Оцінка економічної та енергетичної ефективності виробництва біомаси міскантусу гігантського залежно від способу вирощування і підживлення насаджень
DOI:
https://doi.org/10.31210/spi2025.28.04.12Ключові слова:
міскантус гігантський, виробництво біопалива, продуктивність біомаси, бінарні насадження, азотне удобрення, енергетична ефективність, економічна ефективність, сталий розвиток сільського господарстваАнотація
Серед багаторічних енергетичних культур, які розглядають як ресурс для виробництва біопалива, міскантус гігантський (Miscanthus × giganteus) посідає важливе місце завдяки високій адаптивності та здатності формувати значний обсяг біомаси. Оптимізація технології його вирощування є основним завданням для підвищення економічної та енергетичної ефективності виробництва. Метою дослідження є оцінка ефективності виробництва біомаси міскантусу гігантського залежно від удосконалення технології його вирощування в бінарних насадженнях із бобовим компонентом. Дослідження проводили 2020– 2024 років на опідзолених чорноземах у ґрунтово-кліматичних умовах Полтавського регіону. Польові досліди закладали за двофакторною схемою з використанням методу рандомізованих блоків. Облікова площа ділянки становила 50 м², у чотирьох повтореннях. У бінарних насадженнях міскантусу гігантського з люпином застосовували різні норми весняного азотного підживлення (від N0 до N120). Енергетичну ефективність виробництва міскантусу гігантського оцінювали зважаючи на енергоємність біомаси та енергетичні витрати на її виробництво. Встановлено, що бінарні насадження забезпечують вищу врожайність біомаси (до 21,2 т/га) порівняно з одновидовими (до 19,9 т/га) завдяки більш ефективному використанню елементів живлення. Визначено, що найбільші економічні показники у бінарних насадженнях забезпечує внесення азоту в дозі N30 (прибуток – 15651,2 грн/га; рентабельність – 179,3 %), тоді як в одновидових оптимальною є доза N90 (прибуток – 14238,8 грн/га; рентабельність – 164,7 %). Максимальний коефіцієнт енергетичної ефективності також зафіксовано у бінарних агроценозах за умови внесення N30-60 (1,91–1,95), що перевищує показники одновидових насаджень (1,18–1,23). Результати підтверджують доцільність застосування бінарних насаджень та диференціації норм азотних добрив як чинників підвищення продуктивності та енерговіддачі міскантусу гігантського. З’ясовано, що бінарні насадження міскантусу гігантського з бобовим компонентом є більш продуктивними та економічно доцільними порівняно з одновидовими. Удосконалена технологія вирощування, зокрема раціональне азотне підживлення, дозволяє істотно підвищити врожайність, прибутковість та енергетичну ефективність виробництва біомаси. Отримані результати мають важливе значення для подальшого впровадження міскантусу гігантського як перспективного джерела біопалива в Україні, особливо на малопродуктивних землях, що сприятиме енергетичній незалежності та сталому розвитку регіонів.
Посилання
Lohosha, R., Palamarchuk, V., Krychkovskyi, V., Kolisnyk, O., & Vasyliev, O. (2025). Specifics of cultivation, productivity, and energy efficiency of miscanthus giganteus for solid biofuel production. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal, 28 (1), 99–112. https://doi.org/10.33223/epj/196384
Shepherd, A., Littleton, E., Clifton‐Brown, J., Martin, M., & Hastings, A. (2020). Projections of global and UK bioenergy potential from Miscanthus × giganteus – Feedstock yield, carbon cycling and electricity generation in the 21st century. Global Change Biology Bioenergy, 12 (4), 287–305. https://doi.org/10.1111/gcbb.12671
Littleton, E. W., Shepherd, A., Harper, A. B., Hastings, A. F. S., Vaughan, N. E., Doelman, J., van Vuuren, D. P., & Lenton, T. M. (2023). Uncertain effectiveness of Miscanthus bioenergy expansion for climate change mitigation explored using land surface, agronomic and integrated assessment models. Global Change Biology Bioenergy, 15 (3), 303–318. https://doi.org/10.1111/gcbb.12982
Kupchuk, I., Yemchyk, T., Gontaruk, Y., Tarasova, O., Shevchuk, H., & Okhota, Y. (2023). Production of biofuels as a direction to ensure energy independence of Ukraine under martial law. Monograph. International Science Group ISG – Konf.com. https://doi.org/10.46299/979-8-89269-755-2
Kaletnik, H. M. (2013). Rozvytok rynku biopalyv v Ukraini. Bioenerhetyka, 1, 11–16. [in Ukrainian]
Dey, S., Sreenivasulu, A., Veerendra, G. T. N., Rao, K. V., & Babu, P. S. S. A. (2022). Renewable energy present status and future potentials in India: An overview. Innovation and Green Development, 1 (1), 100006. https://doi.org/10.1016/j.igd.2022.100006
Heaton, E. A., Dohleman, F. G., Miguez, A. F., Juvik, J. A., Lozovaya, V., Widholm, J., Zabotina, O. A., McIsaac, G. F., David, M. B., Voigt, T. B., Boersma, N. N., & Long, S. P. (2010). Miscanthus. Advances in Botanical Research, 56, 75–137. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-381518-7.00003-0
Roik, M. V., Sinchenko, V. M., Ivashchenko, O. O., Pyrkin, V. I., Kvak, V. M., Humentyk, M. Ya., Hanzhenko, O. M., Sabluk, V. T., Hryshchenko, O. M., Fuchylo, Ya. D., Honcharuk, H. S., Furman, V. A., Suslyk, L. O., Makukh, Ya. P., Remeniuk, S. O., Ivanina, V. V., Fursa, A. V., Bondar, V. S., Bekh, N. S., Kotsar, M. I., Tsvihun, H. V., Kovalchuk, N. S., Nediak, T. M., Vorozhko, S. P., Doronin, V. A., Dryha, V. V., Buzynnyi, M. V., Dubovyi, Yu. P., Pedos, V. P., Balahura, O. V., Smirnykh, V. M., Zaimenko, N. V., Rakhmetov, D. B., Shcherbakova, T. O., Rakhmetov, S. D., & Katelevskyi, V. M. (2019). Miskantus v Ukraini. Kyiv: TOV «TsP «Komprint» [in Ukrainian]
Kurylo, V. L., Rakhmetov, D. B., & Kulyk, M. I. (2018). Biological features and potential of yield of energy cultures of the family of thin-skinned in the conditions of Ukraine. Scientific Progress & Innovations, 1, 11–17. https://doi.org/10.31210/visnyk2018.01.01
Kulyk, M. I., Kurylo, V. L., Kalіnichenko, О. V., & Galytska, M. А. (2019). Plant energy resources: agroecological, economic and energy aspects: monograph. Poltava: Astraya
Prysiazhniuk, O. I., & Honcharuk, O. M. (2022). Peculiarities of the biomass yield and quality formation in giant miscanthus under the effect of agricultural technology components. Scientific Papers of the Institute of Bioenergy Crops and Sugar Beet, 30, 53–60. https://doi.org/10.47414/np.30.2022.268944
Vir’ovka, V., Opanasenko, O., & Perets’, S. (2019). Features of growing Miscanthus large on sewed organogenic soils of Left-bank Forest-steppe. Visnyk Agrarnoi Nauky, 97 (8), 60–66. https://doi.org/10.31073/agrovisnyk201908-10
Nedilska, U. I. (2023). Rist, rozvytok i produktyvnist miskantusu hihantskoho. Podilian Bulletin Agriculture Engineering Economics, 31, 15–22. https://doi.org/10.37406/2706-9052-2019-2-2 [in Ukrainian]
Milovanović, J., Babović, N., Đorđević, A., Spasić, S., Marišová, E., Končeková, L., Kotrla, M., & Tóthová, M. (2011). External and internal factors influencing the growth and biomass production of short rotation woods genus Salix and perennial grass Miscanthus. Belgrade: Faculty of Applied ecology FUTURA, Singidunum University Belgrade.
Skachok, L. M., Potapenko, L. V., & Horbachenko, N. I. (2018). Influence of fertilizing systems and microbial preparations on capacity of bioenergetic cultures. Agriciltural Microbiology, 28, 70–76. https://doi.org/10.35868/1997-3004.28.70-76
Vergun, O., Rakhmetov, D., Rakhmetova, S., & Fishchenko, V. (2019). Distribution of nutrients in different organs of plants of Miscanthus Anderss. genotypes. Plant Introduction, 81, 75–81.
Dubis, B., Jankowski, K. J., Załuski, D., Bórawski, P., & Szempliński, W. (2019). Biomass production and energy balance of Miscanthus over a period of 11 years: A case study in a large‐scale farm in Poland. Global Change Biology Bioenergy, 11 (10), 1187–1201. Portico. https://doi.org/10.1111/gcbb.12625
Clifton-Brown, J. C., Lewandowski, I., Andersson, B., Basch, G., Christian, D. G., Kjeldsen, J. B., Jørgensen, U., Mortensen, J. V., Riche, A. B., Schwarz, K.-U., Tayebi, K., & Teixeira, F. (2004). Performance of Miscanthus species and hybrids in Europe. Agronomy Journal, 94, 1013–1019.
Clifton-Brown, J., Schwarz, K.-U., Awty-Carroll, D., Iurato, A., Meyer, H., Greef, J., Gwyn, J., Mos, M., Ashman, C., Hayes, C., Huang, L., Norris, J., Rodgers, C., Scordia, D., Shafiei, R., Squance, M., Swaller, T., Youell, S., Cosentino, S., Flavell, R., Donnison, I., & Robson, P. (2019). Breeding strategies to improve Miscanthus as a sustainable source of biomass for bioenergy and biorenewable products. Agronomy, 9 (11), 673. https://doi.org/10.3390/agronomy9110673
Lewandowski, I., Clifton-Brown, J. C., Scurlock, J. M. O., & Huisman, W. (2000). Miscanthus: European experience with a novel energy crop. Biomass and Bioenergy, 19 (4), 209–227. https://doi.org/10.1016/s0961-9534(00)00032-5
Lewandowski, I., Scurlock, J. M. O., Lindvall, E., & Christou, M. (2003). The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe. Biomass and Bioenergy, 25 (4), 335–361. https://doi.org/10.1016/s0961-9534(03)00030-8
Khanna, M., Dhungana, B., & Clifton-Brown, J. (2008). Costs of producing miscanthus and switchgrass for bioenergy in Illinois. Biomass and Bioenergy, 32 (6), 482–493. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.11.003
Boehmel, C., Lewandowski, I., & Claupein, W. (2008). Comparing annual and perennial energy cropping systems with different management intensities. Agricultural Systems, 96 (1–3), 224–236. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2007.08.004
Kiesel, A., Nunn, C., Iqbal, Y., Van der Weijde, T., Wagner, M., Özgüven, M., Tarakanov, I., Kalinina, O., Trindade, L. M., Clifton-Brown, J., & Lewandowski, I. (2017). Site-Specific management of miscanthus genotypes for combustion and anaerobic digestion: A comparison of energy yields. Frontiers in Plant Science, 8, 347. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00347
Styles, D., Thorne, F., & Jones, M. B. (2008). Energy crops in Ireland: An economic comparison of willow and Miscanthus production with conventional farming systems. Biomass and Bioenergy, 32 (5), 407–421. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.10.012
Angelini, L. G., Ceccarini, L., Nassi o Di Nasso, N., & Bonari, E. (2009). Comparison of Arundo donax L. and Miscanthus x giganteus in a long-term field experiment in Central Italy: Analysis of productive characteristics and energy balance. Biomass and Bioenergy, 33 (4), 635–643. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.10.005
Hastings, A., Clifton‐Brown, J., Wattenbach, M., Mitchell, C. P., Stampfl, P., & Smith, P. (2009). Future energy potential of Miscanthus in Europe. Global Change Biology Bioenergy, 1 (2), 180–196. https://doi.org/10.1111/j.1757-1707.2009.01012.x
Haines, S. A., Gehl, R. J., Havlin, J. L., & Ranney, T. G. (2014). Nitrogen and phosphorus fertilizer effects on establishment of giant Miscanthus. BioEnergy Research, 8 (1), 17–27. https://doi.org/10.1007/s12155-014-9499-4
Searcy, E., Flynn, P., Ghafoori, E., & Kumar, A. (2007). The relative cost of biomass energy transport. Applied Biochemistry and Biotechnology, 137, 639–652. https://doi.org/10.1007/s12010-007-9085-8
Boakye-Boaten, N. A., Kurkalova, L., Xiu, S., & Shahbazi, A. (2017). Techno-economic analysis for the biochemical conversion of Miscanthus x giganteus into bioethanol. Biomass and Bioenergy, 98, 85–94. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.01.017
Prysiazhniuk, O. I., Roik, M. V., Sinchenko, V. M., Cherniak, M. O., Maliarenko, O. A., & Kononiuk, N. O. (2024). Tsyfrovi tekhnolohii v ahronomii – vid teorii do praktyky: monohrafiia. Vinnytsia: Tvory [in Ukrainian]
Humentyk, M. Ya. (red.). (2024). Tekhnolohii vyroshchuvannia bioenerhetychnykh kultur. Kyiv: Komprynt [in Ukrainian]
Kaletnik, G., & Pryshliak, N. (2021). Development of the biofuel industry as a determinant of sustainable development of Ukraine. Ekonomika APK, 316 (2), 71–81. https://doi.org/10.32317/2221-1055.202102071
Kulyk, M. I. (Ed.). (2023). Enerhetychni kultury: sortyment, biolohiia, ekolohiia, ahrotekhnolohiia. Poltava: Astraia [in Ukrainian]
Dekovets, V. O., Kulyk, M. I., & Halytska, M. A. (2022). Biolohizatsiia tekhnolohii vyroshchuvannia miskantusu hihantskoho na biopalyvo. Ahrarni Innovatsii, 10, 23–28. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2021.10.4 [in Ukrainian]
Kulyk, M. I., Rozhkov, A. O., Kalinichenko, O. V., Taranenko, A. O., & Onopriienko, O. V. (2020). Effect of winter wheat variety, hydrothermal coefficient (HTC) and thousand kernel weight (TKW) on protein content, grain and protein yield. Agronomy Research, 18 (3), 2103–2116. https://doi.org/10.15159/ar.20.187
Rozhkov, A. O. (Ed.). (2016). Doslidna sprava v ahronomii: navch. posibnyk: u 2 knyhakh. – Knyha 1. Teoretychni aspekty doslidnoi spravy. Kharkiv: Maidan [in Ukrainian]
Rozhkov, A. O. (Ed.). (2016). Doslidna sprava v ahronomii: navch. posibnyk: u 2 knyhakh. – Knyha 2. Statystychna obrobka rezultativ doslidzhen. Kharkiv: Maidan [in Ukrainian]
Rakhmetov, D. B., Kalenska, S. M., Fedorchuk, M. I., Rakhmetov, S. D., Kokovikhin, S. V., Fedorchuk, Ye. M., Fedorchuk, V. H., & Polyvoda, O. M. (2017). Metodychni rekomendatsii z optymizatsii tekhnolohii vyroshchuvannia miskantusu v riznykh gruntovo-klimatychnykh zonakh Ukrainy. Kherson: DVNZ «Khersonskyi derzhavnyi ahrarnyi universytet» [in Ukrainian]
Kalinichenko, O. V., & Kulyk, M. I. (2019). Naukovyi tvir “Ekspres-analiz ekonomichnoi efektyvnosti vyroshchuvannia enerhetychnykh kultur v umovakh Lisostepu Ukrainy”. Svidotstvo pro reiestratsiiu avtorskoho prava na tvir № 93178 vid 18.10.2019 [in Ukrainian]
Kalinichenko, O. V., & Kulyk, M. I. (2019). “Metodychni zasady otsinky enerhetychnoi efektyvnosti vyroshchuvannia enerhetychnykh kultur v umovakh Lisostepu Ukrainy” Svidotstvo pro reiestratsiiu avtorskoho prava na tvir № 93177 vid 18.10.2019. [in Ukrainian]
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Scientific Progress & Innovations
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Creative Commons Attribution 4.0 International Licens