Ing. Helena Kusá, Ph.D., Ing. Pavel Růžek, CSc., Ing. Radek Vavera, Ph.D.; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha-Ruzyně

Digestáty ze zemědělských bioplynových stanic vyrobené anaerobní fermentací rostlinné biomasy a statkových hnojiv patří mezi typová organická hnojiva 18.1.e dle přílohy 3 vyhlášky č. 474/2000 Sb. (min. 25% spalitelných látek v sušině, min. 0,6 % Ntot. v sušině). V roce 2018 bylo v ČR provozováno více než 380 zemědělských BPS a produkce digestátu v nich byla stanovena na více než 7,4 mil. tun.

Složení digestátů

Složení digestátů je proměnlivé dle složení surovin na vstupu do bioplynové stanice, průběhu digesce či době zdržení ve fermentoru. Např. vyšší podíl kukuřice na vstupu do bioplynové stanice se projevuje vyšším obsahem přístupného fosforu a železa. Oproti statkovým hnojivům vykazují nižší obsah labilnějších frakcí uhlíku a vyšší hodnotu pH (7,9–9,0), jež vede k vyšším ztrátám dusíku ve formě emisí amoniaku. Digestáty bez další úpravy vykazují poměr C : N < 10 (zpravidla C : N = 4–6) a náleží k hnojivům s rychle uvolnitelným dusíkem. Jsou zdrojem přístupných živin, zejména dusíku (4–7 kg/m³, přičemž 50–70 % představuje dusík amonný) a draslíku (3–5 kg/m³). Dalších makroprvků obsahují podstatně méně (1–2 kg Ca/m³; 0,3–0,6 kg Mg/m³; 0,4–0,6 kg P/m³).

Hnojení digestáty

V zemědělské praxi jsou digestáty aplikovány na půdu v různých obdobích roku.

1. První polovina dubna – aplikace na pozemky určené pro výsev kukuřice.
2. Konec května až červen – přihnojení mezi řádky porostu (u kukuřice kolem fáze 6. listu).
3. Konec července a srpen – aplikace na sklizené pozemky po obilninách (na slámu) před podmítkou či orbou, před výsevem řepky nebo meziplodiny.
4. Říjen (až polovina listopadu) – aplikace na pozemky po sklizni kukuřice apod.

Nejvyšší dávky digestátů jsou aplikovány před výsevem jařin a po podzimní sklizni – tyto termíny využívají všechny sledované zemědělské podniky.

Obr. 1: Infiltrace kejdy a digestátu do půdy po lokální povrchové aplikaci

Emise amoniaku po aplikaci digestátu

Míra ztrát volatilizací amoniaku závisí na řadě faktorů zahrnujících jak vlastnosti hnojiva (např. množství NH₄-N, pH, obsah sušiny), půdy (teplota, vlhkost, půdní typ, půdní reakce, . . .), povětrnostní podmínky, i způsob aplikace. Na pokusné stanici VÚRV, v.v.i. v Praze-Ruzyni byly v průběhu roku sledovány plynné ztráty dusíku emisemi amoniaku z digestátu (dávka 30 m³/ha) a kejdy (28 m³/ha) aplikovaných ve shodné dávce celkového dusíku.

Nejvyšší ztráty byly dle očekávání zjištěny v letním období, odpovídajícímu aplikaci digestátu na strniště nebo slámu po obilnině. Byla porovnávána aplikace hadicemi na povrch půdy s okamžitým zapravením disky s variantou ponechání hnojiv na povrchu půdy. Dle platné legislativy (vyhláška č. 274/1998 Sb.) je nutné kapalná organická hnojiva s poměrem C : N < 10 aplikovaná na půdu bez porostu zapravit do 24 hodin. Jak dokumentuje graf 1, měřitelné koncentrace amoniaku v ovzduší byly zjištěny pouze při ponechání hnojiv na povrchu půdy. Nejvyšší byly bezprostředně po aplikaci a s časem rychle klesaly bez ohledu na nárůst teploty půdy v průběhu dne.

Z toho vyplývá, že legislativní požadavek na zapravení těchto hnojiv do 24 hodin je jako prostředek omezení znečištění ovzduší málo efektivní. Při stejné dávce aplikovaného dusíku bylo množství amoniaku uvolněné do ovzduší z digestátu několikanásobně (cca 8×) vyšší než při použití kejdy prasat v důsledku jeho vyšší hodnoty pH (digestát 7,7; kejda 6,9) a pomalejší infiltrace do půdy (obr. 1). V průběhu 24 hodin od aplikace, během nichž smí být hnojiva ponechána na povrchu půdy, činily ztráty amoniaku z digestátu jednotky procent z celkové dávky dusíku.

Emise oxidu uhličitého

Zpracování půdy a aplikace hnojiv vede k zintenzivnění činnosti půdní mikroflóry, zejména pak hnojiv s amonnou formou dusíku, jíž jsou kapalná organická hnojiva jako kejda a digestát, významným zdrojem. Pro metabolizmus mikroorganizmů je třeba i zdroj uhlíku ve formě snadno rozložitelných látek, kterým mohou být organická nebo statková hnojiva a v ostatních případech samotná půda. Mineralizační procesy v půdě jsou doprovázeny emisemi CO₂, které byly sledovány u variant s okamžitým zapravením hnojiv.

Při samotném zpracování půdy byly vždy zjištěny nižší emise, než když bylo zároveň aplikováno hnojivo (graf 2). Přítomnost digestátu zvýšila ztráty CO₂ více než 2×. Vliv kejdy nebyl tak významný a odezněl po 4 dnech, kdy emise CO₂ klesly na úroveň zpracované půdy bez hnojení. Kombinace aplikace digestátu se současným plošným zpracováním půdy k jeho zapravení se projevila jako nejrizikovější z hlediska emisí CO₂ z půdy. V zemědělské praxi je aplikace digestátu s následným zapravením disky považována za správné opatření, přestože na některých půdách mohou ztráty uhlíku emisemi oxidu uhličitého představovat větší riziko než ztráty amoniaku.

Různé způsoby hnojení kukuřice

Hlavními živinami obsaženými v digestátu jsou dusík, převážně v amonné formě, a draslík. Uplatnění digestátů při hnojení kukuřice bylo sledováno v polním pokusu se zrnovou kukuřicí na stanovišti v Praze-Ruzyni. Byly testovány různé termíny a způsoby aplikace hnojiv: aplikace digestátu před setím, kombinace minerálního hnojení při setí a přihnojení digestátem za vegetace, ve srovnání s plošnou a lokální aplikací minerálního hnojiva (UREA^stabil) při setí (tab. 1).

Po povrchové aplikaci se digestát pomalu vsakoval a zůstával na povrchu půdy i několik hodin, při podpovrchové aplikaci vzlínal k povrchu. V důsledku toho byla u všech variant s organickým hnojením 2 týdny po aplikaci zjištěna nejvyšší koncentrace živin v povrchové 5cm vrstvě půdy, kde nejsou kořeny kukuřice a tyto živiny nemohou být dočasně využity. Pozitivní bylo zjištění, že převážná část N_min (90–95%) byla v nitrátové, tedy mobilní formě, která může být po srážkách posunuta do kořenové zóny rostlin. Draslík zůstal koncentrován v povrchové vrstvě půdy ještě po sklizni kukuřice. Vzhledem k tomu byly po hnojení digestátem zjištěny jen mírně vyšší obsahy draslíku v rostlinách než po pouze dusíkatém minerálním hnojení.

Kvůli problematické infiltraci digestátu do půdy a nedostatku srážek, zůstávaly živiny koncentrovány v místě aplikace. Čím dále od řádku byl digestát aplikován, tím hůře byly živiny dostupné pro rostliny. Např. 10 cm od středu aplikace byly v průběhu vegetace zjištěny zvýšené obsahy pouze nitrátového dusíku. Nejvyšší výnosy i odběry živin po hnojení digestátem byly proto dosaženy při jeho uložení 10 cm od řádku. Umístění digestátu blíže k osivu nemělo v tomto případě nepříznivý vliv na počáteční růst rostlin, ale pro řadu materiálů to platit nemusí, protože variabilita jejich vlastností je velká. Klíčení semen a počáteční vývoj rostlin negativně ovlivňuje např. zvýšení hodnoty pH v jejich okolí. Tento vliv byl pozorován po lokální aplikaci močoviny a hnojiva UREA^stabil (při setí) do hloubky 10 cm ve vzdálenosti 5 cm od řádku. Močovina v půdě rychle hydrolyzovala, což mělo za následek zvýšení koncentrace NH₄-N a hodnoty pH. Vzcházení rostlin zde bylo pomalejší a méně vyrovnané než při použití močoviny s inhibitorem ureázy.

Digestáty obecně jsou zásadité a ovlivňují půdní reakci, což se v tomto pokusu projevilo pouze v místě aplikace zvýšením půdní reakce v průměru o jednu desetinu.

Graf 1: Koncentrace amoniaku v ovzduší nad parcelami s různými způsoby aplikace digestátu a kejdy

Graf 2: Emise CO2 po simulaci aplikace kejdy a digestátu hadicemi s okamžitým zapravením disky

Graf 3: Výnos suché hmoty kukuřice (a) a odběr dusíku (b) po různém minerálním a organickém hnojení

Tab. 1: Varianty polního pokusu s různým hnojením kukuřice (Ruzyně 2018)

Varianta	Hnojivo (kg N/ha)	Uložení	Hnojivo (kg N/ha)	Uložení	Hnojivo (kg N/ha)	Uložení
Us pl			UREAstabil (120)	plošně, zapraveno pod povrch
Us 5-10			UREAstabil (120)	lokálně, 10 cm pod povrch, 5 cm od řádku, po jedné straně
Dig 10-10	Digestát (120)	lokálně, 10 cm pod povrch, 10 cm od řádku, po jedné straně
Dig 25-10	Digestát (120)	lokálně, 10 cm pod povrch, 25 cm od řádku, po jedné straně
Dveg 25-10			Močovina (40)	plošně, zapraveno pod povrch	Digestát (80)	lokálně, 10 cm pod povrch, 25 cm od řádku po obou stranách
Dveg povrch			Močovina (40)	plošně, zapraveno pod povrch	Digestát (80)	lokálně, na povrch, 25 cm od řádku po obou stranách

Využití živin rostlinami při nedostatku srážek

Povětrnostní podmínky roku 2018 (srážky pod 50 % dlouhodobého úhrnu stanoviště a zároveň průměrná teplota vyšší o 2,7 °C) se nepříznivě projevily na vývoji porostu i dosažených výnosech kukuřice (graf 3a). Pro využití živin při nedostatku srážek byla rozhodující vzdálenost uložení hnojiva od rostlin (nejvyšší výnosy i odběry dusíku byly dosaženy při podpovrchové aplikaci hnojiv 5–10 cm od řádku) v menší míře i pohyblivost aplikované formy dusíku (nejvíce dusíku přijaly rostliny na variantách hnojených močovinou s inhibitorem ureázy (graf 3b).

Shrnutí

Dosažené výsledky ukázaly, že povrchová aplikace kapalných organických a statkových hnojiv s povinností zapravení do půdy do 24 hodin je z hlediska ochrany ovzduší před znečištěním emisemi amoniaku málo účinná. Z tohoto hlediska je nutné, aby došlo k alespoň mělkému zapravení hnojiv do půdy bezprostředně po aplikaci, neboť největší ztráty dusíku nastávají v prvních hodinách.

Zpracování půdy brzy po aplikaci kapalných hnojiv může mít však negativní dopad na její vlastnosti (zhutnění, zhoršení vsakování srážkové vody aj.). Z tohoto hlediska lze doporučit zpracování půdy s vytvořením retenčních zón s určitým časovým odstupem před vlastní aplikací a následné zakrytí hnojiva suchou zeminou, aby nedošlo ke kontaktu převlhčené půdy s pracovními nástroji.

Vzhledem ke stále častějšímu výskytu suchých ročníků stoupá význam vhodného uložení hnojiv. Při nedostatku srážek je problematický transport živin z povrchově aplikovaných hnojiv do kořenové zóny rostlin a jejich efektivní využití. Pozitivní vliv podpovrchové aplikace se projevuje nejen zvýšením výnosů a lepším využitím živin, ale i snížením plynných ztrát CO₂ a NH₃.

Navzdory zjištěným problémům představují digestáty ze zemědělských bioplynových stanic, vzhledem k dobré zásobě živin, potenciálně vhodné hnojivo, ovšem pokud se zároveň dbá na dodávání organické hmoty s širším poměrem C:N (meziplodiny, sláma apod.) do půdy. Digestáty jsou, vzhledem k vysokému podílu amonného dusíku, vhodným zdrojem N na podporu rozkladu posklizňových zbytků či zaoraných meziplodin. Při používání digestátů na zemědělské půdě je rovněž třeba doplňovat do půdy dvojmocné kationty (zejména hořčík) pravidelným vápněním, ideálně dolomitem s vyšším obsahem Mg.

Prezentované výsledky byly získány v rámci řešení projektu TH02010706.