Adaptability and variability of seed productivity of switchgrass

Keywords: Ecotype, seed size, frost resistance, drought resistance, yield

Abstract

Purpose. To study and analyze the results of our research on the adaptive properties (drought resistance, frost resistance, resistance to lodging) of varieties of Switchgrass and their impact on seed productivity. Methods. General and special: analysis and generalization, field, laboratory, statistical. Results. Of the cultivars submitted for study, it was determined that 18,0% are lowland ecotypes and 82,0% are highland ecotypes. Varieties of Switchgrass weighing 1 000 seeds have little variability in the group of high environmental costs – from 1,42 to 1,98 g, and in low ecological values of the distribution is much smaller and involved in the range – from 0,85 to 0,94 g. Among the varieties of Switchgrass that were put to the study, the largest weight of seeds were: “Sunburst”, “Pathfinder”, “Shelter” (at or more than 1,80 g). The average value for the mass of 1 000 seeds was found in the varieties “Cave-in-rock”, “Dakota”, “Cartage”, “Forestburg” (1,42–1,66 g). According to adaptive features, it was found that all varieties of Switchgrass have high drought and frost resistance – from 4–5 points (except “Alamo”, “Nebraska” and “Canlow”, for them this figure was at or less than 2 points), high and medium resistance to lodging – from 4 to 5 points, except for “Blackwell”, “Pathfinder”, “Canlow”, “Alamo” – at the level of 3 points. It was determined that varieties of Switchgrass “Cavein- rock”, “Shelter”, “Cartage”, “Foresburg”, “Blackwell” and “Pathfinder” are high-yielding (307,2–340,5 kg/ha). According to the correlation-regression analysis, it was determined that the length and width of the panicle, the yield of seeds from it, have the greatest impact on biomass yield (respectively r = 0,74, 0,77 and 0,85). Conclusions. All varieties of Switchgrass originate from the United States, they are registered in different years, lowland and upland ecotypes, characterized by different adaptive properties, significant variation in weight of 1 000 seeds – from 0,85 to 1,98 g and seed yield. The results of research show that all varieties of Switchgrass have high drought and frost resistance, high and medium resistance to lodging. Varieties of Switchgrass are high-yielding (307,2–340,5 kg/ha).

References

1. Кулик М.І., Падалка В.В. Розвиток біоенергетики на основі рослинного енергетичного ресурсу (на прикладі Полтавської області). Управління стратегіями випереджаючого інноваційного розвитку : монографія / за ред. Н.С. Ілляшенко. Суми : Триторія, 2020. С. 109–118.
2. Kalinichenko А., Kalinichenko О., Kulyk М. Assessment of available potential of agro-biomass and energy crops phytomass for biofuel production in Ukraine : Odnawialne źródła energii: teoria i praktyka : Monograph / red. I. Pietkun-Greber, P. Ratusznego. Uniwersytet Opolski : Opole, Kijów, 2017. T. ІІ. P. 163–179.
3. Вирощування біоенергетичних культур : монографія / ред. М.Я. Гументик, та ін. ; за ред. М.Я. Гументика. Київ : ТОВ «ЦП «Компринт»», 2018. 178 с.
4. Писаренко П.В., Курило В.Л., Кулик М.І. Агробіомаса та фітомаса енергетичних культур для виробництва біопалива: Розробка та вдосконалення енергетичних систем з урахуванням наявного потенціалу альтернативних джерел енергії : колективна монографія / за ред. О.О. Горба, Т.О. Чайки, І.О. Яснолоб. Полтава : ТОВ НВП «Укрпромторгсервіс», 2017. С. 258–266.
5. Kalinichenko A., Pisarenko P., Kulyk M. Algae in urban water bodies-control of growth and use as a biomass. Journals E3S Web Conf. 2018. Vol. 45. DOI: 10.1051/e3sconf/20184500028.
6. Efficiency of using biomass from energy crops for sustainable bioenergy development / M. Kulyk et al. Journal of Environmental Management and Tourism. 2020. S. l. V. 11. № 5. P. 1040–1053. DOI: 10.14505//jemt.v11.5(45).02.
7. Роїк М.В., Ганженко О.М. Агроекологічні аспекти сталого розвитку біоенергетики. Біоенергетика. 2020. № 1 (15). С. 4–7. DOI: 10.47414/be.1.2020.224906.
8. Кулик М.І., Курило В.Л., Калініченко О.В. Урожайність та енергетична ефективність виробництва відновлюваної рослинної сировини енергетичних культур. Оптимальні енергетичні системи з урахуванням наявного потенціалу відновлюваних джерел енергії у Лісостепу України : колективна монографія / за заг. ред. М.І. Кулика, О.В. Калініченка. Полтава : ПП «Астрая», 2019. С. 30–48.
9. Кулик М.И. Энергетические культуры для очищения почв от тяжелых металлов и получения биотоплива. Современные энерго- и ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства : сборник научных трудов / под ред. Н.В. Бышова. Рязань : ФГБОУ ВО РГАТУ, 2016. Вып. 12. С. 364–367.
10. Економічні аспекти вирощування багаторічних енергетичних культур / М.В. Роїк та ін. Біоенергетика. 2019. № 1 (13). С. 4–7. DOI: 10.47414/be.1.2019.229276.
11. Switchgrass / M. Casler et al. Handbook of Bioenergy Crop Plants. 2012. P. 563–590. DOI: 10.1201/ b11711-25.
12. Paul G. Jefferson and W. Paul McCaughey. Switchgrass (Panicum virgatum L.) Cultivar Adaptation, Biomass Production, and Cellulose Concentration as Affected by Latitude of Origin. ISRN Agronomy. 2012. DOI: 10.5402/2012/763046.
13. Identification and overexpression of gibberellin 2-oxidase (GA2ox) in switchgrass (Panicum virgatum L.) for improved plant architecture and reduced biomass recalcitrance / W.A. Wuddineh et al. Plant Biotechnol J. 2015. № 13 (5). P. 636–647. DOI: 10.1111/pbi.12287.
14. Quantitative trait loci (QTL) underlying biomass yield and plant height in switchgrass / D . Serba et al. BioEnergy Research. 2015. № 8. Р. 307–324 DOI: 10.1007/s12155-014-9523-8.
15. Casler M.D., Vogel K.P. Selection for biomass yield in upland, lowland, and hybrid switchgrass. Cropscience. 2014. № 54. Р. 626–636. DOI: 10.2135/ cropsci2013.04.0239.
16. Arvid Boe. Variation between Two Switchgrass Cultivars for Components of Vegetative and Seed Biomass. Crop Breeding & Genetic. 2007. Vol. 47. Issue 2. DOI: 10.2135/cropsci2006.04.0260.
17. Kassel P.C., Mullin R.E., Bailey T.B. Seed yield response of three switchgrass cultivars for different management practices. Agron. J. V. 1985. № 77. P. 214–218.
18. Management of switchgrass for forage and seed production / J.J. Brejda et al. J. Range Manage. 1994. Vol. 47. P. 22–27.
19. Кулик М.І., Рожко І.І. Вплив агротехнічних заходів вирощування на формування врожайності насіння проса прутоподібного. Альтернативні джерела енергії у підвищенні енергоефективності та енергонезалежності сільських територій : колективна монографія / за ред. І.О. Яснолоб, Т.О. Чайки, О.О. Горба. Полтава : Видавництво ПП «Астрая», 2019. С. 139–149.
20. Кулик М.І., Рожко І.І. Закономірності формування урожайності насіння проса прутоподібного в умовах Лісостепу України. Вісник Полтавської державної аграрної академії. 2018. Вип. 4 (91). С. 85–99. DOI: 10.31210/visnyk2018.04.13.
21. Кулик М.І., Рожко І.І. Урожайні властивості та посівні якості насіння проса прутоподібного залежно від умов вирощування. Вісник Полтавської державної аграрної академії. 2018. Вип. 2 (89). С. 78–84. DOI: 10.31210/visnyk2018.02.12.
22. Агробіологічні особливості формування врожайності та якості насіння проса прутоподібного / М.І. Кулик та ін. Вісник аграрної науки Причорномор’я. Вип. 4. С. 51–60. DOI: 10.31521/2313-092X/2019-4(104)-6).
23. Kulyk M., Shokalo N. Impact of plant biometric characteristics on seed productivity of castor-oil plant and switchgrass depending upon weather conditions of the vegetation period in the forest-steppe of Ukraine. Relevant issues of development and modernization of the modern science: the experience of countries of Eastern Europe and prospects of Ukraine : monograph / edited by authors. Riga, Latvia : Baltija Publishing, 2018. P . 1 82–204. DOI: 10.30525/978-9934-571-26-8_10.
24. Вихідний матеріал проса прутоподібного (Panicum virgatum L.) за комплексом господарсько-цінних ознак в умовах центрального Лісостепу України / М.І. Кулик та ін. Сортовивчення та охорона прав на сорти рослин. 2019. Т. 1 5. Вип. 4. С. 354–364. DOI: 10.21498/2518-1017.15.4.2019.188549.
25. Дослідна справа в агрономії : у 2-х кн. : навчальний посібник / А. О. Рожков та ін. Харків : Майдан, 2016. Кн. 1 : Теоретичні аспекти дослідної справи / за ред. А.О. Рожкова. 316 с. С. 5.
26. Насіння сільськогосподарських культур. Методи визначення якості: ДСТУ 4138-2002 (Чинний від 2004-01-01). Київ : Держспоживстандарт України, 2003. 173 с.
27. Насіння сільськогосподарських культур. Сортові та посівні якості. Технічні умови: ДСТУ 2240-93 [Чинний від 1994-07-01]. Київ : Держстандарт України, 1994. 73 с.
28. Волкодав В.В. Методика державного сортовипробування сільськогосподарських культур : Загальна частина. Київ, 2000. 100 с.
29. Кулик М.І., Рахметов Д.Б., Курило В.Л. Методика проведення польових та лабораторних досліджень з просом прутоподібним (Panicum virgatum L.). Полтава : РВВ ПДАА, 2017. 24 с.
30. Боровиков В.П. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере : для профессионалов. Санкт-Петербург : Питер, 2003. 688 с.
31. Plant energy resources: agroecological, economic and energy aspects : Monograf / M.I. Kulyk et al. 2019. 119 p.
Published
2021-07-02
Section
BREEDING, SEED PRODUCTION