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“欧宝体育在线登录入口”耐盐植物开发使用是盐土农业的未来偏向(4):能源作物

  • 产品时间:2022-04-22 00:16
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简要描述:我国生长生物质能源工业的前提是不能与粮争地,不能与人争油,这就需要使用非耕地资源生长能源植物,而我国现有200×104余hm2沿海海涂非耕地资源,每年还以1.33 ×104~2.00×104 hm2的速度在递增,仅黄河三角洲、苏北沿海两地就有数百万亩的海涂盐渍土资源可用于生长能源植物。近年来,我国科学事情者在东部沿海滩涂举行了大量耐盐耐海水能源植物的引种、筛选与栽培研究,主要包罗甜高粱、菊芋、油葵等[46]。...

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本文摘要:我国生长生物质能源工业的前提是不能与粮争地,不能与人争油,这就需要使用非耕地资源生长能源植物,而我国现有200×104余hm2沿海海涂非耕地资源,每年还以1.33 ×104~2.00×104 hm2的速度在递增,仅黄河三角洲、苏北沿海两地就有数百万亩的海涂盐渍土资源可用于生长能源植物。近年来,我国科学事情者在东部沿海滩涂举行了大量耐盐耐海水能源植物的引种、筛选与栽培研究,主要包罗甜高粱、菊芋、油葵等[46]。

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我国生长生物质能源工业的前提是不能与粮争地,不能与人争油,这就需要使用非耕地资源生长能源植物,而我国现有200×104余hm2沿海海涂非耕地资源,每年还以1.33 ×104~2.00×104 hm2的速度在递增,仅黄河三角洲、苏北沿海两地就有数百万亩的海涂盐渍土资源可用于生长能源植物。近年来,我国科学事情者在东部沿海滩涂举行了大量耐盐耐海水能源植物的引种、筛选与栽培研究,主要包罗甜高粱、菊芋、油葵等[46]。1. 甜高粱甜高粱具有抗旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄、耐高温和耐干热风等特点。

甜高粱在33 oC高温干旱条件下,柱头和花粉生活力可维持2小时,在相同条件下玉米(Zea mays)的花丝和花粉寿命只有十几分钟。甜高粱可耐受的盐浓度为0.5%~0.9%,高于玉米等作物[49]。甜高粱适应性广,在pH 5~8.5的种种类型土壤中均可栽培[50]。

张彩霞等研究了甜高粱在我国的空间适宜漫衍(图5)[48],效果讲明,我国大部门省份多或少均可种植甜高粱,总面积达38134.3×10hm2,东南沿海地域省份险些都适宜种植甜高粱。综合土壤坡度、土壤综合肥力和年日均温大于10oC期间的降水量3个条件,东部沿海的辽宁、天津、河北东部、山东、江苏等省最适宜开发种植甜高粱,种植甜高粱的能耗较低,可能引起的土壤侵蚀也较小;浙江、福建、海南等地域为较适宜区,需要保证排水条件良好及培肥土力。因此,使用沿海滩涂开发甜高粱有很大的潜力。甜高粱适宜区域在沿海滩涂开发甜高粱作为能源植物另有许多工业化技术难题亟待突破。

例如:(1)缺乏适宜耐盐品种。我国拥有大量的滨海盐碱地轻易置边际土地资源,这些地域是我国甜高粱生产的潜在优势地域,但现在甜高粱品种选育滞后,适宜各种生产需要的专用甜高粱品种缺乏,因此增强滨海盐碱地种植的优良耐盐甜高粱新品种选育是使用滨海盐碱地生长甜高粱工业的保障性内容。

施庆华等对11 个甜高梁品种的出苗率,茎粗,株高,含糖量,茎秆鲜重产量,籽粒产量举行比力试验,研究效果讲明SN010F1、通选超甜高梁、SN006F1、SN008F1、SN009F1、盐甜1 号茎秆鲜重和含糖量都很高,可作为盐碱地种植以收获茎秆为主要生产目的的甜高梁品种。LT3F0、通选超甜高梁、盐城普选甜高梁和YT3F1 籽粒产量较高,可作为盐碱地种植以收获籽粒为主要生产目的的甜高梁品种[58]。

(2)研究甜高粱耐盐高效种植技术。王海洋等从2009 年起在江苏省盐城沿海举行了多年引种与栽培试验,总结出一套盐碱地甜高粱高产栽培技术规程,为甜高粱在江苏省沿海滩涂大面积推广种植提供了技术参考[59]。吴承东等也从品种选择、播种、栽植密度、施肥、收割头季甜高粱、再生甜高粱治理、病虫害防治等方面总结了甜高粱在江苏沿海地域的高产栽培技术,以为甜高粱栽培提供科学指导[60]。

王永慧等以甜高粱ST008为实验质料,研究了差别密肥水平下滨海滩涂盐碱地甜高粱生长特性、干物质积累特征,效果讲明,盐碱地甜高粱在密度120000 株/hm2、施氮量300 kg/hm2水平下生物产量最高。提高拔节至抽穗阶段甜高粱植株的光合生产是提高甜高粱产量、含糖量的关键[61]。(3)需要引进和革新全程配套机械。

甜高粱生育期短,成熟期集中,治理简朴,适宜机械化操作,高起点、全程化的甜高粱生产机械研制是促进甜高粱工业生长的一项关键内容。要针对盐碱地甜高粱种植技术的需要,并凭据甜高粱茎粒高发生产的农艺要求,改善相关机械。

通过配套机械的引进研制和革新完善,实现甜高粱种植的全程机械化。2. 菊芋菊芋(Helianthus tuberosus L.)是菊科向日葵属一种年生草本植物,起源于美国俄亥俄州和密西西比河及其支流的山谷地带,随后被引入欧洲,现已遍布于世界各个国家,包罗中国、韩国、埃及、澳大利亚、新西兰等。菊芋适应能力极强,体现为抗旱、抗寒、耐盐碱和耐贫瘠,在年降水量大于150 mm、最低温度大于-40 ℃和土壤NaCl浓度小于150 mmol/L的条件下都能够生长良好,且治理粗放、投入少,可广泛种植于中国北方和西部大面积的荒地、坡地、盐碱地等边际土地[63]。

在生产实践中,菊芋最大的优势是生物量高[63],块茎产量可达50 t/hm2 以上,是制作生物乙醇的上乘原料,块茎可以转化成4500 L/hm2乙醇和碳氢燃料,在我国沿海滩涂大面积种植菊芋,切合国家提出的生物质能源作物要做到不与人争粮、不与粮争地的指导目标。在滩涂地、沿海岸被海水浸渍的盐碱地、荒原沙地上种植菊芋,可以为人类提供更多的生物质资源,缔造更多的就业时机,同时可节约成本,淘汰滩涂水土流失,加速滩涂土壤的熟化历程,可以充实使用海涂非耕地资源、非浇灌水——海水资源, 从而获得经济、生态和社会三重效益[64]。

菊芋为了实现菊芋在我国沿海滩涂的推广种植,众多学者针对菊芋的引种判定、耐盐机制、栽培技术及海涂使用评价等方面做了大量研究。1998年以来,南京农业大学课题组划分在山东莱州、江苏大丰海涂举行耐盐耐海水菊芋的引种与筛选研究,从全国各地数十个菊芋品种中筛选、培育了高耐海水、生物产量高、能量密度大、综合使用前景辽阔的南芋1号、南芋2号菊芋品系[65, 66],并在山东莱州、江苏大丰滨海盐土举行种植试验。表 5为2000~2004年山东大田差别比例海淡水浇灌下菊芋块茎产量,效果讲明,用25% ~ 50%的海水浇灌,菊芋块茎产量在89776.7~67235.0 kg/hm2之间,折算糖产量为16160 ~ 12102 kg/hm2 , 比耕地种植木薯产糖量横跨1倍。

同时在菊芋整个生恒久间,除举行一次中耕覆垄外,基本没有举行其它的田间治理投入,因此,南芋1号、2号菊芋是适合海涂种植的为数不多的首选能源植物。谢逸萍等从全国各地引进的菊芋品种举行了海涂使用评价,效果讲明:大兴1号的产量体现较好, 鲜产、干产和糖产量划分到达77413.8、17505.9、12381.9 kg/hm2;徐州2号次之,其鲜产、干产和糖产量划分到达71918.1、16090.5、10349.4 kg/hm2[64]。杨君等研究了海水浇灌条件下差别的种植密度对菊芋植物学性状及产量的影响,效果讲明,随着种植密度的增加,菊芋单株产量出现先增加后淘汰的趋势;株行距50 cm × 70 cm时产量最高,菊芋的除盐能力随着种植密度增加而增强[67]。

我国现有200多万公顷尚未获得开发使用的近海滩涂地,陆地海岸线长1800多公里,根据我国现在闲置而无法以其他方式开发使用的近海滩涂200×104 hm2的50 % 种植菊芋盘算,可以获得1500 x 104 t 干基生物质,生产500×104 t燃料乙醇。在近海岸滩涂海水灌概条件下种植菊芋的关键在于菊芋的耐盐水平、产量水平、抗病抗倒伏能力以及质量情况,因此迫切需要对海内菊芋种质资源举行筛选,获得高耐海水品系,对其耐盐机理即盐胁迫下生理代谢特征、调控机制及其相关的特异卵白,举行深入的探索,为选育高产优质高效的菊芋品系提供理论基础。同时使用现在闲置的海涂种植高密度能源植物,急需海涂高产栽培调控技术,迫切需要深人研究。对于菊芋转化生物质能源的研究,以后的事情应在先前事情的基础上,优化菊粉的发生历程,对菊粉酶发生菌举行诱变,同时对突变菌株的发醉造就基组成中的主要因子举行优化,另外需研究原始菌株和突变菌株的酶学性质,从分子生物学方面举行深人研究,为工厂化生产提供技术支撑[70]。

3. 油葵油葵(Helianthus annuus),即油用向日葵,菊科向日葵属。原产北美,1716年后欧洲栽培作油料作物。中国栽培向日葵己有近400年的历史。

油葵有很强的适应能力,对土壤条件要求不严格,是一种耐盐碱、耐瘠、耐旱、适应性广的新型油料作物,适于在沿海滩涂地域种植。现在推广使用最乐成的是美国迪卡公司培育的杂交油葵G101品种。20世纪90年月前后,中国从美国先后引进G101、S31 等优质杂交油葵品种,大面积试种,连年单产凌驾大豆、油菜等油料作物[75]。

现在,主要通过以下途径培育挑选耐盐的油葵新品种:(1)将野生耐盐植物驯化成作物;(2)建设在形态、生理、分子标志等选择基础之上的传统育种;(3)使用组织造就和诱变突变表型的生物技术举行培育;(4)基因工程培育等[76]。刘兆普等从1998年起,开始在海涂引种油葵的研究,在江苏大丰海涂差别强度的盐渍化土上种植从美国迪卡布公司引进的G101B、DK3792、DK1油葵新品种,G101B、DK1两品种体现了很强的耐盐能力,在含盐量0.28%~0.35%的中度盐渍化土上,单季产量达3035.0 kg/hm2~2331.5 kg/hm2,在含盐量0.62% ~0.77%的强度盐渍化土上,单季产量亦到达2364.5 kg/hm2~1285.2 kg/hm2,而油菜在强度盐渍化土上却不能生长。为充实使用海水资源,从2002年起,在山东莱州海涂举行大田海水浇灌油葵G101B的试验,20%海水浇灌下取得一年两季单产6163 kg/hm2 , 按含油率50%计,折植物油3082 kg/hm2,40%海水浇灌下两季产量也到达5868 kg/hm2,折植物油2934 kg/hm2(表 6)。

油葵是油料植物中抗逆能力强、单元面积产油脂最高的能源植物之一[46]。油葵4.海滨锦葵海滨锦葵(Kosteletzkya virginica)为锦葵科锦葵属多年生宿根植物,天然漫衍于美国东部沿海从特拉华州至得克萨斯州的盐沼海岸带。

在天然漫衍中,海滨锦葵的基质含盐量达2.5%[82]。经由恒久的进化及适应历程,海滨锦葵已成为一种喜盐植物,用0.5% ~1.5%的盐水浇灌,生长良好;用2.5%的盐水浇灌, 产量可达1500 kg/hm2[83]。

海滨锦葵属于储盐植物,它把所吸收的盐分储存在茎秆和根的皮部,这对于淘汰土壤的含盐量和改良盐土很有意义。现在,阮成江等接纳系统选育的方法,通过单株选择,联合优选单系实生苗的完全随机区组对子代性状的测定,建设初选优良品系的无性系和多元杂交圃,实行开放授粉, 通过品系比力试验、区域生产试验在江苏沿海滩涂选育出6个海滨锦葵优良品系,该品系滩涂的平均种子产量为957 kg /hm2,比未经选择的海滨锦葵自由生长群体的产量(平均为639 kg /hm2)提高了49.76%;平均种子含油量为20.64%,比未经选择的滩涂海滨锦葵自然生长群体(17.97%)提高了14.85%,但与原产地相比(海滨锦葵在美国的种子产量约为800 ~1 500kg /hm2、含油量为22%),仍有很大差距,说明海滨锦葵种子产量的提高和品质的改良仍有很大空间,可进一步举行群体改良,以选育高产优质新品系[84]。为了开发海滨锦葵作为“生物柴油”的用途,聂小安等以海滨锦葵油为原料,对海滨锦葵油合成生物柴油工艺举行了研究,探讨了海滨锦葵油合成门路的经济可行性,并对海滨锦葵油生物柴油的燃烧性举行了分析。效果讲明,接纳生物柴油与化工产物综合生产线,所得生物柴油十六烷值达56,硫的质量分数为0.0038%,主要技术指标到达甚至凌驾GB/T20828—2007尺度要求。

由于接纳了生物柴油与化工产物综合生产线,大大降低了生物柴油的生产成本,使生物柴油近期工业化成为可能,对缓解我国的矿质能源压力、加速我国生物柴油工业化程序,淘汰都会空气污染等具有重要的现实意义[88]。5. 其他耐盐能源作物种质资源是植物遗传育种与品种培育的重要物质基础。通过对盐生能源植物资源举行观察与搜集,可以筛选出适于滩涂盐碱地种植的能源植物资源。丘丽娜等在天津地域轻度盐碱地中搜集了16 种植物,并对它们的含油量和其中8 种植物的抗性举行了判定,效果讲明野生蓖麻植株和种子含油量高,植株高峻,抗逆性强,是有潜力的野生草本能源植物;麻疯树植株和种子含油量亦高,抗逆性最强,是有潜力的野生木本能源植物[97]。

侯新村等针对生物柴油植物黄连木资源在我国的地理漫衍举行了观察,发现在沿海地域海滩盐碱性潮土中也有黄连木资源的漫衍[98]。有研究讲明,柽柳科的柽柳是一种优良的灌木能源树种,其植株内的碳氢化合物的含量较高,而且柽柳可组成灌丛,形成沿海滩涂上极为少见的灌木林[99];禾本科芒属植物中的荻是一种多年生、生物量大、纤维素含量高的优良能源植物[100];芨芨草为高峻的多年生密丛性草本植物,生物产量大,茎皮纤维含量为40%,是很好的纤维植物[101]。碱蓬种子富含油脂,其种子脂肪含量占干物质的36.5%,出油率为26.1%,油的碘值为13.07,酸价为4.2,皂化值为186.9,而且脂肪中不饱和脂肪酸占总脂肪酸的90%以上,是品质优良的食品和工业用油料[102]。

藜科的盐角草(海篷子)不仅生物量高可以作为生物燃料,其种子含油量到达27.2-32.0%,其籽粒产量与产油量介于油菜与大豆之间(表 7),具有生发生物柴油的潜力[99]。李意德等凭据近30年的观察研究资料,汇总了海南省80 多种能源植物资源的基本情况,指出可用来生产烃类燃料的绿玉树、牛角瓜等广泛漫衍在沿海荒滩荒地上[103]。

现在,虽然已有不少科研人员在耐盐碱能源植物观察方面做出了许多事情,但仍然存在一些不足,例如观察规模不够广泛,观察植物种类不够全面等。以后应加大对滩涂盐碱地盐生植物的观察力度,凭据差别盐碱类型,差别用途植物,合理取舍,找出适合目的地域应用的能源植物类型[104]。6. 我国滩涂耐盐能源作物生长前景及面临挑战中国虽然幅员辽阔,可是并不是一个能源资源富有的国家。

中国拥有的能源总量约占世界能源总量的1/10。2000年人均能源可采储量远低于世界平均水平,人均石油和煤炭开采储量划分只有26 t和90 t,人均天然气可采储量仅1074 m3,划分为世界平均值的11.1%、55.4%和43.0%[99]。与世界一次性能源组成差别的是,中国以煤为主,煤占一次性能源的比例为63.7%,原油18.6%,天然气5.9%,水电8.5%[105]。当前,中国并没有完全挣脱先污染后治理的老路,以煤炭为主的能源结结构成的大气质量严重污染是我国现阶段面临的严峻情况问题。

因此,生长清洁的,可再生的,以能源植物为主的生物质能具有重要意义。我国政府也十分重视生物燃料的生长,出台了一系列政策甚至执法以支持能源植物的生长。在国民经济和社会生长“十五”纲要和“十一五”纲要中都提出了将生长生物液体燃料确定为国家工业生长偏向。2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会通过了《可再生能源法》。

《国家中恒久科学和技术生长计划纲要(2006~2020年)》将寻求清洁能源,特别是生长生物质等可再生能源技术重点列入[106]。然而,我国领土面积虽大,但现有耕地却不多,人均土地资源拥有量少,人均耕地面积不足0.1 hm2,仅相当干世界平均数的43%[107]。

随着社会经济的不停生长,人口与经济对耕地的压力仍在不停加大。而作为海陆交接带不停演变的特殊生态系统,沿海滩涂提供了大量的新生陆地,是中国重要的后备土地资源。中国沿海滩涂漫衍十分广泛,据全国海岸带和海涂资源综合观察资料,北起辽宁鸭绿江口,南至广西北仑河口,跨越渤海、黄海、东海和南海等四大海域、沿海11个省市区(不包罗台湾省),共有滩涂220万hm2,而且沿海滩涂在泥沙泉源富厚的海岸带仍在不停地淤增。因此,使用中国富厚的沿海滩涂土地资源开发能源植物具有辽阔前景和庞大潜力[108]。

现在,我国关于开发滩涂耐盐能源植物的研究取得了阶段性结果,这无疑将有助于中国生物能源的进一步研究与开发。但仍有一些耐盐能源植物种类和数量等资源情况尚不完全清楚,能源植物良种筛选和高效培育技术还未全面开展,大面积种植问题也没有获得解决;与此同时,生物质能源的生产和开发使用也刚刚起步,现在已经乐成商业化的生物质能源主要是生物乙醇和生物柴油,其他形式生物质能源的提制技术有待于进一步深入研究[109]。我国虽然是使用能源植物较早的国家,但基本上局限在直接燃烧、制碳等低级的阶段,热能使用率很低,造成了植物资源的极大浪费,而且也造成了比力严重的情况污染。

因此,在以后的研究中要加大对沿海滩涂能源植物的开发力度。首先,沿海滩涂种植能源植物要因地制宜。沿海滩涂土壤是一特殊而庞大的自然综合体,为海水回退后的新生陆地,土壤盐碱化是制约作物正常生长的主要因素,同时还受到土壤质地和地下水位等因素的影响,差别地块的成陆时间、人工开垦时间和水平等差别又使地块之间土壤理化性状差异较大。

总的来说堤内荒地的盐碱度相对堤外潮上带和潮间带较低,因此适宜种植耐盐的甜土能源植物,如耐盐的甜菜、甜高粱、甘薯、菊芋等,堤外潮上带,在盐碱度低的地块可种植菊芋,盐碱度高的地块种植盐生能源植物,如海蓬子、碱蓬、海滨锦葵、柽柳等。潮间带适宜种植碱蓬、海蓬子、柽柳、芦苇、芨芨草等。其次,从自盐生植物中筛选生物质能源植物。

美国农业部在20 世纪80 年月组织亚历桑那大学从世界盐生植物中筛选有价值的资源加以使用,从1300 余中盐物植物中筛选到了20 种有使用价值的植物,其中包罗已广泛推广的海蓬子。中国有500 种盐生植物,涉及71科和218 属[110, 111],盐生植物资源富厚,但对有价值盐生植物种质的筛选还没有跟上,因此有须要对其植物学性状和经济学性状举行全面的相识,从中筛选出适于生发生物能源的植物种类。

第三,使用转基因技术提高盐生植物产油品质和能源植物的耐盐性。盐分胁迫是影响作物在滩涂上种植的难点,使用转基因技术可将耐盐基因转入甜土植物中提高其耐盐能力。

同样,将这些耐盐基因转入高淀粉或高油的能源植物中,可望培育出在沿海滩涂上种植的耐盐能源植物。另一方面,转基因技术可改变植物的含油量或淀粉含量,这样可以改良盐生植物经济性状,使其生产出更多可转化使用的身分[99]。

最后,对具有良好前景的能源植物,充实使用沿海滩涂,选择适宜地域,通过丰产栽培试验示范,提出高产栽培配套技术与最佳生长模式,使能源植物种植规模化,为能源植物的开发使用提供富足的原料[112]。


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