Биотопливные мощности мискантуса на гектар сильнее кукурузы
Селекцию мискантуса будут вести с учетом устойчивости различных видов к водному стрессу и местным условиям
Травы рода мискантус, популярные в ландшафтном дизайне, но мало используемые в сельском хозяйстве, в будущем могут стать первым выбором для производства биотоплива. Новое исследование показывает, что эти мискантус можно выращивать в условиях маргинальных земель из-за выдающейся устойчивости и фотосинтетической способности при низких температурах.
Мискантус является многообещающим биотопливом благодаря высокому выходу биомассы и низким потреблением ресурсов, что означает адаптируемость к широкому спектру климатических зон и типов земель. Культура рассматривается как жизнеспособный коммерческий вариант для фермеров, но урожайность может оказаться под угрозой недостаточного или чрезмерного водоснабжения, такого как усиление зимних паводков или летних волн тепла.
Поскольку о продуктивности мискантуса в затопленных и влажных почвенных условиях известно очень мало, исследователи из Института Эрлхэма в Норвиче хотели понять различия в устойчивости к водному стрессу среди видов культуры, чтобы направить селекцию с помощью геномики.
Исследовательская группа вместе с сотрудниками TEAGASC, Управления сельского хозяйства и продовольствия Ирландии и Института биологических, экологических и сельских наук в Уэльсе проанализировала различные генотипы мискантуса. Ученые выявили определенные гены, которые играют ключевую роль в ответ на водный стресс у 4 видов мискантуса.
Ранее десятилетние испытания в Европе показали, что мискантус производит до 40 тонн сухого вещества с гектара ежегодно всего через два года после посадки. Это доказало, что его биотопливные мощности мискантуса более эффективны при производстве этанола на гектар, чем просо и кукуруза.
Виды мискантуса использовались в качестве кормовых видов в Японии, Корее и Китае на протяжении тысячелетий, и благодаря высокому выходу биомассы и высокому содержанию лигноцеллюлозы (сухого вещества растений) они коммерчески используются в качестве сырья для производства биоэнергетики.
Высокая биомасса мискантуса делает траву ценным товаром для фермеров на маргинальных землях, но реакция культуры на водный стресс варьируется в зависимости от происхождения видов мискантуса.
Ученые сравнили физиологические и молекулярные реакции 4 видов мискантуса как в условиях затопления, так и в условиях засухи. Вызванные физиологические условия были использованы для углубленного анализа молекулярных основ водного стресса у видов Miscanthus.
Значительная потеря биомассы наблюдалась в условиях засухи у всех четырех видов.
В условиях затопления урожай биомассы был на уровне или выше контролируемых условий для всех видов. Следовательно, еизкое количество дифференциально экспрессируемых генов и более высокий выход биомассы в условиях затопления позволяют возделывать культуру на маргинальных землях, подверженных наводнениям.
«Успешная селекция растений для производства этанола требует способности расти на маргинальных землях наряду с определением приоритетных характеристик: непродовольственные многолетники, высокая урожайность, низкое химическое и механическое воздействие, повышенная эффективность использования воды и высокая емкость хранения углерода. Мискантус выполняет эти требования и с улучшением селекции позволит фермерам сэкономить деньги, а также оздоровить окружающую среду. Исследовательская группа находится на раннем этапе отбора генотипов с высокой биомассой из крупных популяций мискантуса, которые лучше адаптированы к условиям Великобритании и требуют небольших вложений. Использование геномных подходов позволяет нам определить черты для создания коммерчески выгодных разновидностей для применения в агропромышленности», — сказал доктор Хосе Де Вега, автор исследования и руководитель группы в Институте Эрлхэма.
Источник
О технологии
Мискантус
Многолетнее травянистое корневищное растение, это – триплоидный видовой гибрид с 57 хромосомами, появившийся в естественной флоре Японии при случайном скрещивании тетраплоидной формы Mискантус сахароцветковый с 76 хромосомами и диплоидной формой Mискантус китайский с 36 хромосомами.
Растения мискантуса способны произрастать на одном месте свыше 20 лет, что существенно снижает потребность в оборотных средствах. Они слабо поражаются вредителями и болезнями и могут возделываться без химических средств защиты. Кроме того, мискантус успешно выполняет экологические и средоулучшающие функции: защищает ландшафты от эрозии, способствует накоплению органического вещества в почве, значительно уменьшая эмиссию СО2. (1 га плантации связывает 700 тонн CO2 в течение 20 лет).
Основные конкурентные преимущества производства биомассы Мискантуса связаны с его более высокой продуктивностью по сравнению с другими видами многолетних трав, устойчивостью к неблагоприятным условиям среды, повышенной эффективностью использования воды и почвенных питательных веществ.
Высокие темпы роста и колоссальная биологическая продуктивность связаны с повышенной холодоустойчивостью растения и способностью поддерживать в этих условиях высокую интенсивность фотосинтеза за счет термолабильности ключевых ферментов фотосинтеза – Рубиско и пируватортофосфатдикиназы.
Урожайность и районирование Мискантуса:
Важно подчеркнуть, что плантации Мискантуса существенно превосходят по эффективности накопления биомассы лучшие леса умеренной зоны Евразии, а экономические показатели агропроизводства делают Мискантус лидером по рентабельности.
Накопление биомассы на 1 Га при производстве мискантуса в сравнении с основными древесными породами I а бонитета (тонн/Га):
Сегодня мискантус рассматривают как одну из наиболее перспективных культур для производства лигнино-целлюлозной биомассы для использования в качестве возобновляемого источника топлива и производства композитных материалов (заменителей дерева и пластмасс).
Нехватка древесных ресурсов, неуклонный рост цен на энергоносители и забота об окружающей среде, с одной стороны, и неуклонно растущий спрос на волокнистые полуфабрикаты, особенно целлюлозно-бумажную продукцию, с другой стороны, являются проблемой в ближайшие годы. Эти ограничения требуют новых стратегий для обеспечения растущего спроса на бумажную, картонную и волокнистую продукцию и в основном ориентированы на более бережное использование сырьевых ресурсов и совместимость технологии производства с окружающей средой.
Спрос на бумагу растет во всем мире примерно на 2,2% в годовом исчислении. Чтобы удовлетворить возросший спрос на целлюлозно-бумажную продукцию, исследователи во всем мире начали искать альтернативные источники волокна с аналогичными характеристиками в качестве замены древесины.
Глобальные тренды и возможности для Мискантуса
Выращивание Miscanthus имеет свои преимущества, такие как:
- Использование скудных сельскохозяйственных и практически не применимых для выращивания других культур почв;
- Не распространяется за пределы плантации, семенами не размножается;
- Способствует предотвращению эрозии и улучшению структуры почв;
- Характеризуется повышенным поглощением углекислого газа из атмосферы;
- Имеет высокое содержание целлюлозы и может успешно перерабатываться с высоким выходом на картон и бумажную массу.
Экологические преимущества:
- Отсутствие сточных вод и соответствующих очистных сооружений;
- Химические вещества образуются и исчезают в самом процессе;
- При производстве целлюлозы создаются вещества, которые отделяются и являются полезным сырьем в других производствах, таких как клеи, ксиланы, энергия и т.д.
Энергетические преимущества:
- Удельные затраты энергии составляют менее 300 кВт/тонну целлюлозы;
- Производство целлюлозы из древесины требует более 900 кВт/тонну, что в 3 раза больше.
Коммерческие преимущества:
- Средняя себестоимость производства целлюлозы в мире составляет 480 евро/тонну, а для производства по этой технологии затраты составляют менее 300 евро/тонну;
- Гарантированно более низкие затраты по сравнению с конкурентами на 200 евро/тонну.
Прикладные решения
Мискантус — Кластерное сырье
Использование Мискантуса, в качестве сырья, и применение комбайнов для уборки урожая, позволяет избежать строительства древесно-подготовительного цеха.
Подстилки для животных
Топливные гранулы
Био-бетон
Наполнитель для 3-D печати биобетоном
Плитный материал
Стеновые панели для домостроения
Гранулы для экструдирования компаундированные Мискантусом
Производство листового компаундированного мискантусом полимера и изделий из него
Пластиковые изделия компаундированные волокном Мискантуса
Одноразовая биокомпостируемая посуда из Мискантуса
Картон из Мискантуса
Бумага из Мискантуса, целлюлоза мискантуса
Агротехнология
В связи с тем, что мискантус имеет три набора хромосом (непарное количество), хромосомы не делятся даже во время мейоза, соответственно гаметы нежизнеспособны и как результат, стерильные семена. Это свойство выгодно, потому что ограничивает возможности для непреднамеренного распространения мискантуса из семян, но это значительно усложняет посадку новых полей. В дополнение к отсутствию воспроизведение из семян, структура корневища мискантуса разрастается очень медленно, таким образом минимизирует распространение.
Ключевые этапы культивирования Мискантуса
Посадочный материал мискантуса получают путем выращивания на маточных плантациях (питомниках).путем его выкапывания и разделения корневищ на ризомы (размером 8-10 см).
Мискантус высаживают один раз, с жизненным циклом 20+ лет, Мискантус имеет годовой цикл роста, и собирается каждую весну. Хороший урожай даже на более бедных, маргинальных землях и требует незначительных или нулевых затрат, в том числе удобрений.
Для достижения высококачественного урожая крайне необходимо контролировать сорняки на молодых плантациях мискантуса. Как правило, гербицид практически не нужен на второй-третий год после посадки. Очень важно, чтобы многолетние травы-сорняки не укоренились на недавно посаженных участках. Лиственные сорняки легко контролировать при помощи 2,4 – Д (2,4–дихлорфеноксиуксусная кислота).
Для полной реализации круговорота питательных веществ во время старения, собирать урожай желательно после того, как растение полностью высохнет.
Периодом для сбора обычно является время от наступления морозов и до возникновения побегов ранней весной.
После уборки биомассы мискантуса тюки, как правило, складируются в пирамиды.
Складирование и хранение тюков мискантуса рекомендуется под навесами или в специальных логистических местах, которые предотвращают накопление чрезмерной влаги.
Публичное предложение
Фермерам,
КФХ,
Индивидуальным предпринимателям,
Сельхозпредприятиям,
Тепличным хозяйствам,
Всем заинтересованным.
Предлагаем на контрактной основе:
Организовать выращивание посадочного материала Мискантуса сорта «КАМИС». Ризомы (корни).
Посадочный материал мискантуса получают путем выращивания на маточных плантациях (питомниках), для интенсификации и ускорения размножения рекомендуется предварительно проращивать до высадки на открытый грунт в теплицах (март-май). Для организации питомника подойдет любой размер теплицы и земельного участка, а также простые садоводческие навыки.
Цикл размножения 1 – 2 – 3 года. При соблюдении наших рекомендаций, за один год из одной ризомы можно вырастить до 20 ризом, за два года до 50, а за три года до 80-100.
Мы предлагаем Вам долгосрочные договоры на выращивание посадочного материала в любых количествах, для установки крупных плантаций наших заказчиков.
В случае, если Вас заинтересует выращивание биомассы (соломы) мискантуса на собственных или арендованных с/х землях, мы предлагаем долгосрочные контракты на покупку в любом количестве. За дополнительной информацией и условиями сотрудничества обращайтесь по любому из указанных контактных способов коммуникаций.
Источник