SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

AGRONOMSKI FAKULTET

POTENCIJAL ENERGETSKE BILJKE SILPHIUM PERFOLIATUM L. U PROIZVODNJI BIOPLINA

ZAVRŠNI RAD

Boris Bićanić

Zagreb, srpanj, 2018.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

AGRONOMSKI FAKULTET

Preddiplomski studij:

POLJOPRIVREDNA TEHNIKA

POTENCIJAL ENERGETSKE BILJKE SILPHIUM PERFOLIATUM L. U PROIZVODNJI BIOPLINA

ZAVRŠNI RAD

Boris Bićanić

Mentor: prof. dr. sc. Josip Leto

Neposredni voditelj: doc. dr. sc. Nikola Bilandžija

Zagreb, srpanj, 2018.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

AGRONOMSKI FAKULTET

IZJAVA STUDENTA

O AKADEMSKOJ ČESTITOSTI

Ja, Boris Bićanić, JMBAG 0178077436, izjavljujem da sam samostalno izradila/izradio

završni rad pod naslovom: Potencijal energetske biljke Silphium perfoliatum L. u

proizvodnji bioplina

Svojim potpisom jamčim:

da sam jedina autorica/jedini autor ovoga završnog rada; da su svi korišteni izvori literature, kako objavljeni tako i neobjavljeni, adekvatno citirani

ili parafrazirani, te popisani u literaturi na kraju rada; da ovaj završni rad ne sadrži dijelove radova predanih na Agronomskom fakultetu ili

drugim ustanovama visokog obrazovanja radi završetka sveučilišnog ili stručnog studija; da je elektronička verzija ovoga završnog rada identična tiskanoj koju je odobrio mentor; da sam upoznata/upoznat s odredbama Etičkog kodeksa Sveučilišta u Zagrebu (Čl. 19).

U Zagrebu, dana _______________ ______________________

Potpis studenta / studentice

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

AGRONOMSKI FAKULTET

IZVJEŠĆE

O OCJENI I OBRANI ZAVRŠNOG RADA

Završni rad studenta/ice Borisa Bićanića, JMBAG 0178077436, naslova

Potencijal energetske biljke Silphium perfoliatum L. u proizvodnji bioplina

mentor je ocijenio ocjenom _______________.

Završni rad obranjen je dana __________________ pred povjerenstvom koje je prezentaciju

ocijenilo ocjenom ____________________, te je student/ica postigao/la ukupnu ocjenu1

_____________________.

Povjerenstvo: potpisi:

1. prof. dr. sc. Josip Leto mentor ____________________

doc. dr. sc. Nikola Bilandžija ____________________

2. ____________________ član ____________________

3. ____________________ član ___________________

1 Ocjenu završnog rada čine ocjena rada koju daje mentor (2/3 ocjene) i prosječna ocjena prezentacije koju daju članovi povjerenstva (1/3 ocjene).

Zahvala

Ovom prilikom se zahvaljujem mentoru i neposrednom voditelju na susretljivosti prilikom pisanja ovog završnog rada. Također se zahvaljujem prijateljima koji su me podržavali kroz period studiranja. Posebno se zahvaljujem roditeljima koji su mi ovo omogućili i financijski me podržavali cijelo ovo vrijeme. Hvala Vam od srca.

Sažetak

Završnog rada studentice Boris Bićanić, naslova

Potencijal energetske biljke Silphium perfoliatum L. u proizvodnji bioplina

Rastuća svijest o važnosti bioraznolikosti u agroekosustavu za povećanje i osiguranje opskrbe biomasom dovela je do zanimanja vlada, poljoprivrednika i operatera bioplinskih postrojenja za alternativne usjeve koji bi služili u proizvodnji bioplina. Ovaj rad donosi pregled dostupnih rezultata istraživanja o jednom od takvih alternativnih usjeva, biljci Silphium perfoliatum L., u smislu zahtjeva proizvodnje biomase i značaja kao bioplinskog supstrata. Silphium perfoliatum L. je visoka, dugogodišnja biljka žutoga cvata te velike ekološke vrijednosti, koja je naročito prikladan energetski usjev, zbog visokih prinosa bioplina i biomase te zbog toga što nije zahtjevna za održavanje. Cilj rada je opisati botaničke karakteristike, agrotehniku i potencijal vrste Silphium perfoliatum L. u proizvodnji obnovljive energije.

Ključne riječi: bioplin, biomasa, Silphium perfoliatum L.

Summary

Of the final work - student Boris Bićanić, entitled

Potential of energy plant Silphium perfoliatum L. in biogas production

The growing awareness of the importance of biodiversity in agroecosystems to increase and ensure the supply of biomass has led to an interest from governments, farmers and biogas plant operators in alternative crops for biogas production. This article reviews the available research results on one such alternative crop, Silphium perfoliatum L., in terms of the requirements for biomass production and relevance as a biogas substrate. Silphium perfoliatum L. is a tall, perennial, yellow flowering plant with a high ecological value that is particularly suitable as an energy crop owing to its low maintenance requirements and high biomass and biogas yields. The aim of the paper is to describe the botanical characteristics, agrotechnics and potential of Silphium perfoliatum L. in the production of renewable energy.

Keywords: biogas, biomass, Silphium perfoliatum L.

Sadržaj

1. Uvod............................................................................................................................1

2. Cilj završnog rada.........................................................................................................2

3. Botanička obilježja Silphium perfoliatum L..................................................................3

4. Ekološki zahtjevi (klima, tlo, voda).............................................................................10

5. Uzgoj kulture Silphium perfoliatum L..........................................................................12

5.1. Očekivani produktivni životni vijek te izbor pretkulture i naknadnog usjeva........................12

5.2. Priprema tla........................................................................................................................12

5.3. Sjetva sjemena naspram sađenja presadnica......................................................................13

5.4. Sjeme.................................................................................................................................13

5.5 Prijesadnice........................................................................................................................13

6. Gnojidba....................................................................................................................15

6.1. Kontrola korova i štetnika...................................................................................................16

7. Trenutni uzgoj, žetva i pretvorba S. perfoliatuma L. u bioplin u usporedbi sa drugim energetskim usjevima.......................................................................................................20

7.1. Proces žetve........................................................................................................................20

7.2. Prinos suhe tvari.................................................................................................................20

7.3. Sadržaj suhe tvari................................................................................................................21

7.4. Kemijski sastav...................................................................................................................22

7.5. Skladištenje........................................................................................................................23

7.6. Potencijal silfije za proizvodnju biometana.........................................................................23

7.7. Prinos metana po hektaru...................................................................................................24

7.8. Kontinuirana anaerobna digestija.......................................................................................25

7.9. Praktično razmatranje.........................................................................................................25

8. Potrebe za daljnjim istraživanjem i razvojem..............................................................25

9. Zaključci.....................................................................................................................27

10. Literatura...................................................................................................................28

11. Životopis.....................................................................................................................36

1. Uvod

Anaerobna digestija u početku je bila tehnologija za stabilizaciju stajskog gnoja ili mulja otpadnih voda, ali je posljednjih 20 godina postala tehnologija proizvodnje energije iz obnovljivih izvora u Europi, a sve češće i u drugim dijelovima svijeta (Plöchl i Heiermann, 2006). Postrojenja za proizvodnju bioplina iz biomase proizvode metan kodigestijom stajskog gnoja, otpada i energetskih kultura. Prema EurObserv’ER Barometru (2012), u Njemačkoj ima više ovakvih postrojenja, nego u ijednoj drugoj zemlji. U 2010., Njemačka je proizvela 6.035 kt energije ekvivalenta nafte (ktoe) u postrojenjima za proizvodnju bioplina od poljoprivredne biomase i gradskog čvrstog otpada. Iste je godine Nizozemska proizvela samo 207 ktoe, dok su Italija, Austrija i Češka proizvele 150 ktoe, 144 ktoe i 11 ktoe (EurObserv’ER, 2012.). Usjevi visokog prinosa biomase i lako razgradive tvari naročito su prikladne za anaerobnu digestiju i daju visok prinos metana. Usjevi koji mogu biti dugo uskladišteni uz minimalne gubitke također su preporučljivi za proizvodnju bioplina, primjerice usjevi koji se lako mogu silirati (Aurbacher i sur., 2012.).

Usjevi korišteni kao poljoprivredne kulture za proizvodnju bioplina u pet gore navedenih zemalja u prvome redu su: silaža čitave biljke kukuruza, zatim travna silaža, silaža čitave biljke žitarica kao što je sirak, te druge biljke kao što su šećerna repa ili krumpir (Amon i sur., 2007.; Gebrezgabher i sur., 2010.; Geršl i sur., 2014.; Mela i Canali, 2014.; Weiland, 2010.). Egzaktne su brojke dostupne samo u Njemačkoj, gdje su (2010.) 46% sirovine za punjenje bioplinskih postrojenja činili energetski usjevi, od čega 76% silaža kukuruza, 11% travna silaža, 7% silaža raznih žitarica (čitave biljke), a 6% bili su ostali supstrati (FNR, 2014). Kao rezultat toga, proizvodnja ovih usjeva dramatično se povećala u navedenim zemljama, tijekom prethodnih desetljeća. U Njemačkoj se površina tla korištene za proizvodnju silažnog kukuruza u razdoblju od 2003. do 2011. gotovo udvostručila (Statistisches Bundesamt, 2014). To je postalo toliko nepopularno da su novinski naslovi poput „Opsjednutost kukuruzom“ odnosno „ Kukuruz-manija“ postali uobičajeni (Klawitter, 2012.).

Postoje problemi povezani sa uzgojem jednogodišnjih usjeva visokih prinosa. Njihov uzgoj dovodi do promjena u plodoredu, prirodnome pejzažu, bioraznolikosti i kod populacija životinja te povećava osjetljivost usjeva na bolesti i štetočine (Fletcher i sur., 2010.; Robertsonet i sur., 2008). U mnogim područjima u kojima se uzgaja kukuruz, dolazi do problema zbog kukuruzne zlatice (Diabrotica virgifera virgifera) (Schwabe et al., 2010.) ili europske kukuruzne pipe (Ostrinia nubilalis) (Gathmann i Rothmeier, 2005.; Schmitz i sur., 2002.). K tome, uzgoj kukuruza povezuje se sa povećanjem rizika od erozije, posebice ako se uzgaja na kosinama (Boardman i sur., 2009; Palmer i Smith, 2013.), što dovodi do eutrofikacije vodenih putova, loše kvalitete tla, pa i do poplava.

Zbog više navedenih razloga, mnoga bioplinska postrojenja počinju koristiti alternativne usjeve ili otpad kao supstrate, iako im nije uvijek moguće prebaciti se na otpad, zbog sustava

1

subvencija (posebice vrijedi za Njemačku) (EEG, 2014). Jedan od takvih alternativnih energetskih usjeva je silfija (Silphium perfoliatum L.), koji donosi visoke prinose biomase, nezahtjevna je u usporedbi sa jednogodišnjim usjevima, te ima ekološke prednosti u odnosu na energetske usjeve poput kukuruza (Biertümpfel i sur., 2013.; Grebe i sur., 2012.).

S. perfoliatum L. (u daljnjem tekstu-silfija) je visoka C3 biljka žutoga cvata (Stanford, 1990.). Iz Sjeverne je Amerike donesena u Europu u 18. stoljeću te je služila kao ukrasna biljka u parkovima i vrtovima (Kowalski i Kedzia, ˛ 2007.; Sokolov i Gritsak, 1972.; Stanford, 1990.; Wrobel i sur., 2013.).

Posljednjih desetljeća, provedeni su mnogi pokusi uzgoja silfije u bivšem SSSR-u (Sokolov i Gritsak, 1972.), Japanu (Kawahara i sur., 1977.a, 1977.b), Francuskoj (Niqueux, 1981.), Švicarskoj (Troxler i Daccord, 1982), Rumunjskoj (Puia i Szabó, 1985.), Češkoj (Vacek i Repka, 1992.), SAD-u (Han i sur., 2000.a, 2000.b; Lehmkuhler i sur., 2007.; Stanford, 1990.), Njemačkoj (Biertümpfel i sur., 2013; Daniel i Rompf, 1994.; Neumerkel i sur., 1978.; Vetter i sur., 2010.), Mađarskoj (Kovács, 2008), Poljskoj (Majtkowski i sur., 2009.; Piłat i sur., 2007.), Čileu (Pichard, 2012.), Kini (Pan i sur., 2011.) i Austriji (Mayr i sur., 2013). Rezultati pokazuju da usjev ima veliku ekološku vrijednost te da se optimalan proces rasta i visoki prinosi mogu postići, ako se pravilno brine o potrebama usjeva. Prva istraživanja silfije kao supstrata za proizvodnju bioplina proveli su Conrad i sur., (2009.), Aurbacher i sur., (2012.), Stolzenburg i Monkos (2012.), Siaudinis i sur., (2012.a, 2012.b), Slepetys i sur., (2012.), Vetter i sur., (2010.) i Mast i sur., (2014.), tijekom posljednjih godina. Većina dostupne literature o ovome usjevu objavljena je na više jezika i dostupna je u obliku izvješća o završetku projekata, radova koji nude odgovore na konkretna pitanja, konferencijskih radova i u drugim oblicima.

2. Cilj završnog rada

Cilj ovog završnog rada je opisati botaničke karakteristike, ekološke zahtjeve, agrotehniku i potencijal vrste Silphium perfoliatum L. u proizvodnji obnovljive energije, odnosno pružiti pregled literature o uzgoju S. perfoliatum L. i proizvodnji bioplina iz ovoga usjeva, sažeti znanja prikupljena o ovoj temi i načiniti usporedbu različitih istraživanja. Konačni cilj ovoga rada je odrediti potencijal silfije kao alternativnog usjeva za proizvodnju bioplina.

2

3. Botanička obilježja Silphium perfoliatum L.

S. perfoliatum L. je višegodišnja biljka iz porodice Asteraceae, roda Silphium, koji također uključuje Silphium trifoliatum L., Silphium integrifolium Michx. i Silphium lacinatum L., Silphium asteriseus L., Silphium radula L., koji su široko rasprostranjeni u SAD-u i Meksiku (Clevinger i Panero, 2000.; Clevinger, 2004.; Kowalski i Kedzia, 2007.). Zbog kupolikog rasporeda lišća, S. perfoliatum L. se naziva kupolikom biljkom (Hayek i Hegi, 1918.). Ova silfija ima parove listova (koji su nasuprotni) osnovicom plojke tako srasle da izgleda da stabljika raste kroz list - zato se to kaže biljka s proraslim listovima, pa bi hrvatski naziv, kojeg trenutno nema, mogao biti prorasla silfija (usmeno Mihaela Britvec, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet).

Prorasla silfija (Izvor: Josip Leto)

Settle (1967.) je izvijestio da ova biljka ima 14 diploidnih kromosoma. Trenutno je dostupno samo sjeme različitog geografskog podrijetla, ali ne i odobrene sorte tipičnih karakteristika (Biertümpfel i sur., 2013.; Grebe i sur., 2012.). Prema tome, silfija ima širok genetski raspon te su biljke heterogene.

S. perfoliatum L. dobro klija u duljim razdobljima promjenjivih temperatura (Grebe i sur., 2012.; Trölenberg i sur., 2012.; Vetter i sur., 2010.). Nakon što niknu u proljeće u prvoj godini rasta, biljke rastu vrlo sporo i formiraju približno 12-14 listova rasporeda nalik na rozetu

3

(Stanford, 1990.) te snažan horizontalni glavni korijen s mnogo bočnih korjenčića, (Neumerkel i sur., 1978.; Sokolov i Gritsak, 1972.; Vacek i Repka, 1992.).

Prijesadnica silfije (sadnja 26.5.2017.) (Izvor: Josip Leto)

4

Početni porast silfije u godini sadnje (2.10. 2017.) (Izvor: Josip Leto)

Početni porast silfije u 2. godini (4.5.2018.) (Izvor: Josip Leto)

5

Usjev silfije početkom lipnja 2. godine uzgoja (Izvor: Josip Leto)

U kasnom ljetu, formiraju se vegetativni pupoljci za nadolazeće vegetacijsko razdoblje (Neumerkel i sur., 1978.; Sokolov i Gritsak, 1972.), a iz kojih se tijekom druge godine formiraju stabljike.

Proces rasta započinje sljedeće godine, u proljeće, kada temperature dosegnu 5 ˚C ili više. Nakon približno 12-15 listova (Grebe i sur., 2012.; Sokolov i Gritsak, 1972.), formira se mnogo okomitih, četverokutnih stabljika, koje su prekrivene lišćem i mogu doseći visinu od 3 m (Neumerkel i Märtin, 1982; Wrobel i sur., 2013).

6

Stabljika i listovi silfije (Izvor: Josip Leto)

Broj stabljika svake se biljke povećava s godinama (10-25 stabljika). Stabljika formiraju 8-12 internodija dužine 20-30 cm. Internodije ispunjava spužvasta jezgra (Wrobel i sur., 2013.). Listovi su raspoređeni u parove na koljencima (Neumerkel i Märtin, 1982.) i nalikuju kupicama (Hayek i Hegi, 1918.). Listovi imaju nazubljen rub, narastu do 40 cm u duljinu i 25 cm u širinu, a oblik im može biti trokutast ili ovalan (Neumerkel i Märtin, 1982.; Wrobel i sur., 2013.). Gornja površina lista je tamno zelena i prekrivena grubim dlačicama (Hayek i Hegi, 1918.).

Krajem svibnja na sjevernoj Zemljinoj polutci, silfija doseže visinu od 116–131 cm u vrijeme pupanja te potpuno pokriva tlo (Daniel i Rompf, 1994.). Ovisno o uvjetima rasta, u Europi biljke cvatu svijetlo žutim cvjetovima od početka srpnja do kraja rujna (Jabłonski i Kołtowski, 2005; Neumerkel i Märtin, 1982.; Wrobel i sur., 2013.). U nas cvatnja počinje već početkom lipnja. Faza cvatnje je duga jer se čitavo vrijeme formiraju novi cvjetovi, a svaka cvjetna glava cvate približno 10-12 dana. Na svakoj se stabljici formira 8-10 cvjetnih glava (Neumerkel i Märtin, 1982.), svaka s promjerom 4-8 cm, čine ih cjevasti dvospolni cvjetovi i zrakasto raspoređeni cvjetovi. Silfija je fakultativno samooplodna ili unakrsno oprašujuća biljka (Neumerkel i sur., 1978.; Vacek i Repka, 1992.). Cvjetni nektar i pelud dostupni su kao izvor hrane za pčele i druge oprašivače (Daniel i Rompf, 1994.; Jabłonski i Kołtowski, 2005.). Pčele mogu proizvesti do 150 kg ha−1 meda (Sokolov i Gritsak, 1972.). Za razliku od usjeva koji ne cvatu, silfija je vrijedan izvor hrane za kukce, time doprinosi zdravlju pčela i ljepoti

7

poljoprivrednih pejzaža (Biertümpfel i sur., 2013.; Feldwisch, 2011.; Franzaring i sur., 2013.; Sokolov i Gritsak, 1972.).

Pupanje silfije (Izvor: Josip Leto)

8

Početak cvatnje (30.5.2018.) (Izvor: Josip Leto)

Cvatnja silfije početkom lipnja 2018. (Izvor: Josip Leto)

9

Početak cvatnje (Izvor: Josip Leto)

Puna cvatnja (Izvor: Josip Leto)

10

Nakon cvatnje, razvija se približno 18-20 (Neumerkel i Märtin, 1982.) ili 20-30 plodova po cvjetnoj glavi (slika?) (Niqueux, 1981). Ti plodovi su zeleno-smeđi, suhi i zrnoliki (Kowalski i Wiercinski, 2004.; Wrobel i sur., 2013.), oko 9-15 mm dugi, 6-9 mm široki, gotovo 1mm debeli (Niqueux, 1981.). Masa 1000 zrna iznosi između 14 g (Neumerkel i Märtin, 1982.) i 21,5 g (Kowalski i Wiercinski, 2004).

Cvat i plod (Izvor: globotany.nevenglandwild.org)

4. Ekološki zahtjevi (klima, tlo, voda)

Silfija je izvorno prilagođena temperaturama Sjeverne Amerike (sjeveroistok SAD-a i jugoistok Kanade) te prirodno uglavnom rastu na mjestima gdje su zrak i tlo vrlo vlažni. Primjeri takvih mjesta su riječne obale i doline, obale jezera, vododerine (Sokolov i Gritsak, 1972.; Vacek i Repka, 1992.), vlažna, pjeskovita plavna tla, poplavna područja, obale potoka (Stanford, 1990.), šumska područja i područja uz šume (Huxley i sur., 1992.; Kowalski i Kedzia, 2007.; Stanford, 1990.), primjerice proplanci apalačkih šuma (Sokolov i Gritsak, 1972.). Klima te regije supkontinentalnog je karaktera (Vacek i Repka, 1992.). Usjev je dobro prilagođen i raznolikoj europskoj klimi (Neumerkel i Märtin, 1982). Najpovoljnija temperatura za rast iznosi približno 20 ˚C. Sunčano vrijeme pogoduje optimalnom rastu (Stanford, 1990.). Osim toga, silfija je izdržljiv usjev, može opstati i na niskim temperaturama, npr. na −30 ˚C.

Najpovoljniji uvjeti za rast ovog usjeva pružaju plodna, humusna tlo bogata vlagom u nizinskome području (Aurbacher i sur., 2012.; Sokolov i Gritsak, 1972.), kao što su šumsko tlo i tlo uz vodene putove (Fisher, 1966.). Hidromorfna su tla neprikladna (Aurbacher i sur., 2012.).

11

Tablica 1. prikazuje prinose biomase na različitim lokacijama Njemačke te opisuje utjecaj različitih tipova tla i nadmorskih visina. Nema jasnog utjecaja različitih tipova klime ili tla na prinos. Kako bilo, povećanjem nadmorske visine, skraćuje se vrijeme vegetacije, a prinos silfije biva niži. Ukratko, silfija tolerira razne uvjete tla, ali kvalitetno, prikladno tlo, nužno je za izdašan prinos (Franzaring i sur., 2014.; Grebe i sur., 2012.). Još jedno zanimljivo obilježje vrijedno razmatranja jest činjenica da se silfija može koristiti kao pionirski usjev u svrhu ponovno kultivacije tala niske kvalitete (Wrobel i sur., 2013.; Zhang i sur., 2010.).

Tablica 1. Prinosi suhe tvari (t ha−1) biljke Silphium perfoliatum L. pod utjecajem različitih tipova tla i nadmorskih visina u Njemačkoj

Tip tla Nadmorska visina (m)

Srednje g.oborina (mm)

Srednja g. temp. (˚C)

Prinos ST (t ha−1)

Lokacija Reference

Ilovača s pijeskom

11 534 8,0 16,8a Malchow

Neumerkel i Märtin (1982.)

Pijesak s ilovačom

25 515 8,2 15,9a Christinenfeld

Ilovača 75 469 8,8 13,4a BiendorfIlovača 190 506 8,6 19,0c BendelebenIlovača 310 580 7,6 17,7a GothaPijesak s ilovačom

342 744 7,7 12,2a Berthelsdorf

Pijesak s ilovačom

445 722 6,2 9,6b Bärenrode

Glina s ilovačom

475 777 6,6 9,9a Kalteneber

Pijesak s ilovačom

117 742 10,1 19,6d Rheinstetten-Forchheim

Stolzenburg i Monkos (2012.)

Ilovača 350 830 8,7 11.5d KupferzellPijesak s ilovačom

545 911 8,0 12,6d Aulendorf

Glina s ilovačom

720 901 5,8 7,3d Marbach

a-prosjek dvije žetvene godine c-prosjek 5 žetvenih godina b-prosjek 4 žetvene godine d-druga godina uzgoja-jedna žetvena godina

Silfija ima snažan sustav korijenja, što joj omogućuje da koristi podzemne vode duboko ispod površine tla (Schoo i sur., 2013.). U listovima mu se nakupljaju zalihe vode (Hayek i Hegi, 1918; Kovács, 2008). Sve to omogućuje silfiji da preživi vruća ljeta, zbog čega se uvrštava među usjeve otporne na sušu (Grebe i sur., 2012.; Schoo i sur., 2013.; Stanford, 1990.). Točnije, otporna je na sušna razdoblja od proljeća do ranog ljeta (od travnja do lipnja). Minimalna potrebna količina vode procjenjuje se na približno 400 i 500 mm godišnje, od

12

čega je 200 – 250 mm potrebno u periodu vegetacije, slično kao i kukuruzu (Grebe i sur., 2012.).Silfija se pokazao vrlo učinkovita u korištenju vode (Franzaring i sur., 2014.; Pan i sur., 2011.). U petogodišnjem pokusnom istraživanju (Pan i sur., 2011.), primijećeno je da silfija za sušnih perioda nadilazi učinkovitost kukuruza u iskorištavanju vode, dok kukuruz nadilazi silfiju u godinama s prosječnim ili nadprosječnim količinama oborine. K tome, ovo istraživanje pokazuje da silfija, u sušnim uvjetima, daje primjetno više biomase od kukuruza. S druge strane, kukuruz proizvodi nešto više biomase za prosječnih i vlažnijih godina (Pan i sur., 2011.). Samo je u pokusima Troxlera i Daccorda (1982.), primijećena osjetljivost na manjak vode.

Uz to, silfija doprinosi zaštiti klime, voda i tla. Zahvaljujući brzini i postojanosti kojima prekriva površinu na kojoj raste, opasnosti od erozije i ispiranja tla manje su no kod drugih energetskih usjeva (Aurbacher i sur., 2012.; Franzaring i sur., 2013.). Doprinosi stvaranju tla, sekvestaciji ugljika u tlu, a sve to vodi do veće plodnosti tla i smanjenju emisije stakleničkih plinova (Feldwisch, 2011.; Franzaring i sur., 2013.).

5. Uzgoj kulture Silphium perfoliatum L.

5.1. Očekivani produktivni životni vijek te izbor pretkulture i naknadnog usjeva

Silfija je višegodišnja biljka, koja, na povoljnoj lokaciji, može rasti približno 15 godina, bez potrebe za presađivanjem (Neumerkel i sur., 1978.; Niqueux, 1981.; Vacek i Repka, 1992.). Preporučljivi su predusjevi (predkulture) koji svojim svojstvima rasta suzbijaju korove, zbog teškoća koje korovi mogu prouzročiti tijekom prve godine uzgoja (Biertümpfel i sur., 2013.; Grebe i sur., 2012.). Zbog dugovječnosti silfije, utjecaj prethodnog usjeva nije odviše relevantan u kasnijim godinama. Kukuruz i žitarice mogu biti korišteni kao prethodni usjevi (Aurbacher i sur., 2012.; Biertümpfel i sur., 2013.; Neumerkel i sur., 1978.). Žitarice su prikladan naknadni usjev (poslije završetka uzgoja usjeva silfije) koji može spriječiti da silfija ponovno naraste, nakon što se više ne uzgaja i ne koristi (Biertümpfel i sur., 2013.; Grebe i sur., 2012.), a u tu svrhu mogu poslužiti i agresivnije trave poput engleskog i talijanskog ljulja.

5.2. Priprema tla

Nakon žetve prethodnog usjeva, tlo treba intenzivno obraditi kako bi se spriječio rast korova (Aurbacher i sur., 2012.; Sokolov i Gritsak, 1972.). Zatim je nužno pažljivo provesti predsjetvenu pripremu tla, koja čuva vlagu, čime se stvaraju optimalni uvjeti za uzgoj nove kulture i klijanje sjemena. Sjetvena površina treba biti mrvičaste strukture, rahla u površinskom sloju a zbijenija u donjem sloju (Aurbacher i sur., 2012.). Upotreba valjka, prije

13

sjetve, ako tlo nije dovoljno slegnuto ili nakon sjetve, doprinosi boljem kontaktu sjemena i tla i pospješuje nicanje (Neumerkel i sur., 1978.; Sokolov i Gritsak, 1972.).

5.3. Sjetva sjemena naspram sađenja presadnica

Usjev može generativno nastati izravnom sjetvom sjemena (Aurbacher i sur., 2012.; Kawahara i sur., 1977.b; Neumerkel i sur., 1978.; Sokolov i Gritsak, 1972.; Troxler i Daccord, 1982.; Vacek i Repka, 1992.; Vetter i sur., 2010.) ili sadnjom sadnica (Aurbacher i sur., 2012.; Neumerkel i sur., 1978.), kao i vegetativno, reznicama rizoma (Neumerkel i sur., 1978.).

5.4. Sjeme

Sokolov i Gritsak (1972.) te Troxler i Daccord (1982.) kao pogodno vrijeme za sjetvu preporučaju kasnu jesen, barem 15-20 dana prije prvog noćnog mraza, uz korištenje svježe sakupljenog sjemena, ili u proljeće, koristeći sjeme koje je bilo skladišteno više od dva mjeseca. Pokusi koje je proveo Vetter i sur., (2010.) pokazuju da je, u Njemačkoj, najranije vrijeme sjetve, koje rezultira dobri razvojem usjeva, sredina svibnja. Sjetva tijekom lipnja, srpnja ili kolovoza rezultira time da biljka ne pokrije u potpunosti površinu, kao što bi bilo očekivano. Pokusi kojima se istraživao utjecaj nadusjeva na zasnivanje usjeva silfije pokazali su da sjetva bez nadusjeva rezultira snažnijim razvojem klijanaca silfije. Nadusjev čini biljke silfije slabijim i otežava im razvoj (Neumerkel i Märtin, 1982.; Vetter i sur., 2010.). Neumerkel i Märtin (1982.) su utvrđivali optimalnu gustoću sjetve, i utvrdili da se najviši prinosi biomase (prosječno kroz 5 godina) postižu razmakom biljaka u redu 10 cm i razmakom redova od 50 cm (10 x 50 cm) . U slučajevima kada je gustoća bila smanjena (25 cm × 50 cm, 10 cm × 75 cm, 25 cm × 75 cm), prinos je bio manji. Sokolov i Gritsak (1972.) sugeriraju sjetvenu normu 15–20 kg ha−1, dubinu sjetve 1,5–2 cm te razmak među redovima od 70 cm.

Ako se koristi sjeme visoke kvalitete, potrebno ga je znatno manje kako bi biljke prekrile površinu, nego ako se koristi sjeme niže kvalitete. Biertümpfel i sur. (2013.) preporučuju sjetvenu normu od 2–2,5 kg ha−1, a Grebe i sur. (2012.) preporučuju 12-15 klijavih sjemenki po četvornom metru. No trenutno postoje mnogi problemi povezani sa sjemenom silfije te je potreba za daljnjim istraživanjima velika.

5.5 Prijesadnice

Sadnja prethodno uzgojenih prijesadnica trenutno je preferirana metoda, jer osigurava siguran i ravnomjeran usjev (Trölenberg i sur., 2012.; Vetter i sur., 2010.). U europskim klimatskim uvjetima, sadnja se obično provodi krajem svibnja ili početkom lipnja, uz korištenje strojeva za sadnju, kakve se koriste u povrtlarstvu i vrtlarstvu. Kasnije vrijeme za sadnju, od sredine srpnja, do sredine kolovoza, nije toliko preporučljivo, jer se redovi ne potpuno ravnomjerno, no mlade biljke ipak uspiju preživjeti zimu. Optimalna gustoća sadnje

14

je, prema izvještajima, četiri biljke po četvornom metru (Aurbacher i sur., 2012.; Stolzenburg i Monkos, 2012.; Vetter i sur., 2010.). Pokusi kojima se nastojalo utvrditi optimalnu gustoću sadnje, nisu se pokazali uvjerljivima. Stolzenburg i Monkos (2012.) usporedili su tri gustoće sadnje. Najviši prinosi biomase i izdanaka po četvornome metru, u vrijeme žetve, u prvoj žetvenoj godini, postignuti su najvećom gustoćom sadnje na razmak 50 cm x 50 cm. Prinos i broj izdanaka po četvornome metru bili su niži kod gustoće sadnje 75 cm × 30 cm i 75 cm × 50 cm. Kako bilo, pokusi koje su proveli Vetter i sur., (2010.) pokazuju da manja gustoća među biljkama (50 cm × 75 cm, 75 cm × 75 cm) daje veće prinose tijekom prve žetvene godine, nego što je slučaj sa većom gustoćom (50 cm × 50 cm). U drugoj su žetvenoj godini prinosi slični, bez obzira na gustoću.Zasnivanje usjeva silfije traži mnogo rada i novca. Biertümpfel i Conrad (2013.) usporedili su početne troškove sadnje i sjetve u prvoj godini. Prema njihovim izračunima, početni troškovi sadnje iznose između 5.159 i 5.190 eura po hektaru. Početni troškovi sjetve su približno 2.000 eura po hektaru niži, no veći je rizik da se usjev neće dobro razviti. Troškove povisuje upotreba sredstava za zaštitu biljaka tijekom prve godine.

K tome su Biertümpfel i Conrad (2013.) usporedili materijalne troškove uzgoja kukuruza i silfije (sa produktivnim životnim vijekom u trajanju od 10 g). Zasnivanje usjeva silfije sadnjom prijesadnica dovodi do materijalnih troškova 148–161 eura po toni silaže, dok u slučaju sjetve troškovi iznose 129–138 eura po toni silaže. Kukuruz, s materijalnim troškovima između 118 i 124 eura po toni silaže, jeftiniji je odabir. Još uvijek postoji potreba za optimizacijom zasnivanja usjeva silfije uz minimalizaciju troškova. Dodatni troškovi uzrokovani ekološkim potrebama nisu uvršteni u navedene izračune.

15

6. Gnojidba

Potreba za gnojidbom ovisi o hranjivim tvarima u tlu i unosu tih tvari u sustav biljke. Prikladan plan gnojenja je nužan za postizanje dobro razvijenog usjeva i visokih prinosa. Silfija ima velik kapacitet za iskorištavanje i zadržavanje hraniva (Neumerkel i sur., 1978.; Niqueux, 1981.).Kako bi se ocijenilo utjecaj dušika na povećanje prinosa, Neumerkel i Märtin (1982.), Daniel i Rompf (1994.), Vetter i sur., (2010.), Aurbacher i sur., (2012.), Stolzenburg i Monkos (2012.) te Pichard (2012.) proveli su gnojidbene pokuse. Tablica 2. pokazuje da porastom dostupnosti dušika, raste prinos biomase (Neumerkel i Märtin, 1982.). Eksperimenti koje su proveli Stolzenburg, Monkos (2012.) i Pichard (2012.) potvrđuju taj trend. U pokusima koje je proveo Pichard (2012), prvih 100 kg ha−1 dušika imalo je jako snažan utjecaj na prinos, ali kod većih doza dušika učinak na povećanje prinosa prestao je biti uočljiv (Daniel i Rompf, 1999.; Neumerkel i Märtin, 1982.; Pichard, 2012.).

Tablica 2. Učinak N gnojidbe na prinos suhe tvari (t ha−1) biljke Silphium perfoliatum L.

Količina dušika (kg N ha−1

Prinos ST (t ha−1)

Neumerkel i Märtin (1982.)c

Daniel i Rompf (1994.)d

Vetter i sur. (2010.)

Stolzenburg i Monkos (2012.)f

Pichard (2012)g

0 10.6 9.2 11.6–14.689a 20.5100 13.1 16.8–17.2120 16.1160/160b 17.1/22.5200 16.2–24.7 17.1 16.2–19.7240 14.9 19.2300 16.0–27.0 17.0–20.1400 18.6–19.5480 15.4

a-digestatb-mineralno gnojivo i digestatc-prosjek kroz 6 žetvenih godinad-rang kroz tri godinee-druga godina uzgoja f-druga godina uzgojag-rang kroz drugu i treću godinu

16

Gnojidba s vrlo velikim dozama dušika dovodi do smanjenja prinosa, zbog toksičnog učinka (Pichard, 2012) i povećane opasnosti od polijeganja biljaka (Aurbacher i sur., 2012.).

Za gnojidbu silfije mogu se koristiti organska i mineralna gnojiva. Vetter i sur. (2010) koristili su mješavinu mineralnih gnojiva i tekuće digestate od bioplinskih postrojenja. Kombinacija prirodnih digestata i mineralnih gnojiva dala je najviše prinose. Prema izvještaju Conrad i sur., (2009.), usjev treba 1 kg dušika da proizvede 10 kg suhe tvari. Aurbacher i sur., (2012.) preporučuju inicijalnu gnojidbu sa 50 kg N ha−1 u godini zasnivanja te jednu gnojidbu godišnje početkom vegetativnog razdoblja sljedećih godina, otprilike 130–160 kg N ha−1, umanjeno za trenutnu vrijednost dušika u tlu (Aurbacher i sur., 2012.; Conrad i sur., 2009.). Naknadna gnojidba je otežana zbog rasta (visine) biljaka.

Šiaudinis i sur., (2012.b) testirali su utjecaj vapna (0,3 i 6 t ha−1CaCO3) i dušika (sa 0, 60 i 120 kg ha−1) na prinos. Gnojidba vapnom od 6 t ha−1, dovela je do povećanja prinosa za 15,5 %, 44,2% i 22,9% kroz tri godine uzgoja. Najveća doza dušika od 120 kg ha−1 imala je najveći učinak na prinos i dovela je do povećanja prinosa za 41,1%, 20,1% i 20,0% u tri godine uzgoja.

Ovisno o opskrbljenosti tla hranivima, nužno je gnojenje fosforom, kalijem i magnezijem. Iznošenje fosfora prosječnim prinosom silfije približno je 30 kg ha−1, magnezija 60 kg ha−1, a kalija približno 250 kg ha−1 (Conrad i sur., 2009.).

6.1. Kontrola korova i štetnika

Tijekom prve godine rasta, silfija polako napreduje i tek u ljeto posve prekriva tlo. To znači da je nužno dovoljno rano povesti računa o korovima, kako bi se razvio dobar usjev. Tijekom vegetativnog perioda, prostor među redovima treba nekoliko puta, ručno ili strojno, kultivirati i oplijeviti (Aurbacher i sur., 2012.; Neumerkel i sur., 1978.; Niqueux, 1981.; Sokolov i Gritsak, 1972.). Selektivni bi herbicidi znatno uštedjeli vrijeme i trud, ali trenutno nema registriranog herbicida koji bi se mogao koristiti u usjevu silfije (Grebe i sur., 2012.; Vetter i sur., 2010.). Vetter i sur., (2010) proveli su nekoliko pokusa kako bi pronašli odgovarajući herbicid za tu svrhu, ali u tome su imali samo djelomičan uspjeh. Od druge godine nadalje, usjev rapidno prekiva kompletno tlo stoga više nije nužno brinuti o korovu.

17

Tek posađeni nasad silfije (26.5.2017.) (Izvor: Josip Leto)

Pojava korova u nasadu silfije (3.7.2017.) (Izvor: Josip Leto)

18

Mehanički kultivirani usjev silfije (13.9.2017.) (Izvor: Josip Leto)

Pojava korova u 2. godini rasta (11.5.2018.) (Izvor: Josip Leto)

19

Silfija nadrasta korov u 2. godini uzgoja (4.6.2018.) (Izvor: Josip Leto)Ličinke Autographa gamma, Amphipyra tragopogonis i noćnog leptira Hecatera bicolorata pronađene su na listovima silfije, a na stabljikama su pronađene ličinke i nekih drugih vrsta moljaca (Neumerkel i sur., 1978.). Puia i Szabó (1985.) izvijestili su da su neke od korjena klijanaca silfije pojeli kukci koji žive na tlu. Nedavno su u silfiji u Južnoj Dakoti i Wisconsinu primijećene štetočine: ličinka divovskog moljca Eucosma giganteana (Johnson i Boe, 2011.; Johnson i sur., 2012.), ličinka cvjetnog kukca Mordellistena cf. aethiops (Johnson i sur., 2012.), uš (Uroleucon cf. ambrosiae – Hemiptera: Aphidae) i parazitska osa (Acanthocaudus n.sp., Hymenoptera: Braconidae) (Johnson i Boe, 2011.). Konkretno, ličinka E. giganteana čini golemu štetu na pokrovnom meristemskom tkivu, uključujući rizome i cvjetne pupoljke, što može dovesti do potpune propasti (Johnson i Boe, 2011.; Johnson i sur., 2012.).

Gljive također mogu prouzročiti štete na usjevu. Vlažno vrijeme ljeti pogoduje razvoju gljive Sclerotinia koja napada stabljike (Aurbacher i sur., 2012.; Niqueux, 1981.; Stolzenburg i Monkos, 2012.; Troxler i Daccord, 1982.). Rana žetva sprječava gljive da razviju stalan plod, time se smanjuje njihova proširenost (Aurbacher i sur., 2012.; Grebe i sur., 2012.). Neke od ostalih gljiva koje štete prinosima su: Fusarium spp., Alternaria spp., Botrytis spp. Nisu poznati podaci o štetama. Općenito, Fusarium spp. i Alternaria spp. napadaju sjeme (Neumerkel i Märtin, 1982.). Za svježih i vlažnih jeseni, Botrytis spp. može napasti cvjetne pupove, uzrokujući venuće i crnjenje prije no što se otvore (Niqueux, 1981.; Stanford, 1990.). Još su neko određeni gljivični biljni patogeni dijagnosticirani, uključujući Uromyces silphii (Arthur, 1908., 1907.), Uromyces junci (Arthur, 1908.), Septoria silphii (Arthur, 1907.; Martin, 1887.), Puccinia silphii (Arthur, 1907., 1906.; Brenckle, 1918.; Burrill, 1885.), Puccinia obtecta (Arthur, 1908.), Puccinia albiperidia (Arthur, 1906.) i Ascochyta silphii sp. (Bedlan, 2014.). Nisu poznati specifični fungicidi koji bi se primijenili na silfiji (Biertümpfel i sur., 2013.). Stolzenburg i Monkos (2012.) također su pronašli bakterijsku infekciju koju uzrokuje Pseudomonas syringae.

20

7. Trenutni uzgoj, žetva i pretvorba S. perfoliatuma L. u bioplin u usporedbi sa drugim energetskim usjevima

Danas postoji velik interes za uporabom silfija u svrhu proizvodnje bioplina te mnogi europski proizvođači bioplina i istraživačke grupe uzgajaju ovaj usjev. Nekoliko je istraživanja usporedilo prinose i proizvodnju plina od silfije, kukuruza i ostalih alternativnih energetskih usjeva. Procijenjeno je da se 400 ha tla u Njemačkoj koristi za uzgoj silfije (Biertümpfel i sur. 2013.). Podaci nisu dostupni za ostale države.

7.1. Proces žetve

Žetva se zasad provodi uporabom uobičajenom tehnike prikupljanja kakvu se koristimo za žetvu kukuruza. Usjev se žanje silažnim kombajnom, prevozi prikolicom i konačno, silira (Aurbacher i sur., 2012.). Postoji alternativna mogućnost da se silfija, nakon što se pokosi, ostavi da provene, prije no što se silira.

S. perfoliatum L. se može žeti jednom do dva puta godišnje. Žetva krajem cvatnje i početkom razvoja sjemena, što je europskim umjerenim klimatskim uvjetima u rujnu, može se smatrati konvencionalnom (Aurbacher i sur., 2012.).

Ako se žanje dva puta, prva žetva u Europi je obično sredinom lipnja, kada počinje pupanje, a druga je u rujnu, prije prvoga mraza (Neumerkel i sur., 1978.; Sokolov i Gritsak, 1972.).Dvije žetve godišnje rezultiraju manjim sadržajem vlakana u biljnome materijalu, što je značajka ranije žetve, a što bi trebalo, teoretski, dovesti do viših prinosa metana u suhoj tvari, iako takva biomasa sadrži manje suhe tvari i manji prinos suhe tvari po hektaru (Aurbacher i sur., 2012.). Kako bi se nadoknadio taj manjak prinosa, silfija se žanje drugi put u jesen. Pichard (2012.) je utvrdio da je prinos jedne jedine žetve krajem sezone veći od ukupnog prinosa obiju žetvi u jednoj godini. K tome, samo jedna žetva krajem sezone cvatnje ima ekološke prednosti, jer cvjetovi i listovi mogu, kroz dulje vrijeme, poslužiti kao sklonište različitim životinjama (uključujući kukce).

7.2. Prinos suhe tvari

Biomasa silfije isplativa je za korištenje tek od druge vegetativne godine nadalje, jer se tijekom prve godine formiraju samo lisne rozete, pa je prinos ST približno 3,7 t ha−1 (Troxler i Daccord, 1982.). Prinos u kasnijim godina iznosi oko 11–22 t ST ha−1 (Wrobel i sur., 2013, Mast i sur., 2014, Šiaudinis i sur., 2012a, Troxler i Daccord, 1982, Neumerkel i sur., 1978), ali ima i iznimki s prinosom od približno 7 t ha−1 (Puia i Szabó, 1985.; Slepetys i sur., 2012.) do više od 36,6 t ha−1 (Daniel i Rompf, 1994.). KTBL, njemačko Udruženje za tehnologiju i civilno agrikulturalno inženjerstvo, zajedno sa njemačkom Agencijom za obnovljive resurse (FNR)

21

koja se bavi statistikama o bioplinu u Njemačkoj, niske prinose silfije procjenjuju na 11–13 t ha−1, prosječne na 13–15 t ha−1, a visoke prinose na 15–17 t ha−1. Radi usporedbe, prinosi trava procijenjeni su na 7,5–12,5 t ha−1, a kukuruza na 14 to 21 t ha−1 (Grebe i sur., 2012.).

Zabilježene su mnoge varijacije prinosa, zbog raznih faktora koji na nj utječu, prije svega: klime, tla, uzgojnih mjera i najvažnije, roka žetve.

Pichard (2012.) te Daniel i Rompf (1994.) istraživali su utjecaj različitih rokova žetve na prinos silfije. Rezultati su pokazali da prinos raste od stadija pupanja, kroz stadij cvatnje, do sazrijevanja sjemena, što znači da kasnija žetva daje viši prinos suhe tvari. Međutim, Stolzenburg i Monkos (2012.) naglašavaju da se ne bi trebalo žeti prekasno. Primijetili su da se prinos smanjuje od sredine rujna nadalje (u Njemačkoj). Taj je učinak vjerojatno uzrokovan opadanjem lišća. Nasuprot tim istraživanjima, Vetter i sur., (2010.) nije primijetio nikakav jasan trend koji bi povezivao prinos biomase sa vremenom žetve između kasnog kolovoza i ranog listopada, u europskim klimatskim uvjetima.

Prinosi ST silfije su jednaki prinosima kukuruza, ili nešto niži. Conrad i sur., (2009.) i Vetter i sur. (2007.) su utvrdili približno jednake prinose ST po hektaru silfije i kukuruza. Aurbacher i sur. (2012.) su izvijestili da su prinosi silfije po hektaru približno 20% niži od kukuruza, a Stockmann i Fritz (2013.) da silfija daje 20–50% niže prinose po hektaru od kukuruza, iako su imali vrlo dobre rezultate s jednim poljem silfije.

Vetter i sur. (2007.) su uspoređivali prinose silfije, sudanske trave i krmnog sirka, i utvrdili su prinosi silfije po hektaru 18–62% viši od prinosa sudanske trave i jednaki ili 34% veći od prinosa sirka. Ti rezultati sugeriraju da se silfija prinosom može mjeriti sa drugim energetskim usjevima koji se trenutno koriste.

Dostupno je primjetno manje informacija o drugim vrstama Silphiuma. Vetter i sur. (2010.) usporedili su S. perfoliatum L. s dvije druge vrste silfije - S. trifoliatum L. i S. lacinatum L. Otvrđeno je da druge dvije vrste nisu uspjele posve prekriti tlo krajem prve godine, niti im je naraslo mnogo stabljika tijekom druge godine. To je značilo da je prinos biomase ove dvije vrste silfija bio više no upola manji u donosu na S. perfoliatum L.

7.3. Sadržaj suhe tvari

Doba žetve ne samo da ima utjecaj na prinos biomase, već i na sadržaj suhe tvari svježe požnjevene silfije. Ako ima malo suhe tvari, odnosno, ako ima puno vode, to je nepovoljno za siliranje, transport i preradu. Kako bi se osigurala visoka kvaliteta silaže, poželjan je sadržaj suhe tvari 260–300 g kg−1 (Grebe i sur., 2012.). Istraživanja koja su proveli Pichard (2012.), Stolzenburg i Monkos (2012.), Piłat i sur. (2007.), Daniel i Rompf (1994.) te Majtkowski i sur. (2009.) pokazuju da se sazrijevanjem silfije povećava sadržaj suhe tvari, kao što je prikazano u tablici 3. Zbog toga je naglašena važnost kasnije žetve, kako bi se dobio optimalan sadržaj suhe tvari.

22

Tablica 4. Količina suhe tvari (ST) u različitim stadijima Silphium perfoliatum L.

Vrijeme žetve ST (g kg-1) ReferenceVegetacija 80 cm visine 144Vegetacija 100 cm visine 168Stadij zrna 188 Pichard (2012)10% cvatnje 21050% cvatnje 234Sjeme 249Sredina kolovoza 242Sredina rujna 270 Stolzenburg iPolovica rujna 285 Monkos (2012)Rani listopad 357Vegetativni stadij 87,7-115,5Početak cvatnje 208,1-222,2 Pilat i sur., (2007)Početak osjemenjavanja 236-256,6Osjemenjavanje 113-116Cvatnja 161-185 Daniel i Rompf (1994)Cvjetanje 161-185Nakon cvjetanja 212-237

7.4. Kemijski sastav

Potencijal usjeva za proizvodnju metana (ili bilo koje organske tvari) pod snažnim je utjecajem kemijskog sastava, kao što se može izračunati Buswellovom jednadžbom (Buswell i Hatfield, 1936.). Sadržaj lignoceluloze (vlakana) je naročito važan zbog toga što je razgradnja celuloze spora u usporedbi sa drugim ugljikohidratima (Noike i sur., 1985.). Lignin ne može biti razlomljen anaerobno, a visoke razine lignina mogu prevenirati raspadanje celuloze (Frigon i Guiot, 2010.). To „opiranje“ biljnog materijala biološkoj razgradnji povećava se s vremenom (zrenjem usjeva) (Frigon i Guiot, 2010.) zbog toga što se vlaknasti sadržaj povećava zrenjem usjeva (Aurbacher i sur., 2012). Rok i učestalost žetve, stoga, imaju veliki utjecaj na prinos bioplina.

Biomasa požnjevene silfije sadrži 50–85 g kg−1 sirovih proteina, 21–25 g kg−1 sirove masti, 230–300 g kg−1 sirovih vlakana (Majtkowski i sur., 2009.). Sadržaj tih spojeva pod snažnim je utjecajem roka žetve. Krajem sezone rasta, sadržaj pepela (neprobavljive tvari) i vlakana se povećava, dok se sadržaj proteina i masti (lako probavljivi sadržaj) smanjuje. Sadržaj suhe tvari u silfije se povećava od vegetativne faze do početka opadanja sjemena, a sadržaj proteina se smanjuje. Neutralna detergent vlakna (NDV: celuloza, hemiceluloza i lignin), te kisela detergent vlakna (KDV: celuloza i lignin), rastu zrenjem usjeva. To znači što je silfija starija, to je čvršća.

23

Zrenjem usjeva se također smanjuje količina lako dostupnih šećera (Stolzenburg i Monkos, 2012.). Ukratko kako se usjev razvija i zrije, povećava se prinos biomase, dok specifični prinos metana opada, pa je za postizanje visokih prinosa bioplina nužno utvrditi optimalno vrijeme žetve. Slično je i s drugim energetskim usjevima kao što su kukuruz (Amon i sur., 2007.) i trave (Seppälä i sur., 2009.).

7.5. Skladištenje

Siliranje se u Europi obično radi s travama, žitaricama i drugim usjevima, jer stvaranje kiseline u procesu siliranja čini usjev otpornim na mikrobiološko propadanje, a njegova alternativa, sušenje, nije uvijek moguće u europskim klimatskim uvjetima (Wilkinson, 2005.). Siliranje silfije je proučavano 1980 ih i 1990 ih godina, dok je silfija smatrana stočnom hranom. Silfija sadrži veliku količinu vodotopivih ugljikohidrata, što je povoljno za fermentaciju mliječne kiseline te mnoga istraživanja navode da je razina pH dobra tijekom siliranja silfije (Daniel i Rompf, 1994.; Neumerkel i Märtin, 1982.; Troxler i Daccord, 1982.). Međutim, sadržaj suhe tvari požnjevene silfije često je premalen za visokokvalitetno siliranje, što može dovesti do velikog gubitka silažnog soka i manjka hranjivih tvari za fermentaciju. Troxler i Daccord (1982.) silirali su silfiju požnjevenu u rano ljeto (11% ST) i utvrdili gubitak ST od oko 11% s dodatnim gubicima otjecanjem silažnog soka do 13%.

Jako je poželjno provenuti biljke silfije poslije košnje, kako bi se osigurala silaža visoke kvalitete (Han i sur., 2000.a, 2000.b). Ako se biljke ostave poslije košnje da provenu kroz 48 h, uvelike se poboljšava proizvodnja mliječne kiseline i reducira proizvodnju acetata. Han i sur. (2000.b) također su utvrdili neke gubitke ST i nakon siliranja (oko 5%).

Gubici se mogu svesti na najmanju moguću mjeru, a proces siliranja može poboljšati dodavanjem dodatnih ugljikohidrata (Daniel i Rompf, 1994.) i korištenjem silažnih aditiva kakva je npr. mravlja kiselina (Niqueux, 1981.; Vetter i sur., 2010.). Niqueux i sur. (1981.) utvrdili su gubitak 22% silaže bez dodataka aditiva i 15% gubitka silaže s primjenom 5 l t−1

mravlje kiseline. U oba su slučaja, gubitci su bili uzrokovani otjecanjem silažnog soka. Miješanje silfije sa pšenicom, zobi ili kukuruzom, pomaže u uspješnijem siliranju (Sokolov i Gritsak, 1972.).

7.6. Potencijal silfije za proizvodnju biometana

Metan se stvara iz supstrata, zvanog biometanski potencijal (BMP) ili specifičnog prinosa metana (SPM) i mogu biti testirani u laboratorijskim anaerobnim uvjetima (BMP test). Podaci pokazuju da se prinos metana postignut u laboratorijskim uvjetima ne može postići u praksi i naglašavaju probleme obrade, koji nisu vidljivi u laboratorijskim mjerenjima, kao što je nastanak plutajućeg sloja (Thamsiriroj i Murphy, 2010.). Teško je usporediti prinose metana iz različitih istraživanja, budući da oni variraju ovisno o aktivnosti mikroorganizama, korištenom supstratu i drugim čimbenicima (Drosg i sur., 2013.).

24

Mast i sur., (2014.) proveli su BMP test na silfiji i kukuruzu. Utvrdili su prinos metana biomase silfije 0,232 – 0,275 m3 kg−1 organske suhe tvari (OST), nakon 35 dana, što je oko 21 % manje nego u kukuruzu. Vetter i sur., (2010.) proveli su BMP test na silažu silfije i utvrdili prinos metana između 0,253 i 0,289 m3 kg−1 na OST bazi (nakon 35 dana). Nema podataka o proizvodnji metana u razdoblju trajanja duljem od 35 dana.

Niti jedna studija nije obradila utjecaj prethodne obrade (predtretmana) u proizvodnji bioplina iz silfije. Kod drugih vlaknastih supstrata, otkriveno je da različiti tipovi prethodne obrade povećavaju prinos bioplina i sprječavaju probleme obrade u reaktoru (Montgomery i Bochmann, 2014.). To uključuje prethodnu mehaničku obradu mljevenjem, toplinskom ili visokotlačnom prethodnom obradom (predtretmanom), drobljenjem stabljike te bioloških predtretmana enzimima ili mikroorganizmima.

7.7. Prinos metana po hektaru

Prinos metana po hektaru na bazi suhe tvari pruža samo djelić ukupne slike. Površina tla potrebnog za dobivanje biomase utječe na cijenu naknadno proizvedenog metana (Walla i Schneeberger, 2008.). Dva čimbenika: prinos biomase (kg ha−1) i specifični prinos metana (m3

metana kg−1 OST) mogu biti kombinirana kako bi se dobio prinos metana po hektaru (izraženo kao m3 ha−1). Kako bi se dobilo profitabilan prinos metana, treba optimizirati različite parametre. To uključuje parametre koji se odnose na usjev, kao što su izbor mjesta i načina uzgoja u prvoj godini, te parametre koji se odnose na anaerobnu digestiju, kao što su supstrati i vrijeme zadržavanja u digestoru.

Mast i sur. (2014.) izračunali su količinu metana po hektaru koristeći specifičan prinos metana (m3 kg−1) dobiven BMP testom. Utvrdili su prinos metana silfije do 4.301 m3 ha−1. Nekoliko drugih studija pokazuje prinose metana silfije, ali specifični prinosi metana nisu dobiveni BMP testovima, nego su izračunate iz kemijskih sastava (Stolzenburg i Monkos, 2012.; Vetter i sur., 2010.). To nije točan način za utvrđivanje prinosa metana, ali su rezultati uključeni radi prikaza raspona prinosa metana koji se može postići po hektaru, ovisno o metodama uzgoja. Vetter i sur. (2010.) izvijestili su o vrlo varijabilno izračunatom prinosu metana od oko 2.754–9.030 m3 ha−1, ovisno o lokaciji, godini i porijeklu sjemena. Međutim, zabilježili su da su prinosi metana dobiveni BMP testovima općenito bili oko 15% niži od njihovog izračuna prinosa metana, dakle, stvarne su vrijednosti bile između 2.333 i 7.675 m 3

ha−1.

Döhler i sur. (2013.) i Grebe i sur. (2012.) procjenjuju prinos metana po hektaru na 2.871–3.828 m3 (volumen u standardnim uvjetima), što je oko 35% manje od silaže kukuruza. Međutim, napominju da se njihove vrijednosti za silfiju temelje na vrlo malo podataka. Više mjerenja biometanskog potencijala silfije je hitno potrebno provesti da bi se dobila slika o potencijalu ove vrste u proizvodnji bioplina.

25

7.8. Kontinuirana anaerobna digestija

Vetter i sur. (2007.) mjerili su prinos metana kod silfije koristeći anaerobnu digestiju. Njihovi rezultati podupiru tezu da silfiji treba više vremena za digestiju nego ostalim supstratima. Tri su reaktora bila napunjena s 80% goveđe gnojovke i 20% silfije, čičoke (Helianthus tuberosus) ili lucerne (Medicago sativa) (na bazi organske ST) kroz 40 dana. Volumeni plina dani su pod standardnim uvjetima (0 ˚C, 1 atm). Reaktori su pokazali stabilnu anaerobnu digestiju i pH tijekom trajanja testa, koji je bio iznimno kratak za takvu studiju (60 dana) te nije bio dovoljno dug za donošenje zaključaka o ovome usjevu. Bioplin sva tri reaktora sadržavao je 60% metana, ali je prinos metana od silfije bio relativno nizak (0,185 m 3 kg−1). Dok je čičoka imala prosječni prinos metana (0,209 m3 kg−1), a lucerna je imala najviši prinos metana (0,236 m3 kg−1). To je vjerojatno zbog toga što je lucerna bogata proteinima, što daje više metana nego ugljikohidrati (Drosg i sur., 2013.). Međutim, u članku je navedeno da ove vrijednosti treba promatrati s oprezom, zbog vrlo kratkog vremena u kojem su izmjereni (60 dana), s velikom promjenjivošću proizvodnje metana iz dana u dan. Oni sugeriraju dulje vrijeme zadržavanja supstrata u fermentoru, jer se organski sadržaj suhe tvari reaktora povećao kroz 60 dana, unatoč nedostatku prinosa metana. Ovo sugerira da se silfija razgrađuje sporije od drugih supstrata, poput kukuruza.

7.9. Praktično razmatranje

Nije dostupna niti jedna publikacija koja bi potpuno jasno govorila o digestiji silfije u reaktorima bioplina. Ipak, moguća su neka praktična razmatranja na temelju drugih bioplinskih supstrata koji su vlaknasti i sporije se razgrađuju od gnoja ili kukuruza. Iako se trava i silfija na prvi pogled možda ne doimaju sličnima, obje se biljke mogu smatrati vlaknastom supstratima, jer nemaju zrna bogata škrobom, kao što imaju kukuruz i ostale žitarice. Problem akumulacija vlakana trave i formiranja gustog plutajućeg sloja uobičajen je kada je velika količina vlaknastih supstrata korištena u bioplinskim reaktorima dizajniranim za manje vlaknaste podloge (Thamsiriroj i Murphy, 2010.). To se može dogoditi i sa silfijom. Kako bi se to spriječilo, mogu se koristiti mehanički ili biološki predtretmani (mljevenje, tretmani enzimima i mikroorganizmima) (Montgomery i Bochmann, 2014.).

8. Potrebe za daljnjim istraživanjem i razvojem

Postoji velika potreba za istraživanjem, kako bi se optimiziralo zasnivanje nasada silfije i smanjili troškovi u prvoj godini. Razvoj tehnologija proizvodnje sjemena i metoda borbe protiv korova nužni su. Neki su problemi izravno vezani uz sjetvu, npr. preniski postotak klijavosti sjemena (Trölenberg i sur., 2012.), nedovoljno iskustvo s dobrim uvjetima sjetve

26

(Biertümpfel i sur., 2013.). Drugi se problemi odnose na zasnivanje usjeva, spor razvoj prijesadnica, potrebu za zaštitom biljka, te problem korova (Vetter i sur., 2010.). Najzad, nedostatak sjemena glavna je zapreka uzgoju ove kulture (Aurbacher i sur., 2012.).

Za kontrolu korova u prvoj godini nužno je utvrditi specifične herbicide (Vetter i sur., 2010.). Trenutno je osjetljivost na bolesti i štetnike niska (Aurbacher i sur., 2012.; Niqueux., 1981; Stolzenburg i Monkos, 2012.; Troxler i Daccord, 1982.).

Biljke silfija su genetski heterogene. Bilo bi zanimljivo proučiti silfije iz različitih geografskih izvora, time bi se prikupila nova saznanja. Sljedeće bi karakteristike mogle biti zanimljive za razvoj novih varijeteta silfije - brzina razvoja (spor-brz), prinos biomase, visina, broj listova, kemijski sastav i tome slično (Biertümpfel i Conrad, 2013.). Dobro bi došla nova istraživanja o optimizaciji žetve, posebno s obzirom da silfija ima tendenciju da odbacivanja lišće krajem cvatnje. Gubitak listova može imati značajan utjecaj na gubitak metana (Motte i sur., 2014.).

27

9. Zaključci

S. perfoliatum L. nije rasprostranjena kultura iako ima vrijedna svojstva dobrog energetskog usjeva.

Silfija se može koristiti do 15 godina, bez potrebe ponovne sadnje, nije jako osjetljiva na štetnike i bolesti (prema trenutnim saznanjima) i stvara mnogo biomase.

Zahvaljujući sustavu svog korijenja i mjeri u kojoj prekriva tlo, sprječava ispiranje hranjivih tvari i eroziju tla.

Mnogo žutih cvjetova ljeti ga čini atraktivnim izvorom hrane za oprašivače. Silfija je tolerantna na različite ekološke uvjete, ali kako bi se optimizirao prinos, treba

voditi računa o uvjetima uzgoja. Vrijeme sjetve i početna njega osobito su važni za uspjeh u kasnijim godinama.

Trenutna istraživanja pokazuju da je sadnja prijesadnica bolja metoda od sjetve, premda je skuplja.

Navodnjavanje je preporučljivo za povećanje prinosa. Korove treba odstranjivati nekoliko puta, dok silfij ne prekrije tlo. Od druge godine

nadalje, silfija je manje zahtjevan. U proljeće je potrebno upotrijebiti prikladno gnojivo. Najbolje je provesti jednu žetvu krajem razdoblja cvatnje, ako se želi dobiti visoki

prinos. Silfija ima mnogo vlakana što dovodi do slabije digestacije. Godišnji prinos suhe tvari

je približno 15 t ha−1, a potencijal biometana u 35 dana 0,260 m3 kg−1 (0,232–0,289 m3 kg−1).

Nedostaci su nemogućnost žetve u prvoj godini, napor pri sadnji zbog nedovoljno kvalitetne tehnologije i zahtjevnost tijekom prve godine zbog sporog razvoja sadnica.

Potrebna su istraživanja učinkovitosti herbicida i tehnologije sadnje i sijanja. Također je potrebno bolje proučiti osjetljivost silfije na patogene i razviti sorte s

boljim značajkama. Zaključno, visoki prinosi biomase i biometana te otpornost, prilagodljivost i niski

troškovi uzgoja nakon prve godine, čine S. perfoliatum L. vrijednim energetskim usjevom za proizvodnju bioplina.

28

10. Literatura

1. Aurbacher J, Benke M, Formowitz B, Glauert T, Heiermann M, Herrmann C, Idler C, Kornatz P, Nehring A, Rieckmann C, Rieckmann G, Reus D, Vetter A, Vollrath B, Wilken F, Willms M. (2012). Energiepflanzen für Biogasanlagen (Broschüre No. 553). Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.(FNR), Rostock.

2. Biertümpfel A, Conrad M. (2013). Teilvorhaben 2: Optimierung des Anbauverfahrens und Bereitstellung von Selektionsmaterial (Abschlussbericht No. FKZ-NR.: 22012809). Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL).

3. Biertümpfel A, Reinhold G, Götz R, Zorn W. (2013). Leitlinie zur effizienten und umweltverträglichen Erzeugung von Durchwachsener Silphie (Leitlinie No. 1). Leitlinien der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft.

4. Buswell A.M, Hatfield W.D. (1936). Anaerobic Fermentations. Division of Illinois State Water Survey Bulletin: pp 32.

5. Clevinger J.A. (2004). New combinations in Silphium (Asteraceae: Heliantheae). Novon 14, 275–277.

6. Conrad M, Biertümpfel A, Vetter A. (2009). Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) – von der Futterpflanze zum Koferment F.N.R. Gülzower Fachgespräche. In: Presented at the 2nd Symposium Energiepflanzen, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow: 281–289.

7. Daniel P, Rompf R. (1994). Possibilities and limits in the utilization of Silphium perfoliatum as a fodder plant, renewable raw material and a landscape conservation plant. Agribiol. Res. 47: 345–353.

8. Döhler H, Eckel H, Fröba N, Grebe S, Grube J, Hartmann S, Hauptmann A, Horlacher D, Horn C, Hofmann M, Häußermann U, Möller K, Klages S, Sauer N, Nakazi S, Niebaum A, Paterson M, Roth U, Schultheiß U, Stadelmann M, Vandré R, Wirth B, Witzel E, Wulf S. (2013). Faustzahlen Biogas, 3rd ed. KTBL, Darmstadt.

9. Drosg B, Braun R, Bochmann G, Al Saedi T. (2013). Analysis and characterisation of biogas feedstocks. In: Wellinger, A., Murphy, J., Baxter, D. (Eds.), The Biogas Handbook: Science, Production and Applications. Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK: 52–84.

10. EEG. (2014). Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (Erneuerbare-EnergienGesetz – EEG), BGBl. I S. 1218.

11. EurObserv’ER. (2012). Biogas barometer. Syst. Sol. J. Énerg. Renouv. 212: 66–78.

29

12. Feldwisch N. (2011). Umweltgerechter Anbau von Energiepflanzen. Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), Dresden.

13. Fisher T.R. (1966). The Genus Silphium in Ohio. Ohio J. Sci. 66: 259–263.

14. FNR. (2014). Bioenergy in Germany: Facts and Figures (No. 484). Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Germany.

15. Franzaring J, Holz I, Müller M, Kauf Z, Fangmeier A. (2013). Reaktionen der Energiepflanzen Sida und Silphie auf erhöhte Temperaturen, reduzierte Niederschläge und den CO2-Düngeeffekt (Status Report No. FKZ 22400511). FNR.

16. Gathmann A, Rothmeier I. (2005). Dispersal of the European Corn Borer (Ostrinia nubilalis Hbn.) in southern Rhineland – results of the infestation assessment 2002 and 2003. J. Plant Dis. Protect. 112: 200–203.

17. Gebrezgabher S.A, Meuwissen M.P.M, Oude Lansink A.G.J.M. (2010). Costs of producing biogas at dairy farms in The Netherlands. Int. J. Food Syst. Dyn. 1: 26–35.

18. Geršl ˇ M, Gerslová ˇ E, Marecek ˇ J, Matysek D, Vítez ˇ T. (2014). Biogas production, input substrates and its resulting digestate mineral composition (Abstract). In: Presented at the Goldschmidt Conference, California, USA: p. 791.

19. Grebe S, Beleu T, Döhler H, Eckel H, Frisch J, Fröba N, Funk M, Grube J, Hartmann S, Horlacher D, Hor, C, Kloepfer F, Lorbacher F.R, Sauer N, Schroers J.O, Wirth B, Witzel E. (2012). Energiepflanzen: Daten für die Planung des Energiepflanzenanbaus, 2nd ed. KTBL, Darmstadt.

20. Han K.J, Albrecht K.A, Mertens D.R, Kim D.A. (2000.a). Comparison of in vitro digestion kinetics of cup-plant and alfalfa. Asian Australas. J. Anim. Sci. 13: 641–644.

21. Han K.J, Albrecht K.A, Muck R.E, Kim D.A. (2000.b). Moisture effect on fermentation characteristics of cup-plant silage. Asian Australas. J. Anim. Sci. 13: 636–640.

22. Hayek A, Hegi G. (1918). Dicotyledones. In: Hegi, G. (Ed.), Illustrierte Flora von Mittel-Europa. Mit Besonderer Berücksichtigung von Österreich, Deutschland Und Der Schweiz. A. Pichler’s Witwe & Sohn, Wien, pp. 495–496. 372 M. Gansberger et al. / Industrial Crops and Products 63 (2015): 362–372

23. Huxley A.J, Griffiths M, Levy M. (1992). The New Royal Horticultural Society Dictionary of Gardening. Macmillan Press, London, UK.

24. Jabłonski ´ B, Kołtowski Z. (2005). Nectar secretion and honey potential of honeyplants growing under Poland’s conditions – Part XV. J. Apic. Sci. 49: 59–63.

25. Johnson P.J, Boe A. (2011). Three interesting insects and the cause of reduced vigor of cup plant (Silphium perfoliatum) in agronomic plantings. Proc. South Dakota Acad.

30

Sci. 90: p. 209 (Abstract).

26. Johnson P.J, Boe A, Albrecht K.A, Torrez V.C. (2012). Recent discoveries and development in the entomology of bioenergy crop production. In: Sun Grant (Ed.), Science for Biomass Feedstock Production and Utilization. Presented at the Sun Grant National Conference. New Orleans: p. 4.

27. Kawahara E, Takai S, Wakamatsu T, Miura Y. (1977.a). Studies on a forage crop, Silphium perfoliatum L., III. On the yield and chemical components of forage and the silage quality. Bull. Akita Prefect. Coll. Agric.: 30–37.

28. Kawahara E, Wakamatsu T, Miura Y. (1977.b). Studies on a forage crop, Silphium perfoliatum L., II. On the germination of seed. Bull. Akita Prefect. Coll. Agric.: 23–29.

29. Kovács P, (Master Thesis). (2008). Ways of achieving competitive gaseous transportation fuel (biomethane) production through anaerobic fermentation of selected energy plants grown in Hungary. Vienna University of Technology, Budapest.

30. Kowalski R, Wiercinski ´ J. (2004). Evaluation of chemical composition of some Silphium L. species seeds as alternative foodstuff raw materials. Pol. J. Food Nutr. Sci. 13/54: 349–354.

31. Majtkowski W, Piłat J, Szulc P.M. (2009). Prospects of cultivation and utilization of Silphium perfoliatum L. in Poland. Biul. IHAR 251: 283–291.

32. Mayr J, Gansberger M, Leonhardt C, Moosbeckhofer R, Liebhard P. (2013). Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) eine neue Energiepflanze in Österreich. In: ALVA (Ed.), Pflanzenschutz als Beitrag zur Ernährungssicherung, ALVA-Jahrestagung. Presented at the 68th ALVA-Tagung, ALVA. Klosterneuburg: 150–152.

33. Mela G, Canali G. (2014). How distorting policies can affect energy efficiency and sustainability:the case of biogas production in the Po Valley (Italy). AbBioForum 16: 194–206.

34. Montgomery L.F.R, Bochmann G. (2014). Pretreatment of Feedstock for Enhanced Biogas Production, Technical Brochure. IEA Bioenergy.

35. Neumerkel W, Märtin B. (1982). Silphium (Silphium perfoliatum L.) – a new feed plant. Arch. Agron. Soil Sci. 26: 261–271.

36. Neumerkel W,Märtin B, Linke G. (1978). Silphium perfoliatum L. – eineNutzpflanze Wissenschaftliche Zeitschrift. Math. Nat. Reihe 27: 31–38.

37. Niqueux M. (1981). A new forage plant: Silphium perfoliatum L. Fourrages 87: 119–136.

31

38. Pan G, Ouyang Z, Luo Q, Yu Q, Wang J. (2011). Water use patterns of forage cultivars in the North China Plain. Int. J. Plant Prod. 5: 181–194.

39. Pichard G. (2012). Management, production, and nutritional characteristics of cupplant (Silphium perfoliatum) in temperate climates of southern Chile. Cien. Inv. Agr. 39: 61–77.

40. Piłat J, Majtkowski W, Majtkowska G, Mikołajczak J, Góralska A. (2007). The usefulness for ensiling of chosen plant forms of species of Silphium genus. J. Cent. Eur. Agric. 8: 363–368.

41. Plöchl M, Heiermann M. (2006). Biogas farming in Central and Northern Europe: a strategy for developing countries? Agric. Eng. Int.: CIGR J. VIII: 1–15.

42. Puia I, Szabó A.T. (1985). Experimental cultivation of a new forage species - Silphium perfoliatum L. – in the Agrobotanical Garden from Cluj-Napoca. Not. Bot. Horti. Agrobo. 15: 15–20.

43. Schmitz G, Rothmeier I, Greib G, Ross-Nickoll M, Bartsch D. (2002). Process and potential of the spreading of the European Corn Borer (Ostrinia nubilalis Hbn.) in Northwest Germany. J. Plant Dis. Protect. 109: 624–629.

44. Schoo B, Wessel-Terharn M, Schroetter S, Schittenhelm A. (2013). Vergleichende Untersuchung von Wurzelmerkmalen bei Silphie und Mais. In: Pekrun, C., Wachendorf, M., Francke-Weltmann, L. (Eds.), Nachhaltige Erzeugung von Nachwachsenden Rohstoffen, Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. Presented at the Tagung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V. Liddy Halm, Weihenstephan: 241–242.

45. Schwabe K, Kunert A, Heimbach U, Zellner M, Baufeld, P, Grabenweger G. (2010). The Western Corn Rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) – a danger to cultivation of corn in Europe. J. Cultiv. Plants 62: 277–286.

46. Seppälä M, Paavola T, Lehtomäki A, Rintala J. (2009). Biogas production from boreal herbaceous grasses – specific methane yield and methane yield per hectare. Bioresour. Technol. 100, 2952–2958, http://dx.doi.org/10.1016/ j.biortech.2009.01.044.

47. SettleW.J. (1967). The chromosome morphology in the genus Silphium (compositae). Ohio J. Sci. 67: 10–19.

48. Šiaudinis ˇ G, Jasinska A, Slepetien ˇ e˙ A, Karcauskien ˇ e˙ D. (2012.a). The evaluation of biomass and energy productivity of common mugwort (Artemisia vulgaris L.) and cup plant (Silphium perfoliatum L.) in Albeluvisol. Zemdirbyste 99: 357–362.

32

49. Šiaudinis ˇ G, Slepetien ˇ e˙ A, Karcauskien ˇ e˙ D. (2012.b). The evaluation of dry mass yield of new energy crops and their energetic parameters. In: Rivza, ˇ P., Rivza, ˇ S. (Eds.), Renewable Energy and Energy Efficiency. Presented at the International Scientific Conference. Latvia University of Agriculture, Jelgava: 24–28.

50. Slepetys J, Kadziuliene Z, Sarunaite L, Tilvikiene V, Kryzeviciene A. (2012). Biomass potential of plants grown for bioenergy production. In: Rivza, ˇ P., Rivza, ˇ S.(Eds.), Renewable Energy and Energy Efficiency. Presented atthe International Scientific Conference. Latvia University of Agriculture, Jelgava: 66–72.

51. Sokolov V.S, Gritsak Z.I. (1972). Silphium – a valuable fodder and nectariferous crop. World Crops 24, 299–301.

52. Stanford G. (1990). Silphium perfoliatum (cup-plant) as a new forage. In: Smith, D.D., Jacobs, C.A. (Eds.), Recapturing a Vanishing Heritage. Presented at the 12th North American Prairie Conference. University of Northern Iowa, Cedar Falls: 33–38.

53. Stockmann F, Fritz M. (2013). Einfluss von Standort und Herkunft auf das Ertragspotenzial der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum L.) unter bayerischen Anbaubedingungen. In: Pekrun, C., Wachendorf, M., FranckeWeltmann, L. (Eds.), Nachhaltige Erzeugung von Nachwachsenden Rohstoffen, Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. Presented at the Tagung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V. Liddy Halm, Weihenstephan: 146–147.

54. Stolzenburg K, Monkos A. (2012). Erste Versuchsergebnisse mit der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum L.) in Baden-Württemberg. Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg, Karlsruhe.

55. Trölenberg S.D, Kruse M, Jonitz A. (2012). Verbesserung der Saatgutqualität bei der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum L.). In: VDLUFA (Ed.), Nachhaltigkeitsindikatoren für die Landwirtschaft: Bestimmung und Eignung, VDLUFA-Schriftenreihe. Presented at the 124th VDLUFA-Kongress. VDLUFAVerlag, Darmstadt: 926–933.

56. Troxler J, Daccord R. (1982). Silphium perfoliatum L.: an interesting fodder? Revue Suisse Agric. 14: 279–281.

57. Vacek V, Repka R. (1992). Concise results of the experiment with Silphium perfoliatum L. Plant Genet. Resour. Charact. Util.: 5–13.

58. Vetter A, Conrad M, Biertümpfel A. (2007). Energiepflanzen für die Biogasproduktion – Teilvorhaben 2: Optimierung der Verfahrenskette der Bereitstellung und Nutzung von Energiepflanzen zur Kofermentation im Biogasreaktor (Abschlussbericht No. 42.22.430). Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Jena.

33

59. Vetter A, Conrad M, Biertümpfel A. (2010). Optimierung des Anbauverfahrens für Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) als Kofermentpflanze in Biogasanlagen sowie Überführung in die landwirtschaftliche Praxis (Abschlussbericht No. 42.32.430). Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Jena.

60. Wilkinson J.M. (2005). Silage. Chalcombe Publications, Southhampton, UK.

61. Wrobel M, Fraczek J, Francik S, Slipek Z, Krzysztof M. (2013). Influence of degree of fragmentation on chosen quality parameters of briquette made from biomass of cup plant Silphium perfoliatum L. In: Latvia University of Agriculture (Ed.), Engineering for Rural Development. Presented at the 12th International Scientific Conference. Latvia University of Agriculture, Jelgava: 653–657.

Mrežne stanice:

1. Amon T, Amon B, Kryvoruchko V, Zollitsch W, Mayer K, Gruber L. (2007). Biogas production from maize and dairy cattle manure – influence of biomass composition on the methane yield. Agric. Ecosyst. Environ. [online] 118: 173–182 http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2006.05.007 (Pristupljeno 10.06.2018.)

2. Arthur J.C. (1906). Cultures of Uredineae in 1905. J. Mycol. [online] 12: 11–27. http://dx.doi. org/10.2307/3752702 (Pristupljeno 08.06.2018.)

3. Arthur J.C. (1907). Cultures of Uredineae in 1906. J. Mycol. [online] 13: 189–205, http://dx.doi. org/10.2307/3752588 (Pristupljeno 08.06.2018.)

4. Arthur J.C. (1908). Cultures of Uredineae in 1907. J. Mycol. [online] 14: 7–26, http://dx.doi. org/10.2307/3752603 (Pristupljeno 08.06.2018.)

5. Bedlan G. (2014).Ascochyta silphii sp.nov. – anew Ascochyta species on Silphium perfoliatum. J. Cultiv. Plants [online] 66: 281–283, http://dx.doi.org/10.5073/JFK.2014.08.03 (Pristupljeno 29.05.2018.)

6. Boardman J, Shepheard M.L, Walker E, Foster I.D.L. (2009). Soil erosion and risk-assessment for on- and off-farm impacts: a test case using the Midhurst area, West Sussex, UK. J. Environ. Manage. [online] 90: 2578–2588, http://dx.doi.org/ 10.1016/j.jenvman.2009.01.018 (Pristupljeno 01.06.2018.)

7. Brenckle J.F. (1918). North Dakota fungi: II. Mycologia [online] 10: 199–221, http://dx.doi. org/10.2307/3753580 (Pristupljeno 10.06.2018.)

34

8. Burrill T.J. (1885). The Uredineæ of Illinois: a list of the species. Proc. Am. Soc. Microscopists [online]7: 93–102, http://dx.doi.org/10.2307/3220591 (Pristupljeno 09.06.2018)

9. Clevinger J.A, Panero J.L. (2000). Phylogenetic analysis of Silphium and subtribe Engelmanniinae (Asteraceae: Heliantheae) based on ITS and ETS sequence data. Am. J. Bot. [online] 87: 565–572, http://dx.doi.org/10.2307/2656600 ( Pristupljeno 08.06.2018.)

10. Fletcher R.J, Robertson B.A, Evans J, Dora, P.J, Alavalapati J.R, Schemske D.W. (2010). Biodiversity conservation in the era of biofuels: risks and opportunities. Front. Ecol. Environ.[online] 9: 161–168, http://dx.doi.org/10.1890/090091 (Pristupljeno 06.06.2018.)

11. Franzaring J, Schmid I, Bäuerle L, Gensheimer G, Fangmeier A. (2014). Investigations on plant functional traits, epidermal structures and the ecophysiology of the novel bioenergy species Sida hermaphrodita Rusby and Silphium perfoliatum L. J. Appl. Bot. Food Qual. [online] 87: 36–45, http://dx.doi.org/ 10.5073/JABFQ.2014.087.006 (Pristupljeno 07.06.2018.)

12. Frigon J.-C, Guiot S.R. (2010). Biomethane production from starch and lignocellulosic crops: a comparative review. Biofuels Bioprod. Biorefin.[online] 4, 447–458, http://dx.doi.org/10.1002/bbb.229 (Pristupljeno 09.06.2018.)

13. Klawitter N. (2012). Biogas Subsidies in Germany Lead to Modern-Day Land Grab. Spiegel Online. [online] http://www.spiegel.de/international/germany/biogas-subsidies-in-germany-lead-to-modern-day-land-grab-a-852575.html (Pristupljeno 05.06.2018.)

14. Kowalski R, Kedzia ˛ B. (2007). Antibacterial activity of Silphium perfoliatum extracts. Pharm. Biol. [online] 45: 494–500, http://dx.doi.org/10.1080/13880200701389409 (Pristupljeno 07.06.2018.)

15. Lehmkuhler J.W, Ramos M.H, Albrecht K.A. (2007). Cupplant silage as a replacement for corn silage in growing beef cattle diets. Forage Grazinglands [online] 5, http://dx.doi.org/10.1094/FG-2007-1107-01-RS (Pristupljeno 04.06.2018.)

16. Martin G. (1887). Enumeration and description of the septorias of North America (Continued). J. Mycol. [online] 3: 85–91, http://dx.doi.org/10.2307/3752631 (Pristupljeno 10.06.2018.)

17. Mast B, Lemmer A, Oechsner H, Reinhardt-Hanisch A, Claupein W, GraeffHönninger S. (2014). Methane yield potential of novel perennial biogas crops influenced by harvest date. Ind. Crops Prod. [online] 58: 194–203, http://dx.doi. org/10.1016/j.indcrop.2014.04.017 (Pristupljeno 03.06.2018.)

35

18. Motte J.-C, Escudié R, Beaufils N, Steyer J.-P, Bernet N, Delgenès J.-P, Dumas C. (2014). Morphological structures of wheat straw strongly impacts its anaerobic digestion. Ind. Crops Prod. [online] 52: 695–701, http://dx.doi.org/10.1016/ j.indcrop.2013.11.038 (Pristupljeno 05.06.2018.)

19. Noike T, Endo G, Chang J.-E, Yaguchi J.-I, Matsumoto J.-I. (1985). Characteristics of carbohydrate degradation and the rate-limiting step in anaerobic digestion. Biotechnol. Bioeng. [online] 27: 1482–1489, http://dx.doi.org/10.1002/bit.260271013 (Pristupljeno 09.06.2018.)

20. Palmer R.C, Smith R.P. (2013). Soil structural degradation in SW England and its impact on surface-water runoff generation. Soil Use Manage. [online] 29: 567–575, http://dx.doi.org/10.1111/sum.12068 (Pristupljeno 10.06.2018.)

21. Robertson G.P, Dale V.H, Doering O.C, Hamburg S.P, Melillo J.M, Wander M.M, Parton W.J, Adler P.R, Barney J.N, Cruse R.M, Duke C.S, Fearnside P.M, Follett R.F, Gibbs H.K, Goldemberg J, Mladenoff D.J, Ojima D, Palmer M.W, Sharpley A, Wallace L, Weathers K.C, Wiens J.A, Wilhelm W.W. (2008). Sustainable biofuels redux. Science [online] 322: 49–50, http://dx.doi.org/ 10.1126/science.1161525 (Pristupljeno 10.06.2018.)

22. Statistisches Bundesamt. (2014). Anbaufläche (Feldfrüchte und Grünland): Deutschland, Jahre, Fruchtarten. GENESIS-Online, Statistisches Bundesamt (Federal Statistical Office), Wiesbaden, Germany [online], https://www-genesis.destatis.de (Pristupljeno 10.06.2018.)

23. Thamsiriroj T, Murphy J.D. (2010). Difficulties associated with monodigestion of grass as exemplified by commissioning a pilot-scale digester. Energy Fuels [online] 24: 4459–4469, http://dx.doi.org/10.1021/ef1003039 (Pristupljeno 08.06.2018.)

24. Walla C, Schneeberger W. (2008). The optimal size for biogas plants. Biomass Bioenergy [online] 32: 551–557, http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.11.009 (Pristupljeno 09.06.2018.)

25. Weiland P. (2010). Biogas production: current state and perspectives. Appl. Microbiol. Biotechnol. [online] 85: 849–860, http://dx.doi.org/10.1007/s00253-009-2246-7 (Pristupljeno 07.06.2018.)

26. Zhang X, Xia H, Li Z, Zhuang P, Gao B. (2010). Potential of four forage grasses in remediation of Cd and Zn contaminated soils. Bioresour. Technol. [online] 101: 2063–2066, http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2009.11.065 (Pristupljeno 03.06.2018.)

36

11. Životopis

Boris Bićanić rođen je 21.04.1989. u Novoj Gradiški. Pohađao je osnovnu školu Ivan Goran Kovačić u Starom Petrovom Selu u razdoblju od 1996.-2004. godine. Srednju gimnaziju je pohađao od 2004.-2008. godine u Srednjoj školi s pravom javnosti u Maruševcu. Poznaje i služi se engleskim i francuskim jezikom. Od izvannastavnih aktivnosti završio je Osnovnu glazbenu školu Matija Antun Reljković u Novoj Gradiški, koju je pohađao od 1998.-2004. godine,te se bavio nogometom, košarkom, odbojkom, šahom, stolnim tenisom.

37