Seed production characters and germination performance of reed canary grass in Finland

Selostus: Ruokohelven siementuotanto-ominaisuudet ja itävyys Suomessa

Variation in biomass related variables of reed canary grass

Selostus: Ruokohelven biomassan tuotantoon vaikuttavien ominaisuuksien vaihtelu

Evaluation of reed canary grass for different end-uses and in breeding

Selostus: Ruokohelven soveltuvuus non-food-, rehun- ja siementuotantoon

Effectiveness of plant growth promoting rhizobacteria in facilitating lead and nutrient uptake by little seed canary grass

We investigated the effectiveness of Nitroxin inoculation on lead (Pb) and nutrient uptakes by little seed canary grass. The factors tested included inoculation (or not) with Nitroxin and different soil concentrations of Pb (0, 200, 400 and 800mgPbkg-1 soil). Increasing soil concentrations of Pb decreased stem, leaf and root dry weights. Shoot phosphorus concentrations increased in parallel with increasing soil Pb concentrations. Nitroxin inoculation did not alter the phosphorus concentration of the roots. The Pb translocation factor was >1 in inoculated treatments in the Pb soil concentration range of 200 to 400mgkg-1; the translocation factor for 800mgPbkg‑1 with no inoculation of Nitroxin was, however, <1. Our results indicated that the Pb bioaccumulation factor for little seed canary grass was <1, indicating that it is a Pb excluding plant.

Determining the role of environmental factors and disturbance in the distribution of reed canary grass within wetlands

Reed canary grass (Phalaris arundinacea L.) is an invasive species originally from Europe that has now expanded to a large range within the United States. Reed canary grass possesses a number of traits that allow it to thrive in a wide range of environmental factors, including high rates of sedimentation, bouts of flooding, and high levels of nutrient inputs. Therefore, the goals of our study were to determine if 1) certain types of wetland were more susceptible to Reed canary grass invasion, and 2) disturbances facilitated Reed canary grass invasion. This study was conducted within the Keweenaw Bay Indian Community reservation in the Upper Peninsula of Michigan, in Baraga County. We selected 28 wetlands for analysis. At each wetland, we identified and sampled distinct vegetative communities and their corresponding environmental attributes, which included water table depth, pH, conductivity, calcium and magnesium concentrations, and percent organic matter. Disturbances at each site were catalogued and their severity estimated with the aid of aerial photos. A GIS dataset containing information about the location of Reed canary grass within the study wetlands, the surrounding roads and the level of roadside Reed canary grass invasion was also developed. In all, 287 plant species were identified and classified into 16 communities, which were then further grouped into three broad groupings of wetlands: nonforested graminoid, Sphagnum peatlands, and forested wetlands. The two most common disturbances identified were roads and off-road recreation trails, both occurring at 23 of the 28 sites. Logging activity surrounding the wetlands was the next most common disturbance and was found at 18 of the sites. Occurrence of Reed canary grass was most common in the non-forested graminoid communities. Reed canary grass was very infrequent in forested wetlands, and almost never occurred in the Sphagnum peatlands. Disturbance intensity was the most significant environmental factor in explaining Reed canary grass occurrence within wetlands. Statistically significant relationships were identified at distances of 1000 m, 500 m, and 250 m from studied wetlands, between the level of road development and the severity of Reed canary grass invasion along roadsides. Further analysis revealed a significant relationship between roadside Reed canary grass populations and the level of road development (e.g. paved, graded, and ungraded).

Measurement of key compositional parameters in two species of energy grass by Fourier transform infrared spectroscopy

Two energy grass species, switch grass, a North American tuft grass, and reed canary grass, a European native, are likely to be important sources of biomass in Western Europe for the production of biorenewable energy. Matching chemical composition to conversion efficiency is a primary goal for improvement programmes and for determining the quality of biomass feed-stocks prior to use and there is a need for methods which allow cost effective characterisation of chemical composition at high rates of sample through-put. In this paper we demonstrate that nitrogen content and alkali index, parameters greatly influencing thermal conversion efficiency, can be accurately predicted in dried samples of these species grown under a range of agronomic conditions by partial least square regression of Fourier transform infrared spectra (R2 values for plots of predicted vs. measured values of 0.938 and 0.937, respectively). We also discuss the prediction of carbon and ash content in these samples and the application of infrared based predictive methods for the breeding improvement of energy grasses.

Ensimmäisen ja toisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden kasvihuonekaasupäästöjenvertailu

Elinkaariarviointia voidaan käyttää ensimmäisen ja toisensukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden kasvihuonekaasupäästöjen ja primäärienergian kulutuksen vertailuun. Elinkaariarviointia käyttämällä pyritään tuottamaan luotettavaa tietoa koko elinkaaren ajalta. Nestemäisiä liikennebiopolttoaineita käsittelevissä tutkimuksissa elinkaari jaetaan yleensä kahteen osaan,joista suurempi painoarvo on elinkaaren alkuosalla. Tässä diplomityössä tehdään yksinkertaistettu elinkaariarviointi selluloosaetanolin ja Fischer-Tropsch-dieselin elinkaaren alkuosalle ja verrataan niitä sitten ohraetanoliin ja rypsimetyyliesteriin. Tässä työssä keskitytään primäärienergian kulutukseen sekä hiilidioksidi-, metaani- ja dityppioksidipäästöihin. Selluloosaetanolin raaka-aineena tarkasteltiin ruokohelpeä, Fischer-Tropsch-dieselin raaka-aineena metsätähdettä. Diplomityö osoitti, että toisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden tuotannossa kuluu vähemmän primäärienergiaa ja syntyy vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin ensimmäisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden tuotannossa. Sama tulos on saatu myös muissa aihetta käsittelevissä tutkimuksissa.

Pellettien laatu ja ominaisuudet eri raaka-aineilla ja niiden seoksilla

Diplomityö tehtiin osana Vapon toteuttamaa monivuotista pelletin kehitysohjelmaa. Kehitysohjelma koostuu useista pienemmistä osaprojekteista, jotka täydentävät toinen toisiaan. Pellettien raaka-ainepohjan laajentaminen on eräs näistä osaprojekteista. Tutkimustyön tavoitteena oli selvittää erilaisten potentiaalisten bioraaka-aineiden soveltuvuutta pelletointiin joko sellaisenaan tai erilaisina seoksina. Raaka-aineiden pelletoitavuutta tutkittiin kenttäolosuhteissa mobiilipelletointilaitoksella. Laitoksen pääkomponentit muodostivat Kahl C 38–780 tasomatriisipuristin, jäähdytin ja täryseula. Pelletointikokeissa tutkittuja raaka-aineita olivat mäntysahanpuru, männynkuori, harvennusranka, haapa, koivu, jyrsinturve ja ruokohelpi. Raaka-aineiden irtotiheys käyttökosteudessa vaihteli välillä 73–244 kg/m3 ja keskimääräinen kosteuspitoisuus 6,5–15 %. Useissa tapauksissa säkitettyjä raaka-aineita säkkikostutettiin haluttuun kosteuspitoisuuteen ennen pelletointia. Säkkikostutettujen raaka-aineiden kosteuspitoisuudet vaihtelivat tällöin välillä 12–14 m- %. Valtaosa tutkituista raaka-aineista ja niiden seoksista pystyttiin pelletoimaan puristimen matriisilla 8/40 mm, jossa puristuskanavan halkaisija oli 8 mm ja kanavan suoran osan pituus 40 mm. Vaikeuksia tuotti ainoastaan pelkän koivupurun ja ruokohelven pelletointi. Käytetty matriisi oli kanavapituudeltaan liian pitkä koivupurun pelletointiin nostaen puristusvastuksen suureksi. Ruokohelven pelletoinnin vaikeudet johtuivat pääasiassa pelletointiin liian karkeasta raaka-aineesta. Myös matriisia 8/55 mm kokeiltiin, mutta se osoittautui liian ”tiukaksi” valtaosalle puuraaka-aineista. Ainoastaan jyrsinturpeen pelletointi onnistui tällä matriisilla. Männynkuoren pelletointia ei matriisilla 8/55 mm yritetty. Kenttäkokeissa valmistetuista pelleteistä määritettiin erilaisia ominaisuuksia, kuten keskipituus, kosteuspitoisuus, irtotiheys, hienoaineksen määrä ja käsittelykestävyys. Lujuus mitattiin sekä Ligno-testillä että CEN-rummutuslujuuden määrityksellä. Lisäksi pelleteille määritettiin alkuaineanalyysi, tuhkapitoisuus ja lämpöarvo ENAS Oy:n laboratoriossa Jyväskylässä. Ligno-testauksessa parhaimman luokan pelletin tulee yltää arvoon 97,5 %. Pelletoitaessa raaka-aineita ja niiden seoksia tasomatriisikoneella sopivalla matriisilla yllettiin usein näihin tai parempiin tuloksiin. Puumateriaaleilla raaka-aineen optimaalinen lähtökosteus oli välillä 12–14 m- % ja turpeella sekä ruokohelvellä 14–16 m- %. Pelletointi onnistui tällöin vaivattomasti, kunhan sopivat puristimen ajoparametrit oli löydetty. Pellettiä alkoi muodostua matriisin puristuskanavien lämpötilan kohotessa noin 70 ºC. Pellettien lämpötila stabiilitilanteessa heti pelletoinnin jälkeen oli useissa tapauksissa 80–90 ºC. Pelletoinnin aikainen tehontarve vaihteli välillä 90–150 kWh/t, ollen suurimmillaan irtotiheydeltään keveillä materiaaleilla. Raaka-aineen suuri partikkelikoko kasvatti puristimen tehontarvetta. Tämä havaittiin selvästi lisättäessä karkeaa ruokohelpisilppua eri raaka-aineiden joukkoon. Kestävyydeltään erinomaisia pellettejä saatiin, kun raaka-aineena oli jyrsinturve, harvennusranka tai mäntypuru. Varsinkin jyrsinturpeen ja harvennusrangan seoksesta valmistetut pelletit osoittautuivat erittäin kestäviksi. Myös jyrsinturpeen ja ruokohelven sekä mäntypurun ja ruokohelven seoksien pelleteille määritettiin hyviä kestävyysarvoja. Männynkuoresta valmistetut pelletit jäivät Ligno-testauksessa kestävyydeltään alle 97,5 % rajan. Pääsyynä tähän oli kuoren pelletointiin käytetyn matriisin 8/40 mm liian lyhyet puristuskanavat.

Ruokohelven käytön lisääminen Joensuun voimalaitoksen kattilassa – käytettävyys, hyötysuhde ja taloudellisuus

Ruokohelpi soveltuu ympäristöystävällisyyden ja korkean lämpöarvon vuoksi hyvin energiantuotantoon. Fortumin Joensuun voimalaitoksella ruokohelpi on syötetty kattilaan tähän asti pääasiassa pääpolttoaineisiin, turpeeseen tai hakkeeseen seostettuna pieninä energiaosuuksina. Pääpolttoaineisiin verrattuna ruokohelvellä on alhaisempi irto- ja energiatiheys, korkeampi klooripitoisuus ja kattilaa likaavampi tuhka, mikä asettaa rajoitteita sen käytön lisäämiselle voimalaitoksella. Alhaisesta irto- ja energiatiheydestä johtuvan holvautumisen sekä tukoksien lisääntymisen ja Joensuun voimalaitoksen nykyisten kuljettimien kapasiteettiongelmien vuoksi ruokohelven osuuden lisääminen suuremmaksi kuin 5 % polttoaine-energiasisällöstä on riskialtista ja edellyttää täten investointia erilliseen ruokohelven käsittely- ja syöttöjärjestelmään. Yksi vaihtoehto on murskata ruokohelpipaalit joko sähkökäyttöisellä, puolikiinteällä ja nopeakäyntisellä Haybuster H1130 tilt -murskaimella tai kiinteällä ja hidaskäyntisellä Raumaster-murskaimella ja ohjata ruokohelpisilppu joko pitkän mekaanisen kuljettimen ja sen perässä olevien lyhyiden pneumalinjojen tai pelkkien pitkien pneumalinjojen kautta suoraan kattilapesään. Työssä tutkitut investoinnit ovat taloudellisesti sitä kannattavampia mitä enemmän ruokohelpeä voidaan vuositasolla polttaa voimalaitoksella. Ruokohelven käyttömäärää voimalaitoksella kannattanee lisätä kuljetusmatkaa pidentämällä. Investointien valinta ei ole itsestäänselvyys. Nopeakäyntinen murskain on hidaskäyntistä murskainta edullisempi investointi, tosin hidaskäyntisen murskaimen käyttövarmuus on parempi kuin nopeakäyntisen murskaimen. Kattilan käytettävyyden kannalta ruokohelven käytön lisääminen edellyttää kattilan palamistekniikan analysointia laskennallisesti virtausmallinnuksella ennen kuin lopullisia päätöksiä investointien suhteen voidaan tehdä.

Efeito hipotensor do extrato aquoso de alpiste (Phalaris canariensis L.) em ratos

The plant species Phalaris canariensis, known as canary grass, is widely used in folk medicine as diuretic, as well as in culinary and animal feed. In this study, the effect of P. canariensis aqueous extract (AE) on water flow (V) and sodium renal excretion (Qe (Na+)) was evaluated in anesthetized Wistar rats. Arterial pressure alterations (AP) were also assessed. Two groups were studied: Control group (CON) - oral administration of 1.0 mL distilled water, and Experimental group (EA) - oral administration of 1.0 mL P. canariensis aqueous extract 40%. Rats were anesthetized and subjected to cannulation of trachea (for better pulmonary ventilation), left carotid artery (for arterial pressure measurement) and urinary bladder (for urine collection). Control animals did not present significant alterations (p>0.05) in all analyzed parameters after water administration. EA group had a significant arterial pressure reduction at 60 minutes (31.4%) and 90 minutes (49.1%) after the extract administration (p<0.05). Renal parameters did not have any significant alteration (p>0.05). In this study, P. canariensis aqueous extract had a hypotensive effect in anesthetized Wistar rats, without renal alterations.

The relationship between plants used to sustain finches (Fringillidae) and uses for human medicine in southeast Spain

We analyzed plants that are traditionally used by wild bird hunters and breeders to capture and promote captive breeding of Fringillidae (finches or songbirds) in the province of Alicante, Spain. The majority of plants used in songbird breeding have medicinal properties in traditional human medicine (48 different uses); thus, another main goal was to show their relationships with human medical uses. We compiled a list of 97 plant species from 31 botanical families that are used to attract finches and identified 11 different use categories for these plants in finch keeping. The most common uses were for trapping birds and as a source of food for birds in captivity. Cannabis sativa has the greatest cultural importance index (CI = 1.158), and Phalaris canariensis (annual canary grass or alpist) was the most common species used to attract Fringillidae and was used by all informants (n = 158). Most of the 97 species are wild plants and mainly belong to the families Compositae, Gramineae, Cruciferae, and Rosaceae and also have medicinal properties for humans. In the study area, the intensification of agriculture and abandonment of traditional management practices have caused the population of many songbirds to decline, as well as the loss of popular ethnographic knowledge.

Germination response of Phalaris paradoxa L. seed to different light qualities

The influence of different light regimes on the germination of Australian and English populations of Phalaris paradoxa L. (awned canary-grass) seed was investigated to determine the impact of changing tillage practices on weed infestation. Seeds of all biotypes were highly viable, but differed in levels of innate dormancy (26-99%). In one experiment seed from a single Australian biotype, either enclosed in the spikelet glumes or having the spikelet glumes removed, were exposed to nine light treatments. Germination was stimulated by red and white light, but was inhibited by far-red light. Time to 50%, germination was less for seed enclosed in the spikelet glumes than for naked caryopses, although the final percentage of seed germinating when still enclosed in the spikelet glumes was significantly lower than for naked caryopses. In another experiment, six Australian and English biotypes with varying dormancy characteristics were exposed to eight light treatments. Red light did not stimulate germination in the deeply dormant biotype, however stimulated all other biotypes. Germination in darkness was below 20% in all biotypes except for one where germination was 51%. To overcome dormancy seeds were imbibed and placed in darkness at 16degreesC for either 7 or 14 days prior to exposure to red or white light for a single 15-min period. Dormancy in all biotypes was overcome indicating that a period of burial may decrease the dormancy level and increase seed sensitivity to light. This increased light sensitivity suggests that exposure to light during tillage may stimulate germination in P. paradoxa seed.

Thermochemical characterisation of straws and high yielding perennial grasses

The research is concerned with thermochemical characterisation of straws and high yielding perennial grasses. Crops selected for this study include wheat straw (Triticum aestivum), rape straw (Brassica napus), reed canary grass (Phalaris arundinacea) and switch grass (Panicum virgatum). Thermogravimetric analysis (TGA) was used to examine the distribution of char and volatiles during pyrolysis up to 900 °C. Utilising multi-heating rate thermogravimetric data, the Friedman iso-conversional kinetic method was used to determine pyrolysis kinetic parameters. Light and medium volatile decomposition products were investigated using pyrolysis–gas chromatography–mass spectrometry (Py–GC–MS) up to 520 °C. The 22 highest yielding identifiable cellulose, hemicellulose and lignin biomass markers were semi-quantified taking into consideration peak areas from GC chromatograms. Notable differences can be seen in butanedioic acid, dimethyl ester (hemicelluloses decomposition products), 2-methoxy-4-vinylphenol (lignin marker) and levoglucosan (intermediate pyrolytic decomposition product of cellulose) content when comparing perennial grasses with straw. From results presented in this study, perennial grasses such as switch grass, have the most attractive properties for fast pyrolysis processing. This is because of the observed high volatile yield content of 82.23%, heating value of 19.64 MJ/kg and the relatively low inorganic content.

Oil bearing seasonal crops in India:energy and phytoremediation potential

Purpose: A variety of biomass plantations are being raised for energy production. This case study is on energy production potential of seasonal oil bearing crops in India. These crops have the advantage of producing oil (liquid fuel) as well as biomass as agro residue (solid fuel). The purpose of the study is to estimate total energy yields of oil bearing crops and compare with other types of energy plantations. Also oil bearing crops bioaccumulate metals and thus phytoremediate soil. This provides scope for waste water irrigation. Design/methodology/approach: Relevant published papers on energy production by raising oil bearing crops have been analyzed. The effect of waste water irrigation and agronomic practices on increasing productivity is given special attention. Findings: It is shown that the seasonal oil bearing crops such as castor have a high potential to generate energy and this is comparable to energy produced by many perennial grasses. The energy yields of castor under irrigated condition was 196×103 MJ/ha and this is comparable to the reed canary grass which yields 195×103 MJ/ha. Some of the oil bearing crops are also super accumulators of certain toxic metals. Research limitations/implications: In this study, only all the accessible papers on the topic could be analyzed. Practical implications: This case study indicates that raising oil bearing crops such as castor using waste water has many advantages which include high energy yields, utilization of waste water for productive purpose and phytoremediation of soil. Originality/value: The comparison made between various types of energy crops for their energy generation is an original contribution. Findings of economic and environmental benefits by waste water irrigation are also of value. © Emerald Group Publishing Limited.