Zemědělské plodiny na orné půdě

Úvod

Významným zdrojem biomasy pro produkci energie jsou plodiny pěstované na orné půdě. Jejich rozsah vychází z plochy pěstování, která je dána rozsahem půdního fondu a jejich následným využitím pro výživu obyvatel, pro krmení zvířat, na zajištění surovin pro průmysl a zbytek lze využívat i k dalším účelům, kam patří i energetické využití biomasy. Základem zemědělské výroby je půdní fond. Zemědělský půdní fond ČR představuje podle evidence katastru nemovitosti celkem 4,2 mil. ha, tj. 54 % z rozlohy státu. Z toho je 3 mil. ha orné půdy. Zemědělsky obhospodařovaná půda je vedena v uživatelské evidenci nazývané LPIS. V systému LPIS (zemědělská evidence dle uživatelů) byla k 31.12.2011 evidovaná výměra zemědělské půdy ve výši 3 542 tis. ha. Rozdíl mezi evidencí zemědělské půdy podle LPIS a ČÚZK je dán odlišnou metodikou evidence a aktualizací výměr jednotlivých kultur. Z toho je 2 514 tis. ha orné půdy a 976 tis. ha trvalých travních porostů.

Hlavní využití plodin pěstovaných na zemědělské půdě:

• produkce potravin pro výživu obyvatelstva (potravinová soběstačnost)
• produkce suroviny pro potravinářský a lehký průmysl
• produkce a pěstování krmiva a steliva pro živočišnou výrobu
• zajištění reprodukčního materiálu k obnově pěstování (osivo a sadba)
• produkce surovin či pěstování plodin pro další účely (mimoprodukční, estetické atd.)
• pěstování surovin pro produkci obnovitelné energie (produkce energetické biomasy)

Zdroje biomasy k energetickým účelům můžeme rozdělit následovně:

• biomasa cíleně pěstovaná k energetickým účelům (energetické plodiny)
• lignocelulózové energetické plodiny
• rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby, olše, akáty aj.)
• obilniny (celé rostliny včetně zrna)
• trvalé travní porosty (louky, pastviny), trávy (jílek mnohokvětý, jílek vytrvalý, srha laločnatá, chrastice rákosovitá aj.) a jeteloviny
• ostatní cíleně pěstované rostliny (konopí, šťovík, ozdobnice – Miscanthus, křídlatka aj.)

Olejnaté energetické plodiny

• řepka, slunečnice, sója, len, lnička, saflor, aj.

Cukernaté a škrobnaté energetické plodiny

• cukrová řepa, cukrová třtina, brambory, topinambur, obiloviny-zrno, kukuřice, čirok cukrový, aj.

Biomasa zbytková (odpadní)

• rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny (řepková a kukuřičná sláma, sláma obilnin, seno, zbytky po likvidaci křovin a náletových dřevin, odpady ze sadů a vinic, odpady z údržby zeleně a travních ploch)
• lesní odpady (pařezy, kořeny, kůra, vršky stromů, větve, šišky, dendromasa z prvních probírek a prořezávek)
• organické odpady z potravinářské a průmyslové výroby (odpady z dřevařských provozoven – odřezky, piliny, hobliny, kůra; odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce; odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren aj.)
• odpady ze živočišné výroby (hnůj, kejda, zbytky krmiv aj.)
• komunální organické odpady (kaly, biologicky rozložitelný tuhý komunální odpad – TKO)

Využití biomasy	Způsob přeměny biomasy	Energetický výstup
termochemická přeměna biomasy (suché procesy)	spalování	teplo (vázané na nosič)
	zplyňování	produkce plynu
	pyrolýza	produkce plynu, oleje
biochemická přeměna biomasy (mokré procesy)	alkoholické kvašení	ethanol, metanol
	metanové kvašení	metan (plyn)
fyzikální a chemická přeměna biomasy	mechanicky (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, mletí a pod.)	pevná paliva, biooleje
	chemicky (esterifikace surových bioolejů)	metylester (bionafta)
Získávání odpadního tepla při zpracování biomasy	získávání odpadního tepla při zpracování biomasy	kompostování, čištění odpadních vod apod.teplo

Zdroj: Pastorek, Kára, Jevič, 2004

Základem pro produkci je vhodná plodina s vysokým výnosem využitelné biomasy a její energetická hodnota. Významným předpokladem jsou produkční podmínky tedy vhodné oblasti pro její pěstování. To je dáno především vhodnou rajonizací plodiny a odrůdy. Dalším neopominutelným předpokladem je vhodná pěstitelská technologie včetně nezbytné úpravy biomasy pro energetické účely.

Popis vrstvy

Cílem vrstvy je zmapovat produkční potenciál plodin pěstovaných na orné půdě, které mají potenciál pro využití biomasy k energetickým účelům. Výstupem je vymezení vhodných oblastí pro pěstování vybraných plodin pro různé způsoby jejich užití. Nastínit možnost spotřeby k rozmanitým účelům, uvést odpočty spotřeby pro lidskou výživu a pro krmení zvířat. Naznačit možnost využití pro fytoenergetiku, vypočítat potenciální výši produkce biomasy a definovat úroveň dosažitelných výnosů a průměrného obsahu energie sklízené biomasy. Na základě těchto podkladů lze vypočítat potenciál produkce biomasy v regionu.

Použitá data

Základem vrstvy Zemědělské plodiny na orné půdě je rajonizace pěstování hodnocených plodin a produkční potenciál porostů těchto plodin dosahovaný na konkrétním půdním bloku vedeném v LPIS. Je zpracována databáze produkčních ukazatelů (hektarový výnos, výnos sušiny, energetická hodnota biomasy, energetická výtěžnost biomasy atd.) včetně možnosti využití vyprodukované biomasy. Databáze je zpracována pro brambory konzumní, čirok na siláž, hořčici bílou, hrách setý, ječmen jarní, ječmen ozimý, jetel luční, konopí seté, kukuřici na siláž, kukuřice na zrno, mák setý, pšenici jarní, pšenice ozimou, řepu cukrovou, řepku ozimou, slunečnici roční, šťovík krmný, topinambur hlíznatý, tritikale, vojtěšku setou a žito obecné pěstované na orné půdě. Pro tyto plodiny je zpracován výnosový potenciál v závislosti na půdních podmínkách (64 HPJ pro plodiny na orné půdě) a s ohledem na korekci výnosu v závislosti na klimatických regionech (10 KR) a dalších produkčních faktorech. Hektarový výnos plodiny (dle plodiny je definován výnos hlavního produktu, ze kterého lze snadno dopočítat, v případě potřeby, výnos vedlejšího produktu, např. slámy). Výnosy jsou uváděny při sušině odpovídající základním podmínkám nákupního hodnocení dané komodity. Vypočítaná výše výnosu odráží průměrný potenciál daného stanoviště, zohledňuje vlastnosti půdy, průměrný průběh počasí a některé další agronomické faktory. Nezohledňuje konkrétní péči pěstitele o porost a místní znehodnocení půdy na konkrétním honu. Je průměrným potenciálem, který doporučujeme upravit na základě konkrétní úrovně produkce v regionu a ročníku. Plodiny a jejich produkty představují průměrnou energetickou hodnotu biomasy na jednotku sklizené sušiny dané plodiny. Tato hodnota byla stanovena na základě vlastní analýzy a konfrontace s odbornou literaturou. Snaha byla o stanovení průměrné hodnoty odpovídající provozním podmínkám.

Metodika

Výnosy (produkční ukazatelé) a regiony pěstování jsou definovány na základě dostupných podkladových údajů ČZU v Praze, ÚZEI, VÚRV, VÚMOP, ČSÚ, ÚKZÚZ, MF, které byly korigovány na základě šetření a zkušeností řešitelů jednotlivých plodin. Základem pro definování výnosů hlavních polních plodin, pro jednotlivé půdní bloky byly vstupní podkladové údaje z publikce „Hodnocení půdy v podmínkách ochrany životního prostředí“, zpracované širokým kolektivem autorů vedeným Ing. Václavem Voltrem, CSc. z ÚZEI vydané v roce 2011 (Praha, UZEI, 2011 ISBN 978-80-86671-86-4). Výnosy jsou zde modelovány pro jednotlivé hlavní půdní jednotky a klimatické regiony. Výnosy uváděné v této publikaci jsou získány modelováním na základě rozdílné výchozí základny získané od konkrétních pěstitelů. Výchozí data pochází z dlouhodobého šetření autorů publikace. S ohledem na jejich časovou nejednotnost a u některých plodin i nižší četnost a především s ohledem na nevyváženost respondentů byla tato základní data výnosového potenciálu konkrétní plodiny na dané BPEJ dále upravována. Předkládané výnosy - produkční potenciál u jednotlivých plodin byl proto na základě poznatků z pokusů a řady provozních šetření korigován. Úroveň korekcí na základě pokusů a dalších šetření byla u jednotlivých plodin velmi rozdílná. Pro některé plodiny byla produkce modelována na základě vlastního šetření a odborné literatury (topinambur, čirok cukrový, šťovík krmný, hořčice bílá, slunečnice aj.). Hodnoty obsahu energie ve sledovaných plodinách byly stanoveny na základě literárních údajů, obsah energie v biomase byl stanoven kalorimetricky jako spalné teplo ze sušiny bez odečtení popelovin (MJ/kg) dle ČSN ISO 1928. Produkce energie (GJ/ha) byla vypočítána na základě výnosu sušiny (t/ha) a obsahu energie (spalné teplo v MJ/kg). Další parametry si musí uživatel vypočítat podle využití fytopaliva (např. výhřevnost), protože hodně závisí na sklizňové vlhkosti. Pro potřeby modelování produkčního potenciálu vybraných plodin byly využívány tyto konkrétní zdroje dat: Voltr, V. (2011): Hodnocení půdy v podmínkách ochrany životního prostředí, Praha, UZEI, 2011, 480 s. ISBN 978-80-86671-86-4. Dále Havlíčková a kol (2010): Analýza potenciálu biomasy v České republice, Průhonice, 498 s. 2010, ISBN 978-80-85116-72-4.

Výstupy

Uživatel v interaktivním dialogu získá přehled o výnosech vybraných plodin, jejich možnosti užití a energetické produkci z jednotky plochy či celé zájmové oblasti. Uživatel na základě vlastních znalostí upraví rozsah pěstovaných plodin a tak zreální dosahovanou potenciální produkci biomasy a v ní obsažené energie. Na základě zadaných informací si bude moci snížit rozsah potenciální produkce s ohledem na potřeby zabezpečení zdrojů pro ŽV, tedy primárně určené ke krmným účelům. O potřeby zajištění výživy v regionu – potravinové soběstačnosti (předpokládáme výpočet na základě průměrné spotřeby jedním obyvatelem). Odpočet na nepotravinářské užití (bionafta, průmyslový cukr aj.) Ostatní, zbylá biomasa je alternativně využitelná pro energetické účely (např. přímé spalování, produkci bioplynu). Na základě produkčního potenciálu plodiny na konkrétním honu (vypočítáno na základě produkce biomasy na konkrétní BPEJ) bude vypočítána potenciální produkce regionu (zájmovém území). Pro jednotlivé plodiny jsou v databázi stanoveny maximální limity vycházející z agronomických požadavků plodiny a osevních sledů. Součástí je i potřeba plodiny pro zajištění potravinové soběstačnosti a pro zajištění základních potřeb živočišné výroby v daném regionu. Jsou uvedeny odpočty pro zajištění krmiv pro neregionální chovy a další nepotravinářské užití rostlinné produkce. Na základě rozsahu živočišné výroby v regionu a nezbytnosti doplnění organické hmoty do půdy lze vypočítat množství posklizňových zbytků, které bude nezbytné odpočítat z celkové produkce biomasy k zajištění trvalé úrodnosti půdy.

Úzká místa a budoucnost

Výnos, výše produkce polních plodin včetně produkce energie je velmi variabilní veličina, která závisí na řadě faktorů, která se mění v čase i ve vazbě na podmínky pěstování a jejich využití pěstitelem. Mění se produkční potenciál konkrétní plodiny. Představený model predikce výnosu jednotlivých plodin vychází především z fixních proměnných stanoviště, jako jsou půdní a klimatické podmínky, svažitost či kamenitost. Z variabilních proměnných je zahrnuta pouze obecná úroveň hnojení a využívání intenzifikačních faktorů. Model nezohledňuje celou řadu dalších významných, variabilních proměnných jako je aktuální stav porostu, napadení škodlivými organizmy, ztráty při sklizni a skladování, v neposlední řadě ani aktuální počasí ročníku. Vhodná specifikace a následné zohlednění těchto faktorů jsou na uživateli. Výtěžnost energie (především bioplynu) je kromě použité technologie fermentace hmoty ovlivněna i kvalitou sklízené biomasy, což však v modelu není zohledněno a v úvahu se bere pouze celková produkce sušiny. Současný výzkum se zaměřuje na predikci produkce bioplynu z rostlinné fytomasy, ale zatím nejsou k dispozici výsledky, které by umožňovaly potřebnou úroveň zobecnění, ať už z důvodu metodických postupů či vysoké variability zjišťovaných hodnot. V budoucnu je proto žádoucí:

• umožnit pokročilou optimalizaci nastavení modelu výnosu jednotlivých plodin pro nejvýznamnější intenzifikační opatření.
• poskytnout vhodný přepočet produkce energie při zohlednění nejen kvantity, ale i kvality biomasy v závislosti na používaných intenzifikačních opatřeních.

Průběžná aktualizace stávající datové vrstvy je nezbytná především v oblasti úrovně produkčního potenciálu jednotlivých plodin. Aktualizace by byla také žádoucí v případě zavedení koeficientů pro konverzi energie fytomasy na různé druhy energie v návaznosti na kvalitu sklízené produkce a efektivnost aktuálně používaných technologií.

Licence a aktualizace dat

1. Databáze BPEJ, zdroj VÚMOP, v.v.i.

• 1. aktualizace dat, listopad 2013

• předpokládaná aktualizace dat 1x ročně

2. Výnosy zemědělských plodin plodin, poskytovatel ČZU Praha

• 1. aktualizace dat v období 2013-2014

• aktualizace se nepředpokládá, případně dle potřeb

Prezentace

Prezentace představuje vrstvu zemědělských plodin na orné půdě jednodušší formou doplněnou o obrazový doprovod.

Prezentace Zemědělské plodiny na orné půdě

Expertní popis

Pro vrstvu zemědělských plodin na orné půdě představuje expertní popis detailní obecnou charakteristiku této vrstvy.
Expertní popis Zemědělské plodiny na orné půdě