Long-term study on utilization of Virginia fanpetals – a valuable biomass


Abstrakt

Źródła biomasy trzeciej generacji są konieczne dla optymalizacji zrównoważonego rozwoju upraw w szerokiej gamie jakości gleb i warunków klimatycznych. Gatunkiem, na który ostatnio zwrócono uwagę w Europie jest ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita L. Rusby). Wieloletni (2003–2012) eksperyment polowy został założony w Gospodarstwie Doświadczalnym UP w Felinie, w układzie bloków losowanych w 4 powtórzeniach. Celem było zbadanie wpływu rodzaju materiału rozmnożeniowego na wydajność i plon biomasy i wydajność energetyczną ślazowca. Hipoteza badawcza zakładała wyższe plony z sadzonek korzeniowych niż z siewu nasion, także w dłuższym okresie użytkowania. Średnio, w pierwszych 10-ciu latach użytkowania plantacji (2003–2012) uzyskano istotnie wyższe plony z rozmnożeń wegetatywnych (16.8 Mg h–1) niż z generatywnych (10.9 Mg h–1). Wydajność energii brutto średnio z hektara, wynosiła 304 GJ z rozmnożeń wegetatywnych, zaś 196 GJ z siewu nasion. Obliczone ciepło spalania wyniosło 18.1 GJ, zawartość popiołu 28 g kg–1, a azotu, siarki i chloru odpowiednio: 1.9 g, 0,52 g, i 0.23 g kg-1, niezależnie od sposobu rozmnażania. Najwyższa zawartość wodoru w biomasie ślazowca (wagowo) wyniosła prawie 1.4 Mg na hektar. 


Słowa kluczowe

metoda rozmnażania; ślazowiec pensylwański; Sida hermaphrodita; biopaliwa

Anderson W., Casler M., Baldwin B., 2008. Improvement of Perennial Forage Species as Feedstock for Bioenergy. U.S. Agricultural Research Service, Lincoln, Nebraska, 309–345. Available: digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1249&context=usdaarsfacpub [date of access: 04.05.2021].
Angelini L.G., Ceccarini L., Di Nasso N.N., Bonari E., 2009. Comparison of Arundo donax L. and Miscanthus × giganteus in a long-term field experiment in Central Italy. Biomass Bioenergy 33, 635–643. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.10.005
Arundale R.A., Dohleman F.G., Heaton E.A., McGrath J.M., Voigt T.B., Long S.P., 2014. Yields of Miscanthus × giganteus and Panicum virgatum decline with stand age in the Midwestern USA. GCB Bioenergy 6, 1–13. https://doi.org/10.1111/gcbb.12077
Banach M., 2019. The influence of temperature and exogenously of administered hormones for gene expression the autonomic pathway in Lupinus luteus. Doctoral dissertation, M. Copernicus University in Toruń, Faculty of Biology and Environmental Protection, pp. 152.
Bonin C.L., Lal R., 2014. Aboveground productivity and soil carbon storage of biofuel crops in Ohio. GCB Bioenergy 6, 67–75. https://doi.org/10.1111/gcbb.12041
Borkowska, H., Wardzińska K., 2003. Some effects of Sida hermaphrodita R. cultivation on sewage sludge. Pol. J. Environ. Stud. 12(1), 119–122.
Borkowska H., Molas R., 2012. Two extremely different crops, Salix and Sida, as sources of renewable bioenergy. Biomass Bioenergy 36, 234–240. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.10.025
Borkowska H., Molas R., 2013. Yield comparison of four lignocellulosic perennial energy crop species. Biomass Bioenergy 51, 145–153. https://doi.org/10.1016./j.biombioe.2013.01.017
Borkowska H., Styk B., 2006. Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby). Uprawa i wykorzystanie [Virginia fanpetals (Sida hermaphrodita L. Rusby) cultivation and utilization]. Monograph, University of Life Sciences Lublin, Poland, pp. 69 [in Polish].
Borkowska H., Molas R., Kupczyk A., 2009. Virginia fanpetals (Sida hermaphrodita Rusby) cultivated on light soil; height of yield and biomass productivity. Pol. J. Environ. Stud. 18, 563–568.
Borkowska, H., Molas, R., Skiba D., 2015. Virginia fanpetals yielding in multi-year use. Acta Agrophys. 22(1), 5–15.
Chołuj D., Podlaski S., Wiśniewski G., Szmalec J., 2008. Kompleksowa ocena biologicznej przydatności siedmiu gatunków roślin wykorzystywanych na cele energetyczne [Complex valuation of suitability of seven energy crops in cultivation for bioenergy]. Stud. Rep. IUNG 11, 81–99 [in Polish].
Christian D., Riche A., Yates N., 2008. Growth, yield and mineral content of Miscanthus × giganteus grown as a biofuel for 14 successive harvests. Ind. Crops Prod. 28, 320–327. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.02.009
Cumplido-Marin L., Graves A.R., Burgess P.J., Morhart Ch., Paris P., Jablonowski N.D., Facciotto G., Bury M., Martens R., Nahm M., 2020. Two Novel Energy Crops: Sida hermaphrodita (L.) Rusby and Silphium perfoliatum L. – State of Knowledge. Agronomy, 10, 928. https://doi.org/10.3390/agronomy10070928
DIN EN 14961-2:2011-09. Feste Biobrennstoffe – Brennstoffspezifikationen und -klassen – Teil 2: Holzpellets für nichtindustrielle Verwendung; Deutsche Fassung EN 14961-2:2011
Emmerling C., 2014. Impact of land-use change towards perennial energy crops on earthworm population. Appl. Soil Ecol. 84, 12–15. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2014.06.006
Franzaring J., Schmid I., Baeuerle L., Gensheimer G., Fangmeier A., 2014. Investigations on plant functional traits, epidermal structures and the ecophysiology of the novel bioenergy species Sida hermaphrodita Rusby and Silphium perfoliatum L. J. Appl. Bot. Food Qual. 87, 36–45. https://doi.org/10.5073/JABFQ.2014.087.006
Gansberger M., Gehren P. von, Pichler W., Wopienka E., Montgomery L.F.R., Mayr J., 2016. Sida hermaphrodita L. – A promising energy crop for producing an intelligent, densified and versatile energy carrier for Central Europe. Papers; 24th European Biomass Conference, Amsterdam, The Netherlands. https://doi.org/10.5071/24thEUBCE2016-1DV.1.23
Gehren P. von, Gansberger M., 2017. Investigating the type of dormancy, imbibition and germination of Sida hermaphrodita seeds and its practical application in a sowing experiment. Seed Sci. Technol. 45, 269–281. https://doi.org/10.15258/sst.2017.45.2.14
Gubisova M., Zofajova A., Bojnanska K., Gubis J., 2013. Virginia fanpetals – methods of field establishment. Proceedings of the 7th Int. Sci. Conf. in Piešťany, Slovakia, 63–66.
Jablonowski N.D., Kollmann T., Nabel M., Damm T., Klose H., Müller M., Bläsing M., Seebold S., Krafft S., Kuperjans I., Dahmen M., Schurr U., 2017. Valorization of Sida (Sida hermaphrodita) biomass for multiple energy purposes. GCB Bioenergy 9, 202–214. https://doi.org/10.1111/gcbb.12346
Jankowski K.J., Dubis B., Sokólski M.M., Załuski D., Bórawski P., Szempliński W., 2019. Biomass yield and energy balance of Virginia fanpetals in different production technologies in north-eastern Poland. Energy 2019, 185, 612–623. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.061
Kang M.Y., Yoo S.C., Kwon H.Y., Lee B.D., Cho J.N., Noh Y.S., Paek N.C., 2015. Negative regulatory roles of De-Etiolated1 in flowering time in Arabidopsis. Sci. Rep. 5, 9728.
Kenzior A., Folk W.R., 2015. Arabidopsis thaliana MSI4/FVE associates with members of a novel family of plant specific PWWP/RRM domain proteins. Plant Mol. Biol. 87, 329–339.
Koronacki J., 2016. Statistical inference for high-dimensional data. Instytut Podstaw Informatyki PAN, Warszawa. Available: https://ipipan.waw.pl/pliki/seminaria/2016-05-16-Koronacki.pdf [date of access: 22.04.2021].
Kryzeviciene A., Kadziuliene Z., Sarunaite L., Dabkevicius Z., Tilvikiene V., Sleptys J., 2011. Cultivation of Miscanthus × giganteus for biofuel and its tolerance of Lithuania’s climate. Zemdirbyste-Agriculture 98, 267–274. UDK 633.2/.3:631.526.325:581.1.05:631.8
Kurucz E., Antal G., Fari M., Popp J., 2014. Cost-efective mass propagation of Virginia fanpetals (Sida hermaphrodita L. Rusby) from seeds. Environ. Eng. Manag. J. 13, 1–8. https://doi.org/10.30638/eemj.2014.319
Mani S., Tabil L.G., Sokhansanj S., 2006. Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass Bioenergy 30, 648–654. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2005.01.004
Mialon A., 2012. Effect of laccase on Virginia fanpetals saccharification. Laboratory Research Report made for R. Molas, Turku, Finland, pp. 3.
Matyka M., Kuś J., 2018. Influence of Soil Quality for Yield and Biometric Features of Sida hermaphrodita. Pol. J. Environ. Stud. 27, 2669–2675. https://doi.org/10.15244/pjoes/80961
Michalska K., Bizukojc M., Ledakowicz S., 2015. Pretreatment of energy crops with sodium hydroxide and cellulolytic enzymes to increase biogas production. Biomass Bioenergy 80, 213–221. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2015.05.022
Molas R., Borkowska H., Kupczyk A., Osiak J., 2018. Virginia Fanpetals (Sida) Biomass Can Be Used to Produce High-Quality Bioenergy. Crop Residue Workshop, Agron. J. 110, 24–29. https://doi.org/10.2134/agronj2018.01.0044
Nahm M, Morhart Ch., 2018. Virginia mallow (Sida hermaphrodita (L.) Rusby) as perennial multipurpose crop: Biomass yields, energetic valorization, utilization potentials, and management perspectives. GCB Bioenergy 10, 393–404. https://doi.org/10.1111/gcbb.12501
PN-EN ISO 18125:2017-7. Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej i poziomów energii akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego – Metody dokładne w pomieszczeniach bezechowych i w pomieszczeniach bezechowych z odbijającą podłogą [in Polish].
Purwin C., Gugołek A., Strychalski J., Fijałkowska M., 2019. Productivity, Nutrient Digestibility, Nitrogen Retention, and Meat Quality in Rabbits Fed Diets Supplemented with Sida hermaphrodita. Animals 9, 901. https://doi.org/10.3390/ani9110901
Sawicka B., Kalembasa D., 2013. Assessment of the chemical composition of Jerusalem artichoke (Heliantus tuberosus L.) as energy feedstock. Ecol. Chem. Eng. S. 6, 689–699. https://doi.org/10.2428/ecea.2013.20(06)064
Sawicka B., Michałek W., Pszczółkowski P., Danilčenko H., 2018. Variation in productivity of Ipomoea batatas at various rates of nitrogen fertilization. Zemdirbyste-Agriculture 2, 149–158. https://doi.org/10.13080/z-a.2018.105.019
Sharma A., Chen C.R., Vu Lan N., 2009. Solar-energy drying systems: a review. Renew. Sust. Energ. Rev. 13, 1185–1210. https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.08.015
Siwek H., Włodarczyk M., Mozdzer E., Bury M., Kitczak T., 2019. Chemical composition and biogas formation potential of Sida hermaphrodita and Silphium perfoliatum. Appl. Sci. 9, 4016. https://doi.org/10.3390/app9194016
Somerville C., Youngs H., Taylor C., Davis S.C., Long S.P., 2010. Feedstocks for lignocellulosic biofuels. Science 329, 790. https://doi.org/10.1126/science.1189268
Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J., Kwiatkowski J., Grzelczyk M., 2005. Charakterystyka zrębków oraz peletów (granulatów) z biomasy wierzby i ślazowca jako paliwa [Characteristics of wood chips and wood pellets from biomass willow and Virginia fanpetals as fuel]. Probl. Inż. Rol. 1, 13–22 [in Polish].
Stolarski M.J., Krzyżaniak M., Warmiński K., Olba-Zięty E., Penni D., Bordiean A.E., 2019. Energy efficiency indices for lignocellulosic biomass production: Short rotation coppices versus grasses and other herbaceous crops. Ind. Crops Prod. 135, 10–20. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.04.022
Šiaudinis G., Slepetiene A., Karcauskiene D., 2012. The evaluation of dry mass yield of new energy crops and their energetic parameters. International Scientific Conference: Renewable Energy and Energy Efficiency, Jelgava (Latvia), 28–30 May 2012, pp. 24–28.
Šiaudinis G., Jasinskas A., Šarauskis E., Steponavičius D., Karčauskienė D., Liaudanskienė I., 2015. The assessment of Virginia mallow (Sida hermaphrodita Rusby) and cup plant (Silphium perfoliatum L.) productivity, physico-mechanical properties and energy expenses. Energy 93, 606–612.
Šiaudinis G., Skuodienė R., Repšienė R., 2017. The investigation of three potential energy crops: Common mugwort, cup plant and Virginia mallow on Western Lithuania’s Albeluvisol. Appl. Ecol. Environ. Res. 15, 611–620. https://doi.org/10.15666/aeer/1503_611620
Tvikiene V., Kadziuliene Z., Liaudanskiene I., Zvicevicius E., Cerniauskiene Z., Cipliene A., Raila A.J., Baltrusaitis J., 2010. The quality and energy potential of introduced energy crops in northern part of temperate climate zone. Renew. Energy 151, 887–895. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.11.080
Veste M., Halke1 Ch., Garbe D., Freese D., 2016. Einfluss von Stickstoffdüngung und Kompost auf Photosynthese und Wachstum der Virginiamalve (Sida hermaphrodita Rusby). J. Kul. 68(12), 423–428. https://doi.org/10.1399/JFK.2016.12.13
Wróblewska H., Komorowicz M., Pawłowski J., Cichy W., 2009. Chemical and energetical properties of selected lignocellulosic raw materials. Folia For. Pol, Series B 40, 67–78.

Opublikowane : 2021-05-12


Molas, R., Borkowska, H., & Sawicka, B. (2021). Long-term study on utilization of Virginia fanpetals – a valuable biomass. Agronomy Science, 76(1), 97-116. https://doi.org/10.24326/as.2021.1.7

Roman Molas  usida@wp.pl
USida R&D, Czardasza 12/2, 02-169 Warszawa, Poland  Polska
https://orcid.org/0000-0001-7586-9286
Halina Borkowska 
Barbara Sawicka 
https://orcid.org/0000-0002-8183-7624




Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.

Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY 4.0 (do 2020 r. na zasadach CC BY-NC-ND 4.0)..
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej i nie jest rozpatrywany do publikacji gdzie indziej.

Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła, wkładzie poszczególnych osób i źródle finansowania.