Jak digestát transformuje zemědělské ekosystémy aneb cesta od odpadu k udržitelnosti
17. 01. 2025 Hnojení Zobrazeno 491x
Je možné využít digestát jako alternativní organické hnojivo, které je zároveň přínosné pro půdu, životní prostředí i zemědělce samotného? Ano! Tímto způsobem je možné podpořit udržitelné metody v zemědělství a zároveň podpořit cirkularitu využitím zbytkového materiálu z bioplynových stanic.
Digestát - nedoceněný vedlejší produkt při výrobě bioplynu
Digestát je považován za standardní organické hnojivo, které vzniká jako vedlejší produkt při výrobě bioplynu. Proces anaerobní fermentace, při kterém se vstupní suroviny (např. siláž, kejda, vedlejší zbytkové produkty či stájová hnojiva a objemná krmiva) rozkládají bez přístupu vzduchu, vede k výrobě bioplynu a digestátu. S rostoucím trendem produkce plynu z obnovitelných zdrojů je pochopitelné, že počet bioplynových stanic i „odpadu“ bude přibývat. Opačný trend dlouhodobě zaznamenáváme u chovu hospodářských zvířat a možnosti využívání stájových hnojiv.
Co dokáže digestát na vašem poli?
Aplikace digestátu na zemědělskou půdu nevyžaduje speciální oznámení či registraci. Při jeho výrobě jsou přeměněny zmíněné vstupy na bioplyn obsahující metan (CH4), oxid uhličitý (CO2), vodní páru, sirovodík a amoniak (NH3). Tento proces je považován za jeden z nejefektivnějších a ekologicky značně šetrných metod produkce bioenergie (Weiland, 2010; Fravolini et al., 2016).
Mechanickou separací lze rozdělit digestát na pevnou frakci, označovanou jako separát, a na tekutou frakci, zvanou fugát. A to v přibližném poměru 4–5:1, což znamená, že asi 80–84 % objemu tvoří fugát a 16–20 % separát. Efekty těchto složek mají odlišný vliv na půdní zdraví i růst rostlin a typicky se využívají jako zdroje pro organické hnojení. Fugát se v některých případech také opětovně vkládá do systému bioplynové stanice pro další využití. Aplikace fugátu má potenciál dosahovat výsledků srovnatelných s používáním tradičních minerálních hnojiv. Separát obohatí půdu organickým materiálem, který má široké využití jako základ pro výrobu různých typů hnojiv (komposty či sušené formy), jako substrát nebo alternativní palivo (ÚKZÚZ, 2016).
Digestát (obr. 1) je bohatým zdrojem živin, zejména fosforu (P) a draslíku (K), které jsou nezbytné pro rostlinný růst. Např. ve srovnání s kompostem má digestát vyšší obsah makroživin. Díky moderním úpravám digestátu lze recyklovat makroprvky, což jej činí vhodným doplňkem minerálního hnojení (Prudil et al., 2022).
Obr. 1: Mikroskopický snímek digestátu
Jak digestát ovlivňuje fyzikální vlastnosti půdy?
Výzkumy naznačují, že aplikace digestátu může mít pozitivní vliv na některé fyzikální vlastnosti půdy. Takové půdy mohou mít následně např. vyšší obsah vlhkosti a lepší vodní režim. To je důležité zejména v obdobích sucha, kdy mohou rostliny lépe využít dostupnou vodu nebo v lokalitách s vyšším ohrožením erozí.
Jak digestát proměňuje chemismus půdy?
Jak již bylo uvedeno, aplikace digestátu má řadu pozitivních vlivů. Zvyšuje obsah živin, jako je fosfor a draslík, což zlepšuje nutriční hodnotu půdy pro rostliny. Studie ukazují, že pravidelná aplikace digestátu může zvýšit i hodnoty pH a obsah organického uhlíku a humusu, včetně jeho kvality (Prudil et al., 2022).
Jak půdní organizmy reagují na digestát?
Digestát obsahuje organické látky, které jsou zdrojem energie pro půdní mikroorganizmy. I když obsahuje méně kvalitní organickou hmotu než jiná statková hnojiva, stále poskytuje důležité živiny pro mikroorganizmy a podporuje procesy mineralizace a humifikace. Díky tomu může přispět k lepšímu celkovému zdraví půdy a aktivitě půdního ekosystému.
Jak na udržitelné využívání digestátu, přínosy, rizika a výzvy
Využití digestátu jako hnojiva má také významné environmentální přínosy, redukuje třeba potřebu minerálních hnojiv, jejichž výroba a aplikace může mít negativní dopad na životní prostředí. Například snížená potřeba dusíkatých hnojiv může vést ke snížení emisí skleníkových plynů a k lepší kvalitě vody díky redukci vyplavování nitrátů. Digestát rovněž přispívá k recyklaci organických materiálů a podporuje udržitelné zemědělství.
Přestože má digestát mnoho výhod, jeho použití může být spojeno i s některými riziky. Jedním z potenciálních problémů je obsah těžkých kovů a dalších kontaminantů, které mohou být přítomny v surovinách používaných pro výrobu bioplynu. Proto je pravidelná analýza složení digestátu zcela klíčová. Je důležité zajistit, aby používaný digestát neobsahoval škodlivé látky, které by mohly negativně ovlivnit kvalitu plodin vypěstovaných zemědělci.
Velkou nevýhodou digestátu je nízký obsah kvalitní organické hmoty, který je zapříčiněn odbouráním uhlíku digescí. V krajních případech to může vyústit až ke snížení stability struktury půdy či poklesu biologické aktivity. Ideálním řešením je proto spolu s digestátem zapravovat do půdy také labilní organickou hmotu - hnůj, slámu, posklizňové zbytky, kompost nebo využít zelené hnojení. Je také důležité pravidelně kontrolovat pH půdy a provádět vápnění kyselých půd. Tím se upraví nepříznivý poměr mezi žádoucími dvojmocnými kationty (Ca2+, Mg2+) a jednomocnými kationty (K+, NH4+, Na+) (Badalíková, 2019).
Dalším rizikem je aplikace digestátu při pěstování širokořádkových plodin na svažitých pozemcích bez podsevu meziplodin, což může vést k ohrožení těchto lokalit vodní erozí s následným vyplavením živin. V takových případech dochází k celkovému snižování bonity půdy a její úrodnosti.
K minimalizaci výše uvedených rizik je možné využít půdoochranné technologie, které zahrnují pokryv půdy vegetací a již zmíněné pěstování meziplodin. Dále je možné aplikovat organická hnojiva jako je digestát, kejda a hnůj, která podporují udržitelnou výrobu a spotřebu v zemědělství (Lijó et al., 2015; Riva et al.,16; Svoboda et al., 2015).
Optimální dávkování digestátu pro nejlepší výsledky
Jedním z klíčových aspektů použití digestátu je stanovení optimální dávky, doporučuje se aplikovat 20 t/ha. Správné dávkování je důležité pro zajištění maximálního přínosu bez negativních dopadů na půdní parametry a životní prostředí. Výzkumy naznačují, že při dodržení doporučených dávek nedochází ke zhoršení fyzikálních vlastností, jako je zhutnění, a zároveň se zlepšují chemické a biologické vlastnosti. Naopak vysoká aplikační dávka může vést k vyplavování živin do podzemních vod a následnému znečištění vodních zdrojů.
Ekonomické náklady a přínosy pro zemědělce
Jedním z hlavních přínosů digestátu je jeho příznivá rentabilita. Jeho cena je často nižší než cena tradičních minerálních hnojiv, a to může výrazně snížit náklady na hnojení. Kromě toho napomáhá udržovat dlouhodobou úrodnost půdy. Díky efektivní aplikaci digestátu můžeme zaznamenat navyšování výnosů bez negativních dopadů na půdní vlastnosti.
Převoz digestátu je nákladný, přičemž cena závisí na vzdálenosti od stanice, odkud je odebírán. V ČR existuje více než 570 bioplynových stanic, což podtrhuje důležitost efektivní logistiky v tomto procesu. Aplikace digestátu sama o sobě představuje nejnižší nákladovou položku.
Dalším ekonomickým přínosem je potenciální snížení nákladů na odstraňování odpadů. Bioplynové stanice často hledají způsoby, jak efektivně využít vedlejší produkty své činnosti, a aplikace digestátu na pole může být ekonomicky výhodným řešením tohoto problému.
Poloprovozní pokus
Hodnocení pokusu probíhalo od roku 2018 do roku 2021 na výzkumné lokalitě v obci Velešovice, okres Vyškov (obr. 2). Tato lokalita patří do bramborářské výrobní oblasti s nadmořskou výškou 228 m, průměrná roční teplota je 7,3 °C a dlouhodobý srážkový úhrn činí 493,2 mm. Geomorfologicky spadají Velešovice do celku Dyjsko-Svrateckého úvalu. Půdy v této oblasti jsou černozemního typu na spraších, zrnitostně středně těžké, jílovitohlinité s obsahem skeletu do 10 %. Hloubka ornice je v rozmezí 0,20–0,25 m a lokalita je rovinatá.
Pokus byl rozdělen do 3 variant:
- varianta 1 - kontrola bez aplikace digestátu,
- varianta 2 - digestát v dávce 20 t/ha , 1× za 2 roky,
- varianta 3 - každoroční aplikace digestátu v dávce 20 t/ha.
Aplikace digestátu byla realizována dle variant, a to za pomocí hadicového aplikátoru Wienhoff (obr. 3) s následným bezprostředním zapravením radličkovým kypřičem. Digestát použitý v tomto experimentu pocházel z bioplynové stanice ZD Velešovice (pH 7,92) a chemické složení (% sušiny) bylo následující: celkový dusík (N) - 0,65; fosfor (P) - 0,089; draslík (K) - 0,48; hořčík (Mg) - 0,07 a vápník (Ca) - 0,109.
V rámci experimentu byly hodnoceny vybrané fyzikální a chemické parametry. Fyzikální vlastnosti byly posuzovány pomocí Kopeckého válečků. Hodnocena byla objemová hmotnost redukovaná a celková pórovitost. Půdní vzorky byly odebírány na začátku a na konci vegetace ze třech hloubek: 0–0,10 m; 0,10–0,20 m a 0,20–0,30 m.
Pro zjištění základního obsahu živin v půdě byly odebírány vzorky ze dvou hloubek: 0–0,15 m a 0,15–0,30 m. Výměnná půdní reakce byla stanovena z výluhu KCl potenciometricky, obsah přístupného P, K, Mg a Ca byl stanoven spektrofotometricky dle Melicha III a obsah celkového dusíku mineralizací podle Kjehdahla. Celkový obsah oxidovatelného uhlíku byl stanoven oxidimetrickou titrací dle Nelson a Sommers (1982).
Utužení půdy bylo hodnoceno elektronickým penetrometrem Eijkelkamp 06.15.SA a souběžně byla, jako doprovodný parametr utužení, monitorována i objemová hmotnost redukovaná. V neposlední řadě byla hodnocena vodostálost půdních agregátů, která byla zjišťována metodou mokrého prosévání (Kandeler, 1996).
Obr. 2: Pokusná lokalita Velešovice
Obr. 3: Aplikace digestátu pomocí hadicového aplikátoru Wienhoff
Obr. 4: Měření půdního utužení pomocí elektronického penetrometru Eijkelkamp
Výzkumná zjištění
Na základě pozorování lze konstatovat, že aplikace digestátu měla pozitivní účinek na většinu hodnocených parametrů.
Vývoj hodnoty penetrometrického odporu (MPa) mezi sledovanými lety téměř odpovídal vývoji hodnoty objemové hmotnosti redukované. V období 2018–2019 byl zaznamenán mírný nárůst utužení (obr. 4) u kontroly, zatímco u variant hnojených digestátem došlo k mírnému poklesu. Rok 2020 byl odlišný. Byl zaznamenán nárůst utužení u variant s digestátem, přičemž kontrolní varianta vykazovala nejnižší úroveň penetrometrického odporu. Tento aspekt byl zapříčiněn nedostatkem srážkového úhrnu během roku. Rok 2021 se opět navrátil k původnímu trendu, nejvyšší míru utužení vykazovala opět kontrola. Porovnáním roku 2018 s rokem 2021 lze konstatovat, že došlo ke snížení penetrometrického odporu u variant hnojených digestátem v průměru o 0,3–0,5 MPa, což představuje pozitivní vývoj směrem k nižšímu utužení půdy (graf 1).
Dalším sledovaným parametrem byla vodostálost půdních agregátů, která korelovala s vývojem půdní struktury a penetrometrickým měřením. Varianta 3 vykazovala nejvyšší míru vodostálosti ve všech sledovaných letech, což naznačuje nejlepší kvalitu půdní struktury. Varianta 2 měla stabilně vysokou kvalitu struktury po celou dobu pokusu, s výjimkou roku 2021. Kontrolní varianta vykazovala střední kvalitu struktury po celou dobu experimentu (graf 2).
Na pórovitost měl digestát pozitivní vliv. Tento parametr se zvyšoval úměrně aplikačním dávkám digestátu a v žádných ze sledovaných let nedosáhl kritické hodnoty dle Rowell, 1994. I když statisticky významné rozdíly nebyly prokázány, trend je zřetelný, jak je patrné z grafu 3. Pórovitost je klíčovým faktorem, který ovlivňuje i ostatní fyzikální vlastnosti jako je objemová hmotnost redukovaná a zároveň má nepřímý vliv na utužení. Vysoká pórovitost zlepšuje infiltraci vody, provzdušnění a retenční schopnost, což podporuje růst kořenového systému a mikrobiální aktivitu. Tyto faktory jsou klíčové pro celkové zdraví půdy a růst rostlin.
Chemické parametry jsou shrnuty v tabulkách 1 a 2. Výsledky ukázaly, že v průběhu let došlo k mírnému navýšení obsahu některých živin, a to konkrétně draslíku a fosforu. V porovnání s ostatními živinami se obsah hořčíku téměř nelišil. V případě vápníku byl zaznamenán mírný nárůst u varianty 2, varianta 3 vykazovala opačný trend. Celkový dusík byl vlivem digestátu ovlivněn pouze v jednotkách setin, a to zejména u varianty 3 v počátečním roku řešení. Hodnoty uhlíku mírně kolísaly u všech variant a ve všech sledovaných letech. V roce 2021 vzrostl obsah uhlíku u variant hnojených digestátem o 0,2–0,4 %, což lze přičíst vyšší biologické aktivitě půdy vlivem přídavku digestátu. Hodnota Cox byla následně přepočítána na obsah humusu podle Kutílka (1978). Jelikož se jedná o půdy středně těžké, které dosahují v průměru mezi 2–5 %, můžeme je definovat jako půdy středně humózní.
Alkalické pH digestátu může účinně upravit kyselost půdy. V roce 2021 došlo k výraznému poklesu pH na neutrální hodnoty, zejména u hnojených variant. Tento pokles pH může být způsoben kyselými sloučeninami jako je kyselina gallová, nebo interakcí s organickými a anorganickými koloidy, jak uvádějí studie Makádiho (2012) a Tombácze (1999).
V neposlední řadě byl hodnocen výnos plodin, který zobrazuje tabulka 3. Pšenice ozimá (2018, 2020), žito ozimé (2019) a ječmen jarní (2021) vykazovaly nejvyšší výnosy u varianty hnojené každoročně. Výnosy byly ovlivněny např. přísunem živin z digestátu či klimatickými podmínkami. Varianta 3 měla v roce 2018 o 1,72 t/ha vyšší výnos než kontrolní varianta, v roce 2019 o 0,42 t/ha vyšší výnos žita a v roce 2020 o 1,16 t/ha vyšší výnos pšenice. V roce 2021 byl výnos ječmene u varianty 3 o 0,48 t/ha vyšší než u kontrolní varianty.
Tab. 1: Souhrn chemických parametrů za rok 2018
Varianta |
Hloubka (cm) |
K - p (mg/kg) |
Mg - p (mg/kg) |
P - p (mg/kg) |
Ca - p (mg/kg) |
Ncelk. (%) |
Cox (%) |
pHKCl |
1 |
0–30; průměr |
480,90 |
255,30 |
133,80 |
8 137,30 |
0,20 |
1,30 |
7,40 |
2 |
0–30; průměr |
529,60 |
258,80 |
139,10 |
8 414,30 |
0,20 |
1,30 |
7,40 |
3 |
0–30; průměr |
406,30 |
320,80 |
118,40 |
9 325,80 |
0,25 |
1,50 |
7,40 |
Tab. 2: Souhrn chemických parametrů za rok 2021
Varianta |
Hloubka (cm) |
K - p (mg/kg) |
Mg - p (mg/kg) |
P - p (mg/kg) |
Ca - p (mg/kg) |
Ncelk. (%) |
Cox (%) |
pHKCl |
1 |
0–30; průměr |
298,30 |
279,30 |
64,00 |
9 580,30 |
0,20 |
1,40 |
7,40 |
2 |
0–30; průměr |
537,60 |
280,30 |
182,30 |
9 191,80 |
0,20 |
1,50 |
7,40 |
3 |
0–30; průměr |
756,60 |
297,60 |
208,70 |
8 425,30 |
0,20 |
1,70 |
7,20 |
Tab. 3: Výnosy pěstovaných plodin (t/ha)
Rok |
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
Varianta |
pšenice ozimá |
žito ozimé |
pšenice ozimá |
ječmen jarní |
1 |
3,36 |
4,45 |
5,78 |
4,43 |
2 |
4,52 |
4,68 |
6,47 |
4,79 |
3 |
5,08 |
4,87 |
6,94 |
4,91 |
Graf 1: Vývoj hodnoty penetrometrického odporu (MPa)
Graf 2: Vývoj hodnoty vodostálosti půdních agregátů (%)
Graf 3: Průměrné hodnoty celkové pórovitosti (%)
Závěr
Výsledky jasně ukazují, že aplikace digestátu měla pozitivní vliv na většinu sledovaných fyzikálních vlastností a chemických parametrů půdy, jako jsou půdní struktura, vodostálost, pórovitost a penetrometrický odpor či objemová hmotnost redukovaná. Došlo také ke zvýšení obsahu snadno dostupných živin a ke zlepšení půdní reakce. Aplikace digestátu rovněž vedla k vyšším výnosům pěstovaných plodin.
Odpověď na otázku, zda může být digestát vhodnou alternativou k minerálním hnojivům, zní „Ano“. Digestát je často levnější než minerální hnojiva, čímž snižuje celkové náklady na hnojení. Zároveň podporuje recyklaci organických materiálů a snižuje závislost na neobnovitelných zdrojích používaných při výrobě syntetických hnojiv. Kromě pozitivních aspektů zlepšení půdních vlastností snižuje aplikace digestátu také emise skleníkových plynů, tak nepřímo přispívá k ochraně životního prostředí.
Nicméně z hlediska obsahu a kvali
ty primárních organických látek je digestát méně kvalitním hnojivem než jiná statková hnojiva. Proto je vhodné ho kombinovat s dalšími zdroji organické hmoty, aby byl zajištěn správný průběh mineralizace a humifikace. Tímto způsobem se podporuje nezbytná mikrobiální aktivita, která je klíčová pro zdravý půdní stav.
Výsledek vznikl z institucionální podpory MZE-RO1724 a za podpory České národní agentury pro zemědělský výzkum - projekt č. QK 21010124 „Půdní organická hmota - hodnocení parametrů kvality.“
Ing. Jakub Prudil 1,2, Ing. Barbora Badalíková 1, Doc. RNDr. Lubica Pospíšilová, CSc.2, Bc. Lucie Šedová 2
1Zemědělský výzkum, spol. s r. o. Troubsko, 2Mendelova univerzita v Brně
foto: 1 - Gómez et al., 2–4 - J. Prudil
Další články v kategorii Hnojení