Home About Browse Search
Svenska


Nutrient supply to reed canary grass as a bioenergy crop

intercropping with legumes and fertilisation strategies for phosphorus and potassium

Lindvall, Eva (2014). Nutrient supply to reed canary grass as a bioenergy crop. Diss. (sammanfattning/summary) Umeå : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2014:54
ISBN 978-91-576-8056-3
eISBN 978-91-576-8057-0
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Growing energy demand and global warming are promoting research into potential new sources of renewable energy. Fossil fuels need to be replaced with sustainable energy sources to decrease emissions of greenhouse gases. Production of bioenergy from herbaceous crops on agricultural land is one alternative. In Sweden, reed canary grass (Phalaris arundinacea L.) is considered an interesting species for this purpose, as it is perennial and well-adapted to the northern climate. This thesis evaluated different approaches to reduce the mineral fertiliser requirement in reed canary grass (RCG) production for bioenergy purposes in a spring harvesting system.

Fertilisation effects and the risk of heavy metal enrichment were studied in a field experiment involving annual applications of ash for seven years. Three different treatments were applied: ash from co-combustion of RCG and municipal waste (mixed ash), pure RCG ash and, as a control, PK fertilisers. There were no significant differences between treatments in terms of RCG dry matter yield or biomass concentrations of heavy metals. Samples from the uppermost soil layer (0-5 cm) differed between treatments in terms of cadmium, chromium, copper, lead and zinc concentration, with higher concentrations in the mixed ash treatment compared with the control.

The effects of intercropping RCG with different nitrogen (N)-fixing perennial legumes were examined in three field experiments, in combination with various fertilisation treatments. Two levels of N fertilisation combined with RCG ash or sewage sludge were applied in a delayed harvest system, which involved cutting the biomass in late autumn, leaving it on the field during winter and harvesting in spring. The estimated N fixation rate in red clover and alsike clover was high enough to compensate for lower N fertilisation. However, in most cases growth of the RCG in monoculture was not N-limited at half the recommended N fertilisation rate and intercropping with legumes was not beneficial.

In order to determine the P and K requirements of RCG in a delayed harvest system, different levels of phosphorus (P) and potassium (K), supplied by mineral fertilisers or RCG ash are being compared in an ongoing study. No differences in biomass yield between treatments have been found after two harvest years.

Authors/Creators:Lindvall, Eva
Title:Nutrient supply to reed canary grass as a bioenergy crop
Subtitle:intercropping with legumes and fertilisation strategies for phosphorus and potassium
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Den ökande efterfrågan på energi, både globalt och i ett mer lokalt perspektiv, samt den globala uppvärmningen är drivkraften för en omfattande forskning och utveckling av nya energikällor. De fossila bränslena måste på sikt ersättas med förnybara råvaror för att minska utsläppen av växthusgaser. Inom EU finns ett direktiv att år 2020 ska 20 % av medlemsländernas totala energikonsumtion komma från förnyelsebara energikällor. Sol-, vind-, vatten- och bioenergi räknas som förnybara energislag.

Avverkningsrester från skogsproduktion, snabbväxande salix, halm och så kallade energigräs är exempel på råvaror för bioenergiproduktion. De används idag främst för produktion av värme och el genom direkt förbränning av biomassan. Rörflen är en gräsart som provats i Sverige för bioenergiproduktion sedan 1990-talet inom olika forskningsprojekt. En skördemetod som innebär att gräset (biomassan) lämnas kvar på fältet under vinter, och skördas påföljande vår, har utvecklats. Rörflen växer med kraftiga jordstammar, rhizomer, och transporterar ned växtnäring från de ovanjordiska växtdelarna till rhizomerna på hösten när växten vissnar. Näringsämnena kan växten sedan utnyttja under nästa års tillväxt. Biomassans kvalitet som bränsle förbättras också eftersom vissa av ämnena kan orsaka problem i värmepannorna vid förbränning.

Den praktiska odlingen av rörflen har dock av olika anledningar hittills varit ganska begränsad i Sverige. Produktionskostnaderna är i nuläget för höga för att kunna konkurrera med restprodukter från skogen. Jämfört med förbränning av skogsbränslen blir mängden aska mycket större när rörflen förbränns. De stora askmängderna anses vara ett problem och medför extrakostnader, och även miljöproblem, om askan ska deponeras. Kostnaden för gödsling av rörflen utgör en betydande del av produktionskostnaderna. En möjlighet att minska användningen av inköpt handelsgödsel kan vara att använda rörflensaska som gödselmedel vid odlingen eftersom askan innehåller växtnäringsämnen som grödan behöver, främst fosfor och kalium. Det finns dock vissa invändningar mot spridning av aska på jordbruksmark därför att skadliga ämnen, främst olika tungmetaller, på längre sikt kan anrikas i jorden. Om marken senare används för produktion av djurfoder eller livsmedel kan det medföra hälsorisker för människor och djur.

I ett fältförsök på Röbäcksdalens forskningsstation, i närheten av Umeå, har vi jämfört gödsling med aska och handelsgödsel. Två olika typer av aska användes, den ena var aska efter förbränning av enbart rörflen och den andra efter förbränning av rörflen blandat med sorterade hushållssopor. Samma mängd fosfor tillfördes i de tre olika gödslingsbehandlingarna. Resultatet efter en period av sju år visade att den årliga avkastningen av biomassa inte skiljde sig mellan de olika gödslingsbehandlingarna. Analyser av jordprov tagna när försöket avslutades visade att det skett en förhöjning av mängden tungmetaller endast i det översta jordskiktet (0 – 5 cm) på de ytor som gödslats med aska efter förbränningen med inblandning av sopor. Denna aska hade mycket höga halter av tungmetaller jämfört med den rena rörflensaskan. Vår slutsats är därför att ren rörflensaska kan återanvändas som ersättning för inköpta fosforgödselmedel i rörflensodlingar, medan aska efter inblandning av olika avfallsprodukter vid förbränningen ska undvikas.

Alla gräs behöver tillförsel av kväve för att ge en hög produktion av biomassa. I fältförsök på tre olika platser i landet har vi undersökt möjligheten att samodla rörflen med olika kvävefixerande baljväxter, främst rödklöver, alsikeklöver och getärt. Dessa växter kan med hjälp av vissa bakterier (Rhizobium-bakterier) använda kväve ur luften för sitt näringsbehov. Vår teori var att det kväve som baljväxterna tagit upp från luften skulle komma även gräset tillgodo och därigenom minska behovet av handelsgödselkväve. Resultaten från försöken gav dock inga säkra belägg för detta. En jämförelse mellan ren rörflen som gödslats med den för närvarande rekommenderade mängden kväve och rörflen samodlad med baljväxter med halverad kvävegödsling visade på lägre skördar vid samodling i några fall eller inga påvisbara skillnader. En jämförelse mellan ren rörflen vid de två kvävenivåerna gav heller inga påtagliga skillnader i skördeutbyte. De gödslingsrekommendationer som finns tillgängliga idag för odling av rörflen som råvara för bioenergiproduktion bygger till stor del på vad som tillämpas vid odling av andra gräsarter för produktion av djurfoder. Eftersom växtsättet hos rörflen och även skördemetoden skiljer sig från de vanligen odlade fodergräsen behövs mer specifika rekommendationer. I ett pågående projekt jämförs gödsling med olika mängder av fosfor och kalium i form av handelsgödsel. Även gödsling med rörflensaska samt ingen fosfor- och kaliumgödsling ingår i försöket. Hela försöket har gödslats med samma mängd kväve. Försöken har än så länge endast skördats två år, och inga skillnader mellan de olika gödslingsbehandlingarna har kunnat påvisas. Växtnäringsförsök behöver följas under betydligt längre tid innan några säkra resultat kan påvisas. Vår slutsats är att de rekommendationer för gödsling av rörflen, som ska skördas på våren för användning som bioenergiråvara, är för höga för såväl kväve som för fosfor och kalium. Fortsatt forskning med syfte att optimera växtnäringsbehovet för olika markförhållanden och klimat är nödvändigt för att odlingen ska kunna bli lönsam.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2014
Volume:2014:54
Number of Pages:53
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Lindvall E, Gustavsson A-M, Samuelsson R, Magnusson T, Palmborg C (2013) Ash as a phosphorus fertilizer to reed canary grass: effects of nutrient and heavy metal composition on plant and soil. Global Change Biology Bioenergy (In press).
II.Lindvall E, Gustavsson A-M, Palmborg C (2012) Establishment of reed canary grass with perennial legumes or barley and different fertilization treatments: effects on yield, botanical composition and nitrogen fixation. Global Change Biology Bioenergy, 4(6), 661-670.
III.Lindvall E, Gustavsson A-M, Palmborg C. Intercropping of reed canary grass and legumes as biofuel: Effect of legume species and fertilization treatments on yields, nitrogen fixation and fuel quality (manuscript)
IV.Palmborg C, Lindvall, E, Gustavsson A-M. Phosphorus and potassium requirements in reed canary grass grown in a delayed harvest system (manuscript)
Place of Publication:Umeå
Publisher:Department of Agricultural Research for Northern Sweden, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8056-3
ISBN for electronic version:978-91-576-8057-0
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:F Plant production > F04 Fertilizing
F Plant production > F61 Plant physiology - Nutrition
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Agricultural Science
Agrovoc terms:biofuels, phalaris arundinacea, phosphorus, potassium, fertilizer application, ashes, sewage sludge, heavy metals, intercropping, trifolium, nitrogen fixation, sweden
Keywords:Biofuel, Reed canary grass, Delayed harvest, Ash fertilization, Heavy metals, Intercropping with legumes
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1968
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1968
ID Code:11239
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Agricultural Research for Northern Sweden
(VH) > Dept. of Agricultural Research for Northern Sweden
External funders:Energimyndigheten and Europeiska regionala utvecklingsfonden and FORMAS and Kempe Foundations and Värmeforsk (Stiftelsen för värmeteknisk forskning) and Stiftelsen Lantbruksforskning
Deposited By: Eva Lindvall
Deposited On:23 Jun 2014 13:01
Metadata Last Modified:14 Dec 2014 18:14

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits