發(fā)布時間：2017-12-12 14:34

  本文關鍵詞：內(nèi)蒙古沙荒地種植能源作物甜高粱的可持續(xù)性分析

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【摘要】：發(fā)展生物質(zhì)能源可以緩解消耗化石能源導致的能源耗竭和環(huán)境污染壓力,但規(guī)�；�種植能源作物,將對資源和生態(tài)環(huán)境造成很大影響。本研究重點分析了我國干旱半干旱區(qū)邊際性土地上規(guī)�；�種植能源作物甜高粱的環(huán)境可持續(xù)性。本研究于2012和2013年,在內(nèi)蒙古通遼市,用能源作物甜高粱和柳枝稷(已于2008和2009年種植)進行田間試驗,測定地上部生物量、含水量和養(yǎng)分(N、P和K)的積累量,及其在(甜高粱)播種／(柳枝稷)返青后40-160天的動態(tài)變化。測定種植能源作物后,表層土壤0-15 cm和15-30 cm的土壤有機碳含量(SOC),并與自然草地相比較。同時,根據(jù)甜高粱生長季的需水量和水資源供應量,估算內(nèi)蒙古種植生物質(zhì)原料甜高粱的允許規(guī)模。本研究分別以通遼、烏蘭察布和鄂爾多斯作為內(nèi)蒙古東部、中部和西部的代表,在利用生育期模型預測不同種植地點甜高粱各生育期發(fā)生時間的基礎上,確定逐日作物系數(shù)Kc,結合參考蒸散ET0估算作物潛在蒸散量,并以此確定甜高粱生長季的需水量；利用水足跡的概念估算,甜高粱生產(chǎn)的土地和水資源需求；根據(jù)內(nèi)蒙古全區(qū)水資源壓力水平、水資源總量和利用現(xiàn)狀,確定可用于發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的水資源量。根據(jù)內(nèi)蒙古用水量控制紅線和甜高粱生長季需水量,預測2030年甜高粱的允許種植規(guī)模。梳理了國內(nèi)外生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展標準,比對對能源作物生產(chǎn)的要求,對內(nèi)蒙古規(guī)模生產(chǎn)甜高粱的種植技術提出建議。主要研究結果如下：種植在沙荒地,僅依靠天然降水的情況下,甜高粱可以獲得較穩(wěn)定的地上部生物量。2012和2013年甜高粱產(chǎn)量分別為14.2和13.6 tha-1,差異不顯著(p0.05)；而柳枝稷的產(chǎn)量兩年間差異較大,分別為14.8和8.1 t ha-1。收獲甜高粱地上部生物量移除養(yǎng)分N、P和K分別為56、10和160 kg ha-1；而柳枝稷分別為41、11和89 kg ha-1；甜高粱葉中養(yǎng)分含量高于莖稈,若葉還田,將顯著(p0.05)減少甜高粱的養(yǎng)分移除量。甜高粱播后160天的地上部生物量、含水量和莖稈中養(yǎng)分濃度,與播后120天沒有顯著差異(p0.05)；柳枝稷返青后160天地上部生物量是120天的近兩倍,含水量和養(yǎng)分濃度均顯著小于返青后120天(p0.05)。為獲得較大的地上部生物量,同時盡量減少養(yǎng)分移除量,并擁有較低的含水量以降低運輸成本,建議柳枝稷在返青160天后開始收獲,而甜高粱播后120-160天之間均可收獲,有較長的收獲時間。甜高粱種植兩年后,表層土壤(0-30 cm)SOC含量,與自然草地相比沒有顯著變化(p0.05)。種植柳枝稷之前和3年后,0-15 cm土層的SOC含量分別為15.8和11.6 g kg-1,但是隨著定植年限增加SOC含量也呈增加的趨勢；15-30 cm土層SOC含量沒有顯著變化。根據(jù)兩種能源作物地上部生物量、養(yǎng)分移除量的差異,及種植兩種能源作物對土壤質(zhì)量的影響,生物質(zhì)原料甜高粱比較適宜于種植在沙荒地,具有一定的可持續(xù)性。在干旱半干旱內(nèi)蒙古地區(qū),甜高粱早熟和晚熟品種的需水量分別為559和608 mm,整個生長季天然降水量約311-320 mm,不能滿足甜高粱生長需求,還應補償灌溉水248-288 mm。在不加劇水資源壓力的條件下,甜高粱允許種植規(guī)模約為39.5-43.0萬公頃。根據(jù)全區(qū)用水總量紅線,預測到2030年,不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的情況下,全區(qū)農(nóng)灌水可以滿足67.5-88.5萬公頃甜高粱生產(chǎn)。顯然,內(nèi)蒙古的水資源不能滿足全區(qū)約800萬公頃邊際地全部用于生物質(zhì)能源的生產(chǎn)。甜高粱需水量高峰期,與天然降水集中月份吻合,可以一定程度減少對灌溉水的依賴,尤其是中東部各盟市,可以僅依靠天然降水維持生長。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的要求,建議在內(nèi)蒙古規(guī)模種植能源作物甜高粱,將中東部各盟市劃為重點區(qū)域,并注意避開重要的自然保護區(qū)和珍稀野生動物棲息地；選擇保護性種植,少免耕、植被覆蓋等,減輕種植對土地生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的影響；在天然降水不能滿足甜高粱生長需求時,選用高效節(jié)水的灌溉方式,提高水資源利用率,以減小能源作物種植對水資源的消耗；收獲地上部生物量時盡量將葉還田,減少養(yǎng)分移除,增加甜高粱種植系統(tǒng)的可持續(xù)性。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S566.5

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