Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Biomasa

Digestát po výrobe bioplynu, ako organické hnojivo k poľným plodinám

07-09-2015
Prof. Dr. Ing. Richard Pospišil | richard.pospisil@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Digestát - vyhnitý biokal po výrobe bioplynu môžeme považovať za netradičné organické hnojivo so špecifickými účinkami na pôdu a pestované plodiny. Digestát je tmavá, amorfná, heterogénna zmes suspendovaných a koloidných častíc, s priaznivým obsahom organických a anorganických látok. Je vhodný na priame hnojenie plodín počas vegetácie, aplikáciu do pôdy alebo pri výrobe kompostov.

Použitím digestátu - biokalu po výrobe bioplynu na hnojenie poľných plodín je možné uzatvoriť kolobeh živín v poľnohospodárskom podniku pri znížených dávkach minerálnych hnojív. Kombinované hnojenie minerálnymi hnojivami a digestátom tiež zefektívňuje celkovú účinnosť hnojenia.

Digestát má spravidla nižšiu sušinu ako hnojovica (časť organických látok sa spotrebovala na tvorbu bioplynu) a preto je tekutejší. Musí byť preto ihneď zapracovávaný do pôdy, aby sa zabránilo stratám živín. Dobre sa do pôdy zahŕňa tanierovými, alebo radličkovými aplikátormi. Ak sa aplikuje počas vegetácie hadicovými aplikátormi menej znečisťuje pestované plodiny a rýchlejšie vsakuje do pôdy. Tým sa podstatne redukujú emisie najmä dusíka.

S cieľom zistiť exaktnými analytickými metódami vplyv vyhnitého biokalu po kontinuálnej výrobe bioplynu na hydrofyzikálne, chemické a biologické parametre pôdy a vplyv rôznych dávok biokalu na výživový režim pestovaných plodín, ich zdravotný stav a zaburinenosť, je od roku 2001 na Vysokoškolskom poľnohospodárskom podniku SPU v Kolíňanoch založený poloprevádzkový pokus so štyrmi plodinami (kukurica siata na siláž-repa cukrová-jačmeň siaty jarný-slnečnica ročná) pri piatich variantoch hnojenia. Okrem už uvedených cieľov riešenia biologického projektu je tiež zámerom zhodnotiť vplyv digestátu ako netradičného organického hnojiva na výšku a kvalitu produkcie. V centre pozornosti sú aj ekonomické výsledky rastlinnej výroby a analýza  vplyvu používania biokalu na bioindikátory a trvalú udržateľnosť uplatňovaných pestovateľských technológií. Hodnotia sa pôdne vlastnosti, výživový režim, aktivita mikroorganizmov, organická hmota vo vyhnitom biokale a v pôde, zaburinenosť pôdy a porastov, zdravotný stav plodín, výška a kvalita produkcie, dynamika výskytu bioindikátorov, energetické a ekonomické zhodnotenie účinkov biokalu a ekonomika rastlinnej výroby.

Z praktického hľadiska je možné vyhnitý biokal využiť na hnojenie poľnohospodárskych plodín (pred a počas vegetácie), pri závlahe poľných plodín, pri výrobe kompostov a melioračných hmôt. Hnojenie poľnohospodárskych plodín vyhnitým biokalom je základným a v podstate najpoužívanejším spôsobom jeho využitia. Z hľadiska vplyvu na pôdu má rozhodujúci vplyv kvalita biokalu (obsah sušiny nad 10%), veľkosť použitej dávky a doba aplikácie.

Hnojivé využitie vyhnitého biokalu znižuje tiež nároky na potrebu priemyselných hnojív, redukuje požiadavky na pesticídy lebo zdržaním organickej hmoty v reaktore dochádza k potlačeniu klíčivosti semien burín v biokale.  Po aplikácii biokalu zlepšujú sa hydrofyzikálne vlastnosti pôdy, čo má pozitívny vplyv na celkový vlahový režim pôdy. Biokal sa môže využiť aj priamo na hnojenie poľnohospodárskych plodín (pred aj počas vegetácie hadicovým aplikátorom), pri závlahe poľných plodín, pri výrobe kompostov a melioračných hmôt.

Pri odsírení bioplynu sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín. Zvýšenou teplotou v procese metanogenézy, zdržaním hmoty v reaktore a zvýšením pH dochádza k významnému potlačeniu klíčivosti semien burín.  Na variantoch po aplikácii biokalu bola zaznamenaná znížená aktuálna zaburinenosť pestovaných plodín počas vegetácie. Pokiaľ bol v jednom litri vstupnej hnojovice zistený počet 93 – 1253 ks semien burín, ich počet a druhové spektrum po fermentačnom procese výrazne poklesli. Klíčivosť semien burín po fermentácii biokalu v reaktore poklesla na úroveň iba 23,2 až 7,8 % pôvodného stavu v surovej hnojovici. Proces fermentácie sa tak javí významným činiteľom potlačujúcim nárast potenciálnej zaburinenosti vplyvom aplikácie biokalu na pôdu.

Z hľadiska výšky produkcie a jej kvality pri pestovaných plodinách boli zistené niektoré pozitívne vplyvy na  parametre technologickej kvality (pri sladovníckom jarnom jačmeni nestúpli bielkoviny nad 11%, zvýšenie cukornatosti pri repe cukrovej 17,86 oS a obsahu oleja pri slnečnici ročnej 49,9 %). Zaujímavým faktom bol aj vplyv aplikácie biokalu na predlžovanie vegetácie pri kukurici siatej na siláž asi o desať dní.

Aplikáciou biokalu do porastu jačmeňa jarného sa predĺžila jeho vegetačná doba asi o 7 dní.

Biokal je pohotovým zdrojom dusíka, ktorý je fyziologicky využiteľnejší než z minerálnych hnojív. Vyhnitý biokal má pH 7,63-8,5, neutralizuje pôdu čím následne podporuje aj lepšie využitie fosforu. Aplikáciou biokalu sme na pokusnom stanovišti v dávke 50 t.ha-1do pôdy priemerne vložili 148 kg.ha-1 N, 41,6 kg.ha-1 P, 122 kg.ha-1 K, 126 kg.ha-1 Ca a 34 kg.ha-1 Mg.

Aplikácia biokalu má pozitívny vplyv na zvyšovanie podielu  agronomicky cenných agregátov (0,3-3mm), na objemovú hmotnosť pôdy, jej vlhkostný režim (zadržiavanie vody vo vrchnom profile ornice) a infiltračnú schopnosť pôdy (tvorba štruktúrnych agregátov). Významným poznatkom je aj pozitívny vplyv biokalu na vlhkostný režim pôdy. Zadržiavanie vody vo vrchnom profile ornice a podporu infiltračnej schopnosti pôdy tvorbou štruktúrnych agregátov ocení agronomická prax v suchých i vlhkých pestovateľských ročníkoch. Pri hodnotení vlhkosti pôdy môžeme konštatovať, že hnojenie vyhnitým kalom malo výraznejší vplyv na vlhkosť pôdy až v druhom roku po jeho aplikácií, kde biokal zvýšil vlhkosť pôdy a tým aj zásobu pôdnej vody v monitorovanej koreňovej hĺbke pôdneho profilu.

Pri hnojení biokalom mikroorganizmy rýchlejšie rozkladali organické pozberové zvyšky v povrchovej vrstve pôdy. Množstvo uhlíka biomasy pôdnych mikroorganizmov bolo na stanovišti v rozsahu 108,01 až 146,51 mg.kg-1 sušiny pôdy čo predstavuje hmotnosť 0,32 – 0,44 t.ha-1 vo vrstve 0,2 m pôdy.

Z hľadiska hodnotenia energetickej bilancie sledovanej sústavy rastlinnej výroby boli výrazne pozitívne výsledky zaznamenané pri repe cukrovej a kukurici na siláž (pomer vklad a výstup energie 1 : 11,41 až 1 : 14,1).

Experimentálne aplikácia biokalu v porovnaní s kontrolou spôsobili zmeny v znižovaní penetračného odporu hlavne v hlbších vrstvách ornice (pod 10 cm)a v koreňovej zóne plytkokoreniacich plodín, čo sa pozitívne prejavilo na úrodách testovaných plodín hlavne v suchých ročníkoch 2003, 2007. Pri hnojení biokalom mikroorganizmy rýchlejšie rozkladali organické pozberové zvyšky.

Z hľadiska obsahu cudzorodých látok a ťažkých kovov v biokale,v pôde a v pestovaných plodinách neboli zaznamenané nadlimitné množstvá žiadneho hodnoteného prvku (Cu, Fe, Zn, Mn, Cr, Cd, Pb, Co, Ni). Je však veľmi dôležité, aby sa do bioplynového reaktora nedostávali odpady, ktoré by uvedené rizikové prvky obsahovali. V prípade nášho pokusu substrát tvorila hnojovica HD s prídavkom siláže, senáže a zelenej trávy.

Na základe doterajších výsledkov exaktného sledovania vplyvu použitia vyhnitého biokalu po kontinuálnej výrobe bioplynu na výšku a kvalitu hodnotenej produkcie môžeme prezentovať nasledovné závery pre aplikáciu biokalu vo výrobnej praxi:

Biokal (digestát) ako vedľajší produkt po kontinuálnej výrobe bioplynu je predovšetkým pohotovým zdrojom dusíka. Hodnota jeho je pH je  7,63 – 8,5, zlepšuje pôdnu reakciu a podporuje lepšie využitie fosforu z pôdy.

Biokal je dobrým organickým hnojivom so špecifickými pozitívnymi vlastnosťami (pH reakcia, potlačená klíčivosť semien burín, nízky zápach) a zlepšuje štruktúru pôdy. Pri každoročnom využívaní pri dostatočnej sušine je v podstate adekvátnym hnojivom v porovnaní so štvorročným cyklom hnojenia maštaľným hnojom.

Proces fermentácie sa tak javí významným činiteľom potlačujúcim nárast potenciálnej zaburinenosti vplyvom aplikácie biokalu na pôdu.

Z hľadiska výšky produkcie a jej kvality pri pestovaných plodinách boli zistené niektoré pozitívne vplyvy na  parametre technologickej kvality (pri sladovníckom jarnom jačmeni nestúpli bielkoviny nad 10% a boli zaznamenané vyššie hodnoty HTZ. Významné bolo i zvýšenie cukornatosti pri repe cukrovej (17,86°S) a obsahu oleja pri slnečnici ročnej (49,9%).

Zaujímavým faktom bol aj vplyv aplikácie biokalu na predlžovanie vegetácie asi o 7 dní a rast kvalitatívnych parametrov pri kukurici siatej na siláž.

Živiny v biokale a hlavne dusík je prijímaný rýchlejšie ako z maštaľného hnoja. Z hľadiska ochrany podzemných vôd pred vyplavovaním dusíka, je bezpečnejšie hnojiť správne vyhnitým biokalom než minerálnym dusíkom z priemyselných hnojív. Pri odsírení bioplynu sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín.

Agronomické účinky vyhnitého biokalu v porovnaní so surovou hnojovicou sú pozvoľnejšie a nesporným prínosom je aj obmedzenie zápachu v porovnaní so surovou hnojovicou.

Výroba bioplynu predstavuje proces recyklácie a biologického sprístupňovania živín pri využití netradičnej metódy potláčania semien burín. Výrazným spôsobom je posilnená ochrana pôdy, vody a prírodnej energie.

Pri realizácii technológie kontinuálneho spracovania živočíšnych a rastlinných odpadov a využití vyhnitého biokalu ako organického hnojiva  sú zaznamenané prínosy v oblasti zníženia materiálových a energetických vstupov do rastlinnej výroby, zvýšenie nutričnej a hygienickej kvality produkcie a pozitívna úprava niektorých vlastností pôdy. Zakúpený aplikátor sa v živinách dodaných do pôdy „zaplatil“ do troch rokov.

Aplikácia biokalu nemá negatívny vplyv na bioindikátory prostredia (živočíchy žijúce v pôde), organická hmota biokalu prispieva k vytvoreniu ich vyhranených spoločenstiev.

Významné je zníženie výskytu škodlivých činiteľov v pestovaných plodinách.pri realizácii tejto netradičnej technológie realizovanej v zmysle zásad správnej farmárskej praxe.

Na základe doterajších výsledkov exaktného sledovania vplyvu použitia vyhnitého biokalu po kontinuálnej výrobe bioplynu na výšku a kvalitu produkcie pestovaných plodín je  hnojivý účinok biokalu všeobecne veľmi dobrý.

Pri aplikácii biokalu je posilnená ochrana pôdy, vody a prírodnej energie. Pri realizácii technológie kontinuálneho spracovania živočíšnych a rastlinných odpadov a využití vyhnitého biokalu ako organického hnojiva  sú zaznamenané prínosy v oblasti zníženia materiálových a energetických vstupov do rastlinnej výroby, zvýšenie nutričnej a hygienickej kvality produkcie a pozitívna úprava niektorých vlastností pôdy. Aplikácia biokalu nemá negatívny vplyv na bioindikátory prostredia, organická hmota biokalu udržuje úrodnosť pôdy a prispieva k vytvoreniu vyhranených spoločenstiev užitočného zooedafónu.