Itaalia teadlased on uurinud tagasihoidliku maapirni eeliseid. Selgub, et see on omamoodi asendamatu kultuur taastuvenergia tootmiseks.
Tushia ülikooli põllumajanduse ja metsateaduste teaduskonna (DAFNE) itaalia teadlaste meeskond selgitas oma teaduslikus töös, miks maapirn on nii hea ja oluline.
Viimasel ajal on biokütustest saanud sõidukite heitkoguste vähendamise strateegiline suund. Kuid samal ajal mainitakse biokütuste tootmist üha enam selle negatiivsete tagajärgede kontekstis, kuna peamised nendel eesmärkidel kasvatatavad kultuurid, näiteks rapsiseemned, nisu või sojaoad, vajavad kõrge intensiivsusega põllumajandustavasid ja viljakat mulda, märgivad autorid. (Biokütused on süsinikupõhised energiaallikad, mis on saadud bioloogilisest materjalist).
Kui Euroopa Komisjon klassifitseeris hiljuti biokütused tootena, mille maakasutuse kaudsed kaudsed muutused on madalad, saadakse äärealadel kasvatatud ja vähe ressursse kasutavate põllukultuuride tootmisel.
Sel põhjusel suudavad nende nõuetega suurt saaki saavutada vaid vähesed Euroopas.
Maapirn on sööt põllumajandusloomadele, biokütus ja isegi puuviljaõlu.
Sellest vaatenurgast maapirn (Helianthus tuberosus L.) on muidugi tähelepanu vääriv liik, kuna sellel on kõik atribuudid, mis on vajalikud ajakohastatud ELi taastuvenergia direktiivi (RED II) eesmärkide saavutamiseks.
Maapirn on muude kultuuride jaoks laialdaselt kohandatud mitmekesises ja sageli madala saagikusega keskkonnas ning sellel on kõrge kohanemisvõime.
See on mitmeotstarbeline põllukultuur, mida kasutatakse inimtoiduks (otse mugulates või magusainetes), farmaatsiatootmiseks, biomassi ja bioenergia (bioetanool ja biogaas) tootmiseks.
Lisaks sarnaselt teiste taimedega Asteraatsiad, näiteks sigur ja safloor, on maapirn potentsiaal söödakultuurina.
Huvitav on see, et tänu õlletööstuse uuendustele kasutatakse mugulaid magusa ja puuviljaõlle tootmiseks.
Maapirni vartele ja mugulatele on iseloomulik kõrge inuliini sisaldus, mis võib toota etanooli biokütusena kasutamiseks.
Eelkõige töödeldakse orgaanilisi ühendeid (nagu inuliin ja tselluloos) ja suhkruid etanooli tootmiseks kääritamise ja destilleerimise teel.
Viimase 20 aasta jooksul on biomassi kütuseks muundamise parandamiseks tehtud märkimisväärset tööd. Esimese põlvkonna biokütuseid (bioetanool ja toidukultuuridest saadud biodiislikütus) ekstraheeritakse siiski vaid mõnest põllukultuurist, mille efektiivsus päikesekiirguse muundamisel keemiliseks energiaks (biomass) on erinev.
Biokütuste lähteainena kasutatakse peamiselt rapsiseemneid, õlipalmi ja sojaube biodiislikütuse valmistamiseks; ning suhkruroog, mais, suhkrupeet ja magus sorgo bioetanooli jaoks.
Lisaks ei ole kogu biomass kogumiseks sobiv (s.t. maa alla jääva taimestiku biomass jääb tavaliselt pinnasesse), seega väheneb süsiniku netokogumine ja suureneb töötlemise ebatõhusus.
Nendel põhjustel loodetakse järgmise põlvkonna biokütuse tootmissüsteemide taimeliigid ületada mõned neist piirangutest, eriti kui neil on produktiivne maa-alune biomass (st juured või mugulad).
Lisaks, kuna enamikus maailma piirkondades on juba kasutusele võetud intensiivne põllumajanduslik maakasutus, peavad bioenergiakultuurid olema keskkonnasäästlikud, et vältida põllumajanduse bioloogilise mitmekesisuse, pinnase ja veevarude täiendavat koormust.
Teadlased otsivad tuleviku bioenergiakultuure
Uuringuid tehakse uue põlvkonna biokütuste energiasüsteemide suunamiseks, millel on vähem keskkonnamõju, suurem tootlikkus ja suurem investeeringutasuvus, samuti võetakse arvesse vähenenud konkurentsi maakasutuses toidu- ja söödakultuuridega.
Isoleeritud bioenergiakultuuride ja põllumajandusjäätmete lignotselluloosset biomassi peetakse bioenergia tootmiseks jätkusuutlikuks ressursiks, kuid hüdrolüüs tsellulolüütiliste ensüümide abil on töömahukam ja kallim meetod kui tärklise või melassi biomassi kasutamine.
Sellega seoses on järgmise põlvkonna kõige atraktiivsemate biokütusesüsteemide hulgas huvitavad vetikad ja maapirn, millest toodetakse mugulaid, mida saab samuti kasvatada ja koristada, kasutades olemasolevat infrastruktuuri ja mehhanisme, mida kasutatakse sarnaste põllukultuuride jaoks (mugulsibulad).
Miks maapirn tegelikult Euroopat vajab
Maapirni vääriliseks energiakultuuriks muutuvate omaduste hulka kuuluvad: kiire kasv, kõrge süsivesikute sisaldus, vastav kuivaine üldsisaldus pinnaühiku kohta, võime kasutada toitainerikast reovett, patogeenide vastupidavus / tolerantsus, võime kergesti kasvada minimaalsete väliste tootmiskuludega ja äärealadel.
See viimane aspekt tõotab olla võtmeks biokütuste tulevikus Euroopas.
Nagu on ette nähtud Euroopa Parlamendi ja nõukogu poolt vastu võetud muudetud taastuvenergia direktiiviga (RED) (direktiiv 2018/2001), võttis EL komisjon hiljuti vastu delegeeritud õigusakti, milles sätestatakse kriteeriumid maakasutuse oluliste kaudsete muudatuste kindlaksmääramiseks.
ILUC on ohtlik lähteaine, millel on märkimisväärne kaudne tootmisruumi laiendamine suure süsinikuvaruga maal ja madala riskiga ILUCi biokütuste, biokütuste ja biomassikütuste sertifitseerimine.
Sertifikaadi võib anda juhul, kui kütus vastab järgmistele kumulatiivsetele kriteeriumidele:
i) jätkusuutlikkuse kriteeriumide täitmine, mis tähendab, et toorainet saab kasvatada ainult kasutamata maal, kus pole palju süsinikku;
ii) täiendava tooraine kasutamine juba kasutatava maa tootlikkuse suurendamise meetmete või viljakultuuride kasvatamise tulemusel aladel, mida varem ei kasutatud põllukultuuride kasvatamiseks (kasutamata maa), tingimusel et maa on maha jäetud või tugevalt degradeerunud või saak on kasvanud väikepidaja poolt;
iii) veenvad tõendid kahe eelmise kriteeriumi täitmise kohta.
Ilmselt peavad sellised täiendavad toorained vastavalt direktiivi nõuetele vastama madala riskitasemega kütuste tootmise nõuetele ainult juhul, kui neid saadakse säästval viisil.
Sel põhjusel on maapirn paljulubav kandidaat, kes saab hõlpsalt asendada selliseid põllukultuure nagu mais ja suhkrupeet.
Biokütuste jaoks kiiresti kasvav biomass
Taimeosade kasvu kineetika näitab selle võimet toota Euroopas optimaalseid põllukultuure.
Kaks kolmandikku kuni kolm neljandikku õhu kuivainest moodustavad varred ja oksad, lehed ja õied aga madalamat protsenti. Kuivmassi jaotuse osakaal sõltub suuresti paljudest teguritest: sordist, istutusajast, kliimatingimustest ja kasvutingimustest.
Üle 50% taimede kogumassist on vars.
Kasvul on kaks faasi. Esimese viie kuu jooksul täheldatakse varre kõrguse ja kaalu lineaarset suurenemist. Pärast seda perioodi jõuab varre kõrgus maksimumini ja jääb muutumatuks ning tema kaal väheneb.
Taime maksimaalne kõrgus ja kaal varieerub sõltuvalt keskkonnatingimustest ja genotüübist. Varasemate sortide korral ulatub lõppkõrgus 140 cm-ni, hilisemate sortide korral on lõppkõrgus umbes 280 cm.
Järelikult oli kasvuperioodi lõpus hilisemate sortide vartes kuivaine kogus umbes kaks korda suurem kui varasemates sortides. Seega on hilise valmimisega sortide kogubiomass suurem kui varase valmimisega sortidel. Modelleerimine näitas, et hilisemates sortides võimaldab optimaalse lehepinna pikem säilitamine kuivainet paremini imenduda.
Vaevatu maapirn
Põuakindluse ja soolaseks muutmise tõttu saab maapirni kasvatada mullas, mis ei sobi teistele juurviljadele ja mugulatele. See kasvab hästi muldades, mille pH on 4,4-8,6.
Kui rasked savimullad ja hüdromorfsed mullad võivad mugulate koristamist keeruliseks muuta, võib sellistes tingimustes maapirni kasvatada varte saamiseks.
Üldiselt sõltub mugulate saak, suurus ja kuju mullatüübist. Kui kerged savimullad annavad suuri mugulaid, siis rasked mullad annavad savimulla paremate niiskust säilitavate omaduste tõttu head põuasaaki.
Mis puutub kultiveerimistemperatuuri, siis enamiku maapirni sortide puhul on vegetatsiooniperioodiks vähemalt 125 külmavaba päeva.
Üldiselt on optimaalse saagi saamiseks vaja kultiveerimistemperatuure vahemikus 6–26 ° C.
Taimel on mõõdukas külmakindlus. Varase kasvu ajal talub saak temperatuure kuni -6 ° C, kuigi madal temperatuur põhjustab lehtede kloroosi. Mis puutub sügissaaki, siis külmakraadid temperatuuril -2,8 ° C kuni -8,4 ° C käivitavad mugulate külmaga aklimatiseerumise mehhanismi. See parandab nende maitset tänu inuliini muutmisele fruktoosiks.
Looduskeskkonnas suhtlevad mõned organismid (mikroorganismid, putukad ja imetajad) maapirni taimedega, sealhulgas kuue erineva mesilaste ja kimalaste perekondadega.
Maapirnil on registreeritud palju fütofaage ja mikroorganisme, kuid väga paljud neist võivad kultuuri tõsiselt kahjustada.
Üldiselt on taime õhust osa haigustele vähem vastuvõtlik, samas kui hilise kasvu ja ladustamise ajal on mugulad vastuvõtlikumad. Kõige kahjulikumad patogeenid on Sclerotinia sclerotiorum ja Sclerotinia rolfsii, mis põhjustavad mädanemist.
Esimest soodustavad liigne lämmastikväetis, madal mulla pH või hüdromorfne pinnas, viimast soodustab niiskus ja kõrge temperatuur.
Ka rooste põhjustatud Puccinia helianthija jahukaste, mis on põhjustatud Erisyphe chicoracearum, mõjutavad maapirni, kuid nad ei suuda saaki piirata, nagu lehemädanik Alternaria helianthi tõttu.
Mugulate ladustamisel, eriti kui need on koristamise ajal kahjustatud, põhjustatud haigused botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Kuid külmutamisprotseduurid kontrollivad neid haigusi tõhusalt.
Putukate osas on tegemist peamiselt lehetäidega, kuid nende mõju on tühine.
Taim on vastupidav ja tugev, nii et maapirnist võib saada üksi väga konkurentsivõimeline umbrohi. Nagu teiste kiiresti kasvavate umbrohtude vastu, on nende vastu võitlemine vajalik ainult külvamise ajal, kuni võrastik sulgub. Kasutada võib nii keemilist kui ka mehaanilist (pealisriie, kobestamine jne) umbrohutõrjet.
Kui maapirn on põllule asunud, on seda üsna raske eemaldada, kuna mugulad või nende osad jäävad maasse, talvitudes mullas hästi.
Valik maapirni
Maapirni väärtuslikud bioloogilised ja biokeemilised omadused on selle universaalse kasutamise aluseks toidu- ja tööstussektoris, mis nõuab saagi geneetilist parendamist.
Valiku põhirõhk on mugulate saagikusele ning toidu ja sööda inuliini sisaldusele ning viimasel ajal on keskendutud biomassi kogumisele biokütuse tootmiseks.
Maapirni traditsiooniliselt piiratud kasutamise tõttu on aretuses seni tehtud üsna vähe edusamme. Investeeringud aretusarendusse on samuti kõikuvad ja sõltuvad iga riigi töösturite nõudmistest.
1970. ja 1980. aastatel taas kasvanud huvi maapirni vastu, mis oli seotud energiakriisi ja toidupuudusega, julgustas kooskõlastatud ja intensiivsemat tegevust uute sortide väljaarendamiseks tekkivate vajaduste rahuldamiseks.
Pärast seda on haritud maa-alade märkimisväärset laienemist täheldatud, eriti Aasia riikides viimasel kümnendil.
Arvestades praegust kliimamuutust, vajadust leida uusi säästvaid energiaallikaid ja vähendada toidutootmiseks mõeldud pindala, näivad maapirni valimisse tehtavad investeeringud olevat suuresti õigustatud.
USA võib olla huvitav ka maapirn
Praeguseks on enim kasutatud etanooli tootmiseks kultuurtaimed mais, suhkruroog, magus sorgo ja suhkrupeet. Need liigid sõltuvad aga viljakast põllumajandusmaast ja kõrge saagikuse saavutamiseks vajavad nad reeglina olulisi välisressursse (s.o vesi, pestitsiidid, väetised).
USA ja Brasiilia on maailma suurimad bioetanoolikütuse tootjad. Nad moodustasid 84. aastal umbes 2018% kogu bioetanooli tootmisest.
Nendes riikides on etanooli tootmisel peamiseks tooraineks teravili ja suhkruroog.
Etanooli tootmine 2027. aastal moodustab eeldatavasti 15 ja 18% kogu maailmas toodetavast maisi ja suhkruroo toodangust.
Ameerika Ühendriigid kui Euroopa kasutavad bioetanooli tootmiseks peamiselt maisi ja nisutärklist, Brasiilias aga suhkruroogu. Üldiselt on suhkruroos suurem etanoolisaak kui maisil ja muudel kultuuridel, näiteks maapirnil.
Suhkruroog sobib ideaalselt troopilises ja subtroopilises, kuid mitte parasvöötmes. Seetõttu võib tominabur võtta oma koha Ameerika etanooli tootmisel maisi kõrval.