Технология производства мискантуса

Гигантский мискантус, полученный путем скрещивания тетраплоидных видов M. sacchariflorus и диплоидных видов M. sinensis. M. sacchariflorus отличается быстроразвивающейся корневой системой и высокими тепловыми показателями, влаголюбив. Размножается M. sinensis преимущественно семенами и растет в горных условиях, где часто бывают холодные зимы. Потомство от этого скрещивания - гибрид (гигантский мискантус), по разным утверждениям, полученный естественным путем в Японии, когда можно было отобрать стерильный мультиплоидный гибрид.Он отличался гораздо большей морфологией (образованием биомассы) по сравнению с любыми родителями. Кроме того, он унаследовал холодостойкость и в настоящее время является наиболее продуктивным в прохладных и умеренных регионах мира (Long, 1999).

Гигантский мискантус является близким родственником сахарного тростника, но имеет низкую концентрацию сахарозы, поэтому Miscanthusspp. Используется для создания более устойчивых к болезням сортов сахарного тростника при низких температурах. Кроме того, между этими мирами существует высокая степень генетического превосходства, что предполагает, что развитие геномного тростника также можно использовать для улучшения мискантуса (Amalraj&Balasundaram, 2006, Heatonetal., 2008b, Jensenetal., 2008b, 2008).

Лучшее место для посадки мискантуса - хорошо дренированные почвы, но он также может расти на тяжелых почвах, а также в местах с периодическими наводнениями. Если выращивание происходит на маржинальных почвах, как и большинство сельскохозяйственных культур, урожайность по-прежнему считается выше по сравнению с другими многолетними травами. Наилучшие урожаи гигантского мискантуса можно получить на земле, пригодной для выращивания пропашных культур.

Мискантус рекомендуется высаживать на поле после сои, что позволяет избежать толстого слоя растительных остатков. Падение семян мелких покровных культур может быть полезна как для защиты почвы зимой, так и для подавления сорняков весной. Покровные культуры нужно уничтожить до высадки гигантского мискантуса. Весной может потребоваться применение гербицида для уничтожения сорняков. Все поле должно быть полностью обработано перед посадкой для лучшей защиты почвы и предотвращения роста сорняков и должно быть обработано достаточно широкими полосами для посадки (в зависимости от техники). Почву следует обрабатывать неглубоко на глубину не менее 10-12 см.

Получение посадочного материала и высадка мискантуса на поле

В системах, в которых гигантский мискантус имеет тринабора хромосом(непарное число), хромосомы не являются общими даже во время мейоза, и в результате стерильные семена нежизнеспособны (Scallyetal., 2001). Это свойство выгодно, потому что оно ограничивает шансы непреднамеренного распространения семян гигантского мискантуса из семян, но значительно усложняет посадку новых полей.Помимо отсутствия размножения семенами, корневая структура гигантского мискантуса растет очень медленно, что сводит к минимуму распространение. Самые старые исследовательские центры в Европе, основанные в 1980-х годах, переместились всего на 1 метр от своего первоначального местоположения. Иллинойс в настоящее время проводит испытания по распространению мискантусана на сельскохозяйственных землях.

Посадочный материал мискантуса гигантского получают при выращивании в маточных насаждениях (материнские растения), в которых его высаживают, как правило, из теплиц (клонированный мискантусinvitro) или корневищ (корневищ), полученных путем деления корневищ предыдущих насаждений растений предыдущего года высадки. Важно понимать, что наличие посевного материала от национального производителя мискантуса значительно улучшает бизнес-планирование, позволяет получить качественный и однородный материал, а главное, снижает стоимость посевного материала. Особенно важен процесс получения посадочного материала из небольшой части материала путем клонирования в условиях invitro.Этот материал получает индекс M0, который при последующем размножении на маточниках способен дважды формировать качественный посадочный материал - корневища поколений F1 и F2. Если посадочный материал экспортируется, например, в США, импортированные растения должны пройти трехлетнюю (предкарантинную) инспекцию в закрытых теплицах перед посадкой, что является очень дорогостоящим процессом, который является основным фактором отсутствия импорта. Это связано со карантином растений и существованием риска переноса болезней сахарного тростника. В Европе такой проблемы нет, но карантинный контроль почвы, длительная транспортировка и логистика значительно ухудшают качество и схожесть посадочного материала.

У технологии посадки есть два основных ограничения использования мискантуса: недостаток посадочного материала и недостаток посадочного оборудования. Во-первых, найти качественный посадочный материал с известным генетическим происхождением очень сложно на практике в любой стране мира. На данный момент в Европе, как и в США, мало поставщиков гигантских мискантусов, особенно в огромных количествах. Очень важно быть уверенным в качестве приобретенного посадочного материала, ведь если это нестерильный триплоид (гигантский мискантус), в результате можно получить неконтролируемый рост посевов других видов мискантуса. Во-вторых, оборудование для посадки гигантскогомискантуса не идеально, и на данный момент нет единой технологии его посадки на поле. Гигантский мискантус можно посадить прямо из матки, выкопав и разделив корневища (размером 8-10 см). Особенно эффективной, но не дорогостоящей технологией размножения мискантуса является технология его клонирования без вирусной основы в условиях invitro в условиях биолаборатории. В стерильных условиях (лабораторные сосуды, пробирки, колбы) на агаризованных искусственных питательных средах Мурасиге-Скуга с добавлением стимуляторов роста фитогормонов при определенных микроконцентрациях и температурных условиях на атмосфере проводят выращивание и размножение стерильных растений.

После завершения стадии диклонирования и получения необходимого количества стерильных микроплантатов их переводят в теплые условия для адаптации условий к закрытому грунту, а затем - к открытому. После размножения мискантуса в лабораторных условиях производится его адаптация к почвенной смеси в теплицах с помощью специальных кассет или специальных фитоконтейнеров. Важно знать, что этот этап скудного размножения требует определенных технологических ноу-хау, без которых такая работа невозможна.Технологические требования по адаптации стерильных растений касаются температурных условий, состава почвенной смеси в составе фитоконтейнеров, определенной влажности и световой активности.

Обе технология (ризомная и биотехнологическая) может быть использована для создания производственных плантаций. Для большого количества материала можно проводить высадку после окончания заморозков, обычно в апреле, а материал кассет - в конце апреля - мае. Почва должна быть технологически подготовлена, а главное очищена от сорняков и хорошо вспахана безуплотнения грудок. Высаживают корневища на глубину 5-15 см с учетом необходимого пространства для их дальнейшего роста (в среднем около 50 см между растениями). Плотность посадки составляет 10-15 (и более) тысяч корней на гектар в зависимости от качества. При этом растущей культуре требуется небольшое количество удобрений (50-70 кг N / га в год) из-за ее способности эффективно использовать питательные вещества.

Высадка ризомногомискантуса также механизирована, но отличается по способу. Отделенные корневые ризомымискантуса (или механически раздавленные) высаживают, например, с помощью полуавтоматической сеялки для посадки картофеля или разбрасывателя навоза. Важно отметить, что коэффициент сформированности корневой системы и, как следствие, структура растений, полученных по технологии размножения с помощью разных видов ризомами и биотехнологически, абсолютно разные. Многие ученые показали, что в нормальных условиях корневищное растение мискантуса в условиях открытого грунта без искусственного орошения за один сезон образует около 7-10 корневищ, пригодных для размножения в следующем году. Напротив, растения, полученные путем клонирования invitro на безвирусной основе, как показывают исследования, за один вегетационный период формируют в три раза больше продуктивных ризом, тем самым формируя больше вегетативной массы.

В результатеисследований подтвердилось, что внедрение маточников invitro в клонированные проростки мискантуса является экономически оправданным и эффективным. И это несмотря на существенную разницу в цене исходного посадочного материала. На второй год культивированиянаматочникахклонированногомискантуса скорость образования урожайной культуры составляет около 80 - 120 корневищ на проросток. Таким образом, в течение двух сезонов продуктивные саженцы, полученные путем клонирования invitro, позволяют получить качественные саженцы для посадки промышленных плантаций с саженцами для получения биомассы для биоэнергетики и целлюлозно-бумажной промышленности.

Для получения качественного урожая необходимо обязательно бороться с сорняками на молодых плантациях гигантского мискантуса. В ходе исследований была реализована эффективная профилактика сорняков с помощью предпосевного и довсходового применения глифосата, пендиметалинаиатразина и повторного использования по мере необходимости для предотвращения роста мелкосемянных лиственных сорняков. Как правило, второй-третий год после посадки гербицид практически не нужены.Очень важно, чтобы на вновь засаженных участках не приживались многолетние сорные травы. С лиственными сорняками легко бороться с помощью 2,4-D (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты). В системах, в которых культура гигантского мискантуса выращивается на ограниченной территории, на этом этапе был разработан специальный гербицид. В настоящее время нет коммерческих препаратов для борьбы с вредителями гигантскогомискантуса нив СШАни в Европе.

Проблемным местом выращивания мискантуса часто бывает зимовка. Опыт показывает, что если растение может выжить после первой зимы, то есть вероятность того, что следующие зимы будут нестабильными. Зимнее укрытие также играет важную роль: в результате на тех участках, которые были скошены в октябре, уровень гибели выше, чем на семи, которые не были скошены.Поэтому после первого года выращивания мискантуса косить вегетативную массу не рекомендуется. В целом важно учитывать расположение насаждений в зависимости от рельефа полей, их защищенности от морозных ветров, наличия лесополос и технологических норм при высадке посадочного материала весной.

Подтверждения необходимости внесения удобрений для повышения урожайности этих культур не получено, хотя следует проводить анализ почвы для контроля баланса содержания азота, фосфора и калия (N, P, K). Не секрет, что урожайность мискантуса намного выше, на более плодородных почвах (Clifton-Brown etal., 2001), но мискантус часто дает высокие урожаи на бедных почвах, если другие условия окружающей среды, такие как температура и влажность, благоприятны. (2008). Ряд ученых провели большое количество экспериментов с использованием азотных удобрений, и их результаты были разными (Lewandowskietal., 2000). Часто результат показал небольшое увеличение урожайности (Christian etal., 2008).

Было показано, что общее повышение урожайности было достигнуто на песчаных почвах при использовании капельного орошения (Cosentinoetal., 2007). В Ирландии выращивание на малоплодородных землях в течение 16 лет показало, что есть небольшое увеличение урожайности с калийными удобрениями (Clifton-Brown etal., 2007), но использование некоторых других удобрений может привести к снижению урожайности.Очевидно, что гигантский мискантус эффективно использует азот, поскольку считается, что в результате внутреннего азотного цикла он поднимается по всему растению в период активного роста и перемещается в подвои во время сезонного разложения, где он накапливается, а затем снова используется для роста, в следующем году. Традиционно перед посадкой растений необходимо провести анализ почвы.

Сбор урожая гигантского мисканта зависит от планируемого сбора биомассы или наличия уборочной техники. Чтобы полностью реализовать цикл питательных веществ во время старения, собирайте урожай после того, как растение полностью высохнет. Период сбора - это обычно время от наступления заморозков и появления побега ранней весной. В течение многих лет испытаний в США (Иллинойс) в Европе и, в частности, в Украине, влажность колебалась от 50% в октябре до примерно 12% в феврале (Heaton, 2006, Roikidr. 2015).

Минеральный состав собранного сырья снижается с задержкой сбора урожая, как в Европе (Lewandowskietal., 2003), так и в Соединенных Штатах, поскольку минералы дождевого и снежного выщелачивания из биомассы. Снижение общей концентрации минералов в целом повышает качество переработки биотоплива. Темне менее, влияет на стоимость; Количество собранного урожая биомассы может уменьшиться с 30% до 50% за зиму, стебли могут быть повреждены ветром и другими климатическими воздействиями (дождь, снег, град и т. Д.)

Сегодня уже существует множество публикаций по изучению урожайности гигантского мискантуса. Образование неконтролируемых частиц и сухого вещества детально изучалось ранее на всей территории США (например, в Арканзасе) (Heatonetal., 2008). Урожай с небольшого испытательного полигона гигантской мискантуса хорошо совпал с моделированным прогнозом в штате Иллинойс и определил сезонный пик производства биомассы от 12 до 20 т / га. В литературе утверждается, что гигантский мискантус более продуктивен в высоких широтах. Гигантский мискантус (особенно полученный без вирусной основы в условиях invitro) способен выдерживать довольно низкие температуры, характерные, в частности, для Северной Америки, Северной Европы.

К концу августа первого года растение достигает высоты 1-2 м при диаметре стебля около 10 мм, а в начале зимнего периода можно собирать урожай. В первый год после посадки мискантус не убирают из-за невысокой урожайности (до 8 сухих т / га). На второй год растение достигает максимальной высоты (2,5-3,5 м), а урожайность поднимается до 10 сухих. т / га. К третьему году урожайность составляет около 10-15 (максимум 20) тонн сухого вещества с гектара. Мискантус чувствителен к качеству почвы, поэтому на плодородных почвах урожай может достигать до 30 сухих. т / га а на бедных - иногда достигает 10-12 сух. т / га / год.Причем увеличение продуктивности плантаций напрямую зависит от количества воды. Мискантус может потреблять до 900 мм в год. После 10 лет посадки урожайность имеет тенденцию незначительно снижаться. Для уборкимискантусаиспользуют тяжелые роторные косилки, пресс-подборщики или самоходные кормоуборочные комбайны. При этом, учитывая толщину и твердость стеблей, рекомендуется использовать специальные машины, адаптированные к тяжелым условиям эксплуатации.

После сбора биомассы мискантус обычно хранятся в пирамидах и впоследствии используются для сжигания в промышленных котлах или для производства пеллет.

Однозначно, хранение и консервация тюков мискантуса рекомендуется под навесами или в специальных логистических местах, предотвращающих накопление излишней влаги.

 Чтобы сделать пеллетыиз соломы мискантуса, их сначала нужно измельчить.

Далее биомасса обрабатывается на специальных пеллетныхпрессах различной мощности и производительности в зависимости от выбора производителя.

 Есть несколько производственных стандартов для пеллетов. Самым распространенным для котлов (в том числе автоматических) является пеллета диаметром 5 мм.

Пеллеты из мискантуса, полученные прессованием, обладают высокими теплообразующими свойствами и качеством. По сравнению с пеллетами из массива дерева они практически не уступают по теплотворной способности, а зольность в таких пеллетах не превышает 3,7%. Далее пеллеты поступают в биокотельные, где сжигаются в специальных котлах для выработки тепла или электроэнергии.