Podzemná voda Zväzok 10. Model a pilotný projekt v Dolnom Sasku
Podzemná voda Objem 10 Dolná Sasko Štátna agentúra pre vodné hospodárstvo, ochranu pobrežia a ochranu prírody Model Dolného Saska Weser Labe a pilotný projekt pre energetické plodiny, prevádzku bioplynových staníc a správu digestátu podľa požiadaviek ochrany vody
Objem podzemnej vody 10 Štátna agentúra pre vodné hospodárstvo, ochranu pobrežia a ochranu prírody Ems Weser Labe v Dolnom Sasku, model a pilotný projekt pre pestovanie energetických plodín, prevádzku bioplynových staníc a správu digestátu podľa požiadaviek ochrany vody.
nášmu váženému kolegovi a priateľovi Hinrichovi Speckmannovi november 2009 Redaktor Weser Ems: Dolná Sasko, Štátna agentúra pre vodné hospodárstvo, ochranu pobrežia a ochranu prírody Am Sportplatz 23 26506 Norden Túto správu pripravila: Inžinierska asociácia pre poľnohospodárstvo a životné prostredie IGLU: Dr. agr. Christine von Buttlar Dipl. Ing. agr. Birgit Kräling Dipl. geograf. Andreas Rode Dipl. Ing. agr. Henning Mund NLWKN kancelária Aurich: Dipl. Ing. Andreas Roskam 1. vydanie: jún 2010, 1000 kusov Referencia: Štátna kancelária Dolného Saska pre vodné hospodárstvo, pobrežie a ochranu prírody Am Sportplatz 23 26506 Norden www.nlwkn.de Vytlačené na 100% recyklovanom papieri
Tabuľka 32: Stručné hodnotenie: zmiešané pestovanie kukurice a slnečnice. 96 Tab. 33: Stručné hodnotenie: Sudánska tráva a cirok bicolor. 97 Tab. 34: Prehľad: opatrenia na zachovanie vody pri kultivácii ciroku. 98 Tab. 35: Stručné hodnotenie: použitie dvoch kultúr. 100 Tab. 36: Stručné hodnotenie: Celozrnná silážna zrno (GPS). 101 Tab. 37: Stručné hodnotenie: Podzimná tráva v ozimných obilninách. 102 Tab. 38: Stručné hodnotenie: využitie ornej trávy. 104 Tab. 39: Stručné hodnotenie: trvalé trávne porasty. 106 Tabuľka 40: Prehľad: Vyhodnotenie ochrany vodných zdrojov energetických plodín. 107 Tab. 41: Prehľad: Optimalizačné opatrenia a potenciály ochrany vôd. 108 Tab.42: Príklad výpočtu na vyhodnotenie výkonu ochrany vody pri striedaní energetických plodín na ľahkých miestach. 109 6
Obrázok 4: Počet zariadení na výrobu bioplynu, použité substráty a inšt. elektrický výkon v okresoch Dolné Sasko (zdroj ML, 3N a vlastné prieskumy od roku 2008 a Cloppenburg a Friesland 2009, ako aj vlastné výpočty) Obrázok 5: Produkcia hnoja z chovu dobytka [kg N/ha] (podľa LSKN 2007) a trávenie akumulácie [t N/okres] v Dolnom Sasku (vlastné výpočty) 20
Obrázok 6: Povodia pitnej vody v Dolnom Sasku ovplyvnené pestovaním obnoviteľných zdrojov. Zelená: požadovaná kultivačná plocha v závislosti od výkonu zariadenia ako polomer okolo každej obnoviteľnej bioplynovej stanice, pri el. Výkone 500 ha/mw. Svetlo zelená: polomer 6 km na pestovanie energetických plodín a aplikáciu digestátu okolo BGA 22
Obr. 7: Polomery na pokrytie potreby oblasti na pestovanie kukurice trojstranným striedaním plodín a umiestnenie troch povodí Na obr. 7 je už vizuálne zrejmé, že za týchto predpokladov sú v jednotlivých povodiach pitnej vody pretlačené veľké podiely ornej pôdy. V oblasti ochrany vôd Sandelermöns z. B. aritmeticky je pestovaním bioplynovej kukurice ovplyvnených viac ako 50% ornej pôdy v chránenej vodnej oblasti (tab. 5). Tab. 5: Aritmeticky ovplyvnené pestovaním energetických plodín na ornej pôde vo vybraných chránených vodných oblastiach WSG Celková orná pôda v ZSG Orná pôda s energetickými plodinami v WSG s 3-ročným striedaním plodín [ha] [ha] [%] Sandelermöns 1587 839 53% Harlingerland 2619 1060 40% Aurich- Egels 1217 756 62% Na pokrytie priestorových požiadaviek bioplynových staníc by bolo potrebné, aby bola na pestovanie bioplynovej kukurice k dispozícii všetka orná pôda v okresoch. Pretože to tak v skutočnosti nebude, dá sa očakávať, že systémy budú pokračovať vo vysielaní do okolia. Stanovené povodia bioplynových staníc sa tiež prekrývajú z. T. značne. To je jeden z dôvodov, prečo sa dá predpokladať, že trasy budú dlhšie a účinky na chránené vodné oblasti silnejšie 24
Záver o plánovaní požiadaviek na pôdu: Uvedený príklad objasňuje, že pestovanie energetických plodín v chránených vodných oblastiach už zaberá značné množstvo územia na miestnej úrovni a stáva sa určujúcim smerom využitia. Plochu potrebnú na degradáciu energetických plodín v bioplynovej stanici nie je možné vypočítať plošne. Výkonnosť rastlín, podiel substrátu NawaRo, podiely lesov, konkurenčné využitie v okolí a výnosová schopnosť pôdy sú ďalšie dôležité faktory, ktoré zohrávajú úlohu pri určovaní dopravných trás. V tomto príklade má 1 MW bioplynová stanica polomer najmenej
3.3.2 Strata trávnych porastov v Dolnom Sasku podľa okresov Nasledujúci obrázok 10 zobrazuje stratu trávnych porastov v Dolnom Sasku medzi rokmi 1999 a 2007 na úrovni okresov. Hodnotenia na obr. 11 ukazujú nielen pokles trávnych porastov, ale aj nárast energetickej kukurice na úrovni okresov. Je zrejmé, že v krajoch s vysokou stratou trávnych porastov sa spravidla pridal aj vysoký podiel energetickej kukurice. Pestovanie energetickej kukurice tiež prispieva k posilneniu trendu obrábania trávnatých porastov. Skutočnosť, že štatistický nárast trávnatých porastov nemusí vždy ísť ruka v ruke s vytváraním nových trávnatých plôch, sa ukazuje v okrese Soltau-Fallingbostel, kde k rekvalifikácii bývalých vresov došlo k zvýšeniu o 4 000 hektárov trávnatých porastov. Skutočná plocha hromady by preto mala byť nastavená vyššie. Obrázok 10: Zmeny podielu trávnatých porastov v rokoch 1999 až 2007 v okresoch Dolné Sasko a poloha povodí (modrá) (databáza: Správy o úrode LSKN 2008, vlastné vyobrazenie) 28
Zmena pomeru trávnatých a orných pôd medzi rokmi 1999 a 2007 v [ha] WTM BRA VEC OS OL LER NOH FRI EM S CLP AUR WST WHV OS OL EM D DEL VER UE STD SFA ROW OHZ LG DAN WL CUX CE SHG NI HOL HI HM DH H WF PE OHA NOM HE GS GÖ GF WOB SZ BS Pastviny Silážna kukurica -12000 -9000 -6000-3000 0 3000 6000 9000 12000 Obr. 11: Zmena plochy trávnatých porastov a silážnej kukurice podľa okresov Dolné Sasko v rokoch 1997 až 2007 29
Záver orby trávnych porastov: Vyhýbanie sa orbe trávnych porastov s výsledným vylúhovaním N je ústredným záujmom vodného hospodárstva. Straty trávnych porastov v Dolnom Sasku dosiahli v rokoch 1999 až 2007 asi 50 000 ha; aké N vydanie
Obrázok 14: Umiestnenie prítokových plôch a priemerné trvanie prietoku (nenasýtená zóna a podzemná voda) do skúmaných meracích bodov, ako príklad. V ďalšom kroku je potrebné zmiešať informácie o použití s informáciami o podzemných vodách. V ideálnom prípade by sa tieto mali zhromažďovať v spádovej oblasti vybraných meracích bodov. Ak tieto informácie nie sú k dispozícii, môžu sa na prehľadné vyhodnotenie použiť údaje z poľnohospodárskej štatistiky a empirické hodnoty. 3.4.2 Účinky pestovania energetických plodín na kvalitu priesakovej vody Zmena využívania v okrese Cloppenburg bola sledovaná pomocou poľnohospodárskej štatistiky. Priemerné jesenné hodnoty N min boli odvodené z údajov zhromaždených v rámci projektu M&P a z nich bola vypočítaná kvalita priesakovej vody (tab. 9). Napríklad pestovanie silážnej kukurice sa do roku 2003 pôvodne mierne znížilo. Z tohto dôvodu sa pestovalo viac kukurice na zrno na kŕmne účely. Silný nárast kultivácie silážnej kukurice od roku 2003 je spôsobený hlavne používaním bioplynu (LSKN 2007). K rozšíreniu pestovania došlo na úkor pestovania kukurice na zrno, ako aj iných druhov ovocia a trávnych porastov. Podľa VTI 2009 (Nitsch et al. 2009) je najbežnejším ovocím vypestovaným po rozoraní trávnatých porastov silážna kukurica. 35
Obr. 15: Poloha a elektrický výkon aktuálne evidovaných bioplynových staníc, ako aj celkový výkon elektrárne podľa okresov (zdroj: 3N, vlastné prieskumy) Záver: Databáza bioplynových staníc: V súčasnosti neexistujú jednotné databázy bioplynových staníc, ktoré by vyhovovali požiadavkám vodárenského priemyslu v r. Dolné Sasko, pričom najmä priestorové rozdelenie a použité substráty predstavujú slabé miesta. Databáza vytvorená z aktuálne dostupných údajov môže byť naďalej použitá ako základ pre jednotné zaznamenávanie bioplynových staníc na štátnej úrovni. V súčasnosti je stále neúplná a mala by sa dokončovať postupne. Tiež by sa mala aktualizovať raz ročne. Okrem ukladania údajov do databázy sa odporúča prepojenie s geografickým informačným systémom. 39
Tabuľka 15: Príklad hnojenia orientovaného na ochranu kukurice a živín 30m 3 digestátu. Príklad: Hnojenie orientovaného na vodu NP2O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] Cieľ hnojiva 140 80 250 -Nmin 25 úlovkov 25 - hnojenie podložia (
1 dt DAP) 18 46 = požiadavka na digestát: 72 34 250 živín typického N (MDÄ P 2 O 5 K 2 O dávka digestátu 30 m³ 80%) [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] digestátu 1 . Nawaro 73 37 137 Digestát 2: Nawaro 82 40 103 Digestát 3: Nawaro + kaša 116 58 151 Digestát 4: Nawaro + kaša + HTK 127 54 128 Digestát 5: kofermenty + Nawaro + kaša + HTK 110 56 77 Zelená: Zvyšok trávenia upravený; Oranžová: Zvyšok po fermentácii je príliš vysoký Tab. 16: Príklad cieľovo hodnoteného hnojenia pre kukuricu a prísun živín s 30 m 3 digestátu Príklad: Cieľovo hodnotovo orientované hnojenie NP 2 O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] cieľ hnojenia -Nmin 25-úroda úlovku 25 -plodné hnojenie (
Na plochy sa privedie 13 300 ml digestátu. Úroveň individuálnej farmy: V roku 2007 obrábala projektová farma pre bioplynovú stanicu plochu 16 hektárov kukurice a 5 hektárov zrna GPS. Celkové vstupné množstvo 1 170 t tieklo späť do spoločnosti ako digestát (880 m³). Kvôli fermentácii bravčového hnoja a HTK sa zvyšuje vrátené množstvo živín na hektár obrábanej plochy. V súvislosti s kultivačnou plochou NawaRo 21 ha by sa vrátilo 190 kg N/ha (s 80% MDÄ) alebo viac ako 42m³/ha digestátu. Pri hnojení podľa metódy cieľovej hodnoty alebo podľa ochrany podzemných vôd 51
Tabuľka 20: Plán distribúcie digestátu (a) pre 740 kwel. Zariadenie na výrobu bioplynu, úrovne naplnenia skladu šetriacou vodou (b) a obvyklé (c) distribúcia digestátu (a) plán distribúcie digestátu, ak sa neuplatňuje jesenná aplikácia. Požiadavka na substrát pre zariadenie na výrobu bioplynu:
17 900 t FM/rok produkcia substrátu po odpočítaní strát (faktor fugátu):
13 300 t FM/rok (z 320 hektárov kultivačnej plochy) priemerný obsah N v digestáte 4,3% plán distribúcie digestátu bez jesennej aplikácie Ovocná plocha Produkcia digestátu [m³/ha] Celkové množstvo [m³ na plodinu] [ha] september-sept. Február - máj jún - júl august/sept. Február/marec apríl/máj jún/júl Pšenica ozimná (trh) 140 20 2 800 GPS raž 60 20 1 200 Silážna kukurica 230 30 6 900 Slnečnica 30 30 900 Medziplodina 100 15 1 500 Celkom 320 hektárov energetických plodín 13 300 (b) Ročný cyklus úrovne naplnenia a požadovaný úložný priestor, ak sa nepoužije jesenná aplikácia. Včasná aplikácia, aby sa zabránilo medziplodinám na jesennú aplikáciu (prostredníctvom skladovania využitie ďalších
Boli testované nové plodiny, ako sú slnečnice, slnečnice kukuričné v zmiešanom pestovaní a druhy ciroku. Kultivácia prebiehala ako hlavná plodina s medziplodinami a bez medziplodín (zelená raž, trávy), ako aj príkladne v systéme využívania dvoch plodín. Ďalej bolo sprevádzané následné využitie zoraných plôch a boli preskúmané rôzne opatrenia na obrábanie pôdy na zníženie jesenných N min. Tab. 22: Informácie o realizácii testu Testovacie otázky Opatrenie a implementácia Optimalizovaná kontrola hnojiva: Cieľ: Zamedzenie N previsov Hladina N priateľská k podzemnej vode (
Pestovanie energetických plodín šetrné k vode a prevádzka bioplynových staníc Kukurica s nižšie zasiatymi plodinami: Ranná kostrava s nízkym výsevom a neskorší široký výsev ríbezle nemali negatívny vplyv na výnos sušiny. Vyváženie N je na relatívne rovnakej úrovni pre obidva varianty testu (
-75 kg N/ha) negatívne. Z dôvodu reverzného obrábania pôdy a kultivácie s prezimovaním sa očakávaný pozitívny vplyv podsevu na jeseň Nmin nedostavil. Záver pre umiestnenie v okrese Osnabrück: S úrovňou hnojenia N 165 kg N/ha pre silážnu kukuricu je optimálny výnos už dosiahnutý a jesenné hodnoty Nmin sú výrazne znížené. Počas leta sa na dlhodobé ekologické hnojenie a na svahoch na odporúčanie dusíka a zlepšenie splavnosti odporúčajú predčasne vysiate plodiny. Obr. 11: LK Osnabrück, podsadba trávy kostnej v kukurici, 9/2007 Obr. 12: LK Osnabrück, kostrava červená, podsadená v kukurici, 9/2007 Obr. 13: Podsadená tráva s uchytením pôdy pri koreňovom bale 70
Dosiahol sa vyšší výnos DM/ha v porovnaní s nízkou úrovňou dusíka (195 dt v porovnaní so 176 DM/ha). Jesenný N min mohol byť znížený o 10 kg N/ha pri zníženej hladine N (na 40 kg N min/ha). V roku 2009 sa hnojenie digestátom porovnávalo s čisto minerálnym dusíkatým hnojivom. K hnojeniu zvyškov fermentácie (30 ml s 69 kg N/ha) došlo bezprostredne pred kultiváciou kukurice pomocou aplikácie vlečnej hadice. V štádiu 4 listov došlo k čisto minerálnemu hnojeniu dusíkom. Ďalších 40 kg N/ha bolo pridaných do oboch testovaných variantov zavlažovaním odpadovou vodou. Oba testované varianty dosiahli rovnaké vysoké výnosy biomasy 190 dt DM/ha. V dôsledku dažďových dažďov je úroveň jesenných hodnôt N min celkovo vysoká. V porovnaní s minerálnym hnojením dusíkom spôsobil zvyšok z fermentácie v prvom roku o 25 kg N min/ha vyššie jesenné hodnoty N min. Na konsolidáciu prvých výsledkov je vhodné pokračovať v testovacej sérii niekoľko rokov. Zmiešané pestovanie kukurice a slnečnice: Pri zmiešanom pestovaní bolo možné dosiahnuť úroveň úrody 143 dt DM/ha. Podiel na výnose slnečnice bol s
O 112 dt DM/ha menej ako podiel na výnose kukurice (
12 dt/ha nad túto hodnotu (obr. 28). Ak nedochádza k zavlažovaniu, vysoký prívod dusíka zaisťuje výnosový potenciál (maximálne výťažkové rozdiely), zatiaľ čo málo hnojené plodiny sa po suchom období zrútili. Na týchto slabých pôdach chudobných na vodu a živiny je mikrobiologická aktivita pôdy obmedzená nedostatkom vody, takže sa neuvoľňuje dostatok živín. Ak sa však použije zavlažovanie, je zrejmé, že znížené hladiny dusíka vedú tiež k porovnateľným alebo ešte lepším výnosom (2009). V priemere za všetky roky všetky tri výšky dusíkatých hnojív vykazovali záporné bilancie dusíka. 74
60% menej NS) a vysoký výnos 139 dt DM/ha bez zavlažovania. Zrno GPS umožnilo takmer vyváženú rovnováhu dusíka a nízku jesennú hodnotu N min. 26 kg N/ha. Obrázok 19: LK Hannover, druhá plodina slnečnice a ciroku po nových zemiakoch so zavlažovaním, 28. augusta 2009 75