能源植物芒草的农学特性研究进展

能源植物芒草的农学特性研究进展内容摘要：

浙 江 农 林 大 学 学 报! !"!"! !""!#$ !!# $ !"% !"#$%&' "( )*+,-&%. / ! 0 1%-2+$3-45 能源植物芒草的农学特性研究进展 詹伟君 !!"! 任君霞 &! 金松恒 !! 黄有军 !! 潘寅辉 %! 郑炳松 ! !!' 浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地" 浙江 临安 &!!&(( # ") 浙江发展园林实业 有限公司" 浙江 杭州 &!(((& # &) 浙江农林大学风景 园林与建筑学院" 浙江 临安 &!!&(( # %) 浙江省龙 游县林业局" 浙江 龙游 &"%%(( $ 摘要! 芒草 6-37&%4*#3 作为一类可再生能源植物! 是解决环境问题和能源供应短缺的有效方法之一% 芒草是一类具 有根状茎的多年生 *% 植物! 它的最高生物量可达到 %# +&,-#"% 综述了芒草的生物学特性' 生物量' 抗逆性以及水 分' 氮元素对其生物量及其组成的影响等农艺性状和生理特性! 总结了在水分胁迫条件下增施氮肥可以提高芒草 的生物量! 土壤含水量和耐霜冻能力是提高芒草生物量的 " 个关键因素! 并提出了今后进一步的研究主要是利用 现代分子育种手段! 选育出抗逆性强' 适应不同生态环境条件的高生物量良种品系等% 参 &. 关键词! 植物学( 芒草( 生物量( 农学特性( 综述 中图分类号! /$!( 0#%#)# 文献标志码! 1 文章编号! "(#.$(2.3 ""(!")(!$(!!#$(3 4565789, :8;<8566 ;= 7<8;=;->9 9,7879+58>6+>96 ;? 6-37&%4*#3 @A1B C5>$DE=!""" 4FB GE=$H>7&" GIB /;=<$,5=<!" AJ1BK L;E$DE=!" M1B L>=$,E>%" @AFBK N>=<$6;=<! %!) O,5 BE8+E8>=< /+7+>;= ?;8 +,5 /+7+5 P5Q R7S;87+;8Q ;? /ES+8;:>97T />TU>9ET+E85 " @,5D>7=< 1 V W J=>U586>+Q " R>= &7= &!!&(( " @,5D>7=< " *,>=7 # ") @,5D>7=< R7=X697:5 Y5U5T;:-5=+ *;) " R+X) " A7=<Z,;E &!(((& " @,5D>7=< " *,>=7 # &) /9,;;T ;? R7=X697:5 189,>+59+E85 " @,5D>7=< 1 V W J=>U586>+Q " R>= &7= &!!&(( " @,5D>7=< " *,>=7 # %) W;856+ F=+58:8>65 ;? R;=<Q;E *;E=+Q " R;=<Q;E &"%%(( " @,5D>7=< " *,>=7 ' !"#$%&'$( 16 7 85=5[7ST5 5=58<Q 98;: :T7=+" 6-37&%4*#3 >6 ;=5 ;? +,5 5??59+>U5 -5+,;X6 +; 6;TU5 5=U>8;=-5=$ +7T >66E56 7=X 5=58<Q 6,;8+7<56) 6-37&%4*#3 >6 7 +Q:>97T :585==>7T <>7=+ <8766 >= +,5 [;8TX 7=X +,5 ,><,56+ S>;-766 Q>5TX 97= 8579, %# +),- $") O,>6 :7:58 85U>5[6 6-37&%4*#3 S>;T;<>97T 9,7879+58>6+>96" S>;-766 Q>5TX" 6+8566 856>6+7=95" 5??59+ ;? [7+58 7=X =>+8;<5= ;= >+6 S>;-766 7=X 9;-:;6>+>;=) O,5 856ET+6 6,;[ +,7+ =>+8;<5= 97= >-:8;U5 6-37&%4*#3 S>;-766 E=X58 [7+58 6+8566 9;=X>+>;=) C7+58 9;=+5=+ >= +,5 6;>T 7=X +;T587=95 +; ?8;6+ 785 +[; \5Q ?79+;86 ?;8 >-:8;U>=< S>;-766 Q>5TX ;? 6-37&%4*#3) WE8+,58 6+EXQ ;= S855X>=< <5=;+Q:56 [>+, ,><, S>;-766" ,><, 6+8566 +;T587=95 7=X 7X7:+>=< +; X>??585=+ 59;T;<>97T 9;=X>+>;=6 >6 =55X5X" [,>9, >6 >-:;8+7=+ ?;8 6;TU>=< +,5 9;=U5=+>;=7T 5=58<Q 6,;8+7<5 7=X 5=U>8;=-5=+7T X5<87X7+>;=) **, " &. 85?) + ()* +,%-#( S;+7=Q# 6-37&%4*#3# S>;-766# 7<8;=;->9 9,7879+58>6+>96# 85U>5[ 能源是现代社会赖以生存和发展的基础" 安全可靠的能源供应和高效清洁的能源利用是实现经济可 持续发展的基本保证" 也是国家战略安全保障的基础之一, 大量消费化石能源所排放的二氧化硫和二氧 化碳已严重威胁人类赖以生存的生态环境" 同时不可再生的化石能源正面临枯竭的危险, 矿物燃料的日 趋枯竭和生态环境的日渐恶化" 使人们日益重视研究和利用新能源" 以可再生能源来替代有限的化石资 源将成为必然, 植物生物质能源可以通过将二氧化碳固定在植物 *!+和土壤中 *"+来减少温室气体的排放, 收稿日期( "(!%$"&$!& # 修回日期( "(!!$('$!& 基金项目( 浙江省重大科技专项%优先主题'农业项目%"((]*!"(!#'# 教育部留学人员科技活动项目%教外司留 *"((#+!&%! 号' 作者简介( 詹伟君" 工程师" 从事林学研究, F$-7>T ( Z,7=[5>DE=^6;,E)9;- , 通信作者( 郑炳松" 教授" 博士" 从事植物分子生理生化研究, F$-7>T ( S6Z,5=<^Z7?E)5XE)9= #!& 浙 江 农 林 大 学 学 报 !"#! 年 ! 月 !" 日 生物质能源植物通常是指那些具有较高合成还原性烃的能力! 可产生接近石油或柴油成分! 可替代石油 或柴油使用的产品的植物! 以及富含大量油脂的植物" 能源植物可分为 $ 类# 一是富含类似石油成分的 能源植物! 其中富含烃类的植物是植物能源的最佳来源! 生产成本低! 利用率高$ 二是富含碳水化合物 的能源植物! 利用这些植物所得到的最终产品是乙醇! 如甘蔗 !"##$"%&' ()*+*(+$ 三是富含油脂的能源 植物! 既是人类食物的重要组成部分! 也是工业用途非常广泛的原料! 世界上富含油的植物达万种以 上! 中 国有近千种 以上" 到目前 为止! 全世界 已经发现 %& 多种能源植 物! 绿玉树 ,&-$.%/)" 0)%&#"11) ! 橡胶树 2+3+" /%"()1)+*()( ! 甘蔗! 木薯 4"*)$.0 +(#&1+*0"! 油棕 ,1"+)( 5&)*++*()( ! 黄连木 6)(0"#)" #$)*+*! ()( 等 %$&" 同时! 科学家正逐步探索挖掘新的能源植物! 其中发现的芒属 4)(#"*0$&( 植物具有很强的光合 作用能力! 生长迅速! 适应性广! 产量高 %%!'&! 其生命周期一般为 !&"!' (! 是理想的第二代能源植物 %)&" 目前! 对芒草的研究多集中在其生物学特性' 栽培管理等农艺性状和生理特性方面 %*&" 作者将这些方面 的一些研究作一综述" + 芒草的生物学特性 芒草是芒属植物的总称! 属于禾本科 ,-(./(/ 黍亚科 012-3456-56/(/ 蜀黍族 0762-8-1-7/(/ 芒属 4)(! #"*0$&(! 多年生高大草本! 茎秆粗壮! 中空! 有长的叶片和顶生的圆锥花序$ 小穗有 ! 小花! 成对! 相 似! 一具长柄! 一具短柄! 其中之一或二者常有芒! 基盘常有长丝毛$ 颖相等! 膜质或稍革质$ 不实性 和实性外稃均透明质! 短于颖 %9&" 芒草植物全世界约有 !" 种! 多分布于东亚' 南亚和环太平洋群岛! 现 已扩展至西非' 美洲和欧洲地区" 依据外部形态和地理分布上的关系! 芒草可划分为三大群# 第一大群 为中国芒类群! 第二大群为五节芒类群! 第三大群是尼泊尔芒类群" 中国芒草资源丰富! 通过查阅(中国 植物志)和各省植物志! 总结出中国共有芒草 +% 种! 主要分布在中国东部和南部沿海' 云南省' 四川省 和台湾省! 其中四川省分布种类最多! 其次是安徽省' 台湾省' 河南省和江西省 %:&" 芒草的最佳播种期取决于繁殖材料" 若以根状茎栽培! 应在 $!' 月栽植" 若以幼苗直接栽培应稍晚 一些! 这样可以避免晚期霜害! 提高成活率" 芒草通常的栽植密度为 ! 株*;!!! 也可以提高到 ' 株*;!!" 植 株出苗后! 在 '!* 月! 其分蘖能力很强" 在这之后幼苗的分蘖能力开始下降" 芒草叶面积的增长呈现明 显的单峰曲线! 叶面积指数可达到 )<&"#&<&! 最大的叶面积指数出现在开花期! 之后植株就开始衰老 %#&&" 当 叶 面 指 数 达 到 $<! 时 ! 植 株 就 可 以 获 得 大 约 :&= 的 光 合 有 效 辐 射 %++!+! & " 芒 草 生 长 期 的 结 束 与 温 度 有 关! 在丹麦的秋季! 植株的完全衰老发生在第一次霜降时期! 但茎底部的老叶则衰老得更早一些" 在 生长期结束的时候! 茎叶中的营养物质和光合产物都被储存到地下茎" >?5@4-7#A2-B7 等 %#$&研究证明在环境可控条件下! 芒草的生长最适温度范围为 )<&"!&<& $ " ,25./ 等 %#%& 研究表明三倍体芒草奇岗 4)(#"*0$&( " 5)5"*0+&( 的临界温度为 )<& $" 通过对芒草不同种的比较! C4/B(24等 %#'& 研究发现芒 4)(#"*0$&( ()*+*()( 地上部分开始生长发育的日平均温度为 *<& $ " 后来 >?5@4-7#A2-B7 等 %#)!#*& 研究发现在非干旱胁迫条件和干旱胁迫条件下芒草生长的临界温度为 #&<& $" D(22/?? 等 %#9&研究了温度对 荻 4)(#"*0$&( ("##$"%)71.%&( ! 奇岗和芒的 ! 个杂交种等 % 种不同基因型芒草幼苗生长的影响! 结果表明! 这 % 种芒草地上部分的生物量都受温度影响!