Article

Selected features of willow Salix spp. biomass affecting plantation productivity
Wybrane cechy biomasy wierzbowej Salix spp. wpływające na produktywność plantacji
DARIUSZ ZASTOCKI, PAWEŁ STANISZEWSKI, SZYMON BIJAK, WOJCIECH FORTUNA, SZCZEPAN KOPEĆ
Sylwan 168 (11):822-834, 2024
DOI: https://doi.org/10.26202/sylwan.2024048
Available online: 2024-12-14
Open Access (CC-BY)
renewable energy sources • willow biomass • willow clones

Abstract
Growing concerns about climate change, geopolitical uncertainty regarding the continuity of energy supplies, and the rising cost of fossil fuels have created the need to search for clean and renewable substitutes for conventional fuels. Biomass as a renewable energy source is of great interest due to it being an important option of the sustainable energy economy in the reduction of greenhouse gas emissions. Perennial lignocellulosic plants such as willows (Salix spp.) are considered attractive alternatives as their production requires less energy and has less negative environmental impact than the production of annual plants. Considering the potential opportunities to utilise renewable energy sources, especially biomass, we decided to investigate the productivity of three varieties of willow Salix viminalis grown in short rotations on agricultural land. Willow cultivation was established in the Vistula Valley on the Fluvisols and locally organic soils of the Sapric Histosols type. Three willow varieties Salix viminalis named TURBO, TUR and EKOTUR were used in this study. The highest average number of shoots was observed in the TURBO variety in the case of an annual harvesting cycle (4.2 pcs.). The largest average diameter of shoots at a height of 10 cm from the cutting level was observed in the EKOTUR variety (21.5 mm) and the smallest in the TURBO variety (14.4 mm). The thickest shoots were found in plants with a 3−year harvesting cycle. The highest cultivation success was recorded in the case of the TURBO variety in the 3−year shoot harvesting cycle (1.25% losses). The highest average yield was recorded for the TUR variety (38.57 tons ha/year). Continuing research to evaluate the productivity of willow biomass and other plant species used as renewable energy sources is necessary due to the extensive but still insufficient level of knowledge in this area.

Literature
Börjesson, P., 2007. Produktionsförutsättningar för biobränslen inom svenskt jordbruk. (Production conditions of bioenergy in Swedish agriculture). Report, 61. Lund: Department of Technology and Society, Lund University, 93 pp.
Eisenbies, M.H., Volk, T.A., Posselius, J., Foster, Ch., Shi, S., 2014. Evaluation of a single-pass, cut and chip harvest system on commercial-scale, short-rotation shrub willow biomass crops. BioEnergy Research, 7 (4): 1506-1518. DOI: https://doi.org/10.1007/s12155-014-9482-0.
El Bassam, N., 2010. Handboook for bioenergy crops. London: Earthscan, 1-2 pp. DOI: https://doi.org/10.4324/9781849774789.
Fortuna, W., 2007. Analiza wybranych aspektów energetycznego użytkowania biomasy wierzbowej. (Analysis of selected aspects of using willow biomass as a source of energy). Praca dyplomowa. Warszawa: Katedra Użytkowania Lasu, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego.
González-García, S., Iribarren, D., Susmozas, A., Dufour, J., Murphy, R.J., 2012. Life cycle assessment of two alternative bioenergy systems involving Salix spp. biomass: Bioethanol production and power generation. Applied Energy, 95: 111-122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.02.022.
Jeżowski, S., 2001. Rośliny energetyczne – ogólna charakterystyka, uwarunkowanie fizjologiczne i znaczenie w produkcji ekobiopaliwa. (The energy plants – general characteristics, physiological conditions and significance in ecobiofuel production). Postępy Nauk Rolniczych, 48 (2): 19-27.
Jeżowski, S., 2003. Rośliny energetyczne – produktywność oraz aspekt ekonomiczny, środowiskowy i socjalny ich wyko-rzystania jako ekobiopaliwa. (Energy supplying plants – productivity and some social, economic and environmental aspects of their utilization for biofuel). Postępy Nauk Rolniczych, 50 (3): 61-73.
Kopcewicz, J., Lewak, S., Gabryś, H., Kacperska-Lewak, A., Starck, Z., Strzałka, K., Tretyn, A., 2002. Fizjologia roślin. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 242 pp.
Kowalczyk, Z., Kwaśniewski, D., 2021. Environmental impact of the cultivation of energy willow in Poland. Scientific Reports, 11: 4571. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-84120-0.
Kwaśniewski, D., 2008. Technologia oraz koszty produkcji brykietów i peletów z wierzby energetycznej. (Production technology and costs for energy willow briquettes and pellets). Inżynieria Rolnicza, 12 (5): 37-42.
Nordborg, M., Berndes, G., Dimitriou, I., Henriksson, A., Mola-Yudego, B., Rosenqvist, H., 2018. Energy analysis of willow production for bioenergy in Sweden. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 93: 473-482. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.045.
Nordborg, M., Cederberg, C., Berndes, G., 2014. Modeling potential freshwater ecotoxicity impacts due to pesticide use in biofuel feedstock production: The cases of maize, rapeseed, Salix, soybean, sugar cane, and wheat. Environmental Science and Technology, 48 (19): 11379-11388. DOI: https://doi.org/10.1021/es502497p.
Palmer, M.M., Forrester, J.A., Rothstein, D.E., Mladenoff, D.J., 2014. Establishment phase greenhouse gas emissions in short rotation woody biomass plantations in the Northern Lake States, USA. Biomass Bioenergy, 62: 26-36. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.01.021.
Roy, P., Tokuyasu, K., Orikasa, T., Nakamura, N., Shiixa, T., 2012. A review of life cycle assessment (LCA) of bioethanol from lignocellulosic biomass. Japan Agricultural Research Quarterly, 46: 41-57. DOI: https://doi.org/10.6090/jarq.46.41.
Spiak, Z., 2000. Mikroelementy w rolnictwie. (Microelements in agriculture). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 471: 29-34.
Stanturf, J.A., Van Oosten, C., 2014. Operational poplar and willow culture. In: J.G. Isebrands, J. Richardson, eds. Poplars and willows: Trees for society and the environment. Rome: The Food and Agriculture Organization of the United Nations and CAB International, pp. 200-245.
Stolarski, M., Szczukowski, S., Tworkowski, J., 2002. Produktywność klonów wierzb krzewiastych uprawianych na gruntach ornych w zależności od częstotliwości zbioru i gęstości sadzenia. (Productivity of short rotation willow clones grown on arable land in relation to frequency of cutting and planting density). Fragmenta Agronomica, 2: 39- 51.
Stolarski, M., Szczukowski, S., Tworkowski, J., 2007. Ocena produktywności wierzby (Salix spp.) pozyskiwanej w krótkich rotacjach w Dolinie Dolnej Wisły. Biomasa dla elektroenergetyki i ciepłownictwa – szanse i problemy. Warszawa: Wieś Jutra, 99 pp.
Szczukowski, S., 2006. Wykorzystanie biomasy do celów energetycznych. Seminarium: Energia odnawialna szansą rozwoju. Kwidzyn, 13.09.2006.
Szczukowski, S., Tworkowski, J., 2001. Produktywność oraz wartość energetyczna biomasy wierzb krzewiastych (Salix spp.) na różnych typach gleb w pradolinie Wisły. (Productivity and heating value of biomass of fast growing coppice willow (Salix sp.) grown on different soil in Vistula river basin). Postępy Nauk Rolniczych, 48 (2): 28-38.
Szczukowski, S., Tworkowski, J., Piechocki, J., 2001. Nowe trendy wykorzystania biomasy pozyskiwanej na gruntach rolniczych do wytwarzania energii. (New trends in utilization of biomass harvested on arable land to energy production). Postępy Nauk Rolniczych, 48 (6): 87-96.
Szczukowski, S., Tworkowski, J., Stolarski, M., 2000. Biomasa krzewiastych wierzb (Salix spp.) pozyskiwana na gruntach ornych odnawialnym źródłem energii. Pamiętnik Puławski, 120 (2): 421-428.
Szczukowski, S., Tworkowski, J., Stolarski, M., Przyborowski, J., 2004. Plon biomasy wierzb krzewiastych pozy-skiwanych z gruntów rolniczych w cyklach jednorocznych. (Biomass yield of willow coppice grown on arable land in annual cutting cycle). Fragmenta Agronomica, 2 (82): 5-18.
Trzciński, W., 1989. Systematyka gleb Polski – wydanie czwarte. Roczniki Gleboznawcze 40 (3-4). Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 56 pp.
Woś, A., 1994. Regiony klimatyczne Polski w świetle częstości występowania różnych typów pogody. Zeszyty Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN, 20: 31-32.
Zielony, R., Kliczkowska, A., 2012. Regionalizacja przyrodniczo-leśna Polski 2010. Warszawa: Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, pp. 204-205.