内蒙古沙荒地种植能源作物甜高粱的可持续性分析

发布时间：2017-12-12 14:34

  本文关键词：内蒙古沙荒地种植能源作物甜高粱的可持续性分析

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【摘要】：发展生物质能源可以缓解消耗化石能源导致的能源耗竭和环境污染压力,但规模化种植能源作物,将对资源和生态环境造成很大影响。本研究重点分析了我国干旱半干旱区边际性土地上规模化种植能源作物甜高粱的环境可持续性。本研究于2012和2013年,在内蒙古通辽市,用能源作物甜高粱和柳枝稷(已于2008和2009年种植)进行田间试验,测定地上部生物量、含水量和养分(N、P和K)的积累量,及其在(甜高粱)播种／(柳枝稷)返青后40-160天的动态变化。测定种植能源作物后,表层土壤0-15 cm和15-30 cm的土壤有机碳含量(SOC),并与自然草地相比较。同时,根据甜高粱生长季的需水量和水资源供应量,估算内蒙古种植生物质原料甜高粱的允许规模。本研究分别以通辽、乌兰察布和鄂尔多斯作为内蒙古东部、中部和西部的代表,在利用生育期模型预测不同种植地点甜高粱各生育期发生时间的基础上,确定逐日作物系数Kc,结合参考蒸散ET0估算作物潜在蒸散量,并以此确定甜高粱生长季的需水量；利用水足迹的概念估算,甜高粱生产的土地和水资源需求；根据内蒙古全区水资源压力水平、水资源总量和利用现状,确定可用于发展生物质能源产业的水资源量。根据内蒙古用水量控制红线和甜高粱生长季需水量,预测2030年甜高粱的允许种植规模。梳理了国内外生物质能源产业可持续发展标准,比对对能源作物生产的要求,对内蒙古规模生产甜高粱的种植技术提出建议。主要研究结果如下：种植在沙荒地,仅依靠天然降水的情况下,甜高粱可以获得较稳定的地上部生物量。2012和2013年甜高粱产量分别为14.2和13.6 tha-1,差异不显著(p0.05)；而柳枝稷的产量两年间差异较大,分别为14.8和8.1 t ha-1。收获甜高粱地上部生物量移除养分N、P和K分别为56、10和160 kg ha-1；而柳枝稷分别为41、11和89 kg ha-1；甜高粱叶中养分含量高于茎秆,若叶还田,将显著(p0.05)减少甜高粱的养分移除量。甜高粱播后160天的地上部生物量、含水量和茎秆中养分浓度,与播后120天没有显著差异(p0.05)；柳枝稷返青后160天地上部生物量是120天的近两倍,含水量和养分浓度均显著小于返青后120天(p0.05)。为获得较大的地上部生物量,同时尽量减少养分移除量,并拥有较低的含水量以降低运输成本,建议柳枝稷在返青160天后开始收获,而甜高粱播后120-160天之间均可收获,有较长的收获时间。甜高粱种植两年后,表层土壤(0-30 cm)SOC含量,与自然草地相比没有显著变化(p0.05)。种植柳枝稷之前和3年后,0-15 cm土层的SOC含量分别为15.8和11.6 g kg-1,但是随着定植年限增加SOC含量也呈增加的趋势；15-30 cm土层SOC含量没有显著变化。根据两种能源作物地上部生物量、养分移除量的差异,及种植两种能源作物对土壤质量的影响,生物质原料甜高粱比较适宜于种植在沙荒地,具有一定的可持续性。在干旱半干旱内蒙古地区,甜高粱早熟和晚熟品种的需水量分别为559和608 mm,整个生长季天然降水量约311-320 mm,不能满足甜高粱生长需求,还应补偿灌溉水248-288 mm。在不加剧水资源压力的条件下,甜高粱允许种植规模约为39.5-43.0万公顷。根据全区用水总量红线,预测到2030年,不影响农业生产用水的情况下,全区农灌水可以满足67.5-88.5万公顷甜高粱生产。显然,内蒙古的水资源不能满足全区约800万公顷边际地全部用于生物质能源的生产。甜高粱需水量高峰期,与天然降水集中月份吻合,可以一定程度减少对灌溉水的依赖,尤其是中东部各盟市,可以仅依靠天然降水维持生长。根据可持续发展的要求,建议在内蒙古规模种植能源作物甜高粱,将中东部各盟市划为重点区域,并注意避开重要的自然保护区和珍稀野生动物栖息地；选择保护性种植,少免耕、植被覆盖等,减轻种植对土地生产力和土壤质量的影响；在天然降水不能满足甜高粱生长需求时,选用高效节水的灌溉方式,提高水资源利用率,以减小能源作物种植对水资源的消耗；收获地上部生物量时尽量将叶还田,减少养分移除,增加甜高粱种植系统的可持续性。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S566.5

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