Veikti pirmie soļi inovatīva augsnes kaļķošanas un mēslošanas līdzekļa ražošanas tehnoloģijas izstrādē

Jauna mēslojuma veida iekļauto izejvielu pētījumu analīze parādīja, ka barības vielu saturs digestātā var ievērojami atšķirties atkarībā no izejvielu veida. Turklāt digestāta sastāvs dažādām apstrādes tehnoloģijām (žāvēšana, saperēšana utt.) var būt atšķirīgs. Sadalot digestātu cietajās un šķidrajās frakcijās, šķidrā parasti satur vairāk amonija (NH4) un kālija (K2O), bet cietā – galvenokārt fosforu (P2O5) un organiskās vielas.

Ķīmiskās analīzes rāda, ka anaerobās fermentācijas dēļ šķidrā digestāta sausnas saturs ir 4-6% un 60-80% slāpekļa, augiem viegli pieejama amonija forma (NH4). Tas ietekmē pH līmeni, kas ir ievērojami augstāks nekā vircā (8), kas palielina gāzveida amonjaka (NH3) zuduma risku.

Zināšanu par barības vielu saturu digestātā un to augu asimilācijas efektivitāti ir ārkārtīgi svarīgi, lai plānotu augsnes mēslošanu. Slāpekļa pieejamība augiem ir tieši saistīta ar amonija (NH4) saturu, kā arī oglekļa un slāpekļa attiecību (C/N). Mēslošanas līdzekļi ar zemu C/N, piemēram, virca, šķidrs digestāts, satur slāpekli vieglāk pieejamā formā nekā mēslošanas līdzekļi ar augstāku C/N, piemēram, komposts, cietais digestāts. Turklāt digestāts satur daļu slāpekļa organiskā formā, kas augu veģetatīvās augšanas periodā tiks pārveidota par minerālu – kļūs pieejama. Daļa no šī slāpekļa tiek mineralizēta diezgan ātri, un augi to var izmantot mēslojuma pielietošanas gadā. Daļa slāpekļa, kas spēcīgāk saistās ar organiskajiem savienojumiem, tiek mineralizēta ļoti lēni. Atkarībā no laika apstākļiem un augsnes apstrādes intensitātes var sagaidīt kopējo slāpekļa izdalīšanās ātrumu – 1-3% gadā.

Digestāts satur ne tikai barības vielas, bet arī humusu. Humuss ir augsnes auglības pamats. Organiskajiem mēslošanas līdzekļiem ir būtiska loma humusa rezervju uzkrāšanā, kuru līmenis līdz ar plašu minerālmēslu izmantošanu samazinās. Faktiski humuss ir enerģētiskā bāze bioloģiskajiem procesiem augsnē, augiem pieejamo mikro un makroelementu, fizioloģiski aktīvo vielu avots. Tas var kalpot arī par sorbentu augsnē pesticīdu un smago metālu imobilizācijai. Humusā ir aptuveni 97–99% no visām slāpekļa rezervēm un 60% fosfora.

Anaerobās fermentācijas procesā tiek sadalīti viegli sadalāmi oglekļa savienojumi. Tie stabili bagātina augsnes humusu un tiem ir lielāka humusa ražošanas spēja, nekā neraudzētiem kūtsmēsliem. Fermentāta atdalīšanas gadījumā humusu veidojošā daļa galvenokārt nonāk cietajā frakcijā.

Augsnes paskābināšanās ir dabisks process, ko paātrina intensīva lauksaimniecības ekonomika. Tās galvenais iemesls ir neefektīva un pārmērīga slāpekļa izmantošana. Amonija slāpeklis ir viegli pārveidojams nitrāta un ūdeņraža jonos. Ja augi neuzsūc nitrātus, tos var izskalot no sakņu zonas, atstājot mazāk ūdens jonu, kas savukārt palielina augsnes skābumu. Un gadu no gada šis process atkārtojas. Plaša paaugstinātu minerālmēslu normu izmantošana lauksaimniecības kultūraugu audzēšanā ir galvenais iemesls augsnes skābuma palielināšanā.

Pelni ir minerālu atlikumi, kas rodas dažādu organisko vielu sadedzināšanas laikā. Pelnu sastāvs ir atšķirīgs. Slāpekļa tajā nav, bet tie satur līdz 30 augiem nepieciešamo elementu. Pelni ir kālija, fosfora un kaļķu mēslojums. Koksnes pelniem ir daudzveidīgāks ķīmiskais sastāvs nekā kaļķiem, bet to kaļķošanas efekts ir mazāks nekā kaļķim.

Papildus kālijam, fosforam un kaļķiem pelni satur nelielu daudzumu sēra, magnija un citu elementu. Barības vielu saturs pelnos atšķiras atkarībā no to avotiem. Lapkoku pelnu vidējais sastāvs ir P2O5 – 3,5%, K2O – 10; CaO – 30%. Skujkoku pelnu sastāvs: P2O5 – 2,5%, K2O – 6; CaO – 35%. Pelni ir neplastiska izejviela, tai nav savelkošu īpašību un tā ir smalki izkliedēta. Ir zināms, ka jo mazāks ir putekļu daļiņu izmērs, jo mazāka ir to spēja samirkt. Smalko daļiņu klātbūtne pasliktina mašīnu operatoru darba apstākļus, palielina zaudējumus un noved pie nevienmērīga mēslojuma izkliedēšanas visā platībā. Koksnes pelni ir bāziski, izkliedēti un ieskalojoties augsnē, tie paaugstina arī augsnes pH.

Koksnes pelni projekta vajadzībām tiek piegādāti no koksnes koģenerācijas stacijām SIA "Fortum" un SIA "Dobeles EKO". Šie uzņēmumi kurināšanai izmanto koksni šķeldas veidā. Digestāts tiek piegādāts no pārējiem sadarbības partneriem. Svaiga digestāta sastāvā 90 – 95% ir ūdens, tāpēc tiek pielietota digestāta separācija – sadalīšana frakcijās. Pirmā frakcija ir šķidrs digestāts ar 2-4% sausnu. 2. frakcija ir sausais digestāts, kas sastāv no cietajām daļiņām un tā mitrums nav lielāks par 75-80%.

LLU Tehniskās fakultātes Enerģētikas institūta pētījuma pirmajā periodā tika iegūti anaerobās pārstrādes produkti (digestāti) no dažādām biomasām. Tika analizēti arī digestāti, kurus izmanto projekta partneri AS "Ziedi JP", SIA "Pampāļi", SIA "LATVI DAN AGRO" savās biogāzes ražotnēs. Tika pētītas nefrakcionētu, frakcionētu un žāvētu līdz dažādam mitruma saturam digestātu fiziskas īpašības un analizēts to sastāvs. Šie digestāti tika sajaukti dažādās savstarpējās attiecībās ar koksnes pelniem. Pēc šo jaukumu ķīmiskā sastāva noteikšanas, LLU Biotehnoloģiju zinātniskajā laboratorijā tika pārbaudītas šo maisījumu skābo kūdras un minerālaugšņu neitralizēšanās (deoksidācijas) spējas un iegūti pozitīvi rezultāti.

Labāko digestāta un koksnes pelnu maisījumu ietekme uz kultūraugu augšanu, attīstību un produktivitāti sākotnēji tika pārbaudīta LLU Lauksaimniecības fakultātes siltumnīcās salātu un gurķu audzēšanas procesā un veģetācijas traukos Latvijas Valsts mežzinātnes institūta (LVMI) "Silava" ar kokaugiem – priedēm un papelēm.

Pētījuma praktiskajā daļā notiek jaunā mēslojuma izmēģinājumi izmēģinājumu laukos uz dažādiem kultūraugiem. Koksnes pelni tiek samaisīti ar digestātu pēc noteiktām proporcijām, kuras ir balstītas uz LLU un Latvijas Valsts mežzinātnes institūta "Silava" projekta vadošo pētnieku laboratoriskiem pētījumiem, vadoties pēc izejvielu ķīmiskā sastāva.

Siltumnīcās izvērtētu labāko maisījumu sagatavošana ražošanas apstākļos tika veikta uzņēmumos AS "Ziedi JP" un SIA "Pampāļi". SIA "Ziedi JP" nodarbojas ar lopkopību, elektrības ražošanu, augkopību un zivsaimniecību. SIA "Pampāļi" ir daudznozaru lauksaimniecības uzņēmums, kurš nodarbojas ar piena lopkopību, graudkopību un biogāzes ražošanu. Uzņēmumiem aizvien svarīgāk ir maksimāli veicināt ražošanas blakusproduktu efektīvu izmantošanu, lai nodrošinātu pilnas aprites saimniekošanu. Abos uzņēmumos tika izstrādāta un aprobēta augsnes kaļķošanas un mēslošanas līdzekļa ražošanas shēma. Tika apzināts nepieciešamais mašīnu un agregātu kopums, kurš nepaciešams jauna mēslojuma veida sagatavošanai un izkliedei uz lauka.

Projekta partneri AS "Ziedi JP" un SIA "Pampāļi" veic gan digestāta nodrošinājumu projekta un mēslojuma gatavošanu izmēģinājumiem, gan arī lauka izmēģinājumus. Digestāts pēc pilnīgas izstrādes bioreaktoros tiek pārvietots uz separatoru, kur tiek sadalīts frakcijās. Sauso digestātu kopā ar koksnes pelniem pa porcijām samaisa gliemežtipa mikserī, kas ir aprīkots ar elektroniskajiem svariem. Sastāvdaļas tiek iebērtas pa daļām, lai mikseris samaisītu vienmērīgu masu. Maisīšanas process katrai partijai ilgst 10-15 minūtes, lai tiktu iegūta ideāli vienmērīga konsistence. Pēc maisīšanas jaunais mēslojums tiek izvadīts no miksera pa konveijera lentu kaudzē, no kuras tas tiek pārkrauts izkliedētājā. Maisījuma izkliedēšanai tiek izmantots moderns Joskin ražojuma mēslu izkliedētājs. Izmēģinājumu lauku robežas tiek atliktas pirms mēslojuma izkliedēšanas un tiek rūpīgi ievērotas izkliedēšanas laikā.

AS "Ziedi JP" un SIA "Pampāļi" 2020. gadā pavasarī tika ierīkoti pirmie lauku ražošanas izmēģinājumi ar kukurūzu, bet LLU MPS "Pēterlauki" ar kartupeļiem. Pirmais gads ir vērtējams kā mācību periods pelnu un digestāta jaukšanai un izstrādei uz lauka, bet tika arī iegūti pirmie rezultāti un secinājumi par šī mēslojuma materiāla potenciāli pozitīvo ietekmi. Izmēģinājumu ierīkošanas procesā pētnieki saskārās ar tehnoloģisko niansi, ka ir nepieciešama specializēta mēslojuma izkliedēšanas iekārtas. Kukurūzas izmēģinājums rudenī tika veiksmīgi novākts un iegūti pirmie rezultāti.

2020. gada rudenī AS "Ziedi JP", SIA "Pampāļi" un LLU MPS "Pēterlauki" tika ierīkoti izmēģinājumi ziemas rapsim un ziemas kviešiem, lai varētu plašāk izvērtēt mēslojuma līdzekļa ietekmi uz kultūraugiem. Kultūraugi izmēģinājumos ir veiksmīgi pārziemojuši un turpina savu veģetāciju. Primāri vizuāli vērtējot, dažādu mēslojuma normu nevar konstatēt, bet tālāka vērtēšana sekos rudenī pie ražas novākšanas.

Pašreiz notiek darbs, lai ierīkotu 2021. gada pavasara izmēģinājumus vasaras miežiem un kukurūzai. Vērtējot šī rudens darbību, varam secināt, ka izdevies pilnveidot mēslojuma jaukšanas un izkliedēšanas tehnoloģiju, lai nodrošinātu maksimāli precīzu projekta uzstādīto mērķu izpildi un rezultātus.

2020. gada vasaras sezonā LVMI "Silava" pētnieki ierīkoja veģetācijas eksperimentu ar SIA "Latvi Dan Agro" (cūku mēsli) un AS "Ziedi JP" (liellopu mēsli) piegādāto biogāzes ražošanas fermentācijas atlieku maisījumiem ar SIA "Fortum" koksnes pelniem, kā skābu kūdras augšņu ielabošanas līdzekli. Tika modelēta situācija, ka mežaudzē ienests dažādu proporciju biogāzes fermentācijas atlieku sausnes (sausais digestāts) un koksnes pelnu maisījums. Veģetācijas traukos audzēja divus papeļu klonus un parasto priedi. Pēc pirmās veģetācijas sezonas secināts, ka visu maisījumu kombinācijas ietekmē kokaugu veģetācijas sezona ir garāka nekā kontroles augiem, bet vislabākie augšanas rezultāti un vitalitāte panākta ar maisījumiem, kam lielāka fermentācijas atlieku proporcija. Arī veģetācijas traukos sētie priedes sējeņi ir vitālāki, ja auguši traukos ar no mežaudzes ņemtu kūdras augsni, kurai pievienots sagatavotais mēslojums. Diemžēl priedes sējums mežaudzē bija neveiksmīgs.

2020. gada veģetācijas sezonā veģetācijas traukos izaudzētie papeļu stādi, rudenī iestādīti zemnieku saimniecībā ”Irbenes”. Stādi pārziemojuši labi un, neraugoties uz vēlāku fizioloģiskā miera stāvokļa sasniegšanu, tiem nav novēroti sala bojājumi.

2020./2021. gada ziemā LVMI "Silava" Mežu pētīšanas stacijas Jelgavas mežu novadā viengadīgās priežu jaunaudzēs ierīkoja dažādu digestāta un koksnes pelnu maisījumu ietekmes uz augu augšanu un produktivitāti meža apstākļos pārbaudi. Izmēģinājumi ierīkoti 3 nogabalos ar nabadzīgu minerālaugsni. Eksperimentos pārbauda gan dažu proporciju digestāta ietekmi uz iepriekšējā sezonā stādīto priežu augšanu, gan arī maisījuma ienešanas laika ietekmi (materiāla izklaidēšana veikta ziemā uz sniega segas (Somijas prakse) un veģetācijas sezonas sākumā (atbilstoši labas prakses ieteikumiem).

2021. gada sākumā uzsākts atkārtots eksperiments veģetācijas traukos ar minerālaugsni, kas ņemta no mežaudzes, kur ierīkots viengadīgo priežu mēslošanas eksperiments. Ar 25 cm spraudeņiem iestādīti divi papeļu kloni un iesēta priede. Šogad ir iespēja eksperimentu veikt kontrolētos apstākļos LVMI "Silava" "Klimata mājas" siltumnīcā, izslēdzot nokrišņu ietekmi un barošanās elementu izskalošanos.

Biogāzes ražošanas fermentācijas atlieku un koksnes pelnu maisījumi izmantošanai kultūraugu augšanas apstākļu uzlabošanā ir perspektīvi, jo vienlaikus tiek uzlabots augu barošanās elementu balanss un atvieglota, kā arī padarīta draudzīgāka izkliedēšana – ar sauso digestātu samaisīti koksnes pelni neput.

Projekts "Jaunas tehnoloģijas izstrāde augu mēslošanas līdzekļu ražošanai no biogāzes ražotnes fermentācijas atliekām - digestāta un šķeldas koģenerācijas atliekām – koksnes pelniem" (Nr.19-00-A01612-000008) tiek īstenots Eiropas Lauksaimniecības fonda lauku attīstībai Latvijas Lauku attīstības pasākuma "Sadarbība" 16.1.ietvaros.  Projekta īstenošanā piedalās 9 partneri: Latvijas Lauksaimniecības universitāte (vadošais partneris), SIA "Pampāļi", AS "Ziedi JP", Latvijas Valsts mežzinātnes institūts "Silava", SIA "Fortum Latvia", SIA "LATVI DAN AGRO", ZS "Irbenes", SIA "Dobeles EKO" un ZS "Līgo".

Projekts savu darbību uzsāka 2019. gada nogalē ar problēmas teorētisku izpēti un saimniecisku sagatavošanās procesu 2020. gada pavasarim, lai ierīkotu pirmos veģetācijas un lauku izmēģinājumus.

Papildu informācijai: aleksandrs.adamovics@llu.lv; ilze.vike@llu.lv