3个新引进柳枝稷品种生长、栽培密度及生物量的研究

岳华峰，刘国顺，，庞 辉，李相宽，汪志强，王留超

(1.国家林业局泡桐研究开发中心，河南 郑州450003;2.信阳市林业科学研究所，河南信阳464031;3.新郑市林业产业发展中心，河南郑州450000)

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断 提高，人类对能源的需求也节节攀升.石油、煤炭、天然气等不可再生能源的掠夺式开采日益严重，全球不可再生能源的可开采年限在急剧减少，能源不足的问题日益迫切的摆在人们面前，因此寻找新的可再生替代能源成为摆在人类面前的一件迫在眉睫的工作［1，2］.可再生能源，特别是能源作物成了能源研究领域的新热点［3］.生物质能源是可再生能源，具有可贮藏性及连续转化能源的特征，成为最有前景的替代能源［4］.柳枝稷(Panicum virgatum L.)隶属于禾本科黍属，地理分布范围广，它起源于北美，是一种多年生暖季型 C4 草本植物［5，6］.美国长达10多年的研究和评估证明，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，无论在近期还是长期都会在可再生能源中起重要的作用［7～9］.研究还表明，用柳枝稷制取的乙醇产生的能量是生产、收割和运输植物以及将其转化为乙醇所需要的能量的5倍［10］.目前，柳枝稷研究已在很多国家得到重视，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［11］，20世纪80年代，柳枝稷开始引入中国，但只在定西地区、北京郊区、陕西杨凌和定边、宁夏固原等地有柳枝稷少量种植，引种柳枝稷的工作处于初级阶段，系统的引种试验研究尚未开展.本研究对Alamo，Kanlow，Cave-in-Rock3个品种开展了萌发试验、生长过程观测、种植密度、生物量测定等研究工作，为柳枝稷大面积在中国推广应用提供一些技术指导和理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2010—2013年对新引进的3个柳枝稷品种进行栽培种植，试验地位于河南省中部的原阳县境内的国家林业局泡桐研究开发中心实验基地(N34°53'～35°05'，E113°34'～113°52')，属暖温带大陆性季风气候区，植被属暖温带落叶阔叶林，海拔75 m，年平均气温14.4℃，年降水量582.9 mm，其中60%集中在6～8月份，年蒸发量为2 034 mm，年平均日照时数 2 324.5 h，无霜期 224 d，土壤为黄河冲积风沙土，沙粒较细，土层深厚，透气性强，土壤肥力差，土质偏碱性(pH7.5 ～8.5).

1.2 试验材料

试验材料为2010年初从美国引进的3个柳枝稷种子，分别为 Alamo，Kanlow，Cave-in-Rock，均为多年生植物.

1.3 试验方法

1.3.1 种子发芽试验 种子发芽采用室内发芽试验，3个品种，每个品种做5次重复处理，每个处理100粒种子，试验温度25℃，3～5 d后统计种子发芽数量.

1.3.2 密度试验 采用随机区组试验设计，密度4 个水平(2 250，3 750，5 250，6 750 g·hm-2)，3个小区，每小区3次重复处理，每个处理面积100 m2，收获时每个处理全部收获，统计和测量每个处理的干重，分析出最佳播种量.采用最佳播种量进行随机区组试验，分3个小区，每小区3次重复处理，收获时每个处理抽取3个样方，每个样方1 m2，统计和测量株数和干重，分析2者之间的关系.

1.3.3 生物量试验 对3个品种的地下(根系)和地上(茎、叶)部分生物量进行调查统计，调查采用抽样调查方法，调查3个品种2 a生的生物量，每个品种随机抽取样方12个，每个样方1 m2，测量地下和地上部分干重.

1.4 调查内容与方法

主要调查发芽率、密度、株高、地上生物量、地下生物量等.株高调查方法是:对3个品种1 a生的观测，每个品种设置9个固定样株，定位、定期(15 d 1次，取样点固定)观测记录样株高生长和物候期，并进行生产过程模拟，以相同方法，对2 a生的品种进行观测.生物量调查方法:分别收获3个品种的地下和地上部分(茎、叶)，立即用水冲洗干净，放在烘箱内105℃下杀青15 min，然后在80℃条件下烘干至恒重，称量其质量.

1.5 数据分析

试验数据采用Spss17.0软件进行方差显著性分析，差异显著水平为P=0.05;部分图表及数据采用Excel软件处理.

2 结果与分析

2.1 种子发芽分析

由表1可知，3个品种千粒重之间差异不显著，其中 Cave-in-Rock千粒重最大，为1.71 g，Kanlow 最低，为1.52 g.从发芽率上看，Alamo和 Cavein-Rock的发芽率之间无差异(P=0.05)，与Kanlow差异显著.3个品种发芽率较高，均值为91.87%.发芽率最高的为 Cave-in-Rock，96.67%，Kanlow发芽率最低，为85.33%.综上可知，Cavein-Rock无论发芽率还是千粒重均为最大，种子相对饱满，萌发率较高，Alamo次之，Kanlow最低.

2.2 植株生长分析

柳枝稷种子于4月中上旬出土，7～8月份出穗，9～10月种子成熟，生长周期有差异，其中Cave-in-Rock的生长期较短，生长速率较 Alamo和Kanlow快.从生长期来说，Alamo为177 d，Cave-in-Rock为146 d，Kanlow 为149 d.3 个品种株高，Cave-in-Rock为250 cm，Alamo为230 cm，Kanlow 为205 cm.植物生长采用2种方程(直线和生长曲线)进行模型(表2)，得到:在生长周期内，3个品种的种子生长显现正增长，在直线模型中，b1的大小代表植株的生长变化速度，b1越大说明生长速率越快，表2中，Cave-in-Rock的b1为2.26最大，生长速率最快;在生长曲线模型中，常数项b0差异不大，b1大小决定植株生长快慢，从表2中可以得到，Cave-in-Rock的b1为0.015最大，生长速率最快，通过2个方程模型，均可以得到Cave-in-Rock生长速率最快，说明它的生长周期较短.

表1 种子萌发结果分析Table 1 The result analysis of seed germination

表2 3个品种生长模型Table 2 Growth model of three varieties

2.3 种植密度分析

对3个品种1 a生和2 a生种植密度与产量进行分析(图1，图2)，在1 a生的密度试验中，播种量在2 250～5 250 g·hm-2范围内，随着播种量的增加，产量快速增加，当达到5 250 g·hm-2时，产量开始稳定，之后随着播种量的增加，产量没有出现明显的增长，并受密度的影响，产量开始出现下落.在2 a生的密度试验中，3个品种各个密度点的产量均出现大量增长，但变化规律和1 a生基本一样，密度点为5 250 g·hm-2时，产量开始稳定，并达到峰值.

2.4 密度及产量关系分析

图1 1 a生种植密度与产量关系Fig.1 Relationship between the number of tress and production of 1-year-old plants

图2 2 a生种植密度与产量关系Fig.2 Relationship between the number of tress and production of 2-year-old plants

图3 1 a生Alamo密度与产量关系Fig.3 Relationship between the number of tress and production of 1-year-old Alamo plants

图4 1 a生Cave-in-Rock密度与产量关系Fig.4 Relationship between the number of tress and production of 1-year-old Cave-in-Rock

图5 1 a生Kanlow密度与产量关系Fig.5 Relationship between the number of tress and production of 1-year-old Kanlow

在播种量为5 250 g·hm-2试验的密度时，3个品种1 a生(图3，图4，图5)的模型中，株数与产量的关系均是产量随密度的增大而增加，呈明显的直线关系(正相关)，没有出现产量下降的密度点.2个品种(Alamo和Cave-in-Rock)2 a生(图6、图7)的模型中，株数与产量的关系与1 a生的相似，均是产量随密度的增大而增加，呈明显的直线关系(正相关)，但是2 a生的产量要与1 a生的产量差异很大，Alamo的产量1 a生的为627～1 500 g·m-2，2 a生的为2 175～5 520 g·m-2，2 a生产量是1 a生的3～4倍;Cave-in-Rock的产量1 a生的为657～1 480 g·m-2，2 a 生的为1 488 ～5 850 g·m-2，2 a生产量是1 a生的3～4倍.

图6 2 a生Alamo密度与产量关系Fig.6 Relationship between the number of tress and production of 2-year-old Alamo

2.5 生物量分析

3个品种中2 a生的Alamo的地上部分干重最大，Cave-in-Rock地上部分干重次之，Kanlow最低，仅为Alamo和Cave-in-Rock一半左右，经统计检验，Alamo和Cave-in-Rock之间无差异(P=0.05)，与Kanlow差异显著.植被地下部分的生长反映了植株的长势［6］，通过测量，Alamo的地下部分干重最大，Cave-in-Rock地下部分干重次之，Kanlow最低，可见Alamo和Cave-in-Rock地下部分强于Kanlow，说明在该地区Alamo和Cave-in-Rock比Kanlow更适合生长，这也是植物生长适应性的一种表现.在3个品种根冠比(地下部分干重/地上部分干重)对比中，Alamo最大，Cave-in-Rock次之，Kanlow最低，也反应出Alamo和Cave-in-Rock较适合在该地区生长.

图7 2 a生Cave-in-Rock密度与产量关系Fig.7 Relationship between the number of tress and production of 2-year-old Cave-in-Rock

表3 生物量测定表Table 3 Biomass measurement table

3 结论与讨论

3个品种的种子发芽率和种子千粒重，Cavein-Rock的发芽率(96.67%)和种子千粒重(1.71 g)均最大，Alamo次之，Kanlow最低.3个品种的发芽率均远远高于范希峰等［12］人研究的种子发芽率(最高为52%)及千粒重(1 g)，可能是由于品种差异和2代种子的原因，范希峰的研究中未提及柳枝稷的品种.Cave-in-Rock的生长期最短为146 d，生长速率最快，Alamo的生长期最长为177 d，Kanlow的生长期为149 d;3个品种株高，Cave-in-Rock最高为250 cm，Alamo次之为230 cm，Kanlow最低为205 cm，3个品种的高度均高于陕西定边种植柳枝稷高度(其中 Alamo为133.4 cm，Kanlow 为187.8 cm)［13］，可能是由于立地条件，尤其是水肥条件引起的差异，有待于进一步开展引种试验.

通过密度试验，播种量低于5 250 g·hm-2时，随着播种量的增加，产量快速增加，当达到或超过5 250 g·hm-2时，产量开始稳定，之后随着播种量的增加，产量没有出现明显的增长，并受密度的影响，产量开始出现下落.在定量播种量5 250 g·hm-2时，单位面积内3个品种1 a生和2 a生的株数与产量的关系均是产量随密度的增大而增加，呈明显的直线关系，但2 a的生产量显著高于1 a生的，几年生可以达到生物量最大值有待进一步研究.本研究将为柳枝稷生产栽培密度选择提供一定的理论依据.

3个品种在黄河滩地的产量Alamo最高，Cavein-Rock次之，Kanlow最低.经统计检验，Alamo和Cave-in-Rock之间无差异(P=0.05)，与Kanlow差异显著.2 a生Alamo，Cave-in-Rock的地上部分干重分别为 31.03 t·hm-2和 30.98 t·hm-2，超过原产地美国常规产量 14.8 ～ 22.2 t·hm-2［14］，与北京地区种植的3种草本能源植物柳枝稷(28.33 t·hm-2)、荻(29.67 t·hm-2)和芦竹(34.46 t·hm-2)的最高生物质产量相似［12］，与杨凌种植的3个品种最大干物质产量 Alamo(44.22 t·hm-2)、Cave-in-Rock(20.14 t·hm-2)、Kanlow(26.73 t·hm-2)［13］差异比较明显，Alamo 在河南的产量要低于杨凌的最大量，Cave-in-Rock在河南的产量要远高于杨凌的产量，可见，不同地区相同物种差异性比较大.初步认为Alamo、Cave-in-Rock是河南地区适宜的品种，可以在河南及中国中部地区种植.

Alamo，Cave-in-Rock适宜作为优良的草本能源植物在河南及周边地区推广应用，它们不仅生物质产量高、品质优良，而且在水土保持、防沙治沙、盐碱地治理等方面均具有广阔的前景.但2种草在越冬能力和品质特性上各有优势，进行开发利用时应根据需求合理选择，另外2种草的引进，是否会对当地草种产生影响及是否会产生外来物种入侵现象，以及产能效率、经济效益及其在不同类型边际土地上的适应能力和生长状况还有待进一步深入研究.

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