Pracowania Traw Pozapaszowych i Roślin Energetycznych, ZTRMiE, IHAR-PIB Radzików

Grzegorz Żurek, Danuta Martyniak, Kamil Prokopiuk

współpraca

Agnieszka Rachwalska (ZDHAR, Grodkowice)

Cel realizacji zadania: Opracowanie i praktyczna weryfikacja zaleceń agrotechnicznych dla uprawy

traw wieloletnich na gruntach nieprzydatnych na cele żywnościowe (grunty skrajnie ubogie, zasolone, zakwaszone, zanieczyszczone metalami ciężkimi itp.) z zastosowaniem odpadów organicznych, przetworzonych osadów ściekowych itp.

Zakres merytoryczny zadania na 2017 rok:

Wykonanie następujących prac:

1. zabiegi pielęgnacyjne na doświadczeniach terenowych założonych w roku 2015;

2. obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków agrotechnicznych;

3. określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu;

4. opracowanie wyników etapu, określenie zaawansowania realizowanego celu;

5. podsumowanie realizacji pierwszego etapu programu wieloletniego 2015 – 2017

Obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków agrotechnicznych

Radzików (granulat na bazie pofermentu z biogazowni)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

BAROLEX BARONKA PASJA BAMAR

Średnia dla odmian plony biomasy łącznie z 2 pokosów (t s.m./ha)

Plon suchej masy: brak istotnego wpływu nawożenia granulatem pofermentacyjnym … brak istotnego wpływu odmian …

Obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków agrotechnicznych

Grodkowice (osad z oczyszczalni ścieków)

Życica trwała, odm. Baronka, plony biomasy w pokosach (t s.m./ha)

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

kontrola 5 t/ha 10 t/ha

2-gi 1-szy

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

kontrola 5 t/ha 10 t/ha

2-gi 1-szy

Średnia dla 4 odmian plony biomasy w pokosach (t s.m./ha)

Obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków agrotechnicznych

Siemianowice Śląskie (stabilizatory metali ciężkich)

Kostrzewa łąkowa `Pasja’ plony biomasy w pokosach (t s.m./ha)

Zastosowane stabilizatory m.c.: 0 – kontrola (brak dodatku); 1 – 5% węgla brun. + 0,25% wapna; 2 - 5% węgla brun. + 0,50% wapna.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

BAROLEX BARONKA PASJA BAMAR

2-gi 1-szy

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

kontrola 0,25% wapna 0,50% wapna

2-gi 1-szy

Obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków agrotechnicznych

Niziny (granulat na bazie pofermentu)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

lucerna +Festulolim + L.p. +

L.m.

L.p. ‘Baronka’ + lucerna

F.a.'Rahela' F.p. ’Pasja’ + lucerna

F.a. 'Rahela' +lucerna

B.i. 'Brudzyńska' +F.a. 'Rahela'

P.v. 'Shelter' B.i. 'Brudzyńska'

2-gi 1-szy

Plony biomasy z 2 pokosów (t s.m./ha)

Określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu

Radzików

0,0

500,0

1 000,0

1 500,0

2 000,0

2 500,0

3 000,0

3 500,0

4 000,0

4 500,0

BARONKA PASJA BAROLEX BAMAR

`Plon’ metanu (m3 CH4/ha)

Brak istotnego wpływu nawożenia granulatem z pofermentu.

Określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu

Grodkowice

0,0

1 000,0

2 000,0

3 000,0

4 000,0

5 000,0

6 000,0

Barolex Baronka Bamar Pasja

kontrola 5 t/ha 10 t/ha

`Plon’ metanu (m3 CH4/ha)

Określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu

Siemianowice Śląskie

`Plon’ metanu (m3 CH4/ha)

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1 000,0

1 200,0

1 400,0

1 600,0

Barolex Baronka Pasja Bamar

Określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu

Niziny

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

lucerna +Festulolim + L.p. +

L.m.

L.p. ‘Baronka’ + lucerna

F.p. ’Pasja’ + lucerna

F.a. 'Rahela' +lucerna

F.a. 'Rahela' B.i. 'Brudzyńska' +F.a. 'Rahela'

P.v. 'Shelter' B.i. 'Brudzyńska'

`Plon’ metanu (m3 CH4/ha)

Określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji biogazu

Ilość biogazu w biomasie (cm3/1 g s.m.)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

BARONKA PASJA BAMAR BAROLEX

Radzików S. Śląskie Grodkowice

Wpływ zastosowania stabilizatora doglebowego na dynamikę procesu wygazowywania substratu

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

BAROLEX - kontrola

BAROLEX - stabilizator

Siemianowice Śląskie

% biogazu

kolejne dni procesu wygazowywania

Upowszechnianie wyników realizacji zadania:

Prezentacja posteru na XIII Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej „Nauka dla Hodowli Roślin i Nasiennictwa Roślin Uprawnych” Zakopane, 30.01 – 3.02.2017 (Żurek G., Martyniak D., Prokopiuk K., Rachwalska A., Pogrzeba M. 2017. Wpływ doglebowej aplikacji odpadowych substancji organicznych na skład chemiczny biomasy traw wieloletnich.)

Udział w Targach Rolniczych AGROTECH w Kielcach (17 – 19 marca). Publikacje popularno – naukowe: Martyniak D., Żurek G., Martyniak M. 2017. Trawy wieloletnie na cele energetyczne –

agrotechnika i technologia przerobu. Wieś Jutra 1 (190): 52 – 56. Martyniak D., Żurek G., Martyniak M. 2017. Trawy wieloletnie na cele energetyczne –

nowe wyzwania dla gospodarstw rolniczych. Wieś Jutra 1 (190): 45 – 49. Martyniak D. 2017. Proso rózgowe – alternatywny surowiec dla produkcji energii.

BioMasa AGRO nr 9(29): 32 – 35 Opracowane metodyki: Żurek G., Martyniak D. Technologia uprawy i wykorzystania roślin na cele

nieżywnościowe. Cz.1. Przegląd gatunków oraz agrotechnika. Wydawnictwo IHAR-PIB, str. 1 – 58.

Podsumowanie I-szego etapu realizacji zadania 2.11 Zakres prac (zgodnie z harmonogramem): Etap I (lata 2015-2017): wybór lokalizacji doświadczeń (rok 2015), charakterystyka gleb w wybranych lokalizacjach w oparciu o analizy chemiczne

i skład mechaniczny (rok 2015), wybór i charakterystyka substancji wzbogacających glebę (rok 2015), dobór gatunków do poszczególnych lokalizacji oraz założenie doświadczeń

terenowych (rok 2015), zabiegi pielęgnacyjne na doświadczeniach terenowych, obserwacje wzrostu i rozwoju roślin z uwzględnieniem zróżnicowanych

warunków agrotechnicznych, określenie składu chemicznego biomasy (rok 2016), określenie przydatności biomasy do pozyskiwania energii przy produkcji

biogazu (rok 2017), opracowanie wyników etapu, określenie zaawansowania realizowanego celu.

Niziny, Niziny - Koniemłoty

Grodkowice

Siemianowice Śląskie

Radzików

(1) Niziny, (2) N. Koniemłoty: pH < 4,5; subst.org. < 1,5% (3) Grodkowice: subst.org. < 1.5% (4) Siemianowice Śl.: Pb > 100 mg kg-1; Cd > 10 mg kg-1; (k.) Radzików: subst.org < 1,5%

Lokalizacja doświadczeń, charakterystyka gleb oraz ich deficytów jakościowych…

Niziny, Niziny - Koniemłoty

Grodkowice

Siemianowice Śląskie

Radzików

(1) Niziny, (2) N. Koniemłoty: granulowany nawóz na bazie pofermentu z biogazowni

(3) Grodkowice: stabilizowany osad z oczyszczalni ścieków

(4) Siemianowice Śl.: stabilizator metali ciężkich

(k.) Radzików: granulowany nawóz na bazie pofermentu z biogazowni

Dobór oraz zastosowanie substancji redukujących deficyty jakościowe gleby …

Wnioski z realizacji 1-szego etapu: PLONOWANIE:

Dodatki substancji organicznych w warunkach gleb słabych dodatnio stymulowały wzrost plonu biomasy. Cecha te jest jednak silnie uwarunkowana gatunkowo.

Relatywnie największe efekty w postaci podwyższenia plonowania biomasy stwierdzono po podaniu osadu ściekowego z oczyszczalni ścieków komunalnych w ilości 10 t/ha. Średni wzrost plonu biomasy dla 4 odmian traw w drugim roku wegetacji wyniósł 23% plonu z wariantu nienawożonego.

Najefektywniej w kontekście stymulacji plonu biomasy w warunkach skażenia gleby metalami ciężkimi działa dodatek 5% frakcji węgla brunatnego z 0,25% wapna.

SKŁAD CHEMICZNY BIOMASY:

Nie stwierdzono wpływu dodatku granulatu nawozowego na skład chemiczny biomasy.

Taką zależność stwierdzono z kolei po zastosowania osadu z oczyszczalni. Zmiany zawartości większości składników w biomasie były wprost proporcjonalne do zastosowanej dawki osadu.

Stwierdzono niewielki efekt aplikacji stabilizatorów doglebowych w kontekście ograniczenia pobierania metali ciężkich. Widoczne było jedynie ograniczenie pobierania Fe, Mn, Zn wraz ze wzrostem udziału wapna w stabilizatorze.

Wnioski z realizacji 1-szego etapu: POTENCJAŁ W ZAKRESIE PRODUKCJI BIOGAZU:

Efektywność pozyskiwania biogazu była ściśle związana z predyspozycjami genetycznymi badanych odmian oraz specyfiką lokalizacji.

Plon metanu (ilość CH4 uzyskana z 1 ha uprawy) był największy w wypadku odmiany Bamar, uprawianej z zastosowaniem nawożenia osadem ściekowym w ilości 10 t/ha.

Największe ilości biogazu w przeliczeniu na 1 g s.m. substratu otrzymano dla odmian: Baronka życicy trwałej (762,6 cm3) oraz Pasja kostrzewy łąkowej (750,9 cm3).

Stwierdzono wpływ zastosowania stabilizatora metali ciężkich (dawka wyższa) na dynamikę procesu wygazowywania biomasy z odmiany Barolex kostrzewy trzcinowej.

Wnioski z realizacji 1-szego etapu: Dla praktyki rolniczej:

Stosowanie osadu z oczyszczalni ścieków, oprócz efektu plonotwórczego powoduje również intensywny rozwój chwastów po wysiewie.

Z kolei stosowanie granulatu z pofermentu należałoby powtarzać pogłównie co 2 lata.

Na glebach słabych i piaszczystych lepsze efekty w postaci większego plonu biomasy i ewentualnie metanu uzyskuje się z wysiewów mieszanek, zwłaszcza z udziałem lucerny.

W zasiewach jednogatunkowych, wspomaganych nawożeniem osadami ściekowymi obiecujące plony metanu można uzyskać z odmiany „Bamar” perzu wydłużonego, aczkolwiek dopiero od drugiego roku pełnej wegetacji.

Zadowalające plony biogazu można uzyskać szybciej, wysiewając życicę trwałą (np. odm. Baronka) lub kostrzewę łąkową (np. odmiana Pasja). Odmiany te jednocześnie są bardziej krótkotrwałe od perzu wydłużonego.

Publikacje naukowe: Wiewióra B., Martyniak D., Żurek G. 2015. Seedborne mycoflora and germination of seeds of new bioenergy grass species, tall wheatgrass, and other cool-season grass species. Seed Sci & Technol. 43, 20 – 30 (IF = 0,48)

Kulig R., Skonecki S., Michałek W., Martyniak D., Piekarski W., Łysiak G., Różyło R. 2015. The Andropogon gereardii compaction process in terms of ecological soild fuels production. Pol. J. Environ. Stud. 24 (6): 53 – 57. (IF = 0,87)

Lalak J., Kasprzycka A., Martyniak D., Tys J. (2016) Effect of biological treatment of Agropyron elongatum 'BAMAR' on biogas production by anaerobic digestion. Bioresource Technology, 200, 194 – 200, (IF = 4,917)

Lalak J., Martyniak D., Kasprzycka A., Żurek G., Moroń W., Chmielewska M., Wiącek D., Tys J. (2016) Comparison of selected parameters of biomass and coal. International Agrophysics PAN, 30, 475 - 482, (IF= 1,119)

Publikacje popularno – naukowe: Martyniak D. (2015) Odpady i osady organiczne a nawożenie roślin energetycznych. Biomasa, 3 (10); 34 – 36.

Martyniak D. (2016) Rożnik przerośnięty. BIOMASA, nr 3, str. 14 - 17.

Martyniak D. (2017) Proso rózgowe - alternatywny surowiec do produkcji energii. BioMasa AGRO 9(29):32-35

Martyniak D., Żurek G., Martyniak M. (2017) Trawy wieloletnie na cele energetyczne - agrotechnika i technologia przerobu. Wieś Jutra 2(191): 52-55

Martyniak D., Żurek G., Martyniak M. (2017) Trawy wieloletnie na cele energetyczne - nowe wyzwanie dla gospodarstw rolniczych. Wieś Jutra 1(190): 45-49

Upowszechnianie wyników realizacji zadania

Instrukcje i metodyki: Martyniak D., Metodyka uprawy kostrzewy trzcinowej (Festuca arundinacea Schreb.) na biomasę. s. 1 - 5

D. Martyniak. Podstawowe zasady metodyki uprawy stokłosy bezostnej (Bromus inermis Leyss) na biomasę. Str. 1 – 5.

Żurek G., Martyniak D. Technologia uprawy i wykorzystania roślin wieloletnich na cele nieżywnościowe - Cz. I. Przegląd gatunków oraz agrotechnika. Wyd. IHAR-PIB, str. 1 – 58.

Szkolenia, pokazy, udział w targach rolniczych: 9

Upowszechnianie wyników realizacji zadania

Partnerzy realizacji zadania: urząd Gminy Tuczępy - nadzór nad realizacją prac w terenie, lokalna

promocja działań;

rolnik indywidualny - dysponent gruntów pod doświadczenia w 2 lokalizacjach w woj. świętokrzyskim (punkty doświadczalne Niziny, Niziny-Koniemłoty);

Gminny Zakład Komunalny, Kłaj - dostawca osadów ściekowych (punkt doświadczalny w Grodkowicach);

Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach - udostępnienie stabilizatorów doglebowych (punkt doświadczalny Siemianowice Śląskie);

Instytut Agrofizyki PAN, Lublin – współpraca w zakresie publikowania wyników badań;

Bioelektrownie Świętkorzyskie MK sp. z o.o. – lokalny odbiorca biomasy.

Pionner Hi-Bred Northern Sales Division - analizy biomasy metodą NIRS.