Формування врожайності та якості проса прутоподібного за багаторічного його вирощування на малопродуктивних ґрунтах Правобережного Лісостепу України
DOI:
https://doi.org/10.47414/np.31.2023.292403Ключові слова:
вапнування ґрунту, внесення адсорбенту, позакореневе підживлення, урожай сухої речовини, вихід енергії, якість біомасиАнотація
Мета. Установити вплив елементів технології вирощування проса прутоподібного на особливості формування врожайності та якості його біомаси. Методи. Дослідження проводили у 2019–2022 рр. на Уладово-Люлинецькій ДСС Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН за загальноприйнятими методиками. Просо прутоподібне ‘Морозко’ вирощували за схемою трифакторного польового досліду: фактор А – розкислення ґрунту: 1) без вапнування, 2) вапно, 1,6 т/га; фактор Б – застосування адсорбенту: 1) без адсорбенту, 2) MaxiMarin гранульований, 30 кг/га; фактор В – позакореневе підживлення: 1) без підживлення, 2) Гуміфілд, 50 г/га; 3) Гуміфілд, 50 г/га + АміноСтар, 1,0 л/га. Адсорбент вносили за два тижні перед сівбою культури локально в рядки, позакореневе підживлення рослин проводили у фазі кущіння та повторно через два тижні. Результати. За результатами досліджень урожайності плантацій проса прутоподібного встановлено, що на четвертий рік вегетації рослини досягли свого піку продуктивності. Якщо на третій рік вегетації продуктивність зросла на 60 % порівняно з другим роком, то на четвертий рік приріст становив лише 8,94 %. Це дає змогу отримувати в середньому 6,25 т/га сухої речовини. Вапнування ґрунту було найбільш ефективним на перший рік вегетації, коли коренева система рослин перебувала в зоні внесення вапна, що сприяло утворенню додаткових 0,12 т/га сухої речовини. На четвертий рік заходи з розкислення ґрунту мали значніший вплив, збільшуючи врожайність на 0,14 т/га. Цей вплив можна пояснити підвищенням рівня зволоження ґрунту в останні два роки, коли кількість опадів зросла до рівня багаторічної норми. На четвертий рік вегетації помітно посилився вплив усіх агротехнічних заходів на продуктивність плантацій проса прутоподібного. Коренева система рослин активно освоювала верхні шари ґрунту в пошуках вологи та поживних речовин, що посилювало ефект від вапнування та застосування адсорбенту. Висновки. Виявлено, що у варіанті вапнування ґрунтів та використання адсорбенту MaxiMarin гранульований разом з позакореневим підживленням Гумат калію (Гуміфілд) і антистресантом АміноСтар, урожайність становила 6,87 т/га. У варіанті вапнування ґрунтів, 25 % від потреби, із застосуванням адсорбенту MaxiMarin гранульований та позакореневим підживленням, вихід енергії з урожаєм досягав 116,2 ГДж/га. Щодо вмісту клітковини, найкращі показники були отримані за умови використання вапна з адсорбентом MaxiMarin гранульований та позакореневим підживленням – 37,1 % у листках та 44,7 % у стеблах. У варіантах з вапнуванням ґрунту вміст золи в листках проса прутоподібного становив 9,54 %, а в стеблах – 2,87 %, що на 1,91 та 1,41 % менше, ніж у варіантах без вапнування. Інші фактори також показували зниження вмісту золи, але в межах похибки досліду. Установлено рівняння множинної регресії для прогнозування врожайності проса прутоподібного залежно від фотосинтетичного потенціалу та чистої продуктивності фотосинтезу: у = −3,25 + 1,34 ФП + 21,0 ЧПФ. Усі коефіцієнти рівняння достовірні на 5 %-му рівні значущості, і воно пояснює майже 98 % варіації залежної змінної.
Посилання
Sadeghpour, A., Hashemi, M., DaCosta, M., Gorlitsky, L. E., Jahanzad, E., & Herbert, S. J. (2014). Assessing winter cereals as cover crops for weed control in reduced-tillage switchgrass establishment. Industrial Crops and Products, 62, 522–525. doi: 10.1016/j.indcrop.2014.09.027
Kumar, P., Lai, L., Battaglia, M. L., Kumar, S., Owens, V., Fike, J., … Viands, D. (2019). Impacts of nitrogen fertilization rate and landscape position on select soil properties in switchgrass field at four sites in the USA. CATENA, 180, 183–193. doi: 10.1016/j.catena.2019.04.028
Gorlitsky, L. E., Sadeghpour, A., Hashemi, M., Etemadi, F., & Herbert, S. J. (2015). Biomass vs. quality tradeoffs for switchgrass in response to fall harvesting period. Industrial Crops and Products, 63, 311–315. doi: 10.1016/j.indcrop.2014.10.012
Lindsey, K., Johnson, A., Kim, P., Jackson, S., & Labbé, N. (2013). Monitoring switchgrass composition to optimize harvesting periods for bioenergy and value-added products. Biomass and Bioenergy, 56, 29–37. doi: 10.1016/j.biombioe.2013.04.023
Karlsson, S., Åmand, L. E., & Liske, J. (2015). Reducing high-temperature corrosion on high-alloyed stainless steel superheaters by co-combustion of municipal sewage sludge in a fluidised bed boiler. Fuel, 139, 482–493. doi: 10.1016/j.fuel.2014.09.007
Sanderson, M. A., Reed, R. L., Ocumpaugh, W. R., Hussey, M. A., Van Esbroeck, G., Read, J. C., … Hons, F. M. (1999). Switchgrass cultivars and germplasm for biomass feedstock production in Texas. Bioresource Technology, 67(3), 209–219. doi: 10.1016/S0960-8524(98)00132-1
Ameen, A., Liu, J., Han, L., & Xie, G. H. (2019). Effects of nitrogen rate and harvest time on biomass yield and nutrient cycling of switchgrass and soil nitrogen balance in a semiarid sandy wasteland. Industrial Crops and Products, 136, 1–10. doi: 10.1016/j.indcrop.2019.04.066
Kiss Trócsányi, Zs., Fieldsend, A. F., & Wolf, D. D. (2009). Yield and canopy characteristics of switchgrass (Panicum virgatum L.) as influenced by cutting management. Biomass and Bioenergy, 33(3), 442–448. doi: 10.1016/j.biombioe.2008.08.014
Weidhuner, A., Zandvakili, O. R., Krausz, R., Crittenden, S. J., Deng, M., Hunter, D., & Sadeghpour, A. (2022). Continuous no-till decreased soil nitrous oxide emissions during corn years after 48 and 50 years in a poorly-drained Alfisol. Science of The Total Environment, 838(4), Article 156296. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156296
Sanderson, M. A., Reed, R. L., McLaughlin, S. B., Wullschleger, S. D., Conger, B. V., Parrish, D. J., … Tischler, C. R. (1996). Switchgrass as a sustainable bioenergy crop. Bioresource Technology, 56(1), 83–93. doi: 10.1016/0960-8524(95)00176-X
Bransby, D. I. (2005). Switchgrass profile. Bioenergy Feedstock Information Network (BFIN), Oak Ridge National Laboratory. Retrieved from http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/switchgrass-profile.html
Casler, M. D., & Boe, A. R. (2003). Cultivar × environment interactions in switchgrass. Crop Science, 43(6), 2226–2233. doi: 10.2135/cropsci2003.2226
Cassida, K. A., Muir, J. P., Hussey M. A. et al. Biofuel component concentrations and yields of switchgrass in South Central US environments. Crop Science, 45(2), 682–692. doi: 10.2135/cropsci2005.0682
Fuentes, R. G., & Taliaferro, C. M. (2002). Biomass yield stability of switchgrass cultivars. In J. Janick, & A. Whipkey (Eds.), Trends in new crops and new uses (pp. 276–282). Alexandria, VA: ASHS Press.
García‐Ciudad, A., García‐Criado, B., Pérez‐Corona, M. E., De Aldana, B. R. V., & Ruano‐Ramos, A. M. (1993). Application of near-infrared reflectance spectroscopy to chemical analysis of heterogeneous and botanically complex grassland samples. Journal of the Science of Food and Agriculture, 63(4), 419–426. doi: 10.1002/jsfa.2740630407
Garten, C. T., & Wullschleger, S. D. (2000). Soil carbon dynamics beneath switchgrass as indicated by stable isotope analysis. Journal of Environmental Quality, 29(2), 645–653. doi: 10.2134/jeq2000.00472425002900020036x
Griffin, J. L., & Jung, G. A. (1983). Leaf and stem forage quality of big bluestem and switchgrass. Agronomy Journal, 75, 723–726. doi: 10.2134/agronj1983.00021962007500050002x
Hall, K. E., George, J. R., & Riedl, R. R. (1982). Herbage dry matter yields of switchgrass, big bluestem, and indiangrass with N fertilization. Agronomy Journal, 74(1), 47–51. doi: 10.2134/agronj1982.00021962007400010014x
Heckathorn, S. A., & DeLucia, H. (1996). Retranslocation of shoot nitrogen to rhizomes and roots in prairie grasses may limit loss of N to grazing and fire during drought. Functional Ecology, 10(3), 396–400. doi: 10.2307/2390289
Heggenstaller, A. H., Moore, K. J., Liebman, M., & Anex, R. P. (2009). Nitrogen influences biomass and nutrient partitioning by perennial, warm-season grasses. Agronomy Journal, 101(6), 1363–1371. doi: 10.2134/agronj2008.0225x
Jung, G. A., Shaffer, J. A., & Stout, W. L. (1988). Switchgrass and big bluestem responses to amendments on strongly acid soil. Agronomy Journal, 80(4), 669–676. doi: 10.2134/agronj1988.00021962008000040023x
Kering, M. K., Butler, T. J., Biermacher J. T. et al. Effect of potassium and nitrogen fertilizer on switchgrass productivity and nutrient removal rates under two harvest systems on a low potassium soil. BioEnergy Research, 6(1), 329–335. doi: 10.1007/s12155-012-9261-8
Lee, D. K., Owens, V. N., & Doolittle, J. J. (2007). Switchgrass and soil carbon sequestration response to ammonium nitrate, manure, and harvest frequency on conservation reserve program land. Agronomy Journal, 99(2), 462–468. doi: 10.2134/agronj2006.0152
Lemus, R., Charles Brummer, E., Lee Burras, C., Moore, K. J., Barker, M. F., & Molstad, N. E. (2008). Effects of nitrogen fertilization on biomass yield and quality in large fields of established switchgrass in southern Iowa, USA. Biomass and Bioenergy, 32, 1187–1194. doi: 10.1016/j.biombioe.2008.02.016
Lemus, R., Brummer, E. C., Moore, K. J., Molstad, N. E., Burras, C. L., & Barker, M. F. (2002). Biomass yield and quality of 20 switchgrass populations in southern Iowa, USA. Biomass and Bioenergy, 23, 433–442. doi: 10.1016/S0961-9534(02)00073-9
Liebig, M. A., Kronberg, S. L., & Gross, J. R. (2008). Effects of normal and altered cattle urine on short-term greenhouse gas flux from mixed-grass prairie in the Northern Great Plains. Agriculture, Ecosystems & Environment, 125(1–4), 57–64. doi: 10.1016/j.agee.2007.11.004
McLaughlin, S. B., de la Torre Ugarte, D. G., Garten, C. T., Lynd, L. R., Sanderson, M. A., Tolbert, V. R., & Wolf, D. D. (2002). High-value renewable energy from prairie grasses. Environmental Science & Technology, 36(10), 2122–2129. doi: 10.1021/es010963d
McLaughlin, S. B., & Kszos, L. A. (2004). Development of switchgrass (Panicum virgatum) as a bioenergy feedstock in the United States. Biomass and Bioenergy, 28(6), 515–535. doi: 10.1016/j.biombioe.2004.05.006
McLaughlin, S. B., Samson, R., Bransby, D., & Wiselogel, A. (1996). Evaluating physical, chemical, and energetic properties of perennial grasses as biofuels. In Abstracts of BioEnergy’96 - The Seventh National Bioenergy Conference: partnerships to develop and apply biomass technologies (Nashville, TN, September 15–20, 1996). Nashville, TN.
McLaughlin, S. B., & Walsh, M. E. (1998). Evaluating environmental consequences of producing herbaceous crops for bioenergy. Biomass and Bioenergy, 14(4), 317–324. doi: 10.1016/S0961-9534(97)10066-6
Prysiazhniuk, O. I., Klymovych, N. M., Polunina, O. V., Yevchuk, Ya. V., Tretiakova, S. O., Kononenko, L. M., Voitovska, V. I., & Mykhailovyn, Yu. M. (2021). Methodology and organization of scientific research in agriculture and food technologies. Kyiv: Nilan-LTD. [In Ukrainian]
Ermantraut, E. R., Prysiazhniuk, O. I., & Shevchenko, I. L. (2007). Statistical analysis of agronomic study data in the Statistica 6.0 software suite. Kyiv: PolihrafKonsaltynh. [In Ukrainian]
Fuchylo, Ya. D., Sinchenko, V. M., Hanzhenko, O. M., Humentyk, M. Ya., Pyrkin, V. M., Prysiazhniuk, O. I., ... Tkachenko, A. M. (2018). Research methodology of willow and poplar energy plantations. V. M. Sinchenko (Ed.). Kyiv: Lohos. [In Ukrainian]
