Tyrinėjama, ar tiktų auginti ir kaip būtų galima panaudoti retus Lietuvoje augalus – pavėsinius kiečius.

Mažėjantis gamtinių išteklių kiekis skatina ieškoti alternatyvų, kurios padėtų plėtoti bioekonomiką. Pluoštinės kanapės (Cannabis sativa), drambliažolės (Miscanthus gigantheus), geltonžiedžiai legėstai (Silphium perfoliatum) ar pavėsiniai kiečiai (Artemisia dubia) gali užauginti iki 30 t ha^-1 biomasės, kuri tiktų panaudoti bioproduktams (kurui, angliai, bioplastikui ar biopesticidams) gaminti. Mažiausiai ištirtas yra pavėsinių kiečių (Artemisia dubia Wall) panaudojimas.

Artemisia genties augalai yra daugiamečiai, dvimečiai ar vienmečiai. Dažnai naudojami kaip vaistiniai ir aromatiniai augalai, iš jų gaminami eteriniai aliejai, kurie Azijos šalyse nuo seno populiarūs liaudies ir šiuolaikinėje medicinoje, kosmetikos ir farmacijos pramonėje.

Natūraliai augantys daugiamečiai kiečiai mažai ištirti. Jie gana gerai prisitaiko prie klimato sąlygų, kasmet išaugina naujus, tvirtus, medėjančius stiebus. Lietuvoje randama 11 rūšių Artemisia genties augalų. Daugiau tyrinėjamos ir populiaresnės rūšys – diemedis (A. abrotanum), pelynas arba kartusis kietis (A. absinthium), dirvinis kietis (A. dracunculus), paprastasis kietis (A. vulgaris). Mažiau Lietuvoje žinomas pavėsinis kietis (A. dubia Wall).

Pavėsiniai kiečiai, atkeliavę iš kitų Europos ir Azijos šalių, pagal produktyvumą lenkia paprastuosius kiečius, nes augalų biomasė kasmet gali pasiekti iki 28 t ha^-1. Daugiamečiai pavėsiniai kiečiai pasižymi aukštu produktyvumu ne tik neutraliame dirvožemyje, bet ir rūgščiame. Tai rodo, kad jie nereiklūs dirvožemiui ir maisto medžiagoms. Todėl užleistose ir mažiau tinkamose kitiems kultūriniams augalams žemėse būtų galima įveisti daugiametes pavėsinių kiečių plantacijas.

Gausų biomasės derlingumą lemia ir augalų aukštis, kuris, patręšus papildomai azoto trąšomis, gali siekti iki 2,5 m. Šios rūšies augalai žiedus formuoja kitaip negu paprastieji kiečiai, tačiau dėl trumpo vegetacijos laiko nespėja subrandinti sėklų. Dėl to pavėsinius kiečius lengviau kontroliuoti, išplitimo gamtoje rizika maža. Jie gali daugintis ir šakniastiebiais, todėl jų plitimą galima kontroliuoti smulkinant žolę aplink augavietę ar nuolat įdirbant šalia esančius laukus. Vegetacijai baigiantis pavėsiniai kiečiai būna tankūs, jų stiebai stori, tačiau, palyginti su paprastaisiais kiečiais, minimaliai šakojasi.

Šiauriniame klimate pavėsinių kiečių vegetacija kasmet atsinaujina, kai oro temperatūra įšyla maždaug iki +12 °C. Tiriant pastebėta, kad intensyviausiai augalai auga birželio-liepos mėnesiais, kai iškrenta pakankamai kritulių. Šie kiečiai nėra jautrūs drėgmės kiekiui ar oro temperatūrai. Vis dėlto jų dažniau aptinkama rytų Azijoje nei Europoje, todėl galima teigti, kad tai šiltų kraštų augalai, bet ir Šiaurės regionuose jie išaugina daug biomasės ir labai gerai atlaiko šaltas žiemas, kai oro temperatūra gali nukristi iki -30 °C.

Atliekami tyrimai Lietuvoje

LAMMC Žemdirbystės instituto (Kėdainių r.) mokslininkai kartu su Vokės (Vilniaus r.) ir Vėžaičių (Klaipėdos r.) filialų kolegomis pradėjo pavėsinių kiečių bandymus. Skirtinguose regionuose įrengti eksperimentai leidžia įvertinti šių augalų vystymąsi nevienoduose dirvožemiuose, kitų veiksnių įtaką.

Analizuojant pavėsinių kiečių biomasės formavimąsi, pastebėta, kad skirtingas augalų tankumas (5 tūkst. ir 20 tūkst. vnt./ha) įtakos neturėjo. Kartą per sezoną pjaunami augalai išaugina daugiau biomasės, palyginti su variantais, kai pjaunama du ar tris kartus. Diagramose pateikti 3 metų sausosios biomasės derlingumo duomenys, naudojant skirtingą azoto trąšų kiekį, esant skirtingam pjūčių skaičiui. Tyrimai parodė, kad kiekvienais metais sausųjų medžiagų derlius mažėja, ypač tai atsispindi pjaunant 3 kartus per vegetaciją.

Pjaunant kelis kartus per sezoną, augalai pradeda retėti nuo 176 iki 62 vnt./m². Labiausiai retėjimas matyti, kai jie visai negauna papildomų maisto medžiagų, ypač azoto. Trūkstant maisto medžiagų, šie kiečiai pasidaro silpni, lėtai vystosi, o piktžolės auga sparčiau ir juos nustelbia. Tiriamų kiečių augavietėje vyravo paprastosios kiaulpienės, paprastieji varpučiai, raudonžiedės notrelės. Taip pat rasta rauktalapių rūgštynių, kupstinių šluotsmilgių, kibiųjų lipikų, daržinių žliūgių, dirvinių veronikų, šliaužiančiųjų tramažolių, dirvinių našlaičių. Daugiausia piktžolių buvo ten, kur kiečiai dažniau pjauti ir netręšti papildomai azotu.

Biomasė kurui ir angliai

Pavėsinių kiečių biomasę galima panaudoti gaminant bioproduktus. Minėtų augalų biomasės energinė vertė siekia 18,53 ± 0,12 MJ kg ⁻¹, pasižymi nedideliu pelenų kiekiu, kuris svyruoja nuo 2,54 iki 3,44 proc. Vidutinio klimato zonoje šiluminės konversijos būdu generuojama naudingoji bioenergija siekia 260–480 GJ ha^–1 (Ž. Černiauskienė, A. J. Raila, E. Zvicevičius, Ž. Kadžiulienė, V. Tilvikienė, 2018). Kita vertus, galimybės tiesiogiai deginti biomasę ribotos, ne visada ekonomiškai efektyvu, todėl pastaraisiais metais vis daugiau orientuojamasi į aukštesnės pridėtinės vertės produktų kūrimą, o tik likusias atliekas siekiama sudeginti ar kitaip perdirbti. Beatliekės technologijos yra žiedinės bioekonomikos pagrindas.

Vienas iš alternatyvių, perspektyviausių pavėsinių kiečių biomasės perdirbimo būdų yra pirolizė – bioanglies gamyba. Šios temos tyrimai populiarėja visame pasaulyje ir Lietuvoje. Bioanglies įterpimas į dirvą mažina maisto medžiagų išplovimą, gerina dirvožemio drėgmės režimą, struktūrą, derlingumą, mikroorganizmų gyvybingumą.

Vis dėlto bioanglies savybės priklauso nuo žaliavos, iš kurios ji gaminama, ir nuo pirolizės proceso temperatūros režimo. Iš pavėsinių kiečių gautos bioanglies išeiga siekia 30 proc. Produkte yra net iki 90 proc. anglies (J. Titova, E. Baltrėnaitė, 2021).

Augalų pluošto savybės

Augant poreikiui ieškoma alternatyvos plastikui. LAMMC Agrobiologijos laboratorijoje 2020 m. atliktas tyrimas su pavėsinių kiečių biomase, iš kurios išgautas pluoštas. Daugiamečiai augalai turi lignino, celiuliozės ir hemiceliuliozės, kurios sudaro lignoceliuliozės pluoštą. Lignoceliuliozės biomasė yra palyginti nebrangi ir augalai, žaliava jai gali būti auginami nederlingose žemėse, nekonkuruojant su maisto gamyba. Šią biomasę sudaro trys pagrindiniai biopolimerai: 38–60 proc. celiuliozė, 23–32 proc. hemiceliuliozė ir 5–25 proc. ligninas. Šie polimerai susipynę su vandeniliu kovalentiniu ryšiu, o tai užtikrina lignoceliuliozės struktūrą.

Pavėsinių kiečių biomasėje randama 54,43 proc. celiuliozės, kuri ir sudaro didžiąją augalo ląstelių biomasės dalį. Taip pat yra apie 16 proc. hemiceliuliozės. Nors ji neatlieka labai didelio vaidmens augalo struktūroje, tačiau hemiceliuliozės ryšys su ligninu, kurio yra irgi 16 proc., leidžia augalo sienelių ląstelėms būti tvirtesnėms ir kartu lankstesnėms.

Dar vienas labai svarbus akcentas norint panaudoti pavėsinių kiečių biomasę yra pluošto ilgis ir plotis. Šie parametrai turi įtakos tempiamajam stiprumui. Pluošto funkcija – suteikti augalams mechaninį stiprumą ir apsaugą. Todėl pluošto skersmuo ir ilgis gali lemti tokias savybes, kaip atsparumą tempimui, lankstumą ir atsparumą lūžiams. Kuo pluoštas ilgesnis ir siauresnis, tuo geriau jis gali rištis su kitu. Toks pluoštas pasižymi greitu skaidymusi ir lankstumu.

Atlikto tyrimo duomenimis, pavėsinių kiečių pluošto plotis svyruoja nuo 59 iki 219 μm, o pluošto ilgio vidurkis – 2 092 μm.

Stori pluoštai, sudarydami nevienodą lakštų struktūrą, gali būti sunkiau suskaidomi ir mažiau gebantys rištis tarpusavyje. Palyginti su kitų augalų (kviečių šiaudų, drambliažolių) pluošto skersmenimis, pavėsinių kiečių pluoštas tinkamiausias, nes ploniausias ir ilgiausias. Iš gautos 1 tonos sausosios jų biomasės galima išgauti iki 35 proc. pluošto. Jis kaip žaliava tiktų lengvai suyrantiems vienkartiniams indams gaminti.

Alternatyva cheminiams pesticidams

Kelios astrinių šeimos augalų rūšys žinomos dėl alelopatinių junginių, kurie gali sumažinti kitų augalų sėklų daigumą ir daigų augimą. Viena tokių rūšių yra pavėsiniai kiečiai, nes jie turi daug polifenolių, terpenų, flavonoidų ir kitų fenolinių junginių, kurie vadinami augalų daigumo ir augimo stimuliatoriais, gali veikti kaip antioksidantai. Jauna, žalia pavėsinių kiečių biomasė gali prikaupti nuo 74 iki 160 RE (rutino ekvivalentai) mg/g fenolinių junginių.

Laboratorinėmis sąlygomis atlikti tyrimai su pavėsinių kiečių vandeninėmis ištraukomis parodė įtaką skirtingų piktžolių ir kultūrinių augalų daigumui, šaknų ir daigų vystymuisi. Bandymais nustatyta, kad didžiausia koncentracija 1:10 (kiečių biomasė : distiliuotas vanduo) stipriai veikia paprastųjų kiaulpienių ir vasarinių rapsų sėklų daigumą. Kiaulpienių sėklų dygimą taip pat slopino ir kitokios koncentracijos ištraukos.

Vis dėlto analizuojant duomenis matyti, kad ištraukos ne tik gali slopinti sėklų daigumą, bet ir jį skatinti, pavyzdžiui, baltųjų balandų. Pavėsinių kiečių vandeninė ištrauka mažiausiai veikė kviečių sėklų daigumą.

Šių kiečių vandeninių ištraukų koncentracijos nevienodai veikė kultūrinių augalų ir piktžolių šaknų augimą. Visos koncentracijos esmingai slopino paprastųjų kiaulpienių šaknų augimą. O vasarinių kviečių ir rapsų šaknų augimą labiausiai skatino viena iš silpnesnių koncentracijų. Galima daryti išvadas, kad kiečių ištraukos padėtų apsaugoti nuo piktžolių kultūrinius augalus ir netgi skatintų pastarųjų vystymąsi.

Laboratorinių eksperimentų rezultatai paskatino atlikti bandymus lauko sąlygomis. Antri metai LAMMC Žemdirbystės instituto laukuose tiriama pavėsinių kiečių biomasės įtaka žieminių kviečių pasėliui. Įterpus kiečių biomasės mulčią į dirvožemį prieš sėją, jau po pirmųjų metų matyti skirtumas, palyginti su variantu be mulčio. Vertinamas ne tik piktžolių, bet ir ligų, kenkėjų paplitimas. Šie kiečiai skleidžia aitrų kvapą, kuris gali nepatikti kenkėjams. Tad atsiranda galimybė apsaugoti pasėlius ne tik nuo piktžolių, bet ir žaladarių. Tuo tikslu eksperimente buvo įrengtos pavėsinių kiečių juostos prie pasėlių. Atlikus kenkėjų, piktžolių ir ligų stebėseną, darytina išvada, kad kiečių biomasė gali sumažinti pasėlių piktžolėtumą ir palaikyti drėgmės kiekį dirvožemyje. Auginant pavėsinius kiečius juostomis prie pasėlių, galima sumažinti kenkėjų, tokių kaip javinių amarų, plitimą.

Čia aptartos ir dar iki galo neištyrinėtos pavėsinių kiečių savybės suteikia jiems pranašumo, palyginti su kitais ne maisto paskirties augalais. Atlikti eksperimentai rodo plačias pavėsinių kiečių panaudojimo galimybes augalų apsaugos srityje ir kuriant įvairius naujus bioproduktus.