意大利科學家研究了樸實的洋薑的益處。 事實證明,這是生產可再生能源必不可少的文化。
圖西亞大學農業與森林科學學院(DAFNE)的一組意大利科學家在他的科學工作中解釋了為什麼菊芋如此之好和重要。
最近,生物燃料已成為減少車輛排放的戰略方向。 作者同時指出,但與此同時,越來越多地提到生物燃料生產帶來的負面影響,因為用於這些目的的主要農作物(例如油菜籽,小麥或大豆)需要高強度的農業生產和肥沃的土壤。 (生物燃料是源自生物材料的碳基能源)。
歐盟委員會最近將生物燃料歸類為土地利用間接變化水平低的產品,這種產品是從邊際土地上種植的作物獲得的,資源很少。
因此,在歐洲,只有少數農作物可以達到這些要求。
菊芋是農業動物,生物燃料甚至水果啤酒的飼料。
從這個角度來看,菊芋(向日葵)當然是一個值得關注的物種,因為它具有實現更新的歐盟可再生能源指令(RED II)的目標所必需的所有屬性。
菊芋廣泛適用於其他作物的多樣且通常低產的環境,並且具有很高的適應性。
它是一種多用途作物,可用於人類消費(直接在塊莖或甜味劑中),製藥目的,用於生產生物質和生物能源(生物乙醇和沼氣)。
另外,類似於其他植物 菊科如菊苣和紅花,菊芋具有作為飼料作物的潛力。
有趣的是,由於釀造行業的創新,塊莖被用於生產甜和水果啤酒。
菊芋的莖和塊莖的特點是菊粉含量高,有潛力生產用作生物燃料的乙醇。
特別地,通過發酵和蒸餾將有機化合物(例如菊粉和纖維素)和糖加工成乙醇。
在過去的20年中,為改善生物質轉化為燃料所做的大量工作。 但是,第一代生物燃料(從糧食作物獲得的生物乙醇和生物柴油)僅從幾種具有不同效率的作物中提取,這些作物將太陽輻射轉化為化學能(生物質)。
特別是,生物燃料原料主要是油菜籽,油棕和用於生物柴油的大豆。 以及甘蔗,玉米,甜菜和甜高粱作為生物乙醇。
此外,並非所有生物質都適合收集(即,地下植被的生物質通常保留在土壤中),因此減少了淨碳固存並增加了處理效率。
由於這些原因,下一代生物燃料生產系統的植物物種有望克服其中的某些局限性,特別是如果它們具有高產的地下生物量(即根或塊莖)。
此外,由於在世界上大多數地區已經開始大量使用農業土地,因此生物能源作物必須具有環境可持續性,以避免對農業生物多樣性,土壤和水資源造成額外負擔。
科學家正在尋找未來的生物能源作物
目前正在朝著從新一代生物燃料產生能源的系統的方向進行研究,這種系統對環境的影響較小,生產率更高,投資回報更高,同時還考慮到土地對糧食和飼料作物的競爭減少。
來自分離的生物能源作物和農業廢料的木質纖維素生物質被認為是生物能源生產的可持續資源,但是與使用澱粉或糖蜜生物質相比,使用纖維素分解酶水解是一種更費力且昂貴的方法。
在這方面,下一代最吸引人的生物燃料系統是有趣的藻類和菊芋,後者生產塊莖,也可以使用用於類似農作物(塊莖植物)的現有基礎設施和機制進行種植和收穫。
為什麼洋薊真正需要歐洲
使菊芋成為有價值的能源作物的特徵包括:快速生長,高碳水化合物含量,每單位面積相應的總乾物質,利用富含營養的廢水的能力,病原體抗性/耐受性,以最小的外部生產成本輕鬆生長的能力以及在邊緣土地上。
最後一個方面有望成為歐洲生物燃料未來的關鍵。
根據歐洲議會和理事會通過的修訂後的《可再生能源指令》(RED)(2018/2001號指令)的規定,歐盟委員會最近通過了一項授權法案,為確定重要的間接土地利用變化設定了標準。
ILUC是一種危險的原料,可在具有高碳儲量的土地上間接擴大生產空間,並通過低風險的ILUC生物燃料,生物流體和生物質燃料認證。
如果燃料符合以下累積標準,則可以授予證書:
(i)符合可持續性標準,這意味著原材料只能在碳含量不高的未使用土地上種植;
(ii)作為措施的結果,使用額外的原材料來提高已經使用過的土地或以前未用於種植農作物的地區(未使用的土地)上的農作物的生產力,但前提是土地被廢棄或嚴重退化,或農作物是由小農種植的;
(iii)令人信服的證據表明,符合前兩個標準。
顯然,根據指令的要求,只有在以可持續方式獲得的情況下,此類額外原材料才必須滿足生產低風險燃料的要求。
因此,菊芋是很有前途的候選人,可以輕鬆替代玉米和甜菜等農作物。
快速增長的生物質用於生物燃料
植物部位的生長動力學表明其在歐洲生產最佳作物的能力。
空氣中乾物質的三分之二至四分之三以莖和枝為代表,而葉和花所佔的百分比較低。 乾重分佈的比例在很大程度上取決於許多因素:品種,播種時間,氣候條件和生長條件。
莖中佔植物總質量的50%以上。
阻止增長有兩個階段。 在頭五個月中,觀察到莖的高度和重量呈線性增加。 在此期間之後,莖的高度達到最大並保持不變,並且其重量減小。
植物的最大身高和體重取決於環境條件和基因型。 早期品種的最終高度達到140厘米,而後期品種的最終高度約為280厘米。
因此,在生長季節結束時,後期品種莖乾物質的含量大約是早期品種莖乾物質含量的兩倍。 因此,晚熟品種的總生物量高於早熟品種。 建模表明,在以後的品種中,更長的最佳葉面積保存可以更好地吸收乾物質。
無憂耶路撒冷洋薊
由於其對乾旱和鹽鹼化的抵抗力,菊芋可以在不適合其他塊根作物和塊莖的土壤中種植。 它在pH值為4,4至8,6的土壤中生長良好。
如果沉重的粘土和水硬性土壤會使塊莖的收穫複雜化,那麼在這種情況下,可以種植菊芋來生產莖。
通常,塊莖的產量,大小和形狀取決於土壤的類型。 輕質壤土產生大塊莖,而重土由於粘土具有更好的保水性能而提供了良好的干旱產量。
至於栽培溫度,對於大多數菊芋品種,其植被期至少需要125天無霜天。
通常,為了獲得最佳產量,需要在6–26°C的範圍內進行培養。
該植物具有中等的抗霜凍能力。 在早期生長期間,儘管低溫會導致葉片萎黃,但農作物的最高耐受溫度為-6°C。 至於秋收,霜凍溫度從-2,8°C到-8,4°C觸發了塊莖適應寒冷的機制。 由於菊粉轉化為果糖,因此可以改善口味。
在自然環境中,一些生物(微生物,昆蟲和哺乳動物)與菊芋植物相互作用,包括六個不同的蜜蜂和大黃蜂科。
菊芋上已記錄了許多藻類和微生物,但其中許多會嚴重破壞其文化。
通常,植物的空中部分較不易受疾病侵害,而塊莖在後期生長和儲存期間則較易受疾病侵害。 最有害的病原體是菌核盤菌和核盤菌,它們會引起腐爛。
前者是由過量的氮肥,低土壤pH值或水溶性土壤促進的,而後者是由水分和高溫共同作用的。
也生鏽 紫丁香和白粉病引起的 鳶尾,影響菊芋,但它們不能限制產量,例如由於鍊格孢(Alternaria helianthi)引起的葉斑病。
存放塊莖時,尤其是在收穫期間受損的塊莖時, 灰葡萄孢, 黑根黴, 鐮刀菌 и 青黴屬。 但是,冷凍程序可以有效控制這些疾病。
至於昆蟲,這主要是蚜蟲,但其影響可忽略不計。
該植物結實而結實,因此菊芋可以自己成為極具競爭力的雜草。 至於其他快速生長的雜草,只有在播種直至天篷關閉之前,才有必要與它們抗爭。 可以使用化學除草和機械除草(表層修整,疏鬆等)。
菊芋一旦定居在田間,就很難清除,因為塊莖或部分塊莖留在地下,在土壤中越冬越好。
菊芋的選擇
菊芋的寶貴生物和生化特性是其在食品和工業中普遍使用的基礎,這需要對作物進行遺傳改良。
選擇的主要重點是塊莖的產量以及食品和飼料中的菊粉含量,最近,重點一直在為生物燃料生產建立生物量。
但是,由於傳統上限制使用菊芋,迄今為止,在育種方面進展甚微。 對育種發展的投資也很不穩定,並且取決於每個國家的工業家的需求。
與能源危機和糧食短缺有關的1970年代和1980年代對菊芋的新興趣促使人們採取了更多協調一致的行動,以開發新品種以滿足新的需求。
從那以後,耕地面積有了很大的增長,特別是在過去的十年中亞洲國家。
鑑於當前的氣候變化,需要尋找新的可持續能源並減少用於糧食生產的面積,因此在選擇菊芋上的投資似乎是合理的。
美國也可能是有趣的洋薊
迄今為止,用於生產乙醇的最常見農作物是玉米,甘蔗,甜高粱和甜菜。 但是,這些物種依靠肥沃的農田,並且通常需要大量的外部資源(即水,農藥,化肥)才能實現高產。
美國和巴西是世界上最大的生物乙醇燃料生產國。 他們佔84年全球生物乙醇產量的約2018%。
在這些國家中,穀物和甘蔗是乙醇生產的主要原料。
預計2027年乙醇產量將佔世界玉米和甘蔗產量的15%和18%。
美國和歐洲一樣,主要使用玉米和小麥澱粉生產生物乙醇,而甘蔗則在巴西加工。 通常,甘蔗的乙醇產量高於玉米和其他菊芋等農作物。
但是,甘蔗在熱帶和亞熱帶地區是理想的,但在溫帶氣候下卻不理想。 因此,在美國乙醇生產中,tominabur可能會取代玉米。