Možnosti využití hydrolyzátů z odpadních surovin při pěstování rychle rostoucích dřevin

04. 01. 2024 Mgr. Zdeněk Špíšek, Ph.D. a kol. Ochrana obecně Zobrazeno 537x

V rámci udržitelného rozvoje se začíná ve větší míře prosazovat tzv. cirkulární ekonomika. Z tohoto důvodu se hledá využití organických odpadů v různých odvětvích lidské činnosti. Dobrým příkladem je neustálý nárůst chovu drůbeže, kde dle odhadu FAO bude letošní světová produkce kuřecího masa 142,7 mil. t s ročním navýšením o 1,9 mil. t (FAO, 2023). S touto produkcí vzniká i velké množství odpadu a nastává otázka, jak tento odpad využít. Právě zpracování odpadů pomocí hydrolýzy bílkovin, představuje jedno z možných řešení nakládání s tímto obtížně zpracovatelným organickým odpadem.

Dosavadní hydrolyzáty obsahovaly i velké množství solí minerálních kyselin, vzniklých pří výrobě. Z toho důvodu nebyly vhodné pro další využití v zemědělství. Jednou z možností šetrné hydrolýzy, je použití kyseliny jablečné, jako aktivního činidla. Výhodou je nepřítomnost nežádoucích solí ve finálním produktu, ale také dostupnost kyseliny jablečné a ekonomická rentabilita takové hydrolýzy (Hanika a kol. 2019, 2020). Takto vytvořený hydrolyzát, je vhodný pro polní i energetické plodiny ve formě postřiku i zálivky a je možné jej kombinovat s dalšími látkami, aby spadal do kategorie biostimulantů.

V posledních desetiletích se těší velké oblibě rychle rostoucí dřeviny (RRD). Zvláště v posledních letech, kdy dochází ke zvyšování cen fosilních paliv a energií, je kladen důraz na obnovitelné zdroje. Historie pěstování RRD sahá do meziválečného období, ale až v současnosti lze plně zhodnotit i mimoprodukční význam plantáží topolů a vrb, které tvoří jádro produkce RRD na našem území. Jejich současná rozloha přesahuje 3 000 ha a neustále se navyšuje (Weger a kol. 2023).

V současné době je hydrolyzát testován v nádobových a polních experimentech s RRD na pracovištích Výzkumného ústavu Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví (VÚKOZ) v Průhonicích a na Univerzitě Palackého v Olomouci (UPOL). Jako modelovou dřevinou byl vybrán topol japonský (Populus nigra L. × Populus maximowiczii Henry) kříženec J-105, který je dnes nejpěstovanějším klonem topolu v ČR. Výhodou je, že málo trpí okusem a snáší širokou ekologickou amplitudu od vlhkých až po mírně suché stanoviště. Jako zástupce vrb byla vybrána vrba Smithova (Salix × smithiana Wild) odrůda Rokyta. Výhodou je, že vrbu lze využít i jako medonosnou dřevinu, navíc tento klon lze pěstovat i na extrémních stanovištích. Dorůstá výšky až 9 m. Kříženci jsou růstově i vzhledově velmi proměnliví, přičemž samčí jedinci jsou výrazně méně početné než samičí.

Venkovní sledování na topolu japonském

První testování hydrolyzátů proběhlo na VÚKOS již v roce 2019 (obr. 2 a 3). Na pokusu se standardními řízky (0,2 m) topolu J-105 do dobře připravené půdy, byly řízky zasazeny ve 4 opakováních na lokalitě Michovky (modální hnědozem se spraší). Foliární aplikace hydrolyzátu byla provedena 2× za vegetaci (17. 7. a 30. 8.) v koncentracích 5 % (H5) a 10 % (H10). Dávka na rostlinu byla cca 20 ml. Hodnocení biometrických parametrů dřevin proběhlo 2× za sezonu - měřením maximální výšky jedince (V_max) a tloušťky kmínků v 1 metru výšky jedinců (SA_1,0). Výpočet ujímavosti výsadby byl vypočten z počtu přežívajících jedinců v jednotlivých variantách. Pilotní testy hydrolyzátů na topolu prokázaly navýšení o 60 % oproti kontrole (tab. 1). Takto markantní navýšení nebylo v následujících letech zopakováno, což může být způsobeno tím, že v roce 2019 byla foliární aplikace provedena v období s minimem srážek. V následujících letech byla foliární aplikace vlivem deštivého počasí po několika dnech smyta. Ochranný film na listech měl vliv na růst i repelentní účinek proti okusu zvěří.

Tab. 1: Biometrické parametry topolu japonského dle koncentrace aplikovaného hydrolyzátu (2019)

Nádobový pokus s vrbou Smithovou

Pro testování různých druhů hydrolyzátů na pracovišti UPOL byly použity mikrořízky vrby Smithovy. Z důvodu nevyrovnaného rašení pupenů, byly 3 dny po výsadbě odstraněny primární pupeny a byl ponechán pouze jeden sekundární pupen. Nádoby byly umístěny do klimakomory se stálou teplotou 22 °C, osvitem 16 hodin/den (400 µmol/m²/s, LED světlo) a kontrolovanou zálivkou s udržením relativní vlhkosti substrátu 80 % (obr. 1).

Týden po zasazení řízků a následně 2× po 14 dnech byl aplikován spolu se zálivkou roztok hydrolyzátů:

• hydrolyzát z peří - koncentrace 100 % a 200 %,
• hydrolyzát s přídavkem hormonů (0,02 Mmol GABA + 10 µmol IAA + 10 µmol 2Cl-3MeO-BAP THP/rostlinu),
• hydrolyzát z odpadního masa.

Po 6 týdnech od založení experimentu byla zjištěna čerstvá a suchá nadzemní biomasa (graf 1). Výsledky ukázaly nejvýraznější pozitivní vliv hydrolyzátu z masa, následovaný hydrolyzátem z peří (lepší byla vyšší koncentrace). Nejmenší vliv byl zaznamenán u hydrolyzátu doplněného o stimulační složku. Toto snížení dokladuje i měření účinnosti fotosyntézy, kde tato varianta vykazovala snížení účinnosti fotosyntézy. Snížení hmotnosti biomasy u této varianty může být způsobeno větším rozvojem kořenové soustavy, ale pravděpodobnější je, že opakovaná aplikace GABA způsobila k její akumulaci v rostlině, tzn. rostlina se neustále připravovala na stres, což negativně ovlivnilo i její růst.

Graf 1: Vliv druhu hydrolyzátu na produkci suché nadzemní biomasy 6 týdenních výhonů vrby Smithovy

Závěr

Hydrolyzáty bez minerálních solí mají velký potenciál při výrobě levných stimulátorů a hnojiv v zemědělství. Prvotní testy, poukázaly na jejich pozitivní efekt při zvýšení intenzity růstu a zlepšení ujímavosti energetických plodin po výsadbě. Zároveň byla potvrzena možnost přidání aditiv (stimulátorů růstu syntetického původu), které mohou mít synergický vliv na celkovou podporu růstu i na zvýšení tolerance k abiotickým stresům. Jejich testování bude pokračovat na energetických a polních plodinách, s výhledem registrace biostimulantů pro komerční zemědělství.

Obr. 1: Mikrořízky vrby Smithovy v nádobovém pokusu s hydrolyzáty

Obr. 2: Nádobový pokus na růst topolů a vrb

Obr. 3: Příprava substrátů a výběr vhodných osových řízků pro nádobové pokusy

Obr. 4: Měření růstu vrbových výhonků pomocí 3D scan phenospex

Příspěvek vznikl za podpory projektu TAČR, č. TN02000044 „Biorafinace a cirkulární ekonomika pro udržitelnost“.

Použitá literatura:

FAO (2023): Food Outlook - Biannual report on global food markets, Rome.

Hanika J., Šolcová O., Rousková M., Šabata S., Jandejsek Z., Fulín T., Jandejsek Z., Hajšlová J., Stránská M., Jirů M., Kaštánek P., Kronusová O. (2019): Hydrolyzát bílkovinné biomasy a směs jej obsahující - Užitný vzor 2019-36389.

Hanika J., Rousková M., Šabata S., Šolcová O., Bohuslav V., Flemr M. (2020): Hydrolyzát z odpadního peří s obsahem proteinu a lipidu, Užitný vzor 2020-37375.

Weger J., Bubeník J. (2023): Rychle rostoucí dřeviny a jejich pěstování pro energetické využití v současné době. Biom.cz [online]. ISSN: 1801-2655.