草本能源植物修复重金属污染土壤的潜力

在北京郊区重金属轻度污染土地开展了柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草四种草本能源植物的规模化种植,分析其对砷、汞、铜、铬、铅、镉等六种重金属的富集能力与修复潜力。结果表明,四种草本能源植物均属于非超积累植物,但柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草的生物质产量较高,分别为23.23t.hm-2、28.22t.hm-2、47.08t.hm-2、59.22t.hm-2,且不受重金属轻度污染的明显负面影响,因此其重金属绝对富集量可观。杂交狼尾草对砷、汞、铜、铅、镉的绝对富集量分别为23.12g.hm-2、0.35g.hm-2、1132.62g.hm-2、95.18g.hm-2、6.07g.hm-2,芦竹对铬的绝对富集量达到1333.37g.hm-2。草本能源植物对重金属污染土壤具有一定的修复潜力,并以杂交狼尾草最大,芦竹、荻、柳枝稷次之。     

纤维素类能源草在京郊地区的经济效益与生态价值评价

纤维素类能源草是一类重要的能源植物与良好的生物质资源。对柳枝稷、荻、芦竹3种纤维素类能源草从农业种植到纤维素乙醇制备的整个过程进行了经济效益与生态价值的初步评价,结果表明,以柳枝稷、荻、芦竹为原料,每制备1.00 t纤维素乙醇的经济效益分别为4 147.85,1 185.08,2 019.76元,柳枝稷最优,芦竹次之,荻再次之;每制备1.00 t纤维素乙醇所需种植的柳枝稷、荻、芦竹的大气净化生态价值分别为4 639.28,4 351.25,4 320.39元,柳枝稷最优,荻次之,芦竹再次之;3种纤维素类能源草均具有强大的固定大气CO₂的能力,对于降低温室气体CO₂浓度、促进土壤碳的积累具有积极作用。     

挖沙废弃地草本能源植物生物质品质对氮肥的响应

在京郊挖沙废弃地上开展了柳枝稷、荻和芦竹的生物质品质氮肥效应研究,结果表明:施用氮肥对柳枝稷的纤维素、半纤维素、木质素含量影响均不显著;对荻和芦竹的纤维素、木质素含量影响不显著,但对二者的半纤维素含量影响显著;适量施用氮肥对柳枝稷、荻和芦竹的生物质产量、纤维素和半纤维素产量、纤维素类物质含量和产量均具有明显的促进作用.在边际土地上,可以通过施用适量氮肥对草本能源植物的生物质品质进行一定的调控.     

施氮水平和收获时间对柳枝稷生物质产量和能源品质的影响

为提高能源植物柳枝稷(Panicum virgatum)的能源品质,通过田间试验探讨黄河三角洲盐碱地施氮水平和收获时间对柳枝稷生物质产量和氮含量、灰分含量、木质纤维素含量的影响。结果表明,收获时间对柳枝稷生物质产量、氮含量、灰分、木质纤维素含量有显著(P0.05)或极显著(P0.01)影响。生物质产量随着施氮量的增加而增加,且在施氮量为200 kg·hm~(-2)时达到最高值;木质纤维素含量随着收获时间的推迟而增加,冬季收获含量最高,施氮水平为100 kg·hm~(-2)时含量最高;灰分含量、氮含量随收获时间推移而降低。黄河三角洲地区柳枝稷生产时施氮肥100~150kg·hm~(-2),且在冬季收获,能获得较高的能源品质。     

陇东黄土高原饲草作物生产力研究

针对陇东黄土高原作物-家畜系统中家畜饲草质量和供给数量不足的现状,对饲草作物的生产力进行了研究。试验种植了8种饲草作物包括饲料玉米（Zea mays)、苏丹草（Sorghum sudanense)、湖南稷子(Echinochloa crusgalli var.frumentacea )、谷子(Setaria italica)、箭筈豌豆(Vicia sativa cv.6625 )、燕麦（Avena sativa）和多年生饲草紫花苜蓿（Medicago sativa）,以及玉米、高粱和谷子混合后种植的和草（当地传统的饲草作物,是家畜的主要饲草来源,以收获植物营养体为主）。饲草作物采用轮作序列：玉米－箭筈豌豆－燕麦轮作（MVO）、苏丹草－箭筈豌豆－燕麦轮作（SVO）、湖南稷子－箭筈豌豆－燕麦轮作（PVO）、谷子－箭筈豌豆－和草轮作（MVM）和多年生苜蓿连作。结果表明,玉米的产量最高,达到9.5 t·hm-2·a-1,苏丹草（5.8 t·hm-2·a-1）次之,燕麦（5.4 t·hm-2·a-1）和湖南稷子（4.0 t·hm-2·a-1）的产量依次降低,谷子的产量是3.7 t·hm-2·a-1,苜蓿为3.4 t·hm-2·a-1,和草的产量最低,是2.1 t·hm-2·a-1;轮作系统中,产量顺序依次为MVO轮作系统（7.4 t·hm-2·a-1）＞SVO轮作系统（5.6 t·hm-2·a-1）＞PVO轮作系统（4.8 t·hm-2·a-1）＞苜蓿（3.4 t·hm-2·a-1）＞MVM轮作系统（2.9 t·hm-2·a-1）。在生产实践中,春季饲草作物饲料玉米、苏丹草和湖南稷子适合在当地生长,夏季饲草作物燕麦在当地表现良好,值得大面积推广种植。     

氮肥对挖沙废弃地能源草生长特性与生物质产量的影响

能源草是目前最具发展潜力的生物质资源之一,为获得能源草在华北地区边际土地种植过程中肥料效应方面的基础数据,在京郊挖沙废弃地上开展了能源草柳枝稷(Panicum virgatum L.)、荻(Triarrhena sacchariflora(Maxim.) Nakai)和芦竹(Arundo donax L.)的氮肥效应试验。结果表明:氮肥对边际土地上种植的3种能源草的株高、分蘖数量、叶片SPAD值和生物质产量均具有显著的促进作用(P<0.05);生物质产量与土壤氮素浓度之间的回归分析表明,在挖沙废弃地上获得柳枝稷、荻和芦竹最高生物质产量的适宜土壤氮素浓度分别为115.1mg·kg^-1、131.0mg·kg^-1、125.1mg·kg^-1。     

不同水分梯度下能源植物芒草和柳枝稷生物量分配规律

黄土高原面积广袤,进行能源植物种植具有巨大潜质。然而,由于该区生态环境脆弱,水分是限制能源植物产量的主要因子。本研究通过室内控水试验,对不同水分梯度条件(田间持水量的75%、55%和35%)下芒草(Miscanthus sinensis)和柳枝稷(Panicum virgatum)两种能源植物干物质的分配规律进行研究,以期为能源植物的节水高产提供依据。结果表明,水分显著影响根生物量、地上生物量及总生物量(P0.05);芒草生物量显著高于柳枝稷;随着水分的降低,生物量显著下降。不同水分条件显著影响柳枝稷的根冠比、而对芒草影响较小;柳枝稷在较低土壤含水量下,通过增加根系数量及根冠比来加强对水分和养分的吸收。在试验条件下,田间持水量的55%与75%水分条件对两种能源植物地上、地下及总生物量无显著影响(P0.05);水分含量在田间持水量的55%下,两种植物有较高水分利用效率。     

能源作物柳枝稷研究进展

目前,可再生能源特别是能源作物成了能源研究的新热点。柳枝稷适应性强,产量潜力大,且对环境友好,是理想的能源作物。本研究从生物学特性、生态适应性、柳枝稷能源生产管理措施等方面综述了能源作物柳枝稷的研究进展,讨论了柳枝稷能源生产利用方式与存在的问题,分析了柳枝稷在我国的发展潜力。认为现阶段我国柳枝稷能源利用应以固体成型燃料与小型生物质发电为主,将来最有发展潜力的利用方式之一为第二代燃料乙醇。     

边际土地类型及移栽方式对柳枝稷苗期生长的影响

为评价能源型植物柳枝稷Panicum virgatum在贫瘠沙化的边际土地生境上的适应性,采用盆栽试验研究了壤土(对照)、3种边际土(面砂土、粗砂土、砾石土)和3种移栽方式(营养钵、裸苗、裸苗+营养土)对柳枝稷苗期生长的影响。结果表明:在3种沙化贫瘠的边际土壤中柳枝稷幼苗均能正常生长,随着土壤养分含量升高,柳枝稷的株高、分蘖数、主茎叶片数和干物质积累量均显著增加;裸苗移栽方式较营养钵移栽方式不利于柳枝稷苗期生长,其成活率、株高、分蘖数和干物质积累量均显著降低;裸苗+营养土移栽较裸苗移栽显著提高了柳枝稷裸苗的成活率,建议作为柳枝稷边际土地种植方式。     

瘤胃状态下柳枝稷与无芒雀麦的蛋白质降解

对于暖季型多年生牧草相对低的蛋白质浓度而言,家畜实际放牧效果往往比预计的要高。本研究运用瘤胃技术进行两项试验,以确定柳枝稷(Panicum virgatum L.)与无芒雀麦(Bromus inermisLeyss.)瘤胃蛋白质消失状况。1987年对充分成熟阶段的整株、叶、茎分别进行取样,每种取双份,在瘤胃状态下放置12h,用消失蛋白质浓度(即每公斤干物质消失蛋白质校正的酸洗涤不溶氮(ADIN)克数)与全植物性蛋白质浓度(每公斤干物质蛋白质校正的ADIN克数)百分比表示蛋白质组成特性。按整个生长阶段计算其平均组柳枝稷全株消失蛋白质浓度(31.8g/kg·DM)显著高于无芒雀麦(22.3g/kg·DM)(p<0.05),而且随着两种植物渐渐消失蛋白质浓度均在下降。不同种间及各生长阶段,叶蛋白质消失度(50.8g/kg·DM)高于茎(19.3g/kg·DM)(p<0.05)。随着成熟,茎比重增加,全株蛋白质消失度降低。当柳枝稷茎大于叶时,其蛋白质消失度与无芒雀麦茎叶相近。在全部取样期,柳枝稷全株蛋白质消失率(50.9％)大于无芒雀麦(20.5％)(p=0.08)。柳枝稷(C_4)与无芒雀麦(C_3)间解剖学差别可以部分解释两者间瘤胃蛋白质降解及相应家畜表现方面的差异。     

几种高大禾草热值和灰分动态变化研究

对3种C₃类植物(芦竹、菅、芦苇)与5种C₄类植物(五节芒、芒、岗柴、斑茅、南荻)不同器官热值和灰分含量的月变化进行了研究,并探讨了其应用前景,为禾草类能源植物筛选评价提供科学依据。结果表明,1)8种高大禾草灰分含量存在差异,且具明显的季节性变化;C₃类植物平均灰分含量分别为:芦竹(7.17±1.09)%、菅(6.33±0.60)%、芦苇(7.89±1.09)%;C₄类植物平均灰分含量分别为:五节芒(4.92±1.38)%、芒(6.27±0.94)%、岗柴(6.99±1.13)%、斑茅(5.13±0.88)%、南荻(5.10±0.82)%。2)C₃类植物中芦竹干重热值较高,C₄类植物中五节芒、芒、斑茅、南荻的干重热值比较接近,无显著差异,岗柴干重热值最低。3)芦竹的干重热值与灰分含量有显著线性相关(P＜0.05),五节芒、芦苇的干重热值与灰分含量有极显著线性相关(P＜0.01),而菅、芒、岗柴、斑茅、南荻的干重热值与灰分含量无相关性(P＞0.05)。4)C₃类植物平均去灰分热值分别为:芦竹(19.01±0.27)kJ/g、菅(18.58±0.31)kJ/g、芦苇(18.72±0.23)kJ/g;C₄类植物平均去灰分热值分别为:五节芒(18.52±0.32)kJ/g、芒(18.69±0.47)kJ/g、岗柴(18.54±0.33)kJ/g、斑茅(18.48±0.41)kJ/g、南荻(18.49±0.37)kJ/g,灰分含量不同,导致去灰分热值与干重热值的月变化趋势不同。     

施氮对狼尾草在南方贫瘠旱坡地生长、能源品质及氮肥利用率的影响

为探究狼尾草作为生物质能源原材料在南方贫瘠旱坡地生长对氮素的响应,研究4个施氮水平(0、112.5、225.0和337.5 kg N·hm^-2)对能源型狼尾草桂能草1号农艺性状、产量、SPAD值、生物质能源品质及氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥可促进狼尾草横、纵向生长,随施氮量的增加狼尾草的株高、茎粗和单位面积有效茎数逐步提高,但叶片叶绿素含量和鲜、干草产量的提高程度在施氮量超过225.0 kg N·hm^-2后,有饱和趋势。施用氮肥还可明显提高狼尾草纤维素含量、半纤维素含量、热值和折合标准煤产量,显著降低干物质、木质素和灰分含量,总体改善了狼尾草的能源利用品质;但施氮量达337.5 kg N·hm^-2时,狼尾草热值下降,且对折合标准煤产量的增加作用不明显,降低了狼尾草的能源利用品质。此外,在一定施氮量范围内(112.5~225.0 kg N·hm^-2),狼尾草氮肥利用效率并未随施氮量的增加而显著降低,但施氮量达337.5 kg N·hm^-2时,氮肥利用率显著降低。因此,狼尾草在南方贫瘠旱坡地种植,为获得理想的生物质能源材料需及时补充氮素营养,但施氮量不宜超过225.0 kg N·hm^-2。     

杂交狼尾草作为能源植物的产量和品质特性

于2006～2009年在北京地区进行田间试验,研究杂交狼尾草作为草本能源植物的适应性、生物质产量和品质特性。结果表明:在北京地区杂交狼尾草不能越冬,其干物质产量可达40.14～48.54t/hm2,热值为17.02MJ/kg,纤维素、半纤维素、木质素含量分别为36.15%、21.01%和8.92%,碳、氢、氮元素含量分别为41.86%、5.62%和1.52%,C/N为27.54∶1,灰分含量为9.26%,灰熔点的变形温度、软化温度、半球温度和流动温度分别为942.0℃、980.8℃、1010.3℃和1054.8℃。杂交狼尾草适宜作为草本能源植物在北京及周边地区推广应用,但存在不能越冬和生物质含水量下降速率慢的缺点。     

我国不同地区芒和荻种质资源抗盐性的初步评价

根据盐胁迫后供试材料相对生长高度、相对生物量等的变化,评价了我国不同地区36份芒(Miscanthus sinensis Anderss.)和荻(M.sacchari florus(Maxim.)Benth.)种质资源的抗盐性,以期为选育抗盐优质的芒属植物新品种提供试验依据。结果表明:盐浓度逐渐增加的持续胁迫下,供试材料间的抗盐性变异很大,芒的相对生长高度为50%的盐度S(S_50%)平均为14.93g·L^-1,变异系数为42.31%,荻的S_50%平均为12.97g·L^-1,变异系数为25.85%。盐胁迫下地上和地下部分生物量较对照提高的材料分别有7份和24份,而2部分生物量均提高的有6份。通过对材料相对生长量进行S_50%拟合,结合生物量变化分析发现,芒植物中抗盐性排前3位的分别为01114(29.12g·L^-1)、12001(19.32g·L^-1)和12189(16.39g·L^-1),而抗盐性最弱的材料为01121(8.84g·L^-1)。     

优良暖季型观赏草抗寒性研究

为了解暖季型观赏草材料的抗寒性,以暖季型观赏草的叶片为试验材料,用改良电导法配合Logistic方程求拐点温度的方法测定了8份暖季型观赏草材料的半致死温度（LT50）,结合供试材料物候期的观测,对材料的抗寒性进行分析和评价。结果表明,经过等梯度的低温（10、5、0、-5、-10、-15、-20 和-25 ℃）处理后,供试材料叶片细胞伤害率和温度之间呈现明显的S形曲线,符合Logistic方程,拟合度较好。8份材料的抗寒性强弱顺序依次是紫田根（Saccharum arundinaceum）＞甜茅（S.ravennae）＞劲芒（Miscanthus sinensis ‘Strictus’）＞矮蒲苇（Cortaderia selloana）＞歌舞芒（M.sinensis ‘Cabaret’）＞遍生芒（M.sinensis ‘Cosmopolitan’）＞狼尾草（Pennisetum alopecuroides）＞柳枝稷(Panicum virgatum)。而LT50与物候期的相关分析表明,抗寒性与青绿期之间没有显著相关性,表明青绿期和抗寒性是可以同时得到改良的。     

7种能源草在酸性红壤中的性状比较及适应性评价

本研究比较了7种能源草在酸性红壤中物候期、越冬率、农艺性状和化学成分等20个性状,并利用其中与适应性相关的12个性状来综合评价不同能源草在酸性红壤中的适应性。结果表明,1)7种能源草中除狼尾草以外其余各品种均能完成生育期,且都能在酸性红壤上生长良好;2)7种能源草的7个主要农艺性状和5个化学成分均有显著差异(P<0.05)。其中五节芒、湘杂芒、柳枝稷的干物质产量较高,单株分别达到5385.24,4846.09和4566.83 g,而斑茅、奇岗和湘杂芒的纤维素含量较高,分别达46.13%,45.38%和45.16%;3)对12个数量性状进行主成分分析,得到累计贡献率为92.626%的4个主成分因子,说明前4个主成分代表了主要的遗传信息;4)利用主成分线性模型综合评价7种能源草的适应性,排序结果如下:湘杂芒>五节芒>狼尾草>斑茅>柳枝稷>奇岗>荻。本研究结果可为我国南方酸性红壤边际性土地的开发与利用提供理论依据。     

氮肥对库布齐沙地柳枝稷产量、氮肥利用率及土壤硝态氮残留的影响

为了改善库布齐沙地的生态环境,实现生态效益和经济效益的有效结合,将暖季型草本能源植物柳枝稷(Panicum virgatum)引种到库布齐沙地。以柳枝稷品种"BL-1"为试验材料,研究了施用硫酸铵和尿素两种氮肥对柳枝稷产量、氮肥利用率及0-40 cm土层土壤硝态氮分布和积累的影响。本研究采用完全随机区组设计,设置0、75、150、225 kg·hm-2共4个施氮水平,每个处理3个重复。硫酸铵和尿素分别于苗期、分蘖期和拔节期施入各试验小区,施入量分别为施氮量的1/5、2/5和2/5。在初花期对柳枝稷的产量及土壤硝态氮含量进行测定。结果表明,硫酸铵和尿素的施用均可以显著提高柳枝稷的产量(P0.05)。柳枝稷的产量、吸氮量、氮肥利用率在施用硫酸铵时随着施氮量的增加逐渐增加;在施用尿素时,随着施氮量的增加出现先升高后降低的趋势,在施氮量为150 kg·hm-2时达到峰值。在0-40cm土层土壤硝态氮集中分布在10-20 cm,且其积累量随着施氮量的增加而增加。     

种植密度和施肥水平对青海旱地覆膜种植甜高粱草产量及品质的影响

以甜高粱(Sorghum dochna)吉甜5号和九甜杂3号为材料,在海拔2 040m的青海旱地覆膜进行了不同种植密度(行株距分别为40cm×40cm、40cm×30cm、40cm×20cm)和追施不同尿素量(0、150和225kg·hm~(-2))对草产量及品质影响的研究。结果显示,吉甜5号和九甜杂3号两个品种在行距×株距为40cm×20cm(12.00万穴·hm~(-2))时的鲜草产量和干草产量最高,鲜草产量分别达99.75和108.17t·hm~(-2),干草产量分别达17.89和22.58t·hm~(-2);在生长中期追施150kg·hm~(-2)尿素时草产量较高,品质较好,两个品种的粗蛋白分别达5.47%和4.80%,粗脂肪分别达5.67和7.57g·kg~(-1),酸性洗涤纤维较低,综合表现良好。以上结果表明,青海旱地甜高粱种植密度为12.00万穴·hm~(-2),生长中期追施尿素150kg·hm~(-2)最为适宜。     

外源ABA对镉胁迫下柳枝稷生理特性及镉吸收的影响

为探究外源脱落酸(Abscisic acid,ABA)缓解柳枝稷(Panicum virgatum)镉(Cd)毒害效应及可能产生的生理机制,本试验以2个柳枝稷品种'Alamo'与'Cave in Rock'为材料,在水培条件下,研究了外源1μmol·L-1 ABA预处理对20μmol·L-1镉(Cd2+)胁迫下柳枝稷幼...     

9种禾本科草本植物的耐旱能力

草本植被过滤带在控制农田氮磷面源污染方面起着重要的作用,但在北方地区其生长易受春季干旱的影响。为了筛选农田氮磷截留草地过滤带适宜草种,本研究通过室内水分控制试验对9个多年生候选草本植物的耐旱能力进行了评价研究。结果表明,1)9个植物材料的生长特性存在明显的差异,黑麦草(Lolium perenne)和新麦草(Psathyrostachys juncea)分蘖能力最强,偃麦草(Elytrigia repens)两个品种生长速度最快;2)干旱胁迫下9个植物材料的分蘖能力和试验初期的茎生长速率受到了限制,因而生物量受到了影响,但在中度和重度干旱胁迫下,狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、京草1号偃麦草和京草2号偃麦草分蘖数显著高于其它植物。3)干旱胁迫下,京草1号根系长度显著高于对照,柳枝稷(Panicum virgatum)根长与根表面积较对照均呈现增加的趋势。4)9个植物材料耐旱性能顺序为狼尾草京草2号柳枝稷细叶芒(Miscanthus sinensis)无芒雀麦(Bromus inermis)京草1号披碱草(Elymus dahuricus)和黑麦草新麦草。