Odpadní voda – Hnojivá závlaha pro zemědělce?

V dnešní době jsou půdní živiny obsažené zejména v potravinách, kde jsou nenávratně ztraceny, a po jejich konzumaci se část odebraných živin dostává do odpadních vod. Takto ztracené živiny (především dusík a fosfor) způsobují řadu problémů spojených s eutrofizací vodních toků. Ideální situace by byla, kdyby se většina živin vracela do půdy k dalšímu využití. V dnešní době je dodávání odebraných živin do orné půdy realizováno aplikací minerálních hnojiv.

Obr. č. 1 Aplikovaná minerální hnojiva Minerální hnojení je považováno za základní systémové opatření k udržení produktivnosti otevřeného systému, jakým je orná půda. Vysoké dávky minerálních živin se negativně projevují při ekonomickém a environmentálním hodnocení zemědělské činnosti. Při aplikaci minerálních živin neboli minerálních hnojiv hraje významnou roli nejen jejich množství, ale i jejich využitelnost. Starší literární prameny uvádí využitelnost dusíkatých hnojiv kolem 60 % a hnojiv s obsahem fosforu pouze 25 % rostlinami. Pro každého zemědělce je velmi obtížné stanovit a zajistit hranici vstupů zejména dusíku, nad kterou už je hnojení nejen zbytečné, ale i ztrátové a zároveň zamezit negativnímu vlivu na životní prostředí. Nejdůležitější a současně nejnebezpečnější z dodávaných živin je dusík. Především pak jeho nitrátová forma (NO3-), která je náchylná k vyplavování z dosahu kořenů běžně pěstovaných plodin, a proto představuje hrozbu pro zdroje pitné vody. Tímto jevem dochází nejen ke snížené využitelnosti dusíkatých hnojiv, ale nakonec i k přímým škodám na životním prostředí.

Živiny dodané zemědělci na pole jsou využity rostlinami, které jsou následně sklizeny a použity pro výživu hospodářských zvířat a produkci potravin pro lidi. Při pohledu na tok živin při výrobě krmiv pro dobytek je každému jasné, že zbytkové živiny obsažené ve hnoji aplikovaném na pole jsou skoro beze zbytku nabídnuty k opětovnému využití dalších plodin. Živiny obsažené v odpadních vodách vyprodukovaných z lidských sídlišť jsou nákladně odstraňovány. Je s nimi nakládáno jako s odpadem a ne zrovna málo vědců si klade otázku „Kam s ním?“

Vznikají zde zajímavé protichůdné procesy, při nichž zemědělci aplikují na půdu drahá hnojiva, která zatěžují jejich rozpočty a poškozují české půdy. Na druhou stranu jsou vynakládány nemalé prostředky na odstranění živiny z odpadních vod a i přes veškerou snahu jsou do vodního ekosystému celé České republiky vypouštěna kvanta živin, která zatěžují naše životní prostředí.

Popsané negativní a drahé lidské činnosti by se daly eliminovat využitím odpadních vod, a to jako zdroje vody a živin pro závlahu polních plodin. Vzhledem k etickým otázkám způsobu jejich použití by se jednalo pouze o plochy, kde jsou pěstovány technické plodiny. V době výroby energie z obnovitelných zdrojů by neměl být problém takové pole najít. Hojně pěstovaná kukuřice je toho důkazem. Při použití závlahy tohoto typu na technické plodiny byla prokázána eliminace nebezpečí kontaminace potravinových zdrojů. Protože se jedná o kontrolovaný systém, kde je cyklus živin z části uzavřen. Dle Liebigovy definice „zákonu minima“ jsou rostliny závislé na tom prvku, který je v jejich životním prostředí obsažen nejméně. Limitující živiny jsou rostlinám dodávány ve formě minerálních hnojiv.

Obr. č. 2 Nejznámější vyobrazení zákona minima (www.baron.cz, 2014) Odpadní vody neobsahují všechny živiny a už vůbec je neobsahují v námi požadovaném poměru, proto bude nutné určité množství živiny neustále dodávat v minerálních formách (Obr. 3). Z pohledu výživy rostlin se zajímáme hlavně o dusík a fosfor aniž bychom podceňovali význam síry, draslíku nebo vápníku.

Obr. 3 V levé časti obrázku je list kukuřice zavlažovaný odpadní vodou s dostatkem fosforu, na pravé části se projevil nedostatek fosforu v závlahové vodě červeným až fialovým zbarvením.

Použitím odpadních vod jako hnojivé závlahy, můžeme mimo jiné také pozitivně ovlivnit množství emitovaného oxidu uhličitého do atmosféry. Dle různých autorů se na výrobu 1 kg dusíku obsaženého v minerálním hnojivu uvolní od 2,5 do 3,5 kg oxidu uhličitého. A to jsou emise pouze na jeho výrobu, kde je doprava a aplikace? Při využívání minerálních hnojiv musíme dále započítat i obtíže spojené s jejich využitelností, dávkováním, vlivem na půdu a biotu v ní. Aplikovaný minerální dusík, který není využit rostlinami, podněcuje totiž všudypřítomné půdní mikroorganismy k aktivitě. Zvýšená aktivita se následovně projevuje spotřebou půdní organické hmoty a snižováním jejího obsahu v půdě.

Můžeme předpokládat, že se půdní mikroorganismy živí primární organickou hmotou neboli živným humusem. Živný humus je v podstatě veškerá odumřelá organická hmota vyskytující se v půdě. Tato část humusu je využívána jako zdroj živin, část je mineralizována na jednoduché anorganické sloučeniny, ze kterých původně vznikla. Nepatrná část organické hmoty je přeměněna až na humus trvalý. Ten je odolný proti mikrobiálnímu rozkladu a v půdě je perzistentní až stovky let. V situaci, kdy (nadbytečná) aplikace minerálních hnojiv navozuje periodu dusíkového luxusu, se pudní mikroorganismy nebojí vrhnout i na takto těžko přístupný uhlík.

Dostatek závlahové vody by mohl vést k rozvoji nových technologií při pěstování kukuřice, při kterých je (ne)dostatek vody limitující nebo alespoň výnos ohrožující faktor. Na druhou stranu je nezbytné si uvědomit, že kukuřice jako širokořádková plodina umožňuje vznik a působení erozních jevů na orné půdě. Proto je důležité její pěstování kombinovat s půdo-ochrannými technologiemi.

V roce 1994 zveřejnili američtí vědci novou metodu pěstování kukuřice seté (Zea mays L.), ve které je založení porostu kukuřice provedeno až po první seči vojtěšky seté (Medicago sativa). Tato kombinace má větší potenciál zlepšit využití vegetačního období než monokultura kukuřice.

Při porovnání výnosu kukuřice na siláž, pěstovanou touto metodou s konvenčně založeným porostem kukuřice na pozemku, na kterém byla na podzim předchozího roku provedena orba, nebyl nalezen významný rozdíl. V jiných již publikovaných experimentech byla celková biomasa (smíšené kultury kukuřice a vojtěšky) o 25 % vyšší než monokultura kukuřice a celkový příjem dusíku byl o 55 % vyšší než u monokultury kukuřice. Kořeny vojtěšky dosahují v prvním roce hloubky 1,5 m a v dalších letech pěstování se vyskytují hloubce kolem 5 m. Rozvinutý kořenový systém pomáhá vojtěšce vynést živiny z hlubších půdních profilů, navázat je do své biomasy a během mineralizace (rozklad organických látek za vzniku dusíkatých sloučenin) poskytnout tyto živiny následně pěstovaným plodinám. Již zmíněný kořenový systém vyskytující se v hloubkách, kam se nemohou dostat mechanismy používané pro zpracování půdy, je chráněn před atakem půdních mikroorganismů a člověkem. Dochází tak k utlumení procesu mineralizace a k sekvestraci (ukládání) uhlíku v půdě, a to v místech, kde zůstane po dlouho dobu uložený. Nicméně, je zde uvedeno, že za podmínek dostatečně vlhkosti půdy, minimalizačně založený porost kukuřice s vojtěškou by měl produkovat výnosy srovnatelné s těmi konvenčními. Dostatečná vlhkost půdy je v našem případě zajištěna ze zdrojů odpadních vod. Jak bylo řečeno v klasice českého filmu Saturnin: „Udělat nobl mýdlo z nobl surovin není umění. Udělat mýdlo ze špíny a svinstva, které se válí všude je úkol hodný vědce“.

Smíšená kultura vojtěšky a kukuřice může poskytnout uspokojivý výnos kukuřičné biomasy a dostatečné využití živin obsažených v hnojivé závlaze. Vojtěška chrání půdu před vznikem eroze, a to od podzimu, přes zimu až do zasetí porostu kukuřice. Tato protierozní ochrana přetrvává až do období než dojde k uzavření porostu kukuřice. Porost vojtěšky prokořeňuje celý půdní profil a imobilizuje velké množství živin. V hlubších půdních profilech zanechává značné množství organické hmoty což je z hlediska snížení koncentrace CO2 pozitivní efekt.