Енергетична верба — шлях до незалежної енергетики
З-поміж інших швидкорослих верба на енергетичні цілі придатна найкраще, тому що вона активно кущиться та швидко відростає після кожного збирання врожаю, черенки для посадки легко приживляються. До того ж енергія, отримана від спалювання культури, може до 20 разів перевищувати кількість затраченої на її вирощування, позаяк вона може бути вирощена із застосуванням невеликої кількості пестицидів.
З-поміж інших швидкорослих верба на енергетичні цілі придатна найкраще, тому що вона активно кущиться та швидко відростає після кожного збирання врожаю, черенки для посадки легко приживляються. До того ж енергія, отримана від спалювання культури, може до 20 разів перевищувати кількість затраченої на її вирощування, позаяк вона може бути вирощена із застосуванням невеликої кількості пестицидів.
О. Хіврич, канд. с.-г. наук, ст. наук. співробітник Відділення технологій вирощування біоенергетичних культур,
Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН
Наразі у світі відомо близько 20 видів швидкорослих рослин (верба, тополя, міскантус, евкаліпт тощо), які можна використати як сировину для виробництва біопалива (біогазу, біоетанолу), твердого біопалива (пелети та брикети). Кліматичний пояс, у якому розміщена Україна, придатний для вирощування багатьох із них, у тому числі і швидкорослих видів верби.
Найширшого використання на енергетичні цілі верба набула у Швеції, Англії, Ірландії, Польщі, Данії. Ці країни мають найбільший досвід вирощування цієї культури та виробництва з неї твердого палива. Найбільші плантації верби розміщені у Швеції — близько 18–20 тис. га, у Польщі — понад 6 тис. га. В Україні, попри велику кількість земель несільськогосподарського призначення, промислових насаджень енергетичних рослин, у тому числі верби, наразі ще дуже мало.
Дерева багатьох видів можуть бути досить високорослими, у них є тільки один центральний стовбур, тож після зрізання вони відростають повільно. Кущові та чагарникові види верби ростуть заввишки від 5 до 8 м і більше, мають кілька стебел і добре відростають після зрізування. Саме кущові, переважно чагарникові, верби, з огляду на невибагливість вирощування і надійне щорічне відростання можуть бути найкращим вибором з-поміж біоенергетичних культур для промислового висаджування.
Вирощування енергетичної верби поліпшує навколишнє середовище, її ефективно використовують у протиерозійних заходах. Крім того, вона цінна тим, що її спалювання вуглецево-нейтральне і не поглиблює проблеми глобального потепління. У спалюванні біомаси на електростанціях або в котлах вуглекислий газ, який був поглинений рослиною у період росту та розвитку, надходить назад в атмосферу. Один гектар плантації енергетичної верби впродовж трьох років поглинає із повітря понад 200 т СО2.
З точки зору землеробства верба добре придатна для висаджування на забруднених ділянках та на землях із низьким рівнем родючості. Це, своєю чергою, дає змогу продуктивні землі ефективно використовувати за призначенням, тобто для вирощування сільськогосподарських культур, що використовуються для виготовлення кормів та продуктів харчування.
Як і сільськогосподарські культури, верба потребує для своєї вегетації доброго освітлення і вдосталь доступної грунтової вологи, а знищення бур’янів має вирішальне значення впродовж перших двох років вирощування. За таких умов верба швидко зростає, її пагони забезпечують швидке покриття грунтової поверхні, успішно конкуруючи з бур’янами.
Фактори, що впливають на ефективність зростання верби
Вибір земельної ділянки та підготовка грунту. Насадження верби не потребують родючих грунтів. Однією із найбільших переваг цієї рослини є те, що її з успіхом можна вирощувати на грунтах, які можуть бути несприятливими для вирощування традиційних сільськогосподарських культур (у широких діапазонах кислотності — рН 5,5–8,5 та засоленості грунту).
Багато видів верби можуть зростати у несприятливих грунтово-кліматичних умовах, на бідних грунтах, на великих висотах, в умовах періодичної посухи, прибережних вітрів і заболочування. Найкращі врожаї біомаси верба дає на грунтах важкої текстури із високим вмістом глини, з доброю аерацією. Проте мулистих і легких піщаних грунтів слід уникати. Бажаними є грунти із високою вологістю, ефективне використання зрошення.
Але зазвичай вирощування верби як сировини для виробництва біопалива відбувається або на сільськогосподарських, або на перелогових землях і поєднує у собі знання з області лісового господарства та агрономії.
Дуже важливий елемент правильного вибору ділянки — розміщення посадки з урахуванням матеріально-технічних аспектів: у місцях, доступних для машин та агрегатів, потрібних для виконання технологічних операцій під час вирощування верби.
До закладання плантації верби слід приступати заздалегідь. Необхідно добре продумати схему посадки, згідно з якою визначають кількість посадкового матеріалу та роблять заявку на постачання розрахованої кількості саджанців.
Ретельна підготовка грунту для забезпечення якісного, чистого від рослинних решток, посадкового ложа і вдале висаджування мають вирішальне значення для досягнення ефективного результату. Найкращим варіантом буде звичайний осінній обробіток грунту з боронуванням або без нього із подальшим вирівнюванням грунтової поверхні. Глибока оранка особливо рекомендується на грунтах, що сильно ущільнюються. Приблизно із вересня можна проводити заходи зі знищення бур’янів (насамперед — багаторічних кореневищних та коренепаросткових) та внесення добрив, після чого провести оранку.
Заготівля посадкового матеріалу. Щоб забезпечити високу врожайність верби, важливо правильно вибрати здоровий посадковий матеріал. Найкращими будуть черенки з однорічних пагонів, відбір яких проводять за відповідними строгими процедурами контролю якості. Живці потрібно зібрати, відсортувати і помістити безпосередньо у холодне місце для зберігання до посадки. Вони мають бути без жодних ознак механічних ушкоджень, без коренів, кора — здоровою, не пошкодженою шкідниками (норма — зелений або жовтий колір кори). За дотримання таких умов прижитися має не менше 95% черенків. Не бажано використовувати черенки зі старою корою, що має коричневий або сірий колір.
Для досягнення успіху важливе значення має правильний вибір виду, оскільки найкращі з них забезпечують підвищення урожайності маси до 20%.
Найменша бажана довжина черенка становить 30 см. Живці слід висаджувати таким чином, щоб над землею виступало до 5 см черенка. Оскільки, перш ніж вони підуть у ріст, живці дуже уразливі до впливу зовнішніх чинників та неконкурентні щодо бур’янів. Така схема посадки (особливо за висаджування черенків завдовжки 15–25 см) є прийнятною за високого рівня догляду в перші тижні росту та розвитку верби із застосуванням засобів контролювання чисельності бур’янів.
Якщо застосовують черенки завдовжки до 60 см, то їх висаджують у грунт наполовину. Вони мають великий запас енергії і швидше ростуть. Це дасть змогу рослинам верби бути більш конкурентними у початковий період вегетації, оскільки вони вищі від бур’янів. За такої довжини черенка витрата посадкового матеріалу, звісно, буде вдвічі-втричі більшою.
Зазвичай використовують черенки меншої довжини — від 15 до 25 см, заготовляють їх після того, як із верби опаде листя. За садіння навесні сплячі живці зберігають замороженими за температури від -4 до -2°C і виносять їх безпосередньо перед висаджуванням. Не слід допускати повторного їхнього заморожування після відтавання!
Обрані для вирощування види мають бути стійкими проти хвороб, особливо таких, із якими
важко боротися.
Внесення добрив. Потрібна кількість відповідних добрив та їхня форма залежать від вмісту поживних речовин у грунті кожного конкретного поля, але ця залежність набагато менша, ніж в інших культур. На родючих грунтах, які мають достатню кількість поживних речовин, потреба у добривах менша, а на початку вирощування верби часто навіть і необов’язкова, позаяк це тільки призведе до активного росту бур’янів.
Добрива вносять під основний обробіток грунту, перед висаджуванням, після кожного збирання врожаю або навесні — у перші місяці відростання культури, коли є можливість проїхати трактору без ризику завдати рослинам пошкоджень та травмування. У разі використання органічних добрив під’їзні шляхи можуть бути розширені. Неорганічні добрива вносять як до висаджування, так і в наступні роки вирощування.
На грунтах, які містять менше поживних речовин, особливо азоту й фосфору, для підтримання продуктивності насадження верби добрива слід вносити на більш ранніх стадіях росту та розвитку рослин. Але їх потрібно внести відразу після збирання врожаю перед повторним відростанням верби, щоб відновити поживний баланс у грунті, використаний рослинами для формування врожаю.
Дослідження, що проводили за кордоном, показують, що застосування органічних добрив може підвищити врожайність біоенергетичної верби на 35%.
Схема посадки має передбачати механізм внесення добрив під час вегетації (органічних та мінеральних, органічних решток, стічної води тощо), застосування пестицидів, а також проведення механічних обробітків грунту.
Правильно складена схема посадки полегшує використання техніки під час догляду за рослинами та їхнього збирання. Вона передбачає як поодинокі ряди із широкими міжряддями для проходу технічних засобів, так і суміжні подвійні ряди.
Посадка верби із двома суміжними рядами дає змогу зменшити кількість проходів збиральних машин.
Для посадки черенків верби зазвичай використовують спеціально розроблені технічні засоби одночасно двох поодиноких або чотирьох рядів (двох подвійних). Для цього готові нарізані черенки відповідних розмірів спеціальними механізмами висаджують у грунт на задану глибину або заздалегідь нарізану лозу безпосередньо розрізують механізмом висаджувальної машини, після чого відрізаний черенок так само саджають у грунт.
Для переробки на біопаливо у середньому йде близько 12–20 тис. рослин, для закладання маточника — до 30 тис. шт./га.
Так, одна зі схем посадки із подвійними рядами для забезпечення густоти стояння рослин 15 тис. шт./га передбачає міжряддя між ними 75 см, відстань у рядку між рослинами — близько 60 см. Між кожним блоком подвійних рядів — 150 см. Висаджування черенків завдовжки близько 20 см проводять таким чином, щоб назовні залишилось лише кілька його сантиметрів. Діаметр черенків — близько 1 см.
Перед висадкою проводять попередній обробіток грунту.
Для того, щоб отримати густоту стояння рослин на рівні близько 15 тис. шт./га із приживлюваністю черенків 90%, кількість висадженого посадкового матеріалу потрібно збільшити до 16,6 тис. шт./га.
Догляд
Одна з основних причин «виходу ділянки з ладу» після висаджування рослин — неправильне та несвоєчасне проведення заходів із контролювання чисельності бур’янів, вплив яких, як уже зазначалось, слід звести до мінімуму. Ріст та розвиток насаджень верби мають проходити у чистих від бур’янів умовах.
Відомо три способи контролювання чисельності бур’янів: хімічний, механічний (використання механізмів для міжрядних обробітків грунту) або поєднане використання хімічного та механічного. Важливим є правильний добір гербіцидів, які знищать бур’яни та не зашкодять рослинам верби.
Контролювання чисельності бур’янів, насамперед багаторічних кореневищних та коренепаросткових (у разі їхньої наявності), починається восени шляхом обробки гербіцидами суцільної дії на основі гліфосату. Навесні заходи із контролювання чисельності бур’янів особливо важливі на початковому етапі росту та розвитку верби, оскільки бур’яни є найбільшою проблемою для неї та причиною поганого укорінення черенків. Навесні після висаджування або під час вегетації рослин застосовують хімічні препарати проти однорічних дводольних та злакових бур’янів.
Значної шкоди вербовим насадженням можуть завдавати шкідники та хвороби, велика кількість яких переносяться вітром, птахами з одного куща до іншого тощо. Це призводить до зменшення врожайності і робить рослини сприйнятливішими до інших біотичних і абіотичних стресових факторів.
Верба може регулярно давати великі врожаї і без застосування будь-яких пестицидів. Більшість шкідників і хвороб поселяються та уражують лише конкретні види верби, саме на яких вони і харчуватимуться, розмножуватимуться та уражуватимуть хворобами.
Верба часто піддається ураженню іржею, що зимує в опалому листі. Також її пошкоджує велика кількість видів попелиць, украй небезпечні для неї павутинні кліщі та інші шкідники. Для зменшення їхньої чисельності бажано вирощувати різні види верби, позаяк верба у монокультурі, де висаджено тільки один її вид або багато близькоспоріднених сортів у межах виду вирощують разом, може слугувати сприятливим середовищем для шкідливих організмів, що призводить до великих спалахів розвитку шкідників і хвороб. Натомість розбивка полікультурних плантацій, із різними генотипами, створює природні бар’єри для шкідників і хвороб, що знижує їхнє поширення і, зрештою, зменшує рівень пошкодження шкідниками та ураження хворобами.
Усі способи зі зменшення чисельності хвороб і шкідників можна розподілити на п’ять видів: механічні, хімічні, біологічні, агротехнічні та лісівничі. Жоден із них не є універсальним.
Ефективним є підвищення індивідуальної стійкості рослин завдяки високому рівню агротехніки (догляд за грунтом, внесення добрив, знищення опалого листя, обрізування уражених пагонів). Однак часто створення сприятливих умов для розвитку верби водночас формує комфортні умови і для росту бур’янів.
Збирання
Збирають вербу кожних два-чотири роки — впродовж осінньо-зимового періоду, після опадання листя і до розпускання бруньок на початку весни (листопад — лютий) — із використанням спеціальних машин. Зазвичай використовують кормозбиральні комбайни, що розрізають стебла на сегменти. Кількість циклів збирання врожаю із однієї посадки у середньому становить сім-вісім, після чого можна проводити рекультивацію земель для нових насаджень верби або інших культур. Використання ділянки у такому разі триватиме впродовж 20–30 років.
Перший урожай верби збирають через три-чотири роки після її висаджування або через три роки після першого її зрізування (у перший рік закладання вербової посадки стебла також можна зрізати — це сприятиме відростанню кількох стебел на одній рослині наступної весни).
Кращі умови для збирання, коли земля суха або заморожена (взимку). У разі наявності у насадженні снігу зрізувати рослини слід за висоти неущільненого снігового покриву до 30 см. Також варто знати, що збирання потрібно припиняти за підвищеної вологості грунту.
Важливо переконатися у правильності зрізування — його слід проводити низько, адже стебла у нижній частині потовщені і мають найбільшу масу.
Збирання лози проводять подібно до збирання цукрової тростини або кукурудзи на силос: із довжиною сегментів 5–15 см або подрібненням у вигляді щепи. Пряма заготівля щепи може викликати проблеми під час зберігання, оскільки за швидкого компостування маси утворюється пліснява, а відтак з’являються і супутні проблеми внаслідок високої вологості свіжозібраної маси. Тому виникає потреба її підсушування до вологості 20–25% із пропусканням через потік сухого повітря.
Упродовж першого року після зрізання верба може вирости заввишки до 4 м і більше, а обрізування гілля сприяє її розгалуженню.
Зберігання
Зберігання зібраної маси відбувається у вигляді щепи, заготовок або паличок відповідного розміру під навісом, щоб не допустити повторного їхнього намокання від дощу. Але за великої кількості сировини іноді немає змоги її зберігати у закритих приміщеннях або під навісами. У такому разі щепу зберігають у довгих валках до 5 м заввишки, сформованих із використанням телескопічних навантажувачів. У результаті створюється щільний верхній шар, який не пропускає вологу всередину валка. Зібрана сировина більших розмірів у вигляді паличок швидше висихає завдяки нещільному приляганню часток, що забезпечує краще провітрювання маси. Висушена сировина гранулюється або може бути спалена безпосередньо для подальшого виробництва тепла та/або електроенергії.
Одна із найбільших екологічних переваг верби — вуглецева нейтральність щодо процесу зростання і горіння. Двоокис вуглецю, що поглинається рослиною під час росту та розвитку, дорівнює такій самій кількості, що утворилась унаслідок його перетворення на тепло чи електроенергію.
Порівняно зі спалюванням вугілля, використання з цією метою біоенергетичних культур, зокрема верби, забезпечує значне зниження викидів шкідливих твердих часток, ртуті, інших забруднювачів повітря — оксидів сірки та азоту.
Завдяки швидкому та стабільному зростанню верба є ідеальним екологічно чистим паливом. Її насадження застосовують також для створення природного мікроклімату в місцях проживання людей, вона є елементом ландшафтного дизайну: слугує для створення декоративних огорож та прибережних природних бар’єрів, які заважають хімікатам стікати у річки, ставки й озера.
Вирощування верби може бути засобом збереження й поліпшення навколишнього середовища, оскільки її використовують для рекультивації земель, стабілізації схилів та як лісосмуги для захисту від вітрів тощо.