Το Switchgrass ως ενεργειακό φυτό: προσαρμοστικότητα στην Κεντρική Ελλάδα

Abstract

Switchgrass (Panicum virgatum L.) is a perennial C4, photosensitive grass of temperate zones, with high adaptability to a wide range of agro-ecosystems and soil types, for forage and energy production. Switchgrass is classified into upland and lowland ecotypes associated with the latitude and its origin. In the present study it was investigated the adaptability of switchgrass (Panicum virgatum L., cv Alamo) in central Greece, under low inputs. This study focuses on Thessalian land use systems, because Thessaly plain is the main center of agricultural production in Greece. More specifically, the establishment in two different sites in East (Velestino) and West (Palamas) Thessaly gives the opportunity to investigate the adaptability under different microclimatic-soil conditions.Furthermore, the effect of switchgrass in soil organic matter and organic carbon was also investigated. Finally, an economic analysis was conducted under different harvesting practices and for different scenarios, where was determined the cost-effectiveness for Greek producers. The results of the economic analysis gave the overall conclusion of each scenario for the proposal of switchgrass introduction in future land use planning.The originality of this study is the evaluation and validation of switchgrass adaptability and development under supplemental irrigation, different nitrogen levels and different soil types (an Aquic Xerofluvent, and a Calcixerollic Xerochrept) in representative soils of Thessaly -and the Mediterranean more generally-, and how the calorific values and ash content of harvested biomassare effected at different development stages. Finally, the economic study and analysis of switchgrass cultivation showed the benefits to the farmers in Thessaly giving also a general tendency for the farmers in Greece.Literature review showed that the data relating to switchgrass cultivation in Greece and more specifically in the Thessaly is incomplete. Therefore this study helps to integrate and strengthen the existing information on switchgrass in Greece and particularly for a productive lowland variety such as Alamo.It was found that the main limiting factor of crop growth and development is irrigation and not N-fertilization. Switchgrass (vs. Alamo) potential biomass production may be 27-30 t ha-1 under Mediterranean environmental conditions (year-to-year fluctuation).Switchgrass yield-nutrient uptake relationships are linear with very high R2 for both uses (fodder or solid biofuel production), especially for N and K. Attributing the calorific value with switchgrass biomass yield, it appears that 1 hectare of switchgrass may produce 10 toe (tons of oil equivalent) on an aquic soil, but only 5.5 Mtoe on a xeric soil.Therefore, it seems that switchgrass cultivation may give good biomass yields with low N-fertilization inputs, and very high yields on aquic soils with or without supplemental irrigation. Thus, its introduction in land use systems, will improve farmers income with parallel environmental protection, and should be seriously taken into consideration.

To switchgrass (Panicum virgatum L.) είναι πολυετές C4, φωτοευαίσθητο, αγροστώδες φυτό των εύκρατων ζωνών, με υψηλή προσαρμοστικότητα σε ευρύ γεωγραφικό φάσμα και τύπους εδαφών, που έχει εξελιχθεί σε κτηνοτροφική και πρόσφατα σε ενεργειακή καλλιέργεια. Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η προσαρμοστικότητα της καλλιέργειας του πολυετούς φυτού switchgrass (cv Alamo) στην Ελλάδα, υπό το καθεστώς μειωμένων εισροών. Η μελέτη εστιάζεται σε συστήματα χρήσης γης, καθώς η Θεσσαλία αποτελεί τη μεγαλύτερη πεδιάδα και το κέντρο της γεωργικής παραγωγής της χώρας. Πιο συγκεκριμένα, η εγκατάσταση σε δύο διαφορετικές περιοχές της Ανατολικής (Βελεστίνο) και της Δυτικής (Παλαμάς) Θεσσαλίας έδωσε τη δυνατότητα να μελετηθεί η προσαρμοστικότητα κάτω από διαφορετικές μικροκλιματικές και εδαφικές συνθήκες.Προσδιορίστηκε η επίδραση της καλλιέργειας στη μεταβολή της οργανικής ουσίας και του οργανικού άνθρακα του εδάφους ενώ τέλος, πραγματοποιήθηκε οικονομική ανάλυση της καλλιέργειας για τις διαφορετικές χρήσεις της, υπό διαφορετικά συστήματα συγκομιδής και υπό διαφορετικά σενάρια. Πρωτοτυπία της παρούσας έρευνας αποτελεί η διερεύνηση της πορείας ανάπτυξης της καλλιέργειας του switchgrass όσον αφορά στην απόδοση υπό περιορισμένη άρδευση σε διαφορετικά επίπεδα αζώτου σε δύο τύπους εδαφών (ενός Aquic Xerofluvent, και ενός Calcixerollic Xerochrept) στη Θεσσαλία (αντιπροσωπευτικότερα εδάφη της περιοχής αλλά και της Μεσογείου). Επίσης, διερευνήθηκε η πιθανή εδαφοβελτίωση, η επίδραση στη θερμογόνο δύναμη και η περιεκτικότητα σε στάχτη της συγκομισθείσας βιομάζας για κάθε στάδιο ανάπτυξης. Πρωτοτυπία επιπλέον, αποτελεί η οικονομική μελέτη και ανάλυση της καλλιέργειας για τις ελληνικές συνθήκες και πιο συγκεκριμένα για τη Θεσσαλία.. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο κύριος περιοριστικός παράγοντας της αύξησης και ανάπτυξης της καλλιέργειας είναι η άρδευση και όχι η Ν-ούχος λίπανση. Το δυναμικό παραγωγής βιομάζας μπορεί να είναι 2,7-3,0 t/στρ. με διακυμάνσεις από έτος σε έτος. Βρέθηκε ότι, υπάρχει σημαντική γραμμική συσχέτιση μεταξύ της πρόσληψης θρεπτικών και ειδικότερα για το N και το K και της απόδοσης σε βιομάζα του switchgrass με πολύ υψηλό συντελεστή συσχέτησης (R)2 και για τις δύο χρήσεις (παραγωγή ζωοτροφής ή στερεών βιοκαυσίμων). Αντιστοιχίζοντας τη θερμογόνο δύναμη με τη στρεμματική απόδοση της καλλιέργειας του switchgrass, φαίνεται ότι από 1 στρέμμα switchgrass, στην περίπτωση του ύφυγρου εδάφους (Παλαμάς) παράγεται 1 ΤΙΠ (τόνος ισοδύναμου πετρελαίου), ενώ στο ξηρό έδαφος (Βελεστίνο) παράγονται 0,55 ΤΙΠ.Φαίνεται λοιπόν ότι, το switchgrass δεν απαιτεί υψηλές ποσότητες Ν-ούχου λίπανσης για να αυξήσει την παραγωγικότητά του και ότι η υψηλότερη παραγωγή μπορεί να επιτευχθεί σε περιοχές με υψηλό υδροφόρο ορίζοντα. Επομένως, η ένταξη της καλλιέργειας του switchgrass στον γεωργικό σχεδιασμό, θα οδηγήσει σε ικανοποιητικό αγροτικό εισόδημα, καθώς και σε περιβαλλοντική προστασία του αγροτικού χώρου λόγω των χαμηλών απαιτήσεων σε εισροές. Το switchgrass μπορεί να προταθεί ανεπιφύλακτα στο θεσσαλικό κάμπο, σε περιοχές με υψηλή εδαφική υγρασία, ή δυνατότητα άρδευσης, ή περιοχές υψηλών βροχοπτώσεων.