Variation of Morpho-Agronomic and Biomass Quality Traits in Elephant Grass for Energy Purposes According to Nitrogen Levels

Érik da Silva Oliveira^1*, Rogério Figueiredo Daher¹, Niraldo José Ponciano¹, Geraldo de Amaral Gravina¹, José Augusto de Almeida Sant’ana², Romildo Domingos Gottardo¹, Bruna Rafaela da Silva Menezes³, Paulo Marcelo de Souza², Cláudio Luiz Melo de Souza¹, Verônica Brito da Silva¹, Avelino dos Santos Rocha¹, Antonio Alonso Cecon Novo²

¹Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes, RJ, Brazil.
²Instituto Federal do Espírito Santo, Campus of Alegre, Alegre, ES, Brazil.
³Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, Brazil.

DOI: 10.4236/ajps.2015.611168                

Abstract

Elephant grass is a tropical forage plant widely spread in Brazil, used mainly in the livestock sector and in cattle feeding. Because of its high productivity and photosynthetic capacity, this culture has also been considered an alternative source of renewable energy. Six clones of elephant grass (Pennisetum purpureum Schum.) were evaluated under five levels of nitrogen fertilization (100, 200, 400, 800, and 1600 kg·N·ha^-1), in a randomized-block design with a split-plot arrangement with three replicates, from April 2010 to December 2012, in the city of Campos dos Goytacazes— RJ, Brazil. The objective was to obtain estimates of variation in morpho-agronomic traits and biomass quality. We observed that genotypes Cameroon-Piracicaba and Gua?u I/Z2 have great potential to be used, with maximum dry matter yields of 60.97 and 44.10 t·ha^-1 per cut for energy purposes among the studied genotypes.

Keywords

Nitrogen Fertilization, Alternative Energy, Energy Biomass, Dry Matter Yield, Pennisetum purpureum Schum.

Conflicts of Interest

The authors declare no conflicts of interest.

References

[1]	Mckendry, P. (2002) Energy Production from Biomass (Part 1): Overview of Biomass. Bioresource Technology, 83, 37-46. http://dx.doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00118-3
[2]	Yasuda, M., Takeo, K., Nagai, H., Uto, T., Yui, T., Matsumoto, T., Ishii, Y. and Ohta, K. (2013) Enhancement of Ethanol Production from Napiergrass (Pennisetum purpureum Schumach) by a Low-Moisture Anhydrous Ammonia Pretreatment. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 3, 179-185. http://dx.doi.org/10.4236/jsbs.2013.33025
[3]	Sekiya, N., Shiotsu, F., Abe, J. and Morita, S. (2013) Distribution and Quantity of Root Systems of Field-Grown Erianthus and Napier Grass. American Journal of Plant Sciences, 4, 16-22. http://dx.doi.org/10.4236/ajps.2013.412A1003
[4]	Xavier, D.F., Botrel, M.A., Daher, R.F., Gomes, F.T. and Pereira, A.V. (1995) Caracterização Morfológica e Agronômica de Algumas Cultivares de Capim-elefante (Pennisetum purpureum, Schum.). EMBRAPA-CNPGL, Coronel Pacheco (MG).
[5]	Daher, R.F., Pereira, M.G., Do Amaral Jr., A.T., Pereira, A.V., Da Silva Lédo, F.J. and Daros, M. (2003) Stability of Forage Production in Clones of Elephantgrass (Pennisetun purpureum Schum.). Ciência e Agrotecnologia, 27, 788-797. http://dx.doi.org/10.1590/S1413-70542003000400007
[6]	Lima, R.S.N., Daher, R.F., Goncalves, L.S.A., Rossi, D.A., Amaral Jr., A.T., Pereira, M.G. and Ledo, F.J.S. (2011) RAPD and ISSR Markers in the Evaluation of Genetic Divergence among Accessions of Elephant Grass. Genetics and Molecular Research, 10, 1304-1313.
[7]	Dowling, C.D., Burson, B.L., Foster, J.L., Tarpley, L. and Jessup, R.W. (2013) Confirmation of Pearl Millet-Napier-grass Hybrids Using EST-Derived Simple Sequence Repeat (SSR) Markers. American Journal of Plant Sciences, 4, 1004-1012. http://dx.doi.org/10.4236/ajps.2013.45124
[8]	Taiz, L. and Zeiger, E. (2006) Fisiologia Vegetal. Trad. Eliane Romanato Santarém et al., 4th Edition, Artmed, Porto Alegre.
[9]	Andrade, A.C., Fonseca, D.M., Queiroz, D.S., Salgado, L.T. and Cecon, P.R. (2003) Elephant Grass Nitrogen and Potassium Fertilization (Pennisetum purpureum Schum. cv. Napier). Ciência Agrotécnica, Special Edition, 1643-1651.
[10]	Vitor, C.M.T., Fonseca, D.M., Cóser, A.C., Martins, C.E. and Júnior, D.N. (2009) Dry Matter Production and Nutritional Value of Elephant Grass Pasture under Irrigation and Nitrogen Fertilization. Revista Brasileira de Zootecnia, 38, 435-442. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982009000300006
[11]	Andrade, J.B., Ferrari Jr., E., Beisman, D.A., Werner, J.C., Ghisi, O.M.A.A. and Leite,V.B.O. (2003) Avaliação do capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) visando o carvoejamento. Encontro de Energia no Meio Rural, Anais, Campinas, SP. http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?pid=MSC0000000022000000100029&script=sci_arttext&tlng=pt
[12]	Urquiaga, S., Alves, B.J.R. and Boddey, R.M. (2006) Capim-elefante: Uma Fonte Alternativa Promissora para a Produção de Energia. http://www.infobibos.com/Artigos/2006_2/Capimelefante
[13]	Rambo, L., Silva, P.R.F., Strieder, M.L., Delatorre, C.A., Bayer, C. and Argenta, G. (2008) Adequacy of Side Dress Nitrogen Rates in Corn Based on Soil and Plant Indicators. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 43, 401-409. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2008000300016
[14]	Lobo, B.S., Sales, E.C.J., Reis, S.T., Monção, F.P., Pereira, D.A., Rigueira, J.P.S., de Oliveira, P.M., Mota, V.A.C. and Alves, D.D. (2014) Morphogenic Parameters and Productivity of Grass-Pioneer Subjected to Nitrogen. Semina: Ciências Agrárias, 35, 3305-3318. http://dx.doi.org/10.5433/1679-0359.2014v35n6p3305
[15]	Thomé, M. and Osaki, F. (2010) Nitrogen, Phosphorus and Potassium Fertilization Results on Physalis spp. Yeld. Revista Academica Ciências Agrárias e Ambientais, 8, 11-18.
[16]	Rossi, D.A. (2010) Avaliação Morfoagronômica e da Qualidade de Biomassa de Acessos de Capim-elefante (Pennisetum purpureum, Schum.) para Fins Energéticos no Norte Fluminense. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes.
[17]	Silva, D.J. and Queiroz, A.C. (2002) Análise de Alimentos: Métodos químicos e biológicos. Editora UFV, Viçosa.
[18]	Cruz, C.D. (2013) GENES—A Software Package for Analysis in Experimental Statistics and Quantitative Genetics. Acta Scientiarum. Agronomy, 35, 271-276. http://dx.doi.org/10.4025/actasciagron.v35i3.21251
[19]	Gomes, F.P. (2000) Curso de estatística experimental. Piracicaba, São Paulo.
[20]	Morais, R.F., Souza, B.J., Leite, J.M., Soares, L.H.B., Alves, B.J.R., Boddey, R.M. and Urquiaga, S. (2009) Elephant Grass Genotypes for Bioenergy Production by Direct Biomass Combustion. Pesquisa Agropecuaria Brasileira, 44, 133-140. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2009000200004
[21]	Quesada, D.M. (2005) Parametros Quantitativos e Qualitativos da Biomassa de Diferentes Genótipos do Capim-elefante para Produção de Agroenergéticos. Tese de Doutorado, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica.
[22]	Azevedo, G.P.C., Camarão, A.P. and Veiga, J.B. (2005) Criação de Gado Leiteiro na Zona Bragantina. Embrapa Amazônia Oriental. http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Leite/GadoLeiteiro ZonaBragantina/paginas/fcapineira.htm
[23]	Veiga, J.B. and Falesi, I.C. (1986) Recomendação e prática da adubação de pastagens na Amazônia brasileira. In: Mattos, H.B., Werner, J.C., Yamada, T. and Malavolta, E., Eds., Calagem e adubação de pastagens, Potafos, Piracicaba, 256-282.
[24]	Silva, V.Q.R. (2011) Dialelo Parcial em Capim-elefante: Capacidade Combinatória em Caracteres Morfoagronômicos e Bromatológicos em Campos dos Goytacazes, RJ. Tese de Doutorado, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes.
[25]	Mello, A.C.L., Lira, M.A. and Dubeux Jr., J.C.B. (2006) Ruminal Dry Matter Degradation of Elephantgrass Clones as a Function of the Leaf/Stem Ratio. Revista Brasileira de Zootecnia, 35, 1316-1322. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982006000500009
[26]	Queiroz Filho, J.L., Silva, D.V. and Nascimento, I.S. (2000) Dry Matter Production and Quality of Elephantgrass (Pennisetum purpureum Schum.) Cultivar Roxo at Different Cutting Ages. Revista Brasileira de Zootecnia, 29, 69-74. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982000000100010
[27]	Santana, J.P., Pereira, J.M. and Arruda, N.G. (1989) Avaliação de cultivares de capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) no Sul da Bahia. I. Agrossistema Cacaueiro. Revista Brasileira de Zootecnia, 18, 273-283.
[28]	Van Soest, P.J. (1994) Nutritional Ecology of the Ruminant. Cornell University Press, Ithaca.
[29]	Mazzarella, V.N.G. (2007) Jornada Madeira Energética Capim-elefante com Fonte de Energia no Brasil: Realidade Atual e Expectativas. IPT-BNDS, Rio de Janeiro.
[30]	Magalhães, J.A., Lopes, E.A., Rodrigues, B.H.N., Costa, N.L., Barros, N.N. and Mattei, D.A. (2006) Influence of the Nitrogen Fertilization and of the Cut Age on the Forage Yield of the Elephant Grass. Revista Ciência Agronômica, 37, 91-96.
[31]	Pegoraro, R.F., Mistura, C., Wendling, B., Fonseca, D.M. and Fagundes, J.L. (2009) Water and Nitrogen Management in the Cultivation of Elephant Grass. Ciência e Agrotecnologia, 33, 461-467. http://dx.doi.org/10.1590/S1413-70542009000200015
[32]	Santos, M.M.P., Daher, Rogério F., Ponciano, N.J., Gravina, G.A., Pereira, A.V. and Santos, C.L. (2014) Elephant Grass Responses under Doses of Nitrogen Fertilization Coverage for Energy Purposes. Revista de Ciências Agrárias, 37, 100-108.
[33]	Oliveira, E.S. (2012) Variação de Caracteres Morfoagronômicos e da Qualidade da Biomassa em Seis Genótipos de Capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) em Função de Diferentes Levels de Nitrogênio e Análise da Viabilidade Econômica em Campos dos Goytacazes, RJ. Tese de Doutorado, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes.
[34]	Rengsirikul, K., Ishii, Y., Kangvansaichol, K., Sripichitt, P., Punsuvon, V., Vaithanomsat, P., Nakamanee, G. and Tudsri, S. (2013) Biomass Yield, Chemical Composition and Potential Ethanol Yields of 8 Cultivars of Napiergrass (Pennisetum purpureum Schumach.) Harvested 3-Monthly in Central Thailand. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 3, 107-112. http://dx.doi.org/10.4236/jsbs.2013.32015