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;;;;**章;概论
;;;;**节;基本概念
;;;;在本书开始阐述与柳枝稷相关的研究与应用问题之前，将相关概念与术语界定清晰是必要的，也是了解柳枝稷的基础。
;;;;一、;生物质
;;;;生物质是指一切直接或间接利用太阳能经由绿色植物光合作用形成的有机物括除化石燃料外的植物、动物、微生物及其排泄物与代谢产物。
;;;;二、;生物质原料
;;;;生物质原料是指可以用于规模化生产或加工形成生物质能源或生物基产品的生物质资源，主括淀粉类、油脂类、可溶糖类、烃类、木质纤维素类五大类生物质原料。
;;;;三、;能源植物
;;;;能源植物是指专门用于生产或加工形成生物质能源或生物基产品的生物质原料植物。
;;;;四、;能源
;;;;富含纤维素、半纤维素、木质素等木质纤维素类物质的能源植物称为木质纤维素能源植物，如柳树、桉树、杨树、柽柳等木本植物和芒、柳枝稷、*、杂交狼尾、象、芦竹、芦苇、竹子等本植物，后者是人们通常所说的能源。柳枝稷(Panicum;virgatum)为能源中*为重要的一种，已经被列为能源中*具发展前景的模式种类。
;;;;节;能源研究现状与种类筛选
;;;;一、;能源国内外研究概况
;;;;随着化石燃料日趋枯竭和生态环境日渐恶化，可再生替代能源的开发利用成为时代需求。生物质能被认为是*具前景的可再生能源之一(Hoogwijk;et;al．，03)，因为，生物质是绿色植物通过光合作用形成的有机物，其种类多、数量大，可转化为气、液、固3种形态燃料，还可生产多种生物基产品。因此，、高生物量能源植物的开发利用是生物质原料供应的重要保障。其中，能源具有多年生、抗强、光能利用效率高、种植成本低、生态效益好和适宜在边际土地上种植等诸多优点，被认为是*具开发利用前景的能源植物之一(Lewandowski;et;al．，03；谢光辉等，08；解新明等，08)。
;;;;欧美国家自世纪80年代开始对能源行系统筛选，已培育出多个专用能源品种并实现了规模化种植和开发利用。美国能源部早在1984年启动了“本能源植物研究计划项目”(1990年更名为“生物质能原料发展计划项目”)，通过对35种本植物的系统筛选，获得了18种具有开发利用潜力的能源，其中C3植物和C4植物各9种，并认为柳枝稷*具潜力，随后启动了多项课题资助梆枝稷研究(Lewandawski;et;al．，03)，目前已培育出多个柳枝稷品种，如‘Alamo’‘Kanlow’和‘Cave-in-rock’等。欧洲自1989年开始，先后启动了“欧洲JOULF计划”“欧洲AIR计划”“欧洲FAIR计划”和“欧洲STAR计划”等多个专项，在范围内搜集能源资源(Lewandowski;et;al．，03)，已在能源育、种植管理、收获加工等领域取得重展。欧美国家综合了生物产量、水分和养分利用、生态影响和生产成本等因素，普遍认为能源是边际土地上*具潜力的能源植物，在广泛收集资源并选育专用能源品种的基础上，积极推动能源的规模化种植和开发利用，已在能源压缩成型、气化、燃烧发电、纤维素乙醇转化等领域取得重展(谢光辉等，08)。据Clifton-Brown的报道，00年能源芒(Misanthusp;spp.)的产电量在欧盟15国中产电量的9%，其中爱尔兰*高，产电量的37%。
;;;;我年来也开始重视能源的研究和开发利用，北京市农林科学院在十余项国家和北京市科技计划项目的支持下，共收集柳枝稷、芒、芦竹(Arundo;donax)，芨芨（Achnatherum;splendens）和杂交狼尾（Pennisetum;americanum×P.purpureum）等国内外能源资源23种共8份，对其开展了系统的生态适应评价、抗逆评价(范希峰等，12)、品种选育、栽培管理技术(范希峰等，10)、产量和品质特(范希峰等，12，10)、生态效益(侯新村等，12)和利用前景(范希峰等，10；侯新村等，12)等方面的研究，已在北京地区利用挖沙废弃地、河滩地、污染农田等多种类型边际土地示范种植0hm2以上，并与当地生物质颗粒成型加工厂、生物质气化站合行产业化示范应用，同时与首都师范大学合作在能源纤维素乙醇转化方面取得重要研展。水利部水土保持研究所在西北干旱半干旱地区系统研究了柳枝稷的适应、生理特、产量和生态效益等；中国农业大学、山西省农业科学院、黑龙江省农业科学院等单位也分别对柳枝稷或芒行了研究。以上研究为我国北方地区含按照地理区域划分的北方地区和西北地区两个区域）能源的开发利用奠定了基础。著者综述我国北方地区能源研展，分析其开发利用前景，旨在我国能源的研究和开发利用。
;;;;二、;能源种类筛选
;;;;相关研究报道(范希峰等，12，10；侯新村等，12)中干物质产量在3.OU(hm2.a)以上的多年生本植物主要有23种（表1-1），分别为芨芨、羽茅(Achnatherum;iricum)、沙芦(Agropyron;mongolicum)、西伯利亚冰(Agropyron;iricum)、准格尔看麦娘(Alopecurusp;songoricus)、燕麦(Arrhenatherum;elatius)，白羊(Bothriochloa;ischaemun)、鸭茅(Dactylisp;glomerata)、羊(Leymusp;chinensis)、赖(Leymusp;secalinus)、粟(Milium;effusum)、狼尾(Pernisetum;alopecuroides)、白(Pennisetum;centrasiaticum)、艏、猫尾(Uraria;crinita)、星星(Puccinellia;tenuiflora)、短柄鹅观(Roegneria;brevipes)、大米(Spartina;anglica)、无芒雀麦(Bromusp;inemus)、柳枝稷、荻、芦竹和杂交狼尾。目前这些主要用于饲、造纸原料或生态修复，而作为能源以生产生物质原料为目的的主要有柳枝稷、芒、芦竹和杂交狼尾4类，它们在产量上较其他种具有明显优势。
;;;;表1-1;我国北方地区多年生资源的产量和品质特征
;;;;注：①“*”表示文献中报道的产量数据为鲜重，按照70%的含水率折算为干重数据：②“一”表示文献中没有说明该种的光合特征
;;;;（一）;柳枝稷
;;;;柳枝稷是多年生本C4植物，植株高大、根系发达，在美国南部地区，柳枝稷株高可以超过300cm，根深可达350cm，生物产量可达t/hm2以上；叶型紧凑，叶子正反两面都有气孔；具有根茎，可以产生分蘖，在条件适宜的情况下大多数分蘖均可成穗；圆锥状花序，长15～55cm，分枝末端有小穗；种子坚硬、光滑且具有光泽，新收获的种子具有较强的休眠，品种间千粒重变化较大，为0.7～2.Og。柳枝稷寿命较长，一般在10年以上，如果管理较好可达15年以上。
;;;;柳枝稷是异花授粉作物，具有较强的自交不亲和；其基本染色体数为9，大部分品种为四倍体、六倍体和八倍体。柳枝稷可以分为低地和高地两种生态型，低地生态型茎秆较高、较粗，适应于温暖潮湿的环境，主要分布在美国南部地区，高地生态型茎秆稍细矮，且生长较慢，主要分布在美国中部和北部地区；低地生态型品种多为四倍体，高地生态型品种多为六倍体或八倍体。研究表明，无论生态型是否相同，只要染色体倍数相同可以杂交，这为两种生态型品种之行杂交、培育新品种创造了条件。
;;;;作为C4植物，与C3植物相比，柳枝稷对生长温度要求较高。Hsu等研究发现，柳枝稷萌发的*低温度为10.3℃，当土壤温度低于15.5℃时，种子萌发很慢；柳枝稷生长的*适温度在30℃左右。不同的品种对温度要求不同，起源于低纬度地区的品种对温度要求较高。柳枝稷在每个生长季节结束时都要经历寒冷的冬天，品种的抗寒直接决定了其能否顺利越冬，从而影响其种植范围。研究表明，柳枝稷经抗寒锻炼后可以忍受-22～-19℃的低温。柳枝稷的抗寒存在差异，并且有遗传变异发生，说明可以通过育种途径筛选抗寒强的品种，从而扩大柳枝稷的种植范围，这对于提高生物质能源产量具有重要意义。
;;;;柳枝稷具有明显的光周期特，它是短日植物，短日照条件下才可开花。柳枝稷的光周期特群体间存在遗传变异，此状可以选育。Eroeck等研究表明，从‘Alamo’种质资源中筛选出的后代可以比父母本提前10d或推迟12d开花。同一品种如果种植在不同纬度，其光周期反应不同，低纬度起源的品种如果种植在高纬度地区，开花会延迟，因为高纬度地区达到其临界日长的时间较晚。在柳枝稷能源生产系统中，可以充分利用其光周期特，在保证柳枝稷能够顺利越冬的情况下尽量推迟其开花期以延长营养生，从而获得较高的生物质产量。
;;;;柳枝稷具有很强的适应，这种适应来源于其丰富的基因型，可能是柳枝稷在化过程中，与不同环境相互作用的结果。柳枝稷的适应主要表现在两个方面，一是地理分布范围广，二是能够适应多种土壤环境。柳枝稷地理分布范围广，它起源于北美，在美国大部分地区均可种植，此外，阿根廷、英国、中国、印度、日本、希腊、意大利等许多国家都开展了引种试验，结果表明柳枝稷在这些国家也可以种植。两种生态型的柳枝稷地理分布不同，低地生态型喜欢温暖潮湿的环境，适合在低纬度地区种植，高地生态型则喜欢稍微干燥的环境，适合在中高纬度地区种植，这主要是因为两种生态型的柳枝稷起源地理位置不同。不同起源的柳枝稷品种只有种植在与其起源位置的地区才能表现出较高的产量和生态适应。例如，起源于北美东部地区的品种种植到西部地区产量会降低，反之亦然。
;;;;柳枝稷可适应砂土、黏壤土等多种土壤类型，且具有较强的耐早，甚在岩石类土壤中也能生长良好，其适宜生长的土壤pH为4.9～7.6，在中条件下生长*好。柳枝稷能够适应苛刻的土壤条件，并且有较高的水肥利用效率，其原因是柳枝稷根系与真菌互惠共生形成菌根，菌根可以调节柳枝稷对干旱、养分贫瘠、病原菌、重金属污染等不良环境的反应。盆栽试验和大田试验都证明菌根有利于养分吸收，可以提高柳枝稷的产量和抗，减少生产过程中的化肥投入，这对以能源为目标的柳枝稷生产**有利。
;;;;（二）;芒
;;;;芒为禾本科芒属本类植物的简称，大约有13种，分布于中国和日本，我国有2种8变种，分别为荻(M.sacchaiflorus)相南荻(Misanthusp;lutariorparius)，南荻又分为南荻（原变种）(Miscanthusp;lutarioripariusp;var.;lutarioripariusp;L.Liu)、突节荻(Misanthusp;lutarioripariusp;var.;elevatinodisp;L.Liu;et;P.F.Chen)、岗柴(Miscanthusp;lutarioripariup;var.;gongchai;L.Liu)节荻(Miscanthusp;lutarioripariusp;var.;planiodisL.Liu)、刹柴（Miscanthusp;lutarioripariusp;var.;shachai;L.Liu）、茅获(Miscanthusp;lutarioripariusp;var.;gracilior;L.Liu;et;P.F.Chen)和君山荻(Misanthusp;lutarioripariusp;var.junshanensisp;L.Liu)7个变种。荻高1.0～1.5m，直径约5mm，具十多节，具有发达的长匍匐根状茎，产于黑龙江、吉林、辽宁、山西、河南、山东、甘肃及陕西等省，生于山坡地原岗地、河岸湿地；南荻高3;--
