Technologies

Cropping perennial grasses (Miscanthus sinensis gigantheus) on soils contaminated with heavy metals [Roumanie]

Cultivarea cu Miscanthus a solurilor poluate cu metale grele (Romanian)

technologies_1706 - Roumanie

État complet : 82%

1. Informations générales

1.2 Coordonnées des personnes-ressources et des institutions impliquées dans l'évaluation et la documentation de la Technologie

Personne(s)-ressource(s) clé(s)

Spécialiste GDT:
Spécialiste GDT:
Spécialiste GDT:

Horia Barbu

Lucian Blaga University of Sibiu

Roumanie

Nom du ou des institutions qui ont facilité la documentation/ l'évaluation de la Technologie (si pertinent)
National Research and Development Institute for So (National Research and Development Institute for So) - Roumanie

1.3 Conditions relatives à l'utilisation par WOCAT des données documentées

Le compilateur et la(les) personne(s) ressource(s) acceptent les conditions relatives à l'utilisation par WOCAT des données documentées:

Oui

1.4 Déclaration sur la durabilité de la Technologie décrite

Est-ce que la Technologie décrite ici pose problème par rapport à la dégradation des terres, de telle sorte qu'elle ne peut pas être déclarée comme étant une technologie de gestion durable des terres?

Non

2. Description de la Technologie de GDT

2.1 Courte description de la Technologie

Définition de la Technologie:

Miscanthus sinensis gigantheus is a perennial warm-season grass used as a commercial energy crop on soils contaminated with heavy metals.

2.2 Description détaillée de la Technologie

Description:

Cropping Miscanthus sinensis gigantheus mainly addresses the problem of land contamination with toxic materials namely soil pollution with heavy metals due to industrial activities. Miscanthus is a perennial warm-season grass used as a commercial energy crop. The plant is a sterile hybrid, unable to produce viable seed, vegetative propagation being by rhizomes, therefore reducing the risk to become invasive. Its special type of photosynthesis (C4) implies the return of the nutrients in the rhizomes during the cold season. As temperatures cool in the fall, the dark green foliage fades to buff and drops, leaving the stems which are the most important commercial part of Miscanthus. Regarding cropping on contaminated soils, research has shown that the amount of heavy metals uptaken by Miscanthus is extremely low, making the plant unsuitable for phytoextraction but allowing it to be used for green energy or in various other fields like pulp and paper industry, without any risk. Miscanthus sinensis gigantheus stands for an alternative crop, from which an annual income can be obtained, instead of food crops and fodder that can represent a risk for human and animal consumption in areas with soils contaminated with heavy metals.

The aim of this technology is to assure a sustainable use of polluted soils with heavy metals through cultivation of energy crops with economic value and very few risks for humans, animals and environment. Studies of Miscanthus sinensis gigantheus behaviour on contaminated soils with heavy metals showed that very small amount of Pb (Lead) and Cd (Cadmium) were detected in the upper parts of the plants. In comparison, higher amounts of heavy metals is being retained at root level in rhizomes, which in time will decrease when root system will develop deeper, in less affected soil horizons as roots can reach 2-3 m in depth. The applied technology increases overall soil quality in terms of organic matter, nutrients and structure. Miscanthus cropping enhances the nutrients cycle in the plant–soil system. As a result of the high input of leaves, rhizomes and roots, the alluvial sandy loam soils, on which Miscanthus is currently croped, can benefit of increased organic carbon amount.

The establishment phase takes place on arable land (annual cropland) which after implementation will become a permanent cropland with perennial (non-woody) cropping, as the crop has the potential to be in the ground for at least 15 years. Miscanthus cropping technique consists of the following: weeding the site in July-August by spraying herbicides for controlling perennial weeds, deep ploughing in October-November to improve subsoil structure and soil aeration possible affected by compaction or hardpan, harrowing in February-April to ensure an adequate seedbed for rhizomes and planting in March-May. Early planting is being recommended as it takes advantage of spring time soil moisture and allows an extended first season of growth. The operation can be made using a modular potato planter or specialized planter like Miscanthus ETPM4. The planting rate is 10 000 rhizomes per hectare in order to provide a good crop density required to achieve optimal yields from year three onwards and effective weed suppression through competition. Rhizomes need to be planted at a depth of 8-15 cm and at 1m x 1m wide spacing. The crop is harvested annually during February-March, typically with conventional farm machineries or specialized ones like Miscanthus CRM Harvesting Cropper. The crop needs 3 to 4 years to reach a mature yield between 15-18 t/ha. The technology requires mechanized agricultural operations and investments in specialized equipment, if necessary.

The technology is applied mainly on alluvial sandy loam soils (Fluvisols), with deep depths, on low lands with flat-gentle slops (0-5%), placed in valley floors/floodplains. The climate is temperate, semi-arid, with an average annual rainfall between 550-600 mm. The plots cropped with Miscanthus are privately owned but leased. Size of crop land where the technology is applied is usually small up to 2 ha. The farmers receive agricultural subsidies and the production system is mechanized and market oriented.

2.3 Photos de la Technologie

2.5 Pays/ région/ lieux où la Technologie a été appliquée et qui sont couverts par cette évaluation

Pays:

Roumanie

Région/ Etat/ Province:

Romania/Transylvania

Autres spécifications du lieu:

Sibiu/Axente Sever

Spécifiez la diffusion de la Technologie:
  • répartie uniformément sur une zone
Si la Technologie est uniformément répartie sur une zone, précisez la superficie couverte (en km2):

0,14

S'il n'existe pas d'informations exactes sur la superficie, indiquez les limites approximatives de la zone couverte:
  • 0,1-1 km2
Commentaires:

Total area covered by the SLM Technology is 0.14 km2.

2.6 Date de mise en œuvre de la Technologie

Si l'année précise est inconnue, indiquez la date approximative: :
  • il y a moins de 10 ans (récemment)

2.7 Introduction de la Technologie

Spécifiez comment la Technologie a été introduite: :
  • par le biais de projets/ d'interventions extérieures
Commentaires (type de projet, etc.) :

from 2008

3. Classification de la Technologie de GDT

3.2 Type(s) actuel(s) d'utilisation des terres, là où la Technologie est appliquée

Terres cultivées

Terres cultivées

  • Cultures pérennes (non ligneuses)
  • grass (Miscanthus sinensis gigantheus)
Nombre de période de croissance par an: :
  • 1
Précisez:

Longest growing period in days: 240Longest growing period from month to month: April until October

Commentaires:

Major land use problems (compiler’s opinion): Soil contamination with heavy metals (Pb, Cd, Zn).
Major land use problems (land users’ perception): Soil contamination with heavy metals (Pb, Cd, Zn).

3.3 Est-ce que l’utilisation des terres a changé en raison de la mise en œuvre de la Technologie ?

Est-ce que l’utilisation des terres a changé en raison de la mise en œuvre de la Technologie ?
  • Oui (Veuillez remplir les questions ci-après au regard de l’utilisation des terres avant la mise en œuvre de la Technologie)
Terres cultivées

Terres cultivées

  • Cultures annuelles

3.4 Approvisionnement en eau

Approvisionnement en eau des terres sur lesquelles est appliquée la Technologie:
  • pluvial

3.5 Groupe de GDT auquel appartient la Technologie

  • Amélioration de la couverture végétale/ du sol
  • gestion intégrée de la fertilité des sols

3.6 Mesures de GDT constituant la Technologie

pratiques végétales

pratiques végétales

  • V2: Herbes et plantes herbacées pérennes
modes de gestion

modes de gestion

  • M2: Changement du niveau de gestion / d'intensification
  • M4: Changement majeur dans le calendrier des activités
Commentaires:

Main measures: vegetative measures
Secondary measures: management measures
Type of vegetative measures: aligned: -linear

3.7 Principaux types de dégradation des terres traités par la Technologie

érosion hydrique des sols

érosion hydrique des sols

  • Wt: perte de la couche superficielle des sols (couche arable)/ érosion de surface
érosion éolienne des sols

érosion éolienne des sols

  • Ed: déflation et déposition
dégradation chimique des sols

dégradation chimique des sols

  • Cp: pollution des sols
Commentaires:

Main causes of degradation: release of airborne pollutants (urban/industry…) (Heavy metals contamination (Pb, Cd, Zn))
Secondary causes of degradation: governance / institutional (Non-ferrous industry was a strategic activity in communist period with high mass production on the expense of environmental investments (e.g. filters).)

3.8 Prévention, réduction de la dégradation ou réhabilitation des terres dégradées

Spécifiez l'objectif de la Technologie au regard de la dégradation des terres:
  • réduire la dégradation des terres

4. Spécifications techniques, activités, intrants et coûts de mise en œuvre

4.1 Dessin technique de la Technologie

Spécifications techniques (associées au dessin technique):

Schematic diagram indicating the spatial distribution of Mischantus rhizomes (1 m between plants) - part of the planting technology
Technical knowledge required for land users: moderate
Main technical functions: increase of biomass (quantity), retain heavy metals at roots level
Secondary technical functions: improvement of ground cover, improvement of surface structure (crusting, sealing), improvement of topsoil structure (compaction), improvement of subsoil structure (hardpan), increase in organic matter, reduction in wind speed
Aligned: -linear
Vegetative material: C : perennial crops
Number of plants per (ha): 10000
Vertical interval between rows / strips / blocks (m): 1
Spacing between rows / strips / blocks (m): 1
Vertical interval within rows / strips / blocks (m): 1
Width within rows / strips / blocks (m): 1
Perennial crops species: Miscanthus sinensis gigantheus
Change of land use practices / intensity level: from rotational cropping to mono-cropping
Major change in timing of activities: from land preparation and planting in the first year to only harvesting from year 3 to 15

Auteur:

Petru Ignat, INCDPAPM-ICPA Bucharest

4.2 Informations générales sur le calcul des intrants et des coûts

autre/ monnaie nationale (précisez):

Lei

Indiquez le taux de change des USD en devise locale, le cas échéant (p.ex. 1 USD = 79.9 réal brésilien): 1 USD = :

4,0

Indiquez le coût salarial moyen de la main d'œuvre par jour:

12.00

4.3 Activités de mise en place/ d'établissement

Activité Calendrier des activités (saisonnier)
1. Treatment with herbicides month VII -VIII
2. Deep ploughing month X-XI
3. Soil preparation by harrowing month II-IV
4. Planting month III-V

4.4 Coûts et intrants nécessaires à la mise en place

Spécifiez les intrants Unité Quantité Coûts par unité Coût total par intrant % du coût supporté par les exploitants des terres
Main d'œuvre ha 1,0 102,0 102,0 93,0
Equipements machine use ha 1,0 237,0 237,0 93,0
Matériel végétal seeds ha 1,0 2180,0 2180,0 93,0
Matériel végétal biocides ha 1,0 62,0 62,0 93,0
Coût total de mise en place de la Technologie 2581,0
Coût total de mise en place de la Technologie en dollars américains (USD) 645,25
Commentaires:

Duration of establishment phase: 9 month(s)

4.5 Activités d'entretien/ récurrentes

Activité Calendrier/ fréquence
1. Harvest month II-III
2. Harvest month II-III

4.6 Coûts et intrants nécessaires aux activités d'entretien/ récurrentes (par an)

Spécifiez les intrants Unité Quantité Coûts par unité Coût total par intrant % du coût supporté par les exploitants des terres
Main d'œuvre ha 1,0 25,0 25,0
Equipements machine use ha 1,0 124,0 124,0
Coût total d'entretien de la Technologie 149,0
Coût total d'entretien de la Technologie en dollars américains (USD) 37,25
Commentaires:

Machinery/ tools: MISCANTHUS ETPM4 Planter; MISCANTHUS CRM HARVESTING Cropper; Deep Reversible Plough; Disc Harrows; Sprayers machime; Tractor, MISCANTHUS ETPM4 Planter; MISCANTHUS CRM HARVESTING Cropper; Deep Reversible Plough; Disc Harrows; Sprayers machime; Tractor
The costs are indicated per ha of land where the technology is implemented. The establishment costs are high but after this in the next 15 years the crop requires only harvesting. As part of the National Rural Development Programme, energy crops receive a subsidy of 173 US $ per ha. Prices are for spring 2015.

4.7 Facteurs les plus importants affectant les coûts

Décrivez les facteurs les plus importants affectant les coûts :

The price of rhizomes (seeds) per hectare and harvesting activity involving special machines that cut and chop stems are the most determinate factors affecting the costs.

5. Environnement naturel et humain

5.1 Climat

Précipitations annuelles
  • < 250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1000 mm
  • 1001-1500 mm
  • 1501-2000 mm
  • 2001-3000 mm
  • 3001-4000 mm
  • > 4000 mm
Spécifications/ commentaires sur les précipitations:

573 mm/year; May and June register the highest amount of rainfall during the year: 85-100 mm

Zone agro-climatique
  • semi-aride

Thermal climate class: temperate

5.2 Topographie

Pentes moyennes:
  • plat (0-2 %)
  • faible (3-5%)
  • modéré (6-10%)
  • onduleux (11-15%)
  • vallonné (16-30%)
  • raide (31-60%)
  • très raide (>60%)
Reliefs:
  • plateaux/ plaines
  • crêtes
  • flancs/ pentes de montagne
  • flancs/ pentes de colline
  • piémonts/ glacis (bas de pente)
  • fonds de vallée/bas-fonds
Zones altitudinales:
  • 0-100 m
  • 101-500 m
  • 501-1000 m
  • 1001-1500 m
  • 1501-2000 m
  • 2001-2500 m
  • 2501-3000 m
  • 3001-4000 m
  • > 4000 m

5.3 Sols

Profondeur moyenne du sol:
  • très superficiel (0-20 cm)
  • superficiel (21-50 cm)
  • modérément profond (51-80 cm)
  • profond (81-120 cm)
  • très profond (>120 cm)
Texture du sol (de la couche arable):
  • grossier/ léger (sablonneux)
  • moyen (limoneux)
Matière organique de la couche arable:
  • moyen (1-3%)

5.4 Disponibilité et qualité de l'eau

Profondeur estimée de l’eau dans le sol:

< 5 m

Disponibilité de l’eau de surface:

bonne

Qualité de l’eau (non traitée):

faiblement potable (traitement nécessaire)

5.5 Biodiversité

Diversité des espèces:
  • moyenne

5.6 Caractéristiques des exploitants des terres appliquant la Technologie

Orientation du système de production:
  • commercial/ de marché
Revenus hors exploitation:
  • 10-50% de tous les revenus
Niveau relatif de richesse:
  • moyen
Individus ou groupes:
  • individu/ ménage
Niveau de mécanisation:
  • travail manuel
  • mécanisé/ motorisé
Genre:
  • hommes
Indiquez toute autre caractéristique pertinente des exploitants des terres:

Land users applying the Technology are mainly common / average land users
Population density: 10-50 persons/km2
Annual population growth: 0.5% - 1%
100% of the land users are average wealthy and own 75% of the land.
and own 25% of the land.

5.7 Superficie moyenne des terres utilisées par les exploitants des terres appliquant la Technologie

  • < 0,5 ha
  • 0,5-1 ha
  • 1-2 ha
  • 2-5 ha
  • 5-15 ha
  • 15-50 ha
  • 50-100 ha
  • 100-500 ha
  • 500-1 000 ha
  • 1 000-10 000 ha
  • > 10 000 ha
Cette superficie est-elle considérée comme de petite, moyenne ou grande dimension (en se référant au contexte local)?
  • petite dimension

5.8 Propriété foncière, droits d’utilisation des terres et de l'eau

Propriété foncière:
  • individu, sans titre de propriété
Droits d’utilisation des terres:
  • loué

5.9 Accès aux services et aux infrastructures

santé:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
éducation:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
assistance technique:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
emploi (par ex. hors exploitation):
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
marchés:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
énergie:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
routes et transports:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
eau potable et assainissement:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne
services financiers:
  • pauvre
  • modéré
  • bonne

6. Impacts et conclusions

6.1 Impacts sur site que la Technologie a montrés

Impacts socio-économiques

Production

gestion des terres

entravé
simplifié

production d'énergie

en baisse
en augmentation
Commentaires/ spécifiez:

Miscanthus is an energy crop cultivated for generation of heat and biofuels

Revenus et coûts

dépenses pour les intrants agricoles

en augmentation
en baisse
Commentaires/ spécifiez:

Usually from year two no agricultural inputs (fertilizers and pesticides) are required. In case of establishment losses, additional planting is needed to achieve the plant density for optimal yields.

revenus agricoles

en baisse
en augmentation

diversité des sources de revenus

en baisse
en augmentation
Autres impacts socio-économiques

farm energy independence

Impacts socioculturels

sécurité alimentaire/ autosuffisance

réduit
amélioré

apaisement des conflits

détérioré
amélioré

Impacts écologiques

Cycle de l'eau/ ruissellement

ruissellement de surface

en augmentation
en baisse

évaporation

en augmentation
en baisse
Sols

humidité du sol

en baisse
en augmentation

couverture du sol

réduit
amélioré

encroûtement/ battance du sol

en augmentation
réduit

compaction du sol

en augmentation
réduit

cycle/ recharge des éléments nutritifs

en baisse
en augmentation

matière organique du sol/ au dessous du sol C

en baisse
en augmentation
Biodiversité: végétale, animale

biomasse/ au dessus du sol C

en baisse
en augmentation

diversité animale

en baisse
en augmentation

diversité des habitats

en baisse
en augmentation
Réduction des risques de catastrophe et des risques climatiques

émissions de carbone et de gaz à effet de serre

en augmentation
en baisse

risques d'incendies

en augmentation
en baisse

vitesse du vent

en augmentation
en baisse

6.2 Impacts hors site que la Technologie a montrés

sédiments (indésirables) transportés par le vent

en augmentation
réduit

6.3 Exposition et sensibilité de la Technologie aux changements progressifs et aux évènements extrêmes/catastrophes liés au climat (telles que perçues par les exploitants des terres)

Changements climatiques progressifs

Changements climatiques progressifs
Saison Augmentation ou diminution Comment la Technologie fait-elle face à cela?
températures annuelles augmente bien

Extrêmes climatiques (catastrophes)

Catastrophes météorologiques
Comment la Technologie fait-elle face à cela?
pluie torrentielle locale bien
tempête de vent locale bien
Catastrophes climatiques
Comment la Technologie fait-elle face à cela?
sécheresse pas bien
Catastrophes hydrologiques
Comment la Technologie fait-elle face à cela?
inondation générale (rivière) bien

Autres conséquences liées au climat

Autres conséquences liées au climat
Comment la Technologie fait-elle face à cela?
réduction de la période de croissance pas connu

6.4 Analyse coûts-bénéfices

Quels sont les bénéfices comparativement aux coûts de mise en place (du point de vue des exploitants des terres)?
Rentabilité à court terme:

négative

Rentabilité à long terme:

positive

Quels sont les bénéfices comparativement aux coûts d'entretien récurrents (du point de vue des exploitants des terres)?
Rentabilité à court terme:

neutre / équilibrée

Rentabilité à long terme:

très positive

6.5 Adoption de la Technologie

  • > 50%
Si disponible, quantifiez (nombre de ménages et/ou superficie couverte):

1 land user family

Commentaires:

The farmers receive subsidies provided for energy crops.
There is no trend towards (growing) spontaneous adoption of the technology. The establishment costs are considered high.

6.7 Points forts/ avantages/ possibilités de la Technologie

Points forts/ avantages/ possibilités du point de vue de l'exploitant des terres
High economic value of the crop
Simple agricultural technique
Low-cost of maintenance / recurrent activities
Points forts/ avantages/ possibilités du point de vue du compilateur ou d'une autre personne ressource clé
This technology allows a sustainable land use of contaminated soils with heavy metals with minimum risk for humans, animals and environment
It is very effective for biomass production with multiple uses: biofuel, animal bedding or cellulose production
Miscanthus sinensis gigantheus is a phytoexcluder with low heavy metal uptake from contaminated soils

6.8 Faiblesses/ inconvénients/ risques de la Technologie et moyens de les surmonter

Faiblesses/ inconvénients/ risques du point de vue de l’exploitant des terres Comment peuvent-ils être surmontés?
High costs for initial establishment. The cost of rhizomes (seeds) represents 85% of total initial investment costs Initial costs could be reduced if a proportion of the crop is used as a “mother crop” for the production of rhizome cuttings
High costs for purchasing special machines for harvesting activity Subsidizing
Undeveloped energy crop market Support for creating local or regional markets for energy crops
Faiblesses/ inconvénients/ risques du point de vue du compilateur ou d'une autre personne ressource clé Comment peuvent-ils être surmontés?
Low suitability on lands without phreatic input Selecting sites with good groundwater availability
Relatively long period (three to four years) for achieving a mature yield Maintaining the energy crop subsidies

7. Références et liens

7.1 Méthodes/ sources d'information

  • interviews/entretiens avec les exploitants des terres
Quand les données ont-elles été compilées (sur le terrain)?

18/05/2015

7.2 Références des publications disponibles

Titre, auteur, année, ISBN:

Barbu, C.H., Pavel, P.B., Sand, C.; Pop, M.R., 2013. Reduced uptake of Cd and Pb by Miscanthus sinensis x giganteus cultivated on polluted soil and its use as biofuel, Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), Vol. 12 Issue 2, pp: 233-236

Titre, auteur, année, ISBN:

Barbu, C.H., Pavel, P.B., Sand, C.; Pop, M.R., 2009. Miscanthus sinensis gigantheus’ behavior on soils polluted with heavy metals, Metal Elements in Environment, Medicine and Biology, Tome IX, Cluj University Press, pp: 21-24

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