意大利科学家研究了朴实的洋姜的益处。 事实证明,这是生产可再生能源的一种根本无法替代的作物。
图西大学的农业和林业科学学院(DAFNE)的一支意大利科学家团队在科研工作中解释了为什么菊芋如此出色和重要。
最近,生物燃料已成为减少车辆排放的战略重点。 作者同时指出,与此同时,生物燃料生产在其负面影响的背景下越来越多地被提及,因为用于这些目的的主要农作物,例如油菜籽,小麦或大豆,需要高强度的农业实践和肥沃的土壤。 (生物燃料是源自生物材料的碳基能源。)
欧盟委员会最近将生物燃料归类为间接土地利用变化水平较低的产品,这种产品来源于边际土地上种植的作物,资源很少。
因此,在欧洲,只有少数农作物可以达到这些要求。
菊芋是一种动物饲料,生物燃料,甚至是水果啤酒。
从这个角度来看,菊芋(向日葵)当然是一个值得注意的物种,因为它具有实现更新的欧盟可再生能源指令(RED II)的目标所必需的所有属性。
菊芋广泛适用于其他农作物的多种多样且通常为低产的环境,并且适应性强。
它是一种多用途作物,可用于人类消费(直接在块茎中或用于获得甜味剂),制药目的,用于生产生物质和生物能源(生物乙醇和沼气)。
而且,类似于其他植物 菊科例如菊苣和红花,菊芋具有作为草料作物的潜力。
有趣的是,由于酿造业的创新,块茎被用于制作甜果味的啤酒。
菊芋的茎和块茎中的菊粉含量很高,有潜力生产用作生物燃料的乙醇。
尤其是,有机化合物(如菊粉和纤维素)和糖经过发酵和蒸馏后可以生产乙醇。
在过去的20年中,为改善生物质转化为燃料所做的大量工作。 但是,第一代生物燃料(从粮食作物获得的生物乙醇和生物柴油)仅从少数几种作物中获得,其将太阳辐射转换为化学能(生物质)的效率各不相同。
特别是,生物燃料的原料主要是油菜籽,油棕和用于生物柴油的大豆。 以及甘蔗,玉米,甜菜和甜高粱作为生物乙醇。
此外,并非所有生物量都可用于收获(即,地下植被的生物量通常保留在土壤中),因此减少了净碳固存并增加了处理效率。
由于这些原因,下一代生物燃料生产系统的植物物种有望克服其中的一些限制,特别是如果它们具有高产的地下生物量(即根或块茎)。
此外,由于世界上大多数地区已经建立了集约化的农业土地利用方式,因此生物能源作物必须在环境上可持续发展,以避免对农业生物多样性,土壤和水资源造成额外压力。
科学家为未来寻找生物能源作物
研究正在朝着下一代生物燃料能源系统的方向发展,该系统对环境的影响较小,生产率更高,投资回报更高,粮食和饲料作物在土地使用方面的竞争较少。
来自分离的生物能源作物和农业废料的木质纤维素生物质被认为是生物能源生产的可持续资源,但是与使用淀粉或糖蜜为基础的生物质相比,使用纤维素分解酶进行水解的劳动强度更大且成本更高。
在这方面,下一代最有吸引力的生物燃料系统是藻类和菊芋,它们生产的块茎也可以利用用于类似作物(块茎植物)的现有基础设施和机制进行种植和收获。
为什么洋蓟真正需要欧洲
使菊芋成为有价值的能源作物的特征包括:快速生长,高碳水化合物含量,每单位面积足够的总干物质,利用营养丰富的废水的能力,病原体抗性/耐受性,以最小的外部生产成本轻松生长的能力以及在边缘土地上。
最后一个方面有望成为欧洲生物燃料未来的关键。
正如欧洲议会和理事会通过的经修订的《可再生能源指令》(RED)(2018/2001号指令)所预见的那样,欧盟委员会最近通过了一项授权法案,确立了确定重要的间接土地利用变化的标准。
ILUC是一种危险的原料,可在具有高碳储量的土地上间接扩大生产空间,并通过低风险的ILUC生物燃料,生物流体和生物质燃料认证。
如果燃料符合以下累积标准,则可以授予证书:
(i)符合可持续性标准,这意味着原材料只能在碳含量不高的未使用土地上种植;
(ii)作为措施的结果,使用额外的原材料来提高已经使用过的土地或以前未用于种植农作物的地区(未使用的土地)上的农作物的生产力,但前提是土地被废弃或严重退化,或者农作物被砍伐。由小农种植;
(iii)令人信服的证据表明,符合前两个标准。
显然,按照指令的要求,只有在以可持续方式获得的情况下,此类额外原料必须满足生产低风险燃料的要求。
因此,菊芋是一个很有前途的候选人,可以轻松替代玉米和甜菜等农作物。
快速增长的生物质用于生物燃料
植物各部分的生长动力学表明其在欧洲生产最佳作物的能力。
空气中三分之二至四分之三的干物质以茎和枝为代表,而叶和花所占的百分比较低。 干重分布的比例在很大程度上取决于许多因素:品种,播种时间,气候和生长条件。
茎中占植物总质量的50%以上。
茎生分为两个阶段。 在头五个月中,茎高和体重呈线性增加。 在这段时间之后,茎的高度达到最大并保持不变,而其重量减小。
最大植物生长和重量随环境条件和基因型而变化。 早期品种的最终高度达到140厘米,而后期品种的最终高度约为280厘米。
因此,在生长季节结束时,后期品种的茎干物质含量约为早期品种的两倍。 因此,晚熟品种的总生物量高于早熟品种。 建模表明,在后期品种中,更长的最佳叶片面积保存可以更好地吸收干物质。
无故障的菊芋
由于其对干旱和盐碱的抵抗力,可以在不适合其他块根作物和块茎的土壤中种植洋姜。 它在pH值为4,4至8,6的土壤中生长良好。
如果沉重的黏土和水硬性土壤难以收获块茎,则可以种植菊芋来生产茎。
通常,块茎的产量,大小和形状取决于土壤的类型。 轻质壤土产生大块茎,而重质土壤由于具有更好的保水性,因此在干旱条件下可提供良好的产量。
至于生长温度,大多数菊芋品种需要至少125天无霜的生长季节。
通常,为了获得最佳产量,需要在6-26°C的温度范围内生长。
该植物对霜冻具有中等抵抗力。 在早期生长期间,尽管低温会导致叶片萎黄,但农作物的耐受温度可低至-6°C。 至于秋季收获,霜冻温度从-2,8°C到-8,4°C触发了块茎适应寒冷的机制。 通过将菊粉转化为果糖可改善其味道。
在自然环境中,几种生物(微生物,昆虫和哺乳动物)与菊芋植物相互作用,包括六个不同的蜜蜂和大黄蜂科。
据报道,菊芋有许多噬菌体和微生物,但很少能严重破坏其养殖。
通常,植物的地上部分较不易患病,而块茎在后期生长和贮藏期间较易受病。 最有害的病原微生物是核盘菌核盘菌和小核盘菌,它们会引起腐烂。
前者因过量施氮,土壤pH值低或土壤肥沃而受青睐,后者因水分加高温而受到青睐。
还生锈引起 紫丁香以及由引起的白粉病 鸢尾,攻击菊芋,但由于链格孢菌(Alternaria helianthi),它们无法限制产量以及叶斑病。
储存块茎时,尤其是收获时受损时, 灰葡萄孢(Botrytis cinerea), 黑根霉, 镰刀菌 и 青霉属... 但是,冷冻程序可以有效控制这些疾病。
至于昆虫,它们主要是蚜虫,但是它们的影响微不足道。
该植物结实而结实,因此菊芋可以自己成为极具竞争力的杂草。 对于其他快速生长的杂草,仅在播种期间,在天篷关闭之前才需要进行控制。 您可以使用化学除草剂和机械除草剂(面肥,疏松剂等)。
菊芋在田间定居后,很难将其移开,因为块茎或其部分仍留在地下,在土壤中越冬越好。
菊芋的选择
菊芋的宝贵生物和生化特性是其在食品和工业中的普遍应用的基础,这需要从遗传角度提高产量。
育种的主要重点是块茎的产量和食品和饲料中的菊粉含量,最近是生物量的增长,以生产生物燃料。
但是,由于传统上限制使用菊芋,迄今为止在育种方面进展甚微。 育种发展方面的投资也很不稳定,取决于每个国家的行业需求。
与能源危机和粮食短缺有关的1970年代和1980年代对菊芋的兴趣再次兴起,这使人们寄希望于采取更多协调和深入的行动来开发满足新需求的新品种。
此后,特别是在过去的十年中和在亚洲国家,农作物的收成有了大幅度的增长。
考虑到当前的气候变化,寻找新的可持续能源的必要性以及粮食生产面积的减少,对菊芋养殖的投资似乎在很大程度上是合理的。
美国也可能对洋蓟感兴趣
到目前为止,最常用于乙醇生产的农作物是玉米,甘蔗,甜高粱和甜菜。 然而,这些物种依赖于肥沃的农业土地,并且通常需要大量的外部资源(即水,农药,化肥)才能实现高产。
美国和巴西是世界上最大的生物乙醇燃料生产国。 他们占84年全球生物乙醇产量的约2018%。
在这些国家,谷物和甘蔗是乙醇生产的主要原料。
预计2027年的乙醇产量将占全球玉米和甘蔗产量的15%和18%。
与欧洲一样,美国主要使用玉米和小麦淀粉制造生物乙醇,而巴西则加工甘蔗。 通常,甘蔗的乙醇产量高于玉米和菊芋等其他农作物。
但是,甘蔗在热带和亚热带气候中是理想的,但在温带气候中却不理想。 因此,在美国乙醇生产中,Tominabur可以取代玉米。