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摘要 随着全球化石燃料储量的急剧减少。柳枝稷作为C4型暖季型观赏草，用于开发生物质能方面，一直被人们看好。其在草业、园林领域也具发展潜力。结合目前国内外柳枝稷的研究应用现状进行综述性地介绍，并从柳枝稷的能源利用、观赏价值、饲料供应3个方面进行了系统阐述，最后对未来国内柳枝稷的发展提出若干建议，以期为柳枝稷的应用提供参考。
关键词 柳枝稷；能源；观赏草；牧草；西部经济
中图分类号 Q949.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）11-0175-02
随着煤炭、石油、天然气等不可再生能源的掠夺式开采的日益严重，全球不可再生能源的可开采年限在急劇减少[1-2]。柳枝稷作为C4暖季型观赏草，已在国外的园林中占有一席之地，柳枝稷凭借其极好的耐受性，从干旱的草原到盐碱地，甚至在开阔的森林都可以生长。
1 柳枝稷的生物学和生态学特性
柳枝稷原产北美，为大型丛生多年生C4禾草，株高超过3 m，根深可达3.5 m；具短根茎，刈割后的幼苗可形成草皮；当水分充足时，大部分的分蘖可形成开展的圆锥花序，花序长15～55 cm；种子千粒重5.15～5.67 g；在管理合适的情况下，寿命可达10年或更长[3]。生态适应性强，既耐旱又耐湿，能生长于从沙地到黏性肥沃的各类土壤，适宜的pH值为4.9～7.6；最低萌发温度10.3 ℃；当温度为29.5 ℃时，大部分幼苗均可长出；在快速降温至-4 ℃时有50%的植株死亡，而在慢速降温的情况下，1个月内可增加对-18 ℃低温的抵抗[4]。
2 柳枝稷的能源利用
美国长达10多年的研究和评估证明，柳枝稷无论在近期还是长期都会在可再生能源中起重要的作用[5-6]。研究发现，将柳枝稷的生物质与煤炭混燃发电，是成本最为低廉的生物质利用方式[7]；将10%柳枝稷和90%煤炭混合具有较好的燃烧性能，SOx和NOx的排放量也相应降低[8]。除用于燃烧发电外，柳枝稷也可作为热化学处理的原材料，通过热解和气化作用生产甲醇、综合燃气、热解油，通过生化转化生产乙醇[9-10]或甲烷[11]。柳枝稷被酿成酒精之后，燃烧时可以放出5倍于它本身生长时所需的能量；而且，酒精在燃烧时能够释放出13倍相当于等量石油燃烧时释放的能量[12]。将柳枝稷通过微生物发酵生产乙醇，其能量约是“玉米酒精”的2.5倍[13]。柳枝稷可以吸收大气中约94%的温室气体并储存在根系中，对环境有更好的净化作用[12]。美国橡树岭国家试验室通过植物基因工程培育出一种新的柳枝稷，他们通过基因技术培育出新的柳枝稷，其植株体内的木质素减少了1/8，增加了发酵效率；这种柳枝稷通过发酵生产的乙醇产量较普通种的高出33%；与非改良的柳枝稷相比，转基因品系发酵时需要的预处理温度更低，发酵相同数量的乙醇只需1/4～1/3的酶，这大大降低了用柳枝稷生产生物乙醇的成本；由于乙醇产量提高了，因此1 hm2柳枝稷能生产更多的生物燃料，这不仅将使运输业受益，而且将使种植业者和社区受惠[14]。柳枝稷还可与煤炭共气化来进行能源生产[15]，柳枝稷灰分可使焦炭的气化速度提高8倍。柳枝稷可以捣碎压制成“煤球”，燃烧时产生的能量比煤要低，但它具有成本低廉、制作方便的优点，对空气污染很小，灰烬还可用作肥料[7]。另外，目前有技术还可将其加工成颗粒状，便于运输、储藏和燃烧。柳枝稷是最理想的生物质原料、高能量植物[2，16-18]。
3 柳枝稷的观赏价值
柳枝稷作为暖季型观赏草，一般在秋季产生花序，这些特征至少能在冬季部分留存在植物上，茎和叶也一样，通常也会保持整个冬季，色彩会褪变为棕褐色等[19-20]；柳枝稷为多年生丛生品种，其观赏品种生命力旺盛，在低温、阳光充足或部分遮阴、干燥或潮湿的土壤环境中均可生长，而且开花繁茂。现在柳枝稷在美国44个州及加拿大、墨西哥等地都有种植；其成熟品种高度可达0.914 4～2.743 2 m，丛生宽度为0.914 4～1.524 0 m。纤细的叶片直立向上，有的品种叶片像箭一样笔直，有的品种则略带弯曲，而且颜色能够随季节变化，从夏季的绿色或蓝色，到秋季的黄色或红色；花着生于叶片顶部，夏至期间开放，长0.304 8～0.406 4 m，颜色包括紫红、银白等多种；花落后还会在植物上留下棕色或米黄色的花蒂[19]。此外，柳枝稷的低养护、很少或根本不需要水或养料是在美国越来越流行的重要因素[20]。柳枝稷作为观赏草适宜的应用方式：地被覆盖型、丛植片植型和镶边屏障型；并应用于城市公园、郊野绿地、观光园区[21]。柳枝稷作为观赏草，在整个生长季节中逐渐成熟，会给花坛和花境带来令人兴奋的变化[22]。从1株到2～3株或数百株，甚至是上千株植物，大面积种植柳枝稷，是创造独特景观的另一种种植方式[20]。柳枝稷的生长可达3 m甚至更高；种植高大的观赏草是确定边界、营造空间、隐藏不雅景观、为户外休憩或就餐创造隐蔽环境的一种理想解决方案[4，20]。
4 柳枝稷的饲料供应
我国拥有草地资源3.92亿hm2，占国土面积的41.14%，比耕地和林地的总和还多，仅次于澳大利亚，是世界第二草原大国。作为草地资源大国，我国的草地生产力水平却远远滞后，全国平均1 hm2草地仅生产7个畜产品单位，相当于世界平均水平的30%；而由草原牧区提供的畜产品不足全国总量的10%，这充分说明我国的草地资源远未得到合理、高效的开发与利用，蕴藏着巨大的生产潜势[23]。
有研究表明[24]：在土壤肥力低的条件下，从6月下旬至8月柳枝稷能提供良好的产量和中等质量的牧草。在更接近成熟阶段的柳枝稷放牧地可以为成年的繁殖母牛和肥育牛提供适当营养价值的饲草；同时，也会增加牧地的载畜量。
用柳枝稷制成的干草也同样具有饲用价值。有研究显示[25]，美国重视质量的干草生产者和干草专家认为优质干草不是粗料，它完全可达到被称为精料的饲料同样的饲用价值；根据饲养标准4～5 kg苜蓿干草所含的可消化营养物质相当于3 kg玉米，3～4 kg来自放牧地的干草含有3 kg玉米的营养物；从蛋白质看，2～4 kg苜蓿干草相当于1 kg棉籽饼或4～8 kg玉米；而出口市场通常需要质量高且没有杂草的干草，以及专门包装的干草产品如草粉、颗粒、草块或高密度草捆。另外，在干草生产计划中，应当考虑到产量、质量和持久性等因素，在抽穗初期收割，能提供最好轮供青料[24]。
关键词 柳枝稷；能源；观赏草；牧草；西部经济
中图分类号 Q949.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）11-0175-02
随着煤炭、石油、天然气等不可再生能源的掠夺式开采的日益严重，全球不可再生能源的可开采年限在急劇减少[1-2]。柳枝稷作为C4暖季型观赏草，已在国外的园林中占有一席之地，柳枝稷凭借其极好的耐受性，从干旱的草原到盐碱地，甚至在开阔的森林都可以生长。
1 柳枝稷的生物学和生态学特性
柳枝稷原产北美，为大型丛生多年生C4禾草，株高超过3 m，根深可达3.5 m；具短根茎，刈割后的幼苗可形成草皮；当水分充足时，大部分的分蘖可形成开展的圆锥花序，花序长15～55 cm；种子千粒重5.15～5.67 g；在管理合适的情况下，寿命可达10年或更长[3]。生态适应性强，既耐旱又耐湿，能生长于从沙地到黏性肥沃的各类土壤，适宜的pH值为4.9～7.6；最低萌发温度10.3 ℃；当温度为29.5 ℃时，大部分幼苗均可长出；在快速降温至-4 ℃时有50%的植株死亡，而在慢速降温的情况下，1个月内可增加对-18 ℃低温的抵抗[4]。
2 柳枝稷的能源利用
美国长达10多年的研究和评估证明，柳枝稷无论在近期还是长期都会在可再生能源中起重要的作用[5-6]。研究发现，将柳枝稷的生物质与煤炭混燃发电，是成本最为低廉的生物质利用方式[7]；将10%柳枝稷和90%煤炭混合具有较好的燃烧性能，SOx和NOx的排放量也相应降低[8]。除用于燃烧发电外，柳枝稷也可作为热化学处理的原材料，通过热解和气化作用生产甲醇、综合燃气、热解油，通过生化转化生产乙醇[9-10]或甲烷[11]。柳枝稷被酿成酒精之后，燃烧时可以放出5倍于它本身生长时所需的能量；而且，酒精在燃烧时能够释放出13倍相当于等量石油燃烧时释放的能量[12]。将柳枝稷通过微生物发酵生产乙醇，其能量约是“玉米酒精”的2.5倍[13]。柳枝稷可以吸收大气中约94%的温室气体并储存在根系中，对环境有更好的净化作用[12]。美国橡树岭国家试验室通过植物基因工程培育出一种新的柳枝稷，他们通过基因技术培育出新的柳枝稷，其植株体内的木质素减少了1/8，增加了发酵效率；这种柳枝稷通过发酵生产的乙醇产量较普通种的高出33%；与非改良的柳枝稷相比，转基因品系发酵时需要的预处理温度更低，发酵相同数量的乙醇只需1/4～1/3的酶，这大大降低了用柳枝稷生产生物乙醇的成本；由于乙醇产量提高了，因此1 hm2柳枝稷能生产更多的生物燃料，这不仅将使运输业受益，而且将使种植业者和社区受惠[14]。柳枝稷还可与煤炭共气化来进行能源生产[15]，柳枝稷灰分可使焦炭的气化速度提高8倍。柳枝稷可以捣碎压制成“煤球”，燃烧时产生的能量比煤要低，但它具有成本低廉、制作方便的优点，对空气污染很小，灰烬还可用作肥料[7]。另外，目前有技术还可将其加工成颗粒状，便于运输、储藏和燃烧。柳枝稷是最理想的生物质原料、高能量植物[2，16-18]。
3 柳枝稷的观赏价值
柳枝稷作为暖季型观赏草，一般在秋季产生花序，这些特征至少能在冬季部分留存在植物上，茎和叶也一样，通常也会保持整个冬季，色彩会褪变为棕褐色等[19-20]；柳枝稷为多年生丛生品种，其观赏品种生命力旺盛，在低温、阳光充足或部分遮阴、干燥或潮湿的土壤环境中均可生长，而且开花繁茂。现在柳枝稷在美国44个州及加拿大、墨西哥等地都有种植；其成熟品种高度可达0.914 4～2.743 2 m，丛生宽度为0.914 4～1.524 0 m。纤细的叶片直立向上，有的品种叶片像箭一样笔直，有的品种则略带弯曲，而且颜色能够随季节变化，从夏季的绿色或蓝色，到秋季的黄色或红色；花着生于叶片顶部，夏至期间开放，长0.304 8～0.406 4 m，颜色包括紫红、银白等多种；花落后还会在植物上留下棕色或米黄色的花蒂[19]。此外，柳枝稷的低养护、很少或根本不需要水或养料是在美国越来越流行的重要因素[20]。柳枝稷作为观赏草适宜的应用方式：地被覆盖型、丛植片植型和镶边屏障型；并应用于城市公园、郊野绿地、观光园区[21]。柳枝稷作为观赏草，在整个生长季节中逐渐成熟，会给花坛和花境带来令人兴奋的变化[22]。从1株到2～3株或数百株，甚至是上千株植物，大面积种植柳枝稷，是创造独特景观的另一种种植方式[20]。柳枝稷的生长可达3 m甚至更高；种植高大的观赏草是确定边界、营造空间、隐藏不雅景观、为户外休憩或就餐创造隐蔽环境的一种理想解决方案[4，20]。
4 柳枝稷的饲料供应
我国拥有草地资源3.92亿hm2，占国土面积的41.14%，比耕地和林地的总和还多，仅次于澳大利亚，是世界第二草原大国。作为草地资源大国，我国的草地生产力水平却远远滞后，全国平均1 hm2草地仅生产7个畜产品单位，相当于世界平均水平的30%；而由草原牧区提供的畜产品不足全国总量的10%，这充分说明我国的草地资源远未得到合理、高效的开发与利用，蕴藏着巨大的生产潜势[23]。
有研究表明[24]：在土壤肥力低的条件下，从6月下旬至8月柳枝稷能提供良好的产量和中等质量的牧草。在更接近成熟阶段的柳枝稷放牧地可以为成年的繁殖母牛和肥育牛提供适当营养价值的饲草；同时，也会增加牧地的载畜量。
用柳枝稷制成的干草也同样具有饲用价值。有研究显示[25]，美国重视质量的干草生产者和干草专家认为优质干草不是粗料，它完全可达到被称为精料的饲料同样的饲用价值；根据饲养标准4～5 kg苜蓿干草所含的可消化营养物质相当于3 kg玉米，3～4 kg来自放牧地的干草含有3 kg玉米的营养物；从蛋白质看，2～4 kg苜蓿干草相当于1 kg棉籽饼或4～8 kg玉米；而出口市场通常需要质量高且没有杂草的干草，以及专门包装的干草产品如草粉、颗粒、草块或高密度草捆。另外，在干草生产计划中，应当考虑到产量、质量和持久性等因素，在抽穗初期收割，能提供最好轮供青料[24]。