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

2016 ◽  
Vol 216 ◽  
pp. 51-60 ◽  
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

scholarly journals Ενεργειακές καλλιέργειες

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.

Whole-tree Harvesting Depletes Soil Nutrients

1974 ◽  
Vol 4 (4) ◽  
pp. 530-535 ◽  
Author(s):  
Edwin H. White
Keyword(s):  
Soil Nutrients ◽  
Nutrient Removal ◽  
Cropping Systems ◽  
Soil Nutrient ◽  
Site Conditions ◽  
Nutrient Pool ◽  
Whole Tree Harvesting ◽  
The Impact ◽  
Whole Tree ◽  
Tree Harvesting

This paper reports the effects of whole-tree harvesting of eight cottonwood stands on the soil nutrient pool. The data indicate possible site degradation by depletion of soil reserves of N, P, and K but not Ca and Mg on a range of alluvial site conditions in Alabama. Foresters must establish the rate of nutrient removal in intensive tree cropping systems for a variety of species and sites and develop prescriptions to minimize the impact.

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

2012 ◽  
Vol 66 (2) ◽  
pp. 223-233 ◽  
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.

scholarly journals Digesting the indigestible: Biosynthesis of the plant secondary wall

2011 ◽  
Vol 33 (2) ◽  
pp. 24-28
Author(s):  
Raymond Wightman ◽  
Simon Turner
Keyword(s):  
Cell Walls ◽  
Panicum Virgatum ◽  
Second Generation ◽  
Plant Biomass ◽  
Biofuel Production ◽  
Bioenergy Crops ◽  
Second Generation Biofuels ◽  
Biofuel Crops ◽  
Secondary Cell Walls ◽  
Micro Organisms

Biofuels have recently been the subject of intense debate with regard to‘food versus fuel’. Consequently, attention has focused upon so-called ‘second-generation’ biofuels that use alternatives to food-based feedstocks. In the best-developed forms of second-generation biofuels, sugars from starch digestion could be replaced with sugars released from the plant cell walls. This biomass could come from either agricultural residue, such as part of the maize culm, or from purpose grown biofuel crops, such as Miscanthus or Switchgrass (Panicum virgatum), that generate huge yields even when grown on marginal land with minimal agricultural inputs. For these and other potential bioenergy crops such as trees, the majority of the plant biomass is composed of woody secondary cell walls. If all cell wall sugars were readily accessible to fermenting micro-organisms, a 5 kg log could theoretically produce up to 2.5 litres of ethanol. The secondary cell walls are frequently the first line of defence against pests and pathogens, as well as providing structure and support for upward plant growth (Figure 1). Consequently, by their very nature, secondary cell walls are designed for strength and to resist degradation. The compact organization of the wall makes its digestion, a process known as saccharification, very difficult so biomass is currently too costly to be a viable feedstock. Knowledge of how the walls are constructed, however, would allow us to efficiently deconstruct them. This article gives an overview of secondary walls and potential modifications expected to be beneficial to improved biofuel production.

scholarly journals Alkalinity of Irrigation Return Water Influences Nutrient Removal Efficacy of Floating Treatment Wetland Systems1

2020 ◽  
Vol 38 (4) ◽  
pp. 128-142
Author(s):  
Lauren M. Garcia Chance ◽  
Joseph P. Albano ◽  
Cindy M. Lee ◽  
Ashley M. Rovder ◽  
Sarah A. White
Keyword(s):  
Nutrient Removal ◽  
Panicum Virgatum ◽  
The United States ◽  
Treatment Wetland ◽  
Specialty Crops ◽  
Plant Nitrogen ◽  
Iris Ensata ◽  
Carex Stricta ◽  
Return Water ◽  
Panicum Virgatum L

Abstract Water quality concerns often prevent reuse of captured irrigation return water for irrigation of specialty crops. Prior research indicated alkalinity of specialty crop operation irrigation varies from 0 to >500 mg.L−1 ( >0.06 oz.gal−1) CaCO3 across the United States. Floating treatment wetlands (FTWs) are an option for remediation of nutrients in irrigation return water, but effects of variable alkalinity on nutrient removal efficiency of FTWs are unknown. An experimental FTW system was developed to quantify the effect of alkalinity on the growth and nutrient uptake capacity of three plant species. ‘Rising Sun' Japanese iris (Iris ensata ‘Rising Sun’ Thunb.), upright sedge (Carex stricta Lam.);, and switchgrass (Panicum virgatum L.). were grown for 6 weeks at one of five alkalinity treatment levels, representing the alkalinity range of nursery and greenhouse irrigation runoff: 0, 100, 200, 300, and 400 mg.L−1 CaCO3 (0, 0.01, 0.02, 0.04, 0.05 oz.gal−1 CaCO3). Overall, Japanese iris demonstrated consistent remediation across each alkalinity treatment for both nutrient load reduction and plant accumulation. Species of iris warrant greater consideration and use in bioremediation systems. Both upright sedge and switchgrass could be used in systems with appropriate alkalinity levels. Future work should consider assessing novel plants at different points within their growth cycle, extended exposure durations, and decreased hydraulic retention time. Index words: Aquatic plant, nitrogen, phosphorus, sodium bicarbonate, nitrogen speciation. Species Used in this study: ‘Rising Sun' Japanese iris (Iris ensata ‘Rising Sun' Thunb.); upright sedge (tussock sedge) (Carex stricta Lam.); switchgrass (Panicum virgatum L.).

scholarly journals Expression of a bacterial 3-dehydroshikimate dehydratase (QsuB) reduces lignin and improves biomass saccharification efficiency in switchgrass (Panicum virgatum L.)

2021 ◽  
Vol 21 (1) ◽  
Author(s):  
Zhangying Hao ◽  
Sasha Yogiswara ◽  
Tong Wei ◽  
Veronica Teixeira Benites ◽  
Anagh Sinha ◽  
...  
Keyword(s):  
Panicum Virgatum ◽  
Lignin Content ◽  
Biomass Conversion ◽  
Value Added ◽  
Bioenergy Crops ◽  
Altered Expression ◽  
Fusion Construct ◽  
Model Plant ◽  
Biomass Saccharification ◽  
Saccharification Efficiency

Abstract Background Lignin deposited in plant cell walls negatively affects biomass conversion into advanced bioproducts. There is therefore a strong interest in developing bioenergy crops with reduced lignin content or altered lignin structures. Another desired trait for bioenergy crops is the ability to accumulate novel bioproducts, which would enhance the development of economically sustainable biorefineries. As previously demonstrated in the model plant Arabidopsis, expression of a 3-dehydroshikimate dehydratase in plants offers the potential for decreasing lignin content and overproducing a value-added metabolic coproduct (i.e., protocatechuate) suitable for biological upgrading. Results The 3-dehydroshikimate dehydratase QsuB from Corynebacterium glutamicum was expressed in the bioenergy crop switchgrass (Panicum virgatum L.) using the stem-specific promoter of an O-methyltransferase gene (pShOMT) from sugarcane. The activity of pShOMT was validated in switchgrass after observation in-situ of beta-glucuronidase (GUS) activity in stem nodes of plants carrying a pShOMT::GUS fusion construct. Under controlled growth conditions, engineered switchgrass lines containing a pShOMT::QsuB construct showed reductions of lignin content, improvements of biomass saccharification efficiency, and accumulated higher amount of protocatechuate compared to control plants. Attempts to generate transgenic switchgrass lines carrying the QsuB gene under the control of the constitutive promoter pZmUbi-1 were unsuccessful, suggesting possible toxicity issues associated with ectopic QsuB expression during the plant regeneration process. Conclusion This study validates the transfer of the QsuB engineering approach from a model plant to switchgrass. We have demonstrated altered expression of two important traits: lignin content and accumulation of a co-product. We found that the choice of promoter to drive QsuB expression should be carefully considered when deploying this strategy to other bioenergy crops. Field-testing of engineered QsuB switchgrass are in progress to assess the performance of the introduced traits and agronomic performances of the transgenic plants.

Effects of preceding maize (Zea mays) and cowpea (Vigna unguiculata) in sole cropping and intercropping on growth, yield and nitrogen requirement of okra (Abelmoschus esculentus)

1998 ◽  
Vol 131 (3) ◽  
pp. 293-298 ◽  
Author(s):  
F. O. OLASANTAN
Keyword(s):  
Zea Mays ◽  
Vigna Unguiculata ◽  
Field Experiments ◽  
Growth Yield ◽  
Residual Effect ◽  
Soil Nutrient ◽  
Abelmoschus Esculentus ◽  
Growth And Yield ◽  
Mixed Stands ◽  
Pod Yield

Field experiments were conducted on Alfisols in Nigeria between 1991 and 1993 to determine the residual effect of maize (Zea mays) and cowpea (Vigna unguiculata) on the growth, pod yield and N response of a succeeding okra (Abelmoschus esculentus) crop. Cowpea and maize were grown alone with 30 and 60 kg/ha of N, P and K, respectively, or intercropped with 60 kg/ha as a basal dressing. The preceding crops had a significant effect on soil nutrient changes, okra growth and yield, and N response of okra. Cowpea increased the N, P and K status of the soil in both sole and mixed stands, compared with sole maize. Leaf area, pod weight and marketable pod yield of okra after sole cowpea or the maize/cowpea intercrop were all significantly higher than after sole maize. Although the application of nitrogen to succeeding okra promoted growth and increased pod yield, this was not accompanied by an increase in the pod yield of okra after sole cowpea or the maize/cowpea treatment beyond 45 kg N/ha. The beneficial effects of the preceding maize/cowpea intercrop on soil fertility, okra pod yield and amounts of N required for okra were partly due to the higher rate of basal nutrients applied as compared to the effects following sole cowpea.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document