The estimation of Miscanthus×giganteus' adaptive potential for cultivation on the mining and post-mining lands in Ukraine

Abstract

The possibility of Miscanthus×giganteus cultivation as an energy crop on the different types of mining rocks was studied. It was revealed that a loess-like loam and red-brown clay with the added black soil were the most suitable for plant growing. The yield of dry above-ground biomass ranged from 4.3 to 6.8 t DM ha-1 after the first year of cultivation and from 8.9 to 9.7 t DM ha-1 after the second year while using these substrates. The application of amendments stimulated the growth and development of plants and increased productivity from 50 to 140%. M.×giganteus showed sufficient tolerance and good enough growth on the geochemically active dark-gray schist clay with yield from 2 to 3 t DM ha-1 after the first year of cultivation already. For plants grown on the different strata of dark-gray schist clay, the thermal decomposition of the biomass took place in four stages in the temperature range from 30 to 640 °C. The samples grown on stratum 0-20 cm showed the highest reactivity with a peak 30.6%/min at 290 °C. There were differences in the concentrations of determined heavy metals: iron, zinc, copper, and lead in the plant tissues depending on the layer depth of dark-gray schist clay from 0 to 20 cm to 40-60 cm. The relatively limited content of heavy metals in the above-ground biomass was due to the preferential accumulation in the roots. Вивчено можливість культивування Miscanthus giganteus у якості енергетичної культури на різних типах гірських порід. З'ясувалося, що лесоподібний суглинок і червоно-бура глина з нанесенням чорнозему найбільш придатні для вирощування рослин. Вихід сухої надземної біомаси коливався від 4,3 до 6,8 т сухої речовини(СР)/га після першого року культивування і від 8,9 до 9,7 т СР/га після другого року при використанні цих субстратів. Застосування домішок стимулювало ріст і розвиток рослин і збільшило врожайність з 50 до 140%. M.×giganteus показав достатню толерантність і досить хороший ріст на геохімічно активній темно-сірій сланцевій глині з виходом від 2 до 3 т СР/га вже після першого року культивування. Для рослин, вирощених на різних шарах темно-сірої сланцевої глини, термічне розкладання біомаси відбувалося в чотири стадії в інтервалі температур від 30 до 640 °С. зразки, вирощені на шарі 0-20 см, показали найбільшу реакційну здатність з піком 30,6%/хв при 290 °С. Виявлено відмінності в концентраціях, що визначаються важких металів: заліза, цинку, міді та свинцю у тканинах рослин залежно від глибини шару темно-сірої сланцевої глини від 0 до 20 см до 40-60 см. Відносно обмежений вміст важких металів у надземній біомасі обумовлений переважним їх накопиченням у коренях.