Root System Dynamics of Miscanthus × giganteus and Panicum virgatum in Response to Rainfed and Irrigated Conditions in California

Perennial bioenergy grass crops, despite a relatively similar production of aboveground biomass, show significant differences in the overall root biomass. Rhizomes play a key role in economizing nutrients in miscanthus. The aim of this research was to establish the effect of N (nitrogen) on the distribution of biomass and concentration of major macro- and micronutrients in the miscanthus root system, using simple experiment in pots. After two years of growth, the rhizomes and roots were taken out of the pots, cleaned of earth and analyzed. About 2/3 of the mass of the miscanthus root system consist of rhizome mass. The overall dry biomass of newly formed rhizomes and roots is decreased with the increase in the amount of applied N fertilization. Thereby, the N concentration in the entire root system, as well as in some of its parts, increased with the rise in applied amount of N. Our results show that increasing amounts of applied N consistently negatively correlate with P concentrations in the miscanthus root system, in contrast to Mn concentrations, with which they correlate positively.

Download Full-text

The effect of fungi and bacteria symbiosis with switchgrass (Panicum virgatum L.) root system

Scientific Papers of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet ◽

10.47414/np.28.2020.211071 ◽

2020 ◽

Vol 0 (28) ◽

pp. 173-181

Author(s):

V. T. Sabluk ◽

S. H. Dymytrov

Keyword(s):

Root System ◽

Panicum Virgatum ◽

Panicum Virgatum L

Download Full-text

Potential uses of biomass from fast-growing crop miscanthus×giganteus

Hemijska industrija ◽

10.2298/hemind110711082b ◽

2012 ◽

Vol 66 (2) ◽

pp. 223-233 ◽

Cited By ~ 2

Author(s):

Nada Babovic ◽

Gordana Drazic ◽

Ana Djordjevic

Keyword(s):

Panicum Virgatum ◽

Large Scale ◽

Low Cost ◽

Water Concentration ◽

High Water ◽

Perennial Grasses ◽

Great Promise ◽

Cellulose Content ◽

Production Chain ◽

Miscanthus Giganteus

There is an increasing interest in perennial grasses as a renewable source of bioenergy and feedstock for second-generation cellulosic biofuels. Switchgrass (Panicum virgatum) and miscanthus (Miscanthus?giganteus), belonging to the parennial grasses group, are the major lignocellulosic materials being studied today as sources for direct energy production, biofuels, bioremediation and other. They have the ability to grow at low cost on marginal land where they will not compete with the traditional food crops. Miscanthus?giganteus possesses a number of advantages in comparison with the other potential energy crops such as are: high yields, low moisture content at harvest, high water and nitrogen use efficiencies, low need for annual agronomic inputs such as fertilizers and pesticides, high cellulose content, non-invasive character, low susceptibility to pests and diseases and broad adaptation to temperate growing environments. The main problems are low rate of survival during the first winter after the creation of plantation and the relatively high establishment costs. Miscanthus?giganteus is grown primarily for heat and electricity generation but can also be used to produce transport fuels. Miscanthus biomass has a very good combustion quality due to its low water concentration as well as its low Cl, K, N, S and ash concentrations compared to other lignocellulose plants. It is expected that miscanthus will provide cheaper and more sustainable source of cellulose for production of bioethanol than annual crops such as corn. Miscanthus has great promise as a renewable energy source, but it can only be realised when the grass production has been optimised for large-scale commercial cultivation. However, further research is still needed to optimise agronomy of miscanthus, to develop the production chain and pre-treatment as well as to optimise energy conversation route to produce heat, electricity, and/or fuels from biomass, if miscanthus is to compete with fossil fuel use and be widely produced.

Download Full-text

Soil nutrient removal by four potential bioenergy crops: Zea mays, Panicum virgatum, Miscanthus×giganteus, and prairie

Agriculture Ecosystems & Environment ◽

10.1016/j.agee.2015.09.016 ◽

2016 ◽

Vol 216 ◽

pp. 51-60 ◽

Cited By ~ 23

Author(s):

Michael D. Masters ◽

Christopher K. Black ◽

Ilsa B. Kantola ◽

Krishna P. Woli ◽

Thomas Voigt ◽

...

Keyword(s):

Zea Mays ◽

Nutrient Removal ◽

Panicum Virgatum ◽

Soil Nutrient ◽

Bioenergy Crops ◽

Miscanthus Giganteus

Download Full-text

Ενεργειακές καλλιέργειες

10.12681/eadd/42270 ◽

2017 ◽

Author(s):

Αννούλα Πασχαλίδου

Keyword(s):

Zea Mays ◽

Panicum Virgatum ◽

Zea Mays L ◽

Hibiscus Cannabinus ◽

Cynara Cardunculus ◽

Brassica Napus L ◽

Miscanthus Giganteus ◽

Panicum Virgatum L ◽

Sorghum Bicolor L ◽

Arundo Donax L

Η ανθρωπότητα σήμερα αντιμετωπίζει τη σημαντικότερη πρόκληση που είναι η λύση του ενεργειακού προβλήματος, σε συνδυασμό με την αύξηση του πληθυσμού της. Η στροφή προς τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι επιβεβλημένη ανάγκη για την κάλυψη των ολοένα αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών των ανθρώπων. Με την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως η βιοτεχνολογία και η γενετική μηχανική, την αυξημένη ευαισθητοποίηση για το περιβάλλον και την απαίτηση για αειφόρο ανάπτυξη, η οποία εμφανίζεται έκδηλη σε όλο και μεγαλύτερα κοινωνικά στρώματα του πλανήτη, δημιουργούνται οι κατάλληλες συνθήκες για την ευρείας κλίμακας αξιοποίηση της βιομάζας, προερχόμενης από την καλλιέργεια ενεργειακών φυτών, για την παραγωγή τόσο ενεργειακών όσο και νέων βιομηχανικών προϊόντων, ή άλλων υλικών. Στη διδακτορική διατριβή και στο πρώτο θεωρητικό τμήμα της, γίνεται διερεύνηση της έννοιας της αειφορικής γεωργίας και των αλληλεπιδράσεων της με το περιβάλλον, ιστορική ανασκόπηση της σχετικής νομοθεσίας (Κ.Α.Π.) που παρέχει σημαντικά στοιχεία για τη διαμόρφωση στρατηγικών αποφάσεων, για την επίλυση και αντιμετώπιση της παγκόσμιας διατροφικής ανάγκης, του ενεργειακού προβλήματος και της χρήσης της βιοενέργειας σύμφωνα με τις αρχές της βιωσιμότητας. Επίσης γίνεται διερεύνηση α) των περιβαλλοντικών προεκτάσεων των ενεργειακών καλλιεργειών, σε σχέση με βασικά στοιχεία του περιβάλλοντος και της παραγωγής βιοκαυσίμων, β) των οικονομικών προεκτάσεων των ενεργειακών καλλιεργειών, σε σχέση με το βιοτικό επίπεδο και της απόδοσης - κόστους παραγωγής τους, γ) των κοινωνικών προεκτάσεων των ενεργειακών καλλιεργειών, σε σχέση με την επάρκεια τροφίμων και ενέργειας, την αισθητική του τοπίου, την αποδοχή τους από τον αγροτικό κόσμο. Στο δεύτερο τμήμα που αποτελεί το ερευνητικό μέρος της διδακτορικής διατριβής, κατά πρώτον γίνεται διερεύνηση των πιο κοινωνικοοικονομικά και περιβαλλοντικά κατάλληλων καλλιεργειών, για την παραγωγή βιοκαυσίμων στην Ελλάδα και την περιοχή της Μεσογείου, συγκρίνοντας μερικές ετήσιες και πολυετείς ενεργειακές καλλιέργειες, μέσω του εργαλείου στρατηγικού σχεδιασμού S.W.O.T. Analysis. Η έρευνα αυτή επικεντρώθηκε α) σε τέσσερις πολυετείς ενεργειακές καλλιέργειες: μίσχανθο (Miscanthus giganteus), αγριαγκινάρα (Cynara cardunculus L.), switchgrass (Panicum virgatum L.) και γιγάντιο καλάμι (Arundo donax L.) β) σε έξι ετήσιες ενεργειακές καλλιέργειες: ελαιοκράμβη (Brassica napus L.), αραβόσιτο (Zea mays L.), γλυκό και ινώδες σόργο [Sorghum bicolor (L.) Moench], ηλίανθο (Helianthus annuus L.), κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) και ζαχαρότευτλο (Beta vulgaris L.). Κατά δεύτερον, στο ερευνητικό μέρος εξετάστηκαν, μέσω της S.W.O.T. ανάλυσης, οι δύο επιλογές ενός σοβαρού διλήμματος: «ενεργειακές καλλιέργειες για παραγωγή βιοκαυσίμων ή για τρόφιμα;» και προτείνεται μια σειρά στρατηγικών και εναλλακτικών επιλογών για βιώσιμο ενεργειακό εφοδιασμό και επαρκή διατροφή για τον αυξανόμενο πληθυσμό της γης. Κατά τρίτον στο ερευνητικό μέρος διενεργείται ποσοτική έρευνα δια μέσου ερωτηματολογίου, για τη διερεύνηση απόψεων/γνώσεων αγροτών-καλλιεργητών σχετικά με τις περιβαλλοντικές, οικονομικές και κοινωνικές προεκτάσεις των ενεργειακών καλλιεργειών. Με βάση τα αποτελέσματα της ποσοτικής έρευνας οι ενεργειακές καλλιέργειες, σε σχέση με το οικονομικό τους αποτύπωμα, συμβάλλουν κατά σημαντικό ποσοστό, με την παραγωγή βιοκαυσίμων, στη μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο, στην ενδυνάμωση της γεωργίας στην Ελλάδα, στη βελτίωση του αγροτικού εισοδήματος, αλλά υπάρχει αμφισβητούμενος κίνδυνος αύξησης των τιμών των τροφίμων λόγω της χρήσης των φυτών για ενέργεια και όχι για παραγωγή τροφής. Σε σχέση με το περιβαλλοντικό αποτύπωμα, συμβάλλουν στην προστασία του περιβάλλοντος γενικότερα, στην καλύτερη αξιοποίηση του νερού, στην προστασία από την εδαφική διάβρωση και έχουν θετική επίδραση στη βιοποικιλότητα μιας περιοχής. Επίσης σε σχέση με το κοινωνικό αποτύπωμα συμβάλλουν στη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας, με προτεραιότητα όμως την παραγωγή τροφής και όχι ενέργειας. Σε συνέχεια της διδακτορικής διατριβής ενδιαφέρουσα μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να είναι η διερεύνηση των τροποποιήσεων του νομοθετικού πλαισίου σχετικά με τις ενεργειακές καλλιέργειες και τα βιοκαύσιμα σε ελληνικό, ευρωπαϊκό αλλά και παγκόσμιο επίπεδο και των επιπτώσεων στην ανάπτυξη, μελλοντική εξέλιξη και αποδοχή τους από το κοινωνικό σύνολο. Επιπλέον, ενδιαφέρον παρουσιάζει η διερεύνηση με τη χρήση της ανάλυσης S.W.O.T. περισσότερων ειδών ενεργειακών φυτών και η διενέργεια μιας ποσοτικής ή και ποιοτικής έρευνας, για κάθε μία ξεχωριστά από τις περιβαλλοντικές, οικονομικές και κοινωνικές προεκτάσεις των ενεργειακών καλλιεργειών ή σε επιπρόσθετες περιοχές εκτός της Περιφερειακής Ενότητας Δράμας, με σκοπό την παροχή περισσότερων στοιχείων. Συμπερασματικά εκτός από τη διερεύνηση τρόπων αύξησης του ενεργειακού εφοδιασμού, είναι επιτακτική η ανάγκη για ενσωμάτωση στην ανθρώπινη συμπεριφορά η εξοικονόμηση και η διατήρηση της ενέργειας, καθώς και η ενσωμάτωση κριτηρίων αειφορίας στη χάραξη της ενεργειακής πολιτικής. Προκειμένου να επιτευχθούν τα παραπάνω, η έρευνα και η τεχνολογική ανάπτυξη θα απαιτήσουν τη συμμετοχή επιστημόνων σε ευρείς τομείς, στο πλαίσιο του κοινού στόχου για τη μη εξάντληση των φυσικών πόρων και τη διασφάλιση της ευημερίας του πλανήτη για τις μελλοντικές γενιές.

Download Full-text

Crop and tree root-system dynamics.

Below-ground interactions in tropical agroecosystems: concepts and models with multiple plant components ◽

10.1079/9780851996738.0083 ◽

2009 ◽

pp. 83-107 ◽

Cited By ~ 3

Author(s):

M. van Noordwijk ◽

S. Rahayu ◽

S. E. Williams ◽

K. Hairiah ◽

N. Khasanah ◽

...

Keyword(s):

System Dynamics ◽

Root System ◽

Tree Root System

Download Full-text

Pre-treatment of biomasses using magnetised sulfonic acid catalysts

Journal of Agricultural Engineering ◽

10.4081/jae.2017.594 ◽

2017 ◽

Vol 48 (2) ◽

pp. 117 ◽

Cited By ~ 1

Author(s):

Yane Ansanay ◽

Praveen Kolar ◽

Ratna Sharma-Shivappa ◽

Jay Cheng ◽

Sunkyu Park ◽

...

Keyword(s):

Sulfonic Acid ◽

Panicum Virgatum ◽

Solid Acid ◽

Solid Acid Catalyst ◽

Acid Catalyst ◽

Solid Acid Catalysts ◽

Acid Catalysts ◽

Miscanthus Giganteus ◽

Panicum Virgatum L ◽

Pre Treatment

There is a significant interest in employing solid acid catalysts for pre-treatment of biomasses for subsequent hydrolysis into sugars, because solid acid catalysts facilitate reusability, high activity, and easier separation. Hence the present research investigated pretreatment of four lignocellulosic biomasses, namely Switchgrass (Panicum virgatum L ‘Alamo’), Gamagrass (Tripsacum dactyloides), Miscanthus (Miscanthus × giganteus) and Triticale hay (Triticale hexaploide Lart.) at 90°C for 2 h using three carbon-supported sulfonic acid catalysts. The catalysts were synthesized via impregnating p-Toluenesulfonic acid on carbon (regular) and further impregnated with iron nitrate via two methods to obtain magnetic A and magnetic B catalysts. When tested as pre-treatment agents, a maximum total lignin reduction of 17.73±0.63% was observed for Triticale hay treated with magnetic A catalyst. Furthermore, maximum glucose yield after enzymatic hydrolysis was observed to be 203.47±5.09 mg g–1 (conversion of 65.07±1.63%) from Switchgrass treated with magnetic A catalyst. When reusability of magnetised catalysts were tested, it was observed that magnetic A catalyst was consistent for Gamagrass, Miscanthus × Giganteus and Triticale hay, while magnetic B catalyst was found to maintain consistent yield for switchgrass feedstock. Our results suggested that magnetised solid acid catalyst could pre-treat various biomass stocks and also can potentially reduce the use of harsh chemicals and make bioenergy processes environment friendly.

Download Full-text

Plant-Parasitic Nematodes Are Potential Pathogens of Miscanthus × giganteus and Panicum virgatum Used for Biofuels

Plant Disease ◽

10.1094/pdis-05-10-0335 ◽

2011 ◽

Vol 95 (4) ◽

pp. 413-418 ◽

Cited By ~ 17

Author(s):

Tesfamariam Mekete ◽

Kimberly Reynolds ◽

Horacio D. Lopez-Nicora ◽

Michael E. Gray ◽

Terry L. Niblack

Keyword(s):

Panicum Virgatum ◽

Damage Threshold ◽

Threshold Value ◽

Nematode Species ◽

Soil Samples ◽

Parasitic Nematodes ◽

Plant Parasitic Nematodes ◽

Population Densities ◽

Miscanthus Giganteus ◽

Plant Parasitic

A survey of Miscanthus × giganteus and switchgrass plots throughout the midwestern and southeastern United States was conducted to determine the occurrence and distribution of plant-parasitic nematodes associated with these biofuel crops. During 2008, rhizosphere soil samples were collected from 24 Miscanthus × giganteus and 38 switchgrass plots in South Dakota, Iowa, and Illinois. Additional samples were collected from 11 Miscanthus × giganteus and 10 switchgrass plots in Illinois, Kentucky, Georgia, and Tennessee the following year. The 11 dominant genera recovered from the samples were Pratylenchus, Helicotylenchus, Xiphinema, Longidorus, Heterodera, Hoplolaimus, Tylenchorhynchus, Criconemella, Paratrichodorus, Hemicriconemoides, and Paratylenchus. Populations of Helicotylenchus, Xiphinema, and Pratylenchus were common and recorded in 90.5, 83.8, and 91.9% of the soil samples from Miscanthus × giganteus, respectively, and in 91.6, 75, and 83.3% of the soil samples from switchgrass, respectively. Prominence value (PV) (PV = population density × √frequency of occurrence/10) was calculated for the nematodes identified. Helicotylenchus had the highest PV (PV = 384) and was followed by Xiphinema (PV = 152) and Pratylenchus (PV = 72). Several of the nematode species associated with the two biofuels crops were plant parasites. Of these, Pratylenchus penetrans, P. scribneri, P. crenatus, Helicotylenchus pseudorobustus, Hoplolaimus galeatus, X. americanum, and X. rivesi are potentially the most damaging pests to Miscanthus × giganteus and switchgrass. Due to a lack of information, the damaging population thresholds of plant-parasitic nematodes to Miscanthus × giganteus and switchgrass are currently unknown. However, damage threshold value ranges have been reported for other monocotyledon hosts. If these damage threshold value ranges are any indication of the population densities required to impact Miscanthus × giganteus and switchgrass, then every state surveyed has potential for yield losses due to plant-parasitic nematodes. Specifically, Helicotylenchus, Xiphinema, Pratylenchus, Hoplolaimus, Tylenchorhynchus, Criconemella, and Longidorus spp. were all found to have population densities within or above the threshold value ranges reported for other monocotyledon hosts.

Download Full-text