柳枝稷:柳枝稷是起源於北美洛基山脈以東、北緯55°以南大草原的高稈多年生 -百科知識中文網

概述

柳枝稷(Panicumvirgatum),屬於禾本科(Gramineae)黍屬(Panicum)是北美本土熱帶草原高稈草，它有優良的草料特性和水土保持功能。雖然草原高稈草對水分有嚴格的要求，但柳枝稷卻廣泛的分布於北美大陸。柳枝稷有極好的耐受性，從乾旱的草原到鹽鹼地，甚至在開闊的森林都可以生長。柳枝稷細胞壁成分主要是纖維素，半纖維素以及木質素，其整株植株的澱粉和蛋白質含量分別高於玉米和大豆。柳枝稷與玉米相似為C4植物，它以不同合成途徑高效的進行固碳作用。一般來講，消耗同等單位計量的水份，C4植物如青草比C3植物如樹木和闊葉農作物能多生產30%的物質，這種優秀的固碳活性使之成為重要的一種能源草用來製造燃料乙醇。

形態特徵

柳枝稷是多年生草本C4植物（如高粱、玉米），它植株高大、根系發達,在美國南部地區柳枝稷株高可以超過300cm，根深可達350cm，生物產量可達20t/hm2 以上；柳枝稷葉型緊湊，葉子正反兩面都有氣孔；柳枝稷具有根莖，可以產生分櫱，在條件適宜的情況下大多數分櫱均可成穗;圓錐狀花序，15～55 cm長，分枝末端有小穗;種子堅硬、光滑且具有光澤，新收穫的種子具有較強的休眠性,品種間千粒重變化較大，為0. 7～2. 0g。柳枝稷壽命較長,一般在10 年以上,如果管理較好可達15 年以上。

生長特性

柳枝稷可以分為低地和高地2 種生態型,低地生態型莖稈較高、較粗,適應於溫暖潮濕的環境，主要分布在美國南部地區,高地生態型莖稈稍細矮，且生長較慢，主要分布在美國中部和北部地區。柳枝稷為C4植物，與C3植物相比，它對生長溫度要求較高。研究發現，柳枝稷萌發的最低溫度為10. 3 ℃,當土壤溫度低於15. 5 ℃時，種子萌發很慢；柳枝稷生長的最適溫度在30 ℃左右。不同的品種對溫度要求不同，起源於低緯度地區的品種對溫度要求較高。柳枝稷在每個生長季節結束時都要經歷寒冷的冬天，品種的抗寒性直接決定了其能否順利越冬，從而影響其種植範圍。科學家研究表明，柳枝稷經抗寒鍛鍊後可以忍受- 22～ - 19 ℃的低溫。柳枝稷的抗寒性存在差異，並且有遺傳變異發生，說明可以通過育種途徑篩選抗寒性強的品種，從而擴大柳枝稷的種植範圍，這對於提高生物質能源產量具有重要意義。柳枝稷具有明顯的光周期特性，它是短日植物，短日照條件下才可開花。柳枝稷的光周期特性群體間存在遺傳變異,此性狀可以選育。有研究表明，從Alamo 種質資源中篩選出的後代可以比父母本提前10天或推遲12天開花。同一品種如果種植在不同的緯度，其光周期反應不同,低緯度起源的品種如果種植在高緯度地區，開花會延遲，因為高緯度地區達到其臨界日長的時間較晚。在柳枝稷能源生產系統中，可以充分利用其光周期特性,在保證柳枝稷能夠順利越冬的情況下儘量推遲其開花期以延長營養生長期，從而獲得較高的生物質產量。
生長適應性
柳枝稷地理分布範圍廣，它起源於北美,在美國大部分地區均可種植，此外阿根廷、英國、中國、印度、日本、希臘、義大利等許多國家都開展了引種試驗,結果表明柳枝稷在這些國家也可以種植。2 種生態型的柳枝稷地理分布不同,低地生態型喜歡溫暖潮濕的環境,宜於在低緯度地區種植,高地生態型則喜歡稍微乾燥環境,適宜於中高緯度地區種植,這主要是由於2 種生態型的柳枝稷起源地理位置不同。不同起源的柳枝稷品種只有種植在與其起源位置相近的地區才能表現出較高的產量和生態適應性。例如起源於北美東部地區的品種種植到西部地區產量就會降低,反之亦然。柳枝稷可適應砂土、粘壤土等多種土壤類型,且具有較強的耐旱性,甚至在岩石類土壤中亦能生長良好,其適宜生長的土壤p H 值為4. 9～7. 6,在中性條件下生長最好。柳枝稷能夠適應苛刻的土壤條件,並且有較高的水肥利用效率,其原因是柳枝稷根系與真菌互惠共生形成菌根,菌根可以調節柳枝稷對乾旱、養分貧瘠、病原菌、重金屬污染等不良環境的反應。盆栽試驗和大田試驗都證明菌根有利於養分吸收,可以提高柳枝稷的產量和抗性,減少生產過程中的化肥投入,這對以能源為目標的柳枝稷生產非常有利。

柳枝稷與新能源

生物能源作為國家能源戰略的潛在組成部分，生物能源作物不僅要和農作物競爭還要與能源燃料競爭。只有當生物能源作物至少與傳統農作物發揮相同的

經濟學效應，並且不用費力的去種植，農業生產者才會願意去種植。以工業的觀點看，取代化石燃料後，燃料的成本和質量是必須考慮的因素。
目前，柳枝稷是最理想的能源草，這是由於：
(1) 柳枝稷叢種植費用低，易於維護；
(2) 成熟稷生長帶的生長期可在20年期間不需要特別維護；
(3) 柳枝稷能夠提供優質的乾性物質材料，每英畝的產量為12～15t；
(4) 柳枝稷枝葉成熟後，體內主要的營養成分將回流至根部，可以節約肥料。
我國大部分地區均適合柳枝稷生長。柳枝稷對我國來講不僅能提高能源自給度，改善多年粗放發展帶來的環境污染，而且在那些水土流失嚴重的地區，如黃土高原，種植柳枝稷還能顯著的改變當地生態環境。因此，利用柳枝稷製取燃料乙醇對我國減輕環境污染，實現可持續發展具有重要意義。

柳枝稷與燃料乙醇

柳枝稷含有的生物質是木質纖維素，它由三種聚合體組成，分別為纖維素、半纖維素和木質素。在不同的材料中，這三種物質的含量是不同的。高等植物

細胞壁的維管組織中，纖維素的纖絲嵌在木質素和半纖維素的不定形基質中，這三種聚合物彼此通過非共價鍵及共價鍵緊密連線，形成木質纖維素這種複合物，它占整個細胞乾重的90%以上。而木質纖維素是地球上資源量最豐富、最廉價且符合可持續發展要求的可再生資源。據估計，全球光合作用產生的植物生物量高達1.1×1012t·a -1 ，其中木質纖維素約占60%～80%。因此，以木質纖維素為原料生產燃料乙醇，將有利於改善目前資源緊張、環境惡化的狀況，對人類社會實現可持續發展具有重要的經濟和社會意義。通過微生物發酵的方法（主要是畢赤酵母，假絲酵母等），將木質纖維素里的木糖通過發酵生成燃料乙醇。這種用柳枝稷發酵產生燃料乙醇的方法形成一個二氧化碳的循環，真正實現了溫室氣體的零排放。