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混种柳枝稷为生物燃料加码

来源:中国科学报 作者: 2016-3-6

摘要: 在农民定居于美国中部并耕种作物之前,大草原茂密的根系中有着高强茎梗的柳枝稷,丰富了土壤,创造了数百万英亩的农田。今天,科学家们正在探索牧草特别是柳枝稷是如何丰富国家生物燃料供给的。而目前,此领域由玉米占主导地位,其很容易转化成生物燃料,且可满足食物、畜牧饲料和工业产品需求。种植柳枝稷有很多好处。...


 在农民定居于美国中部并耕种作物之前,大草原茂密的根系中有着高强茎梗的柳枝稷,丰富了土壤,创造了数百万英亩的农田。今天,科学家们正在探索牧草特别是柳枝稷是如何丰富国家生物燃料供给的。而目前,此领域由玉米占主导地位,其很容易转化成生物燃料,且可满足食物、畜牧饲料和工业产品需求。

种植柳枝稷有很多好处。这是一种生长在大范围土地上、适应多类型气候的美国当地作物。它易于维护,因为不像玉米那样,它不需要每年重新播种;相对抗病和抵御极端天气;可使用商业化干草设备进行种植和收获。

然而,将柳枝稷细胞壁上坚硬的木质纤维素转化为乙醇(汽油添加剂,美国最常见的生物燃料),比玉米淀粉转化更为困难。结果是,一直以来,柳枝稷研究主要集中在一旦达到了生物炼制程度,如何有效处理它。

一个由美国能源部领导的国家实验室和大学研究团队正在探索柳枝稷生产周期的另一面:农场。

第一次,研究人员在具有一定生产规模的地块上混合种植了不同遗传品种的柳枝稷,假设这可以通过延长生长季来增加产量,区分不同大小的柳枝稷植株来生产更丰富的作物,潜在地减少作物抵御气候变化的脆弱性。

长达七年的研究成果发表在《全球生物学——生物能源变化》上。“该项目涉及生物能源研究的生态组成问题,换句话说,就是如何在一个地域维持产出,同时最大限度减少化肥和农药的使用。”陆地生态学家高级专家Julie Jastrow表示。

从农民角度来看,柳枝稷的好处很容易被忽略。长期以来,商业作物如玉米已经被成功选育出来,产量大、适应性强、收割高效。然而,柳枝稷是一种主要用于饲料和土壤修复的野生草,且成熟慢。它需要三四年才能达到其最具生产力的作物产量,因为前期它要储存能量构建强大的根系,但后边就会减少对水肥的需求。

选取更容易加工成乙醇的品种,研究团队试图找到提高这类柳枝稷生产效率的办法。“柳枝稷广泛分布于全国,存在遗传多样性。”Jastrow说,“不同品种特点不同。南方品种个头儿高,有更大的茎叶,但不茂盛;北方品种个头儿矮,但茎更多。”茎是生产生物燃料最主要的木质纤维素来源。品种差异也与不同生长季的日照量、温度有关系。

2008年,研究团队在伊利诺斯东北部种植了13亩柳枝稷。2014年,他们在三个不同地理位置单独种植了3种不同遗传类型的柳枝稷,也进行了3个品种的混合种植,以测试他们的理论:遗传变异会促进生长。

从第二年开始,每个地块上生长的柳枝稷由当地农民收割并称重,测定产量。“这是牧场试验,而我们的目标是使结果尽可能转移到一个真正的生产系统中。”堪萨斯州立大学作物遗传学助理教授Geoff Morris表示。

虽然没有正式的方法来研究作物产出与极端天气的关系,但记录仍显示出一些端倪。“尽管天气波动,混合品种连续生产的产量等于或大于表现最好的单个品种。”Jastrow说道,至少从参数研究上看,通过种植混合品种、增加遗传多样性是建立和维持作物最高总产的最快办法。


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