hrách, peluška, vikev, lupina) a brukvovité rostliny (hořčice, řepice, řepka). Velký význam pro úspěšnost biologické rekultivace má rovněž pěstování meziplodin na zelené hnojivo. Podotýkáme, že hlavním účelem osevního postupu není co nejvyšší produkce zemědělských plodin, ale tvorba, biologické oživení a zúrodnění antropogenní půdy. V současné době z důvodu změny priorit zemědělské výroby směrem k nepotravinářské produkci se mění i základní přístup k účelům a tím i ke způsobům uskutečnění zemědělské rekultivace výsypek. Pěstování netradičních technických, energetických a víceúčelových plodin se stává nejenom konečným cílem zemědělské rekultivace důlních výsypek, ale rovněž může být výborným nástrojem pro její samotnou realizaci. Je to dáno tím, že většina perspektivních druhů nepotravinářských plodin jsou vysokovzrůstné, velmi často vytrvalé plodiny s velkou produkcí nadzemní a zejména podzemní hmoty, která významně přispívá k úspěšnému oživení výsypkových zemin. Rozvoj pěstování nepotravinářských plodin na antropogenních a devastovaných půdách pomůže jejich rychlejší biologické rekultivaci, což bude mít významný dopad na životní prostředí a na zvýšení celkové ekologické stability krajiny. Nezanedbatelným pozitivním efektem uplatnění netradičních technických a zejména energetických plodin při biologické rekultivaci výsypek je i ekonomický efekt z možného tržního uplatnění vyprodukované zemědělské biomasy. Mezi nejperspektivnější plodiny z hlediska jejich meliorativních účinků na půdu tradičně řadíme rostlinné druhy z čeledi bobovitých (Fabiacea). Naše dlouhodobé výzkumy a pozorování ukázaly, že jednou z nejvhodnějších iniciačních neboli pionýrských plodin pro ozelenění výsypkových zemin je komonice, a to především komonice lékařská Melilotus officinalis (L.) Pall. (foto č. 2) a komonice bílá Melilotus albus 5
Medik. (foto č. 3). Na výsypkách severočeských dolů většího přirozeného rozšíření dosáhla komonice lékařská, ale z hlediska zemědělského a produkčního větší praktický význam má komonice bílá nežli lékařská, což se projevilo i v tom, že v seznamu registrovaných odrůd máme pouze odrůdy komonice bílé. Právě proto se tato plodina stala hlavním objektem zájmu našeho výzkumu a předkládaných metodických postupů.
2. Cíl a novost metodiky. Pěstování a víceúčelové využití netradičních vytrvalých vysokoprodukčních plodin jako obnovitelného zdroje surovin a energie má důležitý význam pro udržitelný rozvoj zemědělství. Jedním z nových perspektivních způsobů víceúčelového uplatnění těchto plodin je biologická rekultivace antropogenně poškozených území, zejména důlních výsypek. Na základě dlouhodobého výzkumu autorského pracoviště byla jako velmi perspektivní plodina pro účely biologické rekultivace důlních výsypek označena komonice bílá. Důvodem, proč právě tato plodina byla zvolena jako nejvhodnější z jetelovin pro iniciační stádium biologické rekultivace výsypek, je její pověstná nenáročnost na půdní a agrotechnické podmínky a zejména absence reakce na běžný, u výsypkových zemin velmi vysoký, obsah hořčíku, který se u vojtěšky a jetele - nejvíce používaných jetelovin v zemědělské praxi - projevuje potlačením jejich růstu a vývoje neboli tzv. zakrslostí. Obzvlášť je komonice vhodná pro nastartování biologické revitalizace při přímé rekultivaci bez použití navážek ornice a vysokých dávek organických hnojiv. Cílem metodiky je poskytnout meliorátorům antropogenních půd, důlních výsypek a rovněž zemědělcům, zemědělským poradcům a všem zájemcům o pěstování a zpracování zemědělské biomasy jako obnovitelného zdroje surovin a energie a za účelem biologické rekultivace antropogenních půd, zejména důlních výsypek, základní informace o velmi perspektivní netradiční multifunkční plodině, jakou je komonice bílá (Melilotus albus Medik.). Tuto plodinu lze použít pro produkci krmiv, suroviny pro výrobu bioplynu nebo jako energetickou biomasu pro zpracování na biopaliva. Novost metodiky vyplývá z toho, že doposud komplexní metodika pro pěstování a využití komonice bílé v podmínkách České republiky, zejména pro rekultivaci důlních výsypek, zpracována nebyla. Publikace poskytuje základní botanickou charakteristiku rostliny, specifikuje půdně-ekologické 6
nároky rostliny na stanoviště, popisuje způsoby zakládání porostů, agrotechniku pěstování, hnojení, ochrany rostlin, sklizně a posklizňového ošetření a dává přehled výnosového potenciálu a hlavních možností využití.
3. Základní popis plodiny Komonice bílá (Melilotus albus Medik.) je dvouletá (občas jednoletá) bylina z čeledi rostlin bobovitých (Fabaceae). Komonice roste divoce téměř po celé Evropě, Asii (kromě jižní části), Severní Americe. Je přirozeně rozšířena na celém území našeho státu, především na méně úrodných a antropogenních půdách, na rumištích, skládkách, důlních výsypkách, podél cest, na okrajích lesů a luk apod. Tato plodina upřednostňuje sušší a slunná stanoviště, málo humózní neutrální až alkalické půdy. Nesnáší půdy zamokřené a velmi těžké.
Ve srovnání se svými nejvíce hospodářsky využívanými příbuznými druhy vojtěškou a jetelem je méně náročná na agrotechnické podmínky pěstování a je více produktivní. Důvodem, který brání širšímu využití komonice jako krmné plodiny v zemědělské praxi, je vysoký obsah kumarinu a s tím spojená charakteristická vůně a nahořklá příchuť vyprodukované píce, která odrazuje hospodářská zvířata. Dle současných poznatků má komonice bílá rozsáhlý potenciál víceúčelového využití jako plodina krmná, technická, energetická, medonosná, meliorační a půdoochranná [4 - 7]. V českém seznamu povolených odrůd máme v současné době zaregistrovány 3 odrůdy komonice bílé, a to 2 dvouleté formy a 1 jednoletou. Nejstarší českou odrůdou dvouleté formy komonice bílé, která byla introdukována z místní přírodní flóry, je odrůda „Krajová“ (zaregistrováno v roce 1950). Novou odrůdou, zaregistrovanou v roce 2003 je „Běla“. Jednoletá forma je představena jednou odrůdou pod názvem „Adéla“ (povolená v roce 1997). Tato odrůda dle údajů autorů byla vyšlechtěna výběrem jednoletých forem z populace komonice dvouleté, jejich přemnožením s následným individuálním výběrem a mícháním vybraných potomstev [8-9].
7
4. Botanický popis plodiny. Komonice je bylina převážně dvouletá s občasným výskytem forem jednoletých. Vytváří keře, které dosahují výšky 30-80 cm v prvním roce vegetace a 100-250 cm v roce druhém (viz foto č. 4-5). Lodyhy jsou bohatě větvené, vystoupavé až vzpřímené, ve spodní části mělce rýhované, lysé až krátce přitiskle chlupaté. Listy jsou na větvích rozmístěné střídavě na krátkých řapících. Listová čepel a řapík mají zelené, zřídka anthokyanové zabarvení. Čepele listů mají eliptickou až vejčitou formu a dosahují délky 10–40 mm, šířky 5–20 mm. Listy jsou řapíkaté, trojčetné, po okrajích nepravidelně řídce zubaté až celokrajné, na spodní straně lysé až krátce přitiskle chlupaté. Květy jsou rozmístěny v úžlabích listů, na základním stonku i bočních letorostech. Květenství je hroznovité, krátce stopkaté s 20–80 květy. Kalich květu je pravidelný, pěticípý, zvonkovitý. Koruna bílá, 4–6 mm dlouhá, pavéza na vrcholu uťatá až mírně vykrojená, křídla jsou kratší nebo stejně dlouhá jako pavéza, člunek je široký, tupý. Kvete od května do září. Plodem je lusk s 1–2 semeny. Plody jsou drobné tobolky obsahující cca 5-9 hnědých drobných semen. Semena jsou elipsoidního tvaru, hladké, barvy zelenožluté až žlutohnědé (viz foto č. 6). Hmotnost 1000 semen je 1,5-2,5 gramů. Semena dozrávají nerovnoměrně. Velký podíl čerstvě sklizených semen tvoří tzv. semena kamenitá, proto osivo vyžaduje předseťovou skarifikaci. Kořen je kůlový, v horní části zesílený, je posetý bočními kořenovými výrůstky s patrnými hlízkami kořenových, dusík fixujících bakterií (viz foto č. 7-8). Běžně dorůstá do hloubek cca 30-60 cm, na lehkých půdách občas do 2-3 m.
5. Základní charakteristika výsypkových zemin z hlediska cílů zemědělské rekultivace a rostlinné výroby Výsypkové zeminy z povrchové těžby hnědého uhlí severočeské a sokolovské pánevní oblasti jsou většinou představovány šedými miocénními jíly a jsou to velmi těžké jílovité zeminy s obsahem 85-90 % jílovitých částic. Tyto fyzikální vlastnosti jsou příčinou jejich nesnadného obdělávání. Z hlediska zásobení živinami mají výsypkové zeminy obvykle 8
velmi nízký obsah humusu, dusíkatých látek a fosforu. Jejich biologická aktivita je výrazně omezená a v době navrstvení a terénních úprav je prakticky nulová. V tabulce č. 1 jsou uvedeny výsledky měření biologické aktivity ve výsypkové zemině tzv. čerstvé neboli 1-2 roky po navrstvení a výsypky 5-6 let staré ovlivněné činností přirozené sukcese plevelných rostlin ve srovnání s hodnotami charakteristickými pro běžnou ornici. Jak vidíme, bez cílených zásahů nasměrovaných na biologickou rekultivaci probíhá oživení výsypkových zemin velmi pomalu. Tabulka 1: Biologická aktivita výsypkové zeminy různého stáří navrstvení ve srovnání s hodnotami typovými pro ornou půdu Zemina
Dehydrogenasa µg TPF.100 ml-1
Arylsulfatasa µg p-NP.g-1
Ureasa mg N .g-1
Invertasa mg glukosy.g-1
C biomasy mg C . kg-1
Výsypka 1-2 roky, bez rostlin
0
0
0
0,6
8,3
Výsypka 5-6 let, plevele
38,0
69,4
14,6
5,6
70,0
Orná půda
1000 - 2000
100 - 250
20 - 30
15 - 25
250-300
Na druhou stranu, výsypky obvykle mají střední až vysokou zásobu přijatelného draslíku a vápníku a až nadbytečně vysokou zásobu hořčíku a zpravidla optimální hodnoty pH. Jako příklad uvádíme typové hodnoty průměrů (interval spolehlivosti průměru při 95 % pravděpodobnosti) ze statistického hodnocení rozborů vzorků výsypkových zemin ze Severočeských dolů u Chomutova (viz tab. č. 2). Většina těchto parametrů vykazuje vysokou až velmi vysokou variabilitu. Navíc, jejich hodnoty, zejména obsah humusu a dusíku, výrazně záleží na stavu biologického oživení výsypek – čím více je biologická rekultivace pokročilá, tím vyšších hodnot dosahuje obsah Cox a Ntot. Z výsledků agrochemických rozborů vidíme, že výsypka na rozdíl od zemědělské půdy obsahuje hodně vápníku (20-50 g na 1 kg) a hořčíku (814 g na 1 kg). Tak vysoký obsah Ca a zejména Mg je schopný nepříznivě ovlivňovat růst některých druhů rostlin. Vysoký obsah Mg zejména 9
potlačuje růst a vývoj některých zemědělských plodin (například, vojtěšky) a vyvolává jejich zakrslost. Vysoký podíl jílovitých částic ve výsypkových zeminách výrazně ztěžuje jejich obdělávání zemědělskou technikou a zužuje rozsah optimální pro tyto účely půdní vlhkosti (jsou to tzv. minutové půdy). Vysoký obsah jílovitých částic je zároveň příčinou vysoké schopnosti poutat pomocí fyzikálně-chemické sorpce minerální živiny. Tabulka 2. Základní agrochemické parametry výsypkové zeminy ze Severočeských dolů u Chomutova (rozbory dle Melicha III.). Parametr
pH/KCl pH/H2O
jednotka typový 95% 6,0-7,0 rozsah průměru
6,4-7,8
P
K
Mg
Ca
Ntot
Cox
mg/kg
mg/kg
mg/kg
%
%
%
10-40 300-450 800-1400 2,5-5,0 0,04-0,16 0,6-1,8
Cíle biologické rekultivace – zúrodnění půdy na úroveň blízkou běžným zemědělským půdám v dané lokalitě, jsou shodné s podmínkami budoucího pěstování zemědělských plodin včetně průmyslových a energetických rostlin, tj. čím lepší je efektivita biologické rekultivace, tím jsou vhodnější podmínky pro budoucí pěstování rozličných plodin. Úspěšné uchycení, růst a přežívání rostlin na výsypkách je ovlivněno mnoha faktory, jako je množství humusových látek, základních živin a mikroprvků, pH a sorpční kapacita, hydrofyzikální podmínky a provzdušnění substrátů, půdní mikrobiální aktivita. Většina výsypkových zemin se vyznačuje nepříznivými hydrofyzikálními vlastnostmi, především značnou kompaktností a nepropustností pro vodu. Jsou-li výsypkové zeminy vlhké, jsou mazlavé a bobtnavé, v období sucha rychle tvrdnou. Proto důležitým cílem technické a biologické rekultivace je především zvýšení strukturnosti antropogenních půd, což je na druhou stranu spojeno především se zvýšením obsahu organických látek, prokořeněním půdy a zvýšením její celkové biologické aktivity. Na základě dlouhodobých zkušeností organizací, které se biologickou rekultivací výsypek zabývají [1-3], byl stanoven soubor kvalitativních požadavků na optimalizaci agrochemických vlastností zrekultivované zemědělské půdy: 10
Foto 1: Pohled na Severočeské doly u Chomutova
Foto 2: Komonice lékařská Melilotus officinalis (L.) Pall.
11
Foto 3: Komonice bílá Melilotus albus Medik.
Foto 4: Pokusné porosty komonice bílé na výsypce v době květu 12
Foto 5: Pokusné porosty komonice bílé na výsypce v době zralých semen
Foto 6: Semena komonice bílé
13
Foto 7: Hlízky dusík fixujících bakterií na kořenech komonice bílé
Foto 8: Kořeny komonice při odběru na výsypce 14
Výměnná reakce půd – neutrální až slabě kyselá, tj. pH v rozmezí 5,6-7,2. Úprava kyselosti výsypkových zemin obvykle není požadována. Obsah humusu – žádaný je obsah Cox v rozmezí 1-1,7 %, tj. na úrovni mezi mírnou a střední zásobou. Obsah celkového dusíku – minimálně 0,1 %, což je střední zásoba. Poměr C: N – maximálně 1 : 15. Sorpční schopnost T - minimálně 10 mval.100 g a současně minimálně 60 %-ní nasycenost. Zásoba přijatelných živin P, K, Mg, Ca - minimálně na spodní hranici odpovídající kategorie pro střední zásobu. Obsah rizikových prvků - nesmí překročit stanovené limity pro zemědělské půdy. Obsah rizikových prvků ve výsypkových zeminách obvykle nečiní žádné problémy. Uspokojivé technologické vlastnosti ovlivňující obtížnost a kvalitu obdělávání půd, které jsou především závislé na strukturnosti půd. Nejoptimálnější je zrnitostní složení. Maximální objemová hmotnost orniční vrstvy by neměla překročit 1,5 g/cm3. Pórovitost ornice by měla dosahovat hodnot 40-60 % a tomu odpovídající maximální kapilární vodní kapacitu 30-50 %. Při dosažení odpovídajících hodnot agrochemických vlastností orniční vrstvy v době ukončení biologické rekultivace výsypkových zemin si můžeme být jisti úspěchem budoucího pěstování tradičních a netradičních zemědělských plodin včetně energetických a průmyslových rostlin. Při úspěšném dokončení biologické rekultivace výsypkových zemin nevznikají žádné zvláštní nároky na změnu technologií pěstování zemědělských plodin, tj. zde uplatníme stejné technologie jako na srovnatelných běžných zemědělských půdách, samozřejmě s přihlédnutím k jejich těžšímu fyzikálnímu složení. Avšak obhospodařování výsypkových zemin v průběhu biologické rekultivace je daleko obtížnější a má řadu specifik, které musí zemědělci respektovat. Největším problémem je nejistá přístupnost výsypek pro obhospodaření v době pro rostliny vhodných agrotechnických termínů, neboť jsou to tzv. „minutové půdy“. Proto zde jsou tak žádané vytrvalé plodiny, které snižují potřebu obdělávání půdy a tím i závislost realizace agrotechnických postupů na počasí. 15
6. Optimální pěstitelské postupy a agrotechnika. 6.1. Předplodiny, krycí a následující plodiny Komonice není náročná na předplodinu, ale není však vhodné ji vysévat na pozemcích, kde byly v předchozích letech aplikovány přípravky s účinnou látkou atrazine, trifluralin a chlorsulforon. Je to jedna z mála plodin, které dobře snáší tlak na výsypkách běžně se vyskytujícího spektra plevelů. V případě použití pro meliorační účely se komonice většinou využívá jako plodina pionýrská neboli iniciační, proto v takovém případě problém vhodné předplodiny odpadává. V případě využití nejvíce rozšířených dvouletých forem komonice je žádoucí společné setí s krycí plodinou, nejlépe nějakou obilninou na zelené krmivo (např., oves nebo ječmen). Jako nevhodnější pro meliorační účely však považujeme námi úspěšně odzkoušené společné setí směsí jednoleté a dvouleté formy komonice (odrůdy Krajová a Adéla), kde porost jednoleté formy je pokryvnou plodinou pro formu dvouletou. Výhodou takové směsi je podstatně vyšší meliorativní účinek a nahromadění většího množství půdního dusíku v důsledku činnosti hlízkových bakterií. Dvouleté formy v druhém vegetačním období velmi výrazně potlačují většinu plevelů. V případě umožnění vysemenění jednoletých a dvouletých forem komonice volbou pozdějších termínů sklizně nabírá takový porost při biologické rekultivaci výsypek charakter žádoucího vytrvalého porostu. Jako vhodnou dobu trvání první etapy zemědělské rekultivace výsypek s pěstováním komonice lze doporučit 2-4 roky. Za nejvhodnější nástupní plodinu považujeme travní nebo jetelotravní směs. Cílem je založení trvalého travního porostu na dobu 3-5 let, který nejvíce zužitkuje a rozvine zúrodnitelný efekt předchozího pěstování komonice větším nahromaděním organické hmoty v půdě, zvýšením její strukturnosti a biologické aktivity. 6.2. Nároky na stanoviště, příprava půdy a základní hnojení Komonice roste skoro na jakékoliv půdě, především na takových půdách, na kterých se ostatním plodinám moc nedaří. Na úrodných humózních půdách však dosahuje největších výnosů. Nevhodné jsou půdy zamokřené, kyselé a velmi těžké. Je to jedna z nejméně náročných plodin 16
na stanovištní podmínky pěstování z čeledi bobovitých. Tato plodina je zvlášť vhodná pro okrajové (marginální) oblasti a především jako iniciační zúrodňující plodina pro biologickou rekultivaci půd erodovaných, kontaminovaných, degradovaných a jinak postižených antropogenní činností, především však důlních výsypek, ale i složišť elektrárenského popele. Je rovněž vhodná pro pěstování v prvním sledu na meliorativní povážce s využitím dlouhodobě deponované ornice za účelem jejího biologického oživení. Velmi dobře snáší přesychání půd a je vhodná i pro půdy kamenité, štěrkovité a písčité, i když v takových podmínkách nedosahuje vysokých výnosů. Na kyselých půdách s pH < 5,5 je nutno před založením porostu komonice provést důkladné vápnění. Dle údajů ÚKZÚZ činí celková rozloha kyselých půd v ČR cca 15 %. Před zakládáním porostu na lehčích půdách použijeme dolomitický vápenec cca 2-2,5 t.ha-1, na těžších půdách lze použít i pálené vápno 1,5-2 t.ha-1. Běžné výsypky obvykle vápnění nevyžadují. Optimální postup přípravy půdy potažmo výsypkové zeminy zahrnuje podzimní středně hlubokou až hlubokou orbu. Vhodná je rovněž podzimní aplikace draslíku a fosforu (PK 45-60 kg.ha-1). S ohledem na běžnou, v případě důlních výsypek vysokou, zásobu draslíku a nízkou fosforu doporučujeme snížit na minimum aplikační dávky u draslíku a zvýšit u fosforu. Vhodné jsou dávky 0-30 kg K a 60-120 kg P na 1 ha. Dávky hnojiv upřesňujeme na základě agrochemických rozborů půd. Velmi vhodná je na výsypkách i předběžná aplikace organických hnojiv nejlépe kompostové kvality (Cox min. 12,5 %, Ntot min. 0,6%) v dávce 40-60 t.ha-1. V případě současného použití organických a minerálních hnojiv volíme obvykle nižší dávky posledních. Na jaře provedeme běžnou předseťovou úpravu půdy. Pozemek urovnáme smykováním a vláčením. Na vzešlé plevele před setím aplikujeme vhodné chemické přípravky totálního charakteru působení, jako jsou herbicidy řady Roundup a Touchdown v dávce cca 2-2,5 l.ha-1 (dávku upřesníme dle návodu na konkrétní přípravek). 6.3. Osevní postup a předseťové hnojení Optimální termíny setí komonice jsou ranné jarní termíny, tj. tuto plodinu sejeme od nejčasnějšího jara do konce dubna, lépe spolu s krycí 17
plodinou do vlhké půdy. Setí se provádí do širokých řádků (24 - 48 cm). Běžný výsevek činí 20-25 kg.ha-1, při setí za účelem produkce osiva volíme širší řádky a nižší výsevky. V případě setí směsi jednoleté a dvouleté odrůdy komonice doporučujeme nižší dávky – po 15-20 kg.ha-1 od každé odrůdy. Běžná HTS českých odrůd komonice je 1,8-2,3 g, tj. v 1 gramu je cca 430-560 semen. Osivo vyžaduje mechanickou skarifikaci za účelem narušení vrchní velmi odolné slupky s následnou inokulací rhizobiálními mikrobiologickými preparáty. Výsev provádíme do hloubky cca 1-1,5 cm na těžkých půdách, 1,52,5 cm na půdách středně těžkých a 2,-3,5 cm na půdách lehkých. Pokud nebyla použita organická hnojiva, doporučujeme těsně před setím provést aplikaci iniciační dávky dusíkatých hnojiv 30-45 kg N.ha-1. Po setí je třeba provést válcování, zejména při nižší zásobě půdní vlhkosti. Další údržba porostů spočívá ve vláčení po vzejití. Hlavními možnými příčinami špatného vzcházení komonice mohou být nekvalitní nebo neskarifikované osivo, špatně připravený povrch půdy, nedostatek vláhy pro klíčení a přežití nezesílených rostlin v prvních 2-3 týdnech po vzejití, příliš velká nebo nerovnoměrná hloubka setí apod. 6.4. Ochrana V prvním roce života jsou porosty komonice jako i většiny ostatních vytrvalých vysokoprodukčních rostlin velice náročné na pravidelné odplevelení včetně plečkování a kypření meziřádků. Klíčící rostliny jsou drobné, nerovnoměrné a objevují se za 2-3 týdny po výsevu. První dva měsíce rostou velice pomalu. Jedním z universálních způsobů likvidace plevelů u mladých porostů komonice je sečení a mulčování plevelů, které provádíme ve výšce 3-5 cm nad zemí. Na pozemcích silně zaplevelených trávovitými plevely (zejména pýrem) provádíme likvidaci plevelů jedním z vhodných chemických postřiků (např. Fusilade Super nebo Targa Super v dávce 1-1,5 l.ha-1, nebo Gallant v dávce 1,5-2 l.ha-1). Podmínkou aplikace herbicidů je nárůst plevelů do výšky cca 5-15 cm, aby vznikla dostačující asimilační plocha pro dobrou akumulaci herbicidů do pletiv plevelných rostlin. Minimálním požadavkem pro aplikaci je vývoj prvních pravých listů trávovitých plevelů. Proti dvouděložným plevelům zatím vhodné prostředky aplikovatelné přímo do porostu komonice nalezeny nebyly. 18
Proti působení chorob a škůdců je komonice velmi odolná. Občas se vyskytuje poškození dřepčíkem jetelovým nebo květopasem. Z houbových chorob se může vyskytnout padlí. Na ochranu použijeme běžné pesticidní nebo fungicidní přípravky v souladu s jejich určením a návodem na aplikaci. 6.5. Sklizeň a ošetření porostů Při využití biomasy komonice na krmivo nebo za účelem produkce bioplynu sklízíme plodinu na zeleno při sušině cca 18-22 %. Je to obvykle ve stádiu nasazení poupat až kvetení. V tomto případě lze sklízet 2-3x za vegetaci a výnosy zelené hmoty dosahují cca 20-40 tun zelené hmoty z 1 ha. Jednoletá forma poskytuje obvykle o 20-40 % nižší výnosy u jednotlivých sklizní nežli forma dvouletá. Komonici lze poměrně dobře silážovat a tím konzervovat krmivo nebo surovinu pro produkci bioplynu. Obzvlášť vhodná je příprava siláže ze směsi komonice a trávy. Přídavek trávy zlepšuje silážovatelnost, krmnou hodnotu a následnou výtěžnost bioplynu. Výhodou silážování z hlediska krmivářského využití je odstranění kumarinu. Sklizeň komonice v suchém stavu po ukončení vegetace a využití pro přímé spalování není jako i u ostatních jetelovin s ohledem na vyšší obsah dusíku vhodná. V případě sklizně na zeleno pro produkční účely je vhodné posklizňové přihnojení, např., kejdou v dávce 5 tun.ha-1 nebo NPK 20-30 kg na 1 ha. V případě použití biomasy ha bioplyn je velmi výhodné zpětné využití digestátu z bioplynové stanice (BPS) pro závlahové hnojení (pokud se nejedná o zemědělskou BPS, musí být kvalita digestátu doložená certifikátem kvality hnojiva, vystaveného ÚKZÚZ). V případě sklizně biomasy komonice po ukončení vegetace nebo při extenzivní zemědělské rekultivaci žádné dodatečné přihnojení neprovádíme.
7. Výnosové parametry a agrochemická kvalita produkce. Jako krmná plodina vyniká komonice velmi slušnou krmivářskou kvalitou (viz tab. č. 3). Díky vysokému výnosu nadzemní biomasy a hodnotnému chemickému složení, je komonice perspektivní vysokoprodukční krmnou plodinou a současně plodinou vhodnou pro 19
výrobu bioplynu. Tato plodina již při první seči v době květu zabezpečuje v průměru 6-8 t.ha-1 výnosu absolutně suché hmoty, 4-5 t.ha-1 surového proteinu a 16-20 t.ha-1 krmných jednotek z 1 ha. Tabulka 3: Základní výnosové a biochemické parametry biomasy komonice bílé při první a druhé seči.
Parametr
První seč
Druhá seč
Výnos zelené hmoty, t.ha-1
34,8
30,2
Obsah sušiny v %
20,6
19,4
Výnos sušiny, t.ha-1
7,17
5,86
Surový protein, NL % sušiny
4,62
4,87
BNVL - bezdusíkaté látky výtažkové, % sušiny
10,2
9,6
Tuk, % sušiny
0,76
0,81
Surová vláknina, % sušiny
6,3
5,9
Surový popel, % sušiny
2,0
2,1
18,4
18,8
3,5
3,8
Krmné jednotky, jedn.100 kg-1 Stravitelný protein, kg.100 kg
-1
Chemické složení se výrazně mění v různých růstových fázích. V období seče nadzemní biomasy při využití pro krmné účely vykazuje komonice optimální obsah i poměr výživných látek. Obsah BAL a vlákniny se stárnutím rostliny zvyšuje, zatímco obsah lipidů, minerálních látek a vitaminů se snižuje. Ve fázích kvetení a tvorby plodů je struktura nadzemní biomasy následující: 35-45 % tvoří listy, 50-65 % - stonky a 3-6 % - generativní orgány. Na konci vegetačního období se podíl listů snižuje na 1-2 %, kdežto podíl stonků se zvyšuje na 85-95 % a plodů - na 4-8 %.
8. Potenciál využití plodiny a možnosti uplatnění metodiky Hlavní potenciál využití komonice bílé v praxi je spojený především s možností jejího využití pro biologickou revitalizaci antropogenně poškozených území a zúrodnění nízkoproduktivních půd a zemin, zejména 20
důlních výsypek. Na základě vlastních zkušeností a literárních údajů můžeme vyčlenit následující základní vlastnosti komonice, které z ní činí perspektivní víceúčelovou plodinu vhodnou pro zúrodnění a biologickou rekultivaci antropogenních půd: 1. Komonice je nejvhodnější z jetelovin pro iniciační stádium biologické rekultivace výsypek, a to z důvodu nenáročnosti na půdní a agrotechnické podmínky pěstování. 2. Komonice na rozdíl od nejvíce rozšířených jetelovin vojtěšky a jetele nemá negativní růstovou reakci ve formě tzv. zakrslosti na typický pro výsypkové zeminy severozápadních Čech velmi vysoký obsah hořčíku. 3. Na kořenech komonice obdobně jako i na ostatních rostlinách z čeledi bobovitých se vyskytují hlízkové bakterie (hlavně Rhizobium sp.), které jsou schopny vázat vzdušný dusík a obohacovat jím půdu. V případě komonice mají největší rozšíření obvykle bakterie Sinorhizobium meliloti. 4. Komonice jako i většina ostatních bobovitých rostlin má dobře vyvinutou kořenovou soustavu, díky čemuž je tato rostlina schopna zúrodňovat půdu - kypřit, provzdušňovat, zvyšovat její strukturnost, čerpat zásobu živin z hloubky do horních vrstev půdy a tím zapojovat vyplavené živiny do biologického koloběhu látek apod. Je to důležité jak z hlediska zúrodnění půd, tak i z hlediska ochrany vodních zdrojů proti znečištění agrochemikáliemi. 5. Bohatě vyvinutý kořenový systém komonice je vydatnou zásobárnou cenných živin a organických látek. Kořeny a posklizňové zbytky nadzemní biomasy komonice jsou po zaorání velmi hodnotným materiálem pro tvorbu humusu a zúrodnění půdy. 4. Mimo toho, že komonice je ceněným zdrojem píce a suroviny pro produkci bioplynu, je tato plodina současně vyhledávána jako vydatná medonosná rostlina s produkcí 50-200 kg medu z 1 ha. Jelikož se komonice doposud v ČR velkoplošně nepěstovala, je těžké ohodnotit její nákladovost a ekonomickou efektivitu. Na základě potenciálně vysokých výnosů dosažených v průběhu maloparcelkových polních pokusů lze však předpokládat, že komonice jako vysokoprodukční vytrvalá plodina je schopna zajistit vysokou hospodářskou a ekonomickou efektivitu. Celkový energetický výnos z 1 ha za rok při pěstování 21
komonice pro energetické účely činí v případě přímého spalování cca 160200 GJ. Na základě těchto poznatků lze konstatovat, že jako nová introdukovaná plodina s vysokou energetickou výtěžností z 1 ha, potenciálně vysokou ekonomickou efektivitou a ekologickou stabilitou, zasluhuje komonice v plné míře provozní ověření a rozsáhlé zavedení do běžné zemědělské praxe. Úspěšnému zavedení této netradiční plodiny do zemědělské praxe napomůže i tato metodika. Metodika je určena zemědělcům, zemědělským poradcům a všem zájemcům o pěstování a zpracování zemědělské biomasy jako obnovitelného zdroje surovin a energie.
9. Seznam literatury: 1. Čermák, P., Kohel J., Dedera F. (2002): Rekultivace území devastovaných báňskou činností v oblasti severočeského hnědouhelného reviru (metodika pro praxi). Agentura Bonus, 2002, 93 s. 2. Dimitrovský, K. (1999): Zemědělské, lesnické a hydrické rekultivace území ovlivněných báňskou činností. – Praha ÚZPI č. 14/1999. 3. Petříková, V., Váňa, J., Ustjak, S. (1996): Pěstování a využití technických a energetických plodin na rekultivovaných pozemcích. Metodiky pro zemědělskou praxi 17/1996,Praha, ÚZPI 1996, 24 s. 4. Рахметов Д.Б. Фещенко В.П.: Інтродукція рослин та біоекоконверсія землеробства Полісся . - Київ: видавництво фірма «ДРУК», 2006, 149 p. 5. PELIKÁN J,. HOFBAUER J.: Netradiční jeteloviny, jejich význam a pěstování. Úroda (5): 9–12, 2002. 6. Gottwaldová, P., Bláha, L., Hnilička F. (2006): Možnosti pěstování vybraných netradičních pícnin. Úroda, 2006, č. 9, s. 38–41 7. Jan Pelikán, Tomáš Vymyslický, Pavlína Gottwaldová, Jan Nedělník (2005): Možnosti využití druhů čeledi Fabaceae při setrvalém rozvoji zemědělství a tvorbě krajiny. - In: Sborník z konference: Konzervace a regenerace genetických zdrojů vegetativně množených druhů rostlin a Dostupnost a využívání genetických zdrojů rostlin a podpora biodiversity, Praha, s. 82-88. 8. Komonice bílá. - Šlechtitelské informace, Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r. o., Troubsko, http://www.vupt.cz/komonice-bila 9. Komonice bílá (jednoletá forma) . - Šlechtitelské informace, Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r. o., Troubsko, http://www.vupt.cz/ komonice-bila-jednoleta 22
10. Seznam publikací, které předcházely metodice 1.
2.
3.
4.
Usťak S. (2006): Rozvoj pěstování a využití biomasy pro energetické a průmyslové účely v ČR: technické a ekonomické aspekty a základní překážky , In: Sborník referátů z odborné konference "Energetické a průmyslové rostliny XI.", CZ Biom a VÚRV, 15.6.2006, Chomutov, pp. 118-133. Usťak S., Usťaková M. (2004): Potential for agricultural biomass to produce bioenergy in the Czech Republic. In: Biomass and Agriculture: Sustainability, Markets and Policies, OECD 2004, Paris, France, pp. 229-240 Czakó-Markupová A., Mikanová, O., Usťak, S. (2007): The effect of inoculation on reclaimed soil. In: Počvovedenie i agrochimia, 1, 2007 (38), s. 232 –237. Czakó, A., Mikanová, O. (2008): The effect of N2-fixing bacteria on plant growth on reclaimed soil. Pocvovedenie i agrochimia,(Minsk) 1(40), 233-237.
23
24
Autoři:
Ing. Sergej Usťak, CSc., ing. Olga Mikanová, Ph.D.
Název:
Pěstování a využití komonice bílé při biologické rekultivace důlních výsypek.
Vydal:
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Drnovská 507, 161 06 Praha 6 - Ruzyně
Redakce, sazba a tisk: EnviBio - sdružení pro rozvoj technologií trvale udržitelného života Vydání č.: Náklad tisku: Počet stránek:
1 300 ks. 23
Druh vazby:
brožura
Vyšlo v roce:
2008
Vydáno bez jazykové úpravy Fotografie:
autorů
Kontakt na autora:
[email protected]
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2008 ISBN 978-80-87011-73-7
Vydal Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. ve spolupráci s EnviBio - sdružení pro rozvoj technologií trvale udržitelného života 2008
