Витчграсс луговой: описание, свойства и применение

Введение

Растение *Panicum virgatum*, обычно известное как switchgrass, – это многолетнее растение, относящееся к зонтичным злакам, произрастающее в Северной Америке, где оно естественно встречается от 55° северной широты в Канаде на юг до Соединенных Штатов и Мексики. Switchgrass является одним из доминирующих видов центрально-североамериканской высокотравной прерии и встречается в сохранившихся прериях, на естественных пастбищах и по обочинам дорог. Его основное применение – сохранение почвы, производство кормов, создание укрытий для дичи, использование в декоративном садоводстве, в проектах фиторемедиации, для получения волокна, производства электроэнергии и тепла, для биосеквестрации атмосферного углекислого газа, а в последнее время – как энергетическая культура для производства этанола и бутанола. Другие распространенные названия switchgrass включают высокую панику, траву Wobsqua, черноколосник, высокую прерийную траву, дикую красную овсяницу, дерновую траву и виргинский switchgrass.

Описание

Свичграсс – это выносливая, глубоко укоренившаяся многолетняя корневищная трава, которая начинает вегетацию в конце весны. Она может достигать высоты, но обычно короче, чем большая голубоглазая трава или индианграсс. Листья длинные, с выраженным центральным ребром. Свичграсс использует C4-фотосинтез, что дает ему преимущество в условиях засухи и высоких температур. Цветки собраны в хорошо развитую, часто до длиной, метелку и дают хороший урожай семян. Семена длиной и до шириной, развиваются из одноцветкового колоска. Обе колосковые чешуи присутствуют и хорошо развиты. По мере созревания семена иногда приобретают розоватый или тускло-фиолетовый оттенок, а осенью становятся золотисто-коричневыми вместе с листвой растения. Свичграсс – это многолетнее и самосевное растение, что означает, что фермерам не требуется ежегодно высевать его после уборки урожая. После укоренения, заросли свичграсса могут сохраняться десять лет и более. В отличие от кукурузы, свичграсс может расти на неплодородных землях и требует относительно небольшого количества химических удобрений. и другие. Когда европейские поселенцы начали распространяться на запад по континенту, местные травы распахивались, а земля использовалась для выращивания таких культур, как кукуруза, пшеница и овес. Интродуцированные травы, такие как овсяница луговая, мятлик луговой и райграс пастбищный, также заменяли местные травы для использования в качестве сена и пастбищ для скота. Свичграсс – универсальное и адаптивное растение. Он может расти и даже процветать в различных погодных условиях, продолжительности вегетационного периода, типах почв и ландшафтных условиях. Его ареал простирается к югу от 55° северной широты от Саскачевана до Новой Шотландии, на юг по большей части Соединенных Штатов к востоку от Скалистых гор и далее на юг в Мексику. Как многолетняя трава теплого сезона, большая часть его роста происходит с поздней весны до начала осени; в холодные месяцы он становится дремлющим и непродуктивным. Таким образом, в северной части ареала вегетационный период может составлять всего три месяца, но в южных районах он может достигать восьми месяцев, особенно в районе побережья Мексиканского залива. Свичграсс – разнообразный вид с заметными различиями между растениями. Это разнообразие, вероятно, отражает эволюцию и адаптацию к новым условиям по мере распространения вида по континенту, и предоставляет широкий спектр ценных признаков для селекционных программ. У свичграсса выделяют две отчетливые формы, или "цитотипа": низинные культивары, которые, как правило, производят больше биомассы, и возвышенные культивары, которые обычно имеют более северное происхождение, более морозостойки и, следовательно, обычно предпочтительны в северных регионах. Возвышенные типы свичграсса обычно ниже, не выше, и менее грубые, чем низинные типы. Низинные культивары могут достигать высоты в благоприятных условиях. Как возвышенные, так и низинные культивары глубоко укоренены, > в благоприятных почвах, и имеют короткие корневища. Возвышенные типы имеют более развитые корневища, поэтому низинные культивары могут иметь кустовой характер, в то время как возвышенные типы склонны к образованию дернины. Низинные культивары кажутся более пластичными по своей морфологии, производят более крупные растения, если заросли становятся редкими или при посадке широкими рядами, и, по-видимому, более чувствительны к дефициту влаги, чем возвышенные культивары. В естественных прериях свичграсс исторически встречается в ассоциации с несколькими другими важными местными травами, такими как большая голубоглазая трава, индианграсс, малая голубоглазая трава, грама с боковыми остью, восточный гамаграсс и различные разнотравья (подсолнухи, вербейник, прерийный клевер и прерийная эхинацея). Эти широко адаптированные травы когда-то занимали миллионы гектаров. Пригодность свичграсса для выращивания в Гран-Чако изучается Национальным институтом сельскохозяйственных технологий Аргентины (INTA).

Switchgrass is a hardy, deep rooted, perennial rhizomatous grass that begins growth in late spring. It can grow up to high, but is typically shorter than big bluestem grass or indiangrass. The leaves are long, with a prominent midrib. Switchgrass uses C4 carbon fixation, giving it an advantage in conditions of drought and high temperature. Its flowers have a well developed panicle, often up to long, and it bears a good crop of seeds. The seeds are long and up to wide, and are developed from a single flowered spikelet. Both glumes are present and well developed. When ripe, the seeds sometimes take on a pink or dull purple tinge, and turn golden brown with the foliage of the plant in the fall. Switchgrass is both a perennial and self seeding crop, which means farmers do not have to plant and reseed after annual harvesting. Once established, a switchgrass stand can survive for ten years or longer. Unlike corn, switchgrass can grow on marginal lands and requires relatively modest levels of chemical fertilizers. and others. As European settlers began spreading west across the continent, the native grasses were plowed under and the land converted to crops such as corn, wheat, and oats. Introduced grasses such as fescue, bluegrass, and orchardgrass also replaced the native grasses for use as hay and pasture for cattle.]] Switchgrass is a versatile and adaptable plant. It can grow and even thrive in many weather conditions, lengths of growing seasons, soil types, and land conditions. Its distribution spans south of latitude 55°N from Saskatchewan to Nova Scotia, south over most of the United States east of the Rocky Mountains, and further south into Mexico. As a warm season perennial grass, most of its growth occurs from late spring through early fall; it becomes dormant and unproductive during colder months. Thus, the productive season in its northern habitat can be as short as three months, but in the southern reaches of its habitat the growing season may be as long as eight months, around the Gulf Coast area. Switchgrass is a diverse species, with striking differences between plants. This diversity, which presumably reflects evolution and adaptation to new environments as the species spread across the continent, provides a range of valuable traits for breeding programs. Switchgrass has two distinct forms, or "cytotypes": the lowland cultivars, which tend to produce more biomass, and the upland cultivars, which are generally of more northern origin, more cold tolerant, and therefore usually preferred in northern areas. Upland switchgrass types are generally shorter, at ≤ tall, and less coarse than lowland types. Lowland cultivars may grow to ≥ in favorable environments. Both upland and lowland cultivars are deeply rooted, > in favorable soils, and have short rhizomes. The upland types tend to have more vigorous rhizomes, so the lowland cultivars may appear to have a bunchgrass habit, while the upland types tend to be more sod forming. Lowland cultivars appear more plastic in their morphology, produce larger plants if stands become thin or when planted in wide rows, and they seem to be more sensitive to moisture stress than upland cultivars. In native prairies, switchgrass is historically found in association with several other important native tallgrass prairie plants, such as big bluestem, indiangrass, little bluestem, sideoats grama, eastern gamagrass, and various forbs (sunflowers, gayfeather, prairie clover, and prairie coneflower). These widely adapted tallgrass species once occupied millions of hectares. Switchgrass’ suitability for cultivation in the Gran Chaco is being studied by Argentina's Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA).

Создание и управление

Мискантус можно выращивать на землях, считающихся непригодными для возделывания пропашных культур, включая земли, подверженные сильной эрозии и поэтому не подходящие для выращивания кукурузы, а также песчаные и гравийные почвы во влажных регионах, которые обычно дают низкие урожаи других сельскохозяйственных культур. Не существует единого метода посева мискантуса, подходящего для всех ситуаций. Культуру можно посеять как по нулевой, так и по традиционной технологии обработки почвы. При посеве в составе разнообразной смеси следует руководствоваться рекомендациями по посадке травяных смесей теплого сезона для почвозащитных насаждений. Региональные рекомендации по выращиванию и уходу за мискантусом для целей биоэнергетики или почвозащитных насаждений доступны. На успех посева мискантуса могут повлиять несколько ключевых факторов:
Посев мискантуса после того, как почва достаточно прогреется весной. Использование семян с высокой всхожестью и посев на глубину 0,6–1,2 см, или до 2 см на песчаных почвах. Уплотнение или уплотнение почвы до и после посева. Отказ от внесения удобрений при посеве для минимизации конкуренции. Борьба с сорняками химическими и/или агротехническими методами. Для борьбы с сорняками рекомендуется использовать гербициды с соответствующей маркировкой. Химический контроль сорняков можно проводить осенью перед посевом, до или после посадки. Сорняки следует скашивать чуть выше высоты растущего мискантуса. Следует избегать использования гормональных гербицидов, таких как 2,4-D, поскольку известно, что они снижают развитие мискантуса при применении в первый год после посева. Посевы, которые кажутся неудачными из-за зарастания сорняками, часто оцениваются неверно, поскольку неудача часто более очевидна, чем реальна. Засоренные посевы мискантуса обычно хорошо приживаются при надлежащем уходе в последующие годы. После приживания уход за мискантусом будет зависеть от цели посева. Исторически большинство посевов мискантуса велось в рамках Программы сохранения резервов в США. Для оптимизации полезности посева и стимулирования биоразнообразия требуется периодическое скашивание, выжигание или боронование. Все больше внимания уделяется уходу за мискантусом как за энергетической культурой. В целом, культура требует умеренного внесения азотных удобрений, поскольку не является требовательной к питанию. Типичное содержание азота (N) в отмерших надземных частях осенью составляет 0,5% N. Общим ориентиром является внесение азотных удобрений в количестве около 5 кг N/га на каждую тонну удаленной биомассы. Более конкретные рекомендации по удобрению доступны в регионах Северной Америки. Гербициды обычно не используются на мискантусе после года посева, поскольку культура обычно достаточно конкурентоспособна с сорняками. Большинство процессов преобразования биоэнергии из мискантуса, включая производство целлюлозного этанола и пеллет, обычно допускают присутствие некоторых сопутствующих видов в собранной биомассе. Посевы мискантуса следует убирать не более двух раз в год, и одного скашивания часто достаточно для получения такого же количества биомассы, как и при двух скашиваниях. Мискантус можно убирать с помощью той же полевой техники, что и для производства сена, и он хорошо подходит для прессования в тюки или для уборки насыпью. При правильном учете его биологических особенностей мискантус может предложить значительный потенциал в качестве энергетической культуры.

Switchgrass can be grown on land considered unsuitable for row crop production, including land that is too erodible for corn production, as well as sandy and gravelly soils in humid regions that typically produce low yields of other farm crops. No single method of establishing switchgrass can be suggested for all situations. The crop can be established both by no till and conventional tillage. When seeded as part of a diverse mixture, planting guidelines for warm season grass mixtures for conservation plantings should be followed. Regional guidelines for growing and managing switchgrass for bioenergy or conservation plantings are available. Several key factors can increase the likelihood of success for establishing switchgrass. These include:
Planting switchgrass after the soil is well warmed during the spring. Using seeds that are highly germinable and planting 0.6 1.2 cm deep, or up to 2 cm deep in sandy soils. Packing or firming the soil both before and after seeding. Providing no fertilization at planting to minimize competition. Controlling weeds with chemical and/or cultural control methods. Mowing and properly labeled herbicides are recommended for weed control. Chemical weed control can be used in the fall prior to establishment, or before or after planting. Weeds should be mowed just above the height of the growing switchgrass. Hormone herbicides, such as 2,4 D, should be avoided as they are known to reduce development of switchgrass when applied early in the establishing year. Plantings that appear to have failed due to weed infestations are often wrongly assessed, as the failure is often more apparent than real. Switchgrass stands that are initially weedy commonly become well established with appropriate management in subsequent years. After establishment, switchgrass management will depend on the goal of the seeding. Historically, most switchgrass seedings have been managed for the Conservation Reserve Program in the US. Disturbance such as periodic mowing, burning, or disking is required to optimize the stand's utility for encouraging biodiversity. Increased attention is being placed on switchgrass management as an energy crop. Generally, the crop requires modest application of nitrogen fertilizer, as it is not a heavy feeder. Typical nitrogen (N) content of senescent material in the fall is 0.5% N. Fertilizer nitrogen applications of about 5 kg N/hectare (ha) applied for each tonne of biomass removed is a general guideline. More specific recommendations for fertilization are available regionally in North America. Herbicides are not often used on switchgrass after the seeding year, as the crop is generally quite competitive with weeds. Most bioenergy conversion processes for switchgrass, including those for cellulosic ethanol and pellet fuel production, can generally accept some alternative species in the harvested biomass. Stands of switchgrass should be harvested no more than twice per year, and one cutting often provides as much biomass as two. Switchgrass can be harvested with the same field equipment used for hay production, and it is well suited to baling or bulk field harvesting. If its biology is properly taken into consideration, switchgrass can offer great potential as an energy crop.

Применение

Стержневая трава может использоваться в качестве сырья для производства энергии из биомассы, в качестве почвопокровного растения для сохранения почвы и борьбы с эрозией, для кормов и выпаса скота, в качестве укрытия для дичи и в качестве сырья для производства биоразлагаемых пластиков. Фермеры, занимающиеся разведением крупного рогатого скота, могут использовать её для заготовки сена и пастбищ, а также в качестве замены пшеничной соломы во многих областях применения, включая подстилку для животных, строительство домов из соломенных блоков и в качестве субстрата для выращивания грибов. Кроме того, стержневая трава выращивается как засухоустойчивая декоративная трава на почвах от умеренно влажных до влажных, на полном солнце и в полутени.

Растение-хозяин мотыльника

Это предпочтительное растение-хозяин для личинок Dargida rubripennis. Оно также служит растением-хозяином для личинок бабочек Delaware skipper и Hobomok skipper.

Биоэнергия

Трава Switchgrass изучается как возобновляемый источник биоэнергии с середины 1980-х годов, поскольку это местная многолетняя трава теплого сезона, способная давать умеренные и высокие урожаи на малопродуктивных сельскохозяйственных землях. В настоящее время рассматривается возможность ее использования в различных процессах преобразования биоэнергии, включая производство целлюлозного этанола, биогаза и прямого сжигания для получения тепловой энергии. Основными агрономическими преимуществами Switchgrass как энергетической культуры являются ее долговечность, устойчивость к засухе и затоплениям, относительно низкие требования к гербицидам и удобрениям, простота в управлении, устойчивость к неблагоприятным почвенным и климатическим условиям и широкая адаптивность в умеренном климате. В некоторых теплых и влажных южных регионах, таких как Алабама, она способна производить до 25 сухих тонн на гектар (ODT/га). Анализ урожайности Switchgrass на 13 исследовательских участках в США показал, что два лучших сорта на каждом участке давали урожайность от 9,4 до 22,9 т/га, при средней урожайности 14,6 ODT/га. Однако эти урожаи были получены на небольших опытных участках, и можно ожидать, что на коммерческих полях они будут как минимум на 20% ниже. В США урожайность Switchgrass, по-видимому, выше всего в теплых и влажных регионах с длительным вегетационным периодом, таких как юго-восток США, и ниже всего – в засушливых районах с коротким вегетационным периодом Северных Великих равнин. Другое исследование показало, что Switchgrass использует 0,8 ГДж/ODT ископаемого топлива по сравнению с 2,9 ГДж/ODT для зерновой кукурузы. Учитывая, что Switchgrass содержит примерно 18,8 ГДж/ODT биомассы, отношение энергии на выходе к энергии на входе для этой культуры может достигать 20:1. Это очень благоприятное соотношение обусловлено относительно высокой выработкой энергии на гектар и низким потреблением энергии при производстве. В США прилагаются значительные усилия для разработки Switchgrass как сырья для производства целлюлозного этанола. В своем обращении к нации в 2006 году Джордж Буш предложил использовать Switchgrass для производства этанола; с тех пор в исследования Switchgrass как потенциального источника биотоплива было инвестировано более 100 миллионов долларов США. Switchgrass потенциально может производить до 380 литров этанола на тонну урожая. Однако современные технологии преобразования травяной биомассы в этанол позволяют получать около 340 литров на тонну. Для сравнения, кукурузный этанол дает около 400 литров на тонну. Основное преимущество использования Switchgrass по сравнению с кукурузой в качестве сырья для этанола заключается в том, что его себестоимость производства, как правило, вдвое ниже, чем у зерновой кукурузы, и с гектара можно получить больше энергии биомассы. В отличие от этого, кукурузный этанол дает около 1,28 единиц энергии на единицу затраченной энергии. Недавнее исследование, проведенное на Великих равнинах, показало, что для производства этанола из Switchgrass этот показатель составляет 6,4, или, другими словами, произведенный этанол содержит на 540% больше энергии, чем было затрачено на выращивание Switchgrass и его преобразование в жидкое топливо. Однако все еще существуют препятствия для коммерциализации технологии производства целлюлозного этанола. Прогнозы начала 1990-х годов о коммерциализации целлюлозного этанола к 2000 году не оправдались. Таким образом, коммерциализация целлюлозного этанола остается серьезной проблемой, несмотря на значительные исследовательские усилия. Применение Switchgrass для получения тепловой энергии, по-видимому, ближе к промышленному масштабированию, чем производство целлюлозного этанола для промышленных или малых предприятий. Например, Switchgrass можно прессовать в топливные гранулы, которые затем сжигаются в гранульных печах для отопления домов (обычно использующих кукурузные или древесные гранулы). Switchgrass широко тестировался в качестве замены угля при производстве электроэнергии. Наиболее изученным проектом на сегодняшний день является проект Chariton Valley в Айове. Кооператив Show Me Energy Cooperative (SMEC) в Миссури использует Switchgrass и другие травы теплого сезона, а также древесные отходы в качестве сырья для производства гранул, используемых для сжигания на угольной электростанции. В восточной Канаде Switchgrass используется в пилотном масштабе в качестве сырья для коммерческого отопления. Проведены исследования по сжиганию, и было установлено, что он хорошо подходит для использования в качестве топлива для промышленных котлов. Также ведутся исследования по разработке Switchgrass в качестве гранулированного топлива из-за нехватки избыточных древесных отходов в восточной Канаде, поскольку замедление развития лесной промышленности в 2009 году привело к дефициту древесных гранул по всей восточной Северной Америке. В целом, прямое сжигание Switchgrass для получения тепловой энергии может обеспечить наибольший чистый прирост энергии и отношение энергии на выходе к энергии на входе среди всех процессов биоконверсии Switchgrass. Исследования показали, что Switchgrass, в виде гранулированного твердого биотоплива, является хорошим кандидатом для замены ископаемого топлива. Соотношение энергии на выходе к энергии на входе для гранул Switchgrass составляет 14,6:1, что значительно лучше, чем для жидких видов биотоплива, полученных с сельскохозяйственных угодий. Switchgrass также используется для отопления небольших промышленных и сельскохозяйственных зданий в Германии и Китае с помощью процесса, используемого для производства низкокачественного заменителя природного газа. Бай и др. (2010) провели исследование для анализа экологической устойчивости использования Switchgrass в качестве сырья для производства этанола. Для этой оценки был использован анализ жизненного цикла. Они сравнили эффективность E10, E85 и этанола с бензином. Они учли выбросы в воздух и воду, связанные с выращиванием, управлением, переработкой и хранением Switchgrass. Они также учли транспортировку хранимого Switchgrass на завод по производству этанола, предполагая расстояние в 20 км. Снижение потенциала глобального потепления при использовании E10 и E85 составило 5 и 65% соответственно. Их модели также показали, что «потенциал токсичности для человека» и «потенциал экотоксичности» были значительно выше для высокоэтанольных видов топлива (т.е. E85 и этанола), чем для бензина и E10. В 2014 году была создана генетически модифицированная форма бактерии Caldicellulosiruptor bescii, которая может дешево и эффективно превращать Switchgrass в этанол.

Switchgrass has been researched as a renewable bioenergy crop since the mid 1980s, because it is a native perennial warm season grass with the ability to produce moderate to high yields on marginal farmlands. It is now being considered for use in several bioenergy conversion processes, including cellulosic ethanol production, biogas, and direct combustion for thermal energy applications. The main agronomic advantages of switchgrass as a bioenergy crop are its stand longevity, drought and flooding tolerance, relatively low herbicide and fertilizer input requirements, ease of management, hardiness in poor soil and climate conditions, and widespread adaptability in temperate climates. In some warm humid southern zones, such as Alabama, it has the ability to produce up to 25 oven dry tonnes per hectare (ODT/ha). A summary of switchgrass yields across 13 research trial sites in the United States found the top two cultivars in each trial to yield 9.4 to 22.9 t/ha, with an average yield of 14.6 ODT/ha. However, these yields were recorded on small plot trials, and commercial field sites could be expected to be at least 20% lower than these results. In the United States, switchgrass yields appear to be highest in warm humid regions with long growing seasons such as the US Southeast and lowest in the dry short season areas of the Northern Great Plains. Another study found that switchgrass uses 0.8 GJ/ODT of fossil energy compared to grain corn's 2.9 GJ/ODT. Given that switchgrass contains approximately 18.8 GJ/ODT of biomass, the energy output to input ratio for the crop can be up to 20:1. This highly favorable ratio is attributable to its relatively high energy output per hectare and low energy inputs for production. Considerable effort is being expended in developing switchgrass as a cellulosic ethanol crop in the USA. In George W. Bush's 2006 State of the Union Address, he proposed using switchgrass for ethanol; since then, over US$100 million has been invested into researching switchgrass as a potential biofuel source. Switchgrass has the potential to produce up to 380 liters of ethanol per tonne harvested. However, current technology for herbaceous biomass conversion to ethanol is about 340 liters per tonne. In contrast, corn ethanol yields about 400 liters per tonne. The main advantage of using switchgrass over corn as an ethanol feedstock is its cost of production is generally about 1/2 that of grain corn, and more biomass energy per hectare can be captured in the field. In contrast, corn ethanol yields about 1.28 units of energy per unit of energy input. A recent study from the Great Plains indicated that for ethanol production from switchgrass, this figure is 6.4, or alternatively, that 540% more energy was contained in the ethanol produced than was used in growing the switchgrass and converting it to liquid fuel. However, there remain commercialization barriers to the development of cellulosic ethanol technology. Projections in the early 1990s for commercialization of cellulosic ethanol by the year 2000 have not been met. The commercialization of cellulosic ethanol is thus proving to be a significant challenge, despite noteworthy research efforts. Thermal energy applications for switchgrass appear to be closer to near term scale up than cellulosic ethanol for industrial or small scale applications. For example, switchgrass can be pressed into fuel pellets that are subsequently burned in pellet stoves used to heat homes (which typically burn corn or wood pellets). Switchgrass has been widely tested as a substitute for coal in power generation. The most widely studied project to date has been the Chariton Valley Project in Iowa. The Show Me Energy Cooperative (SMEC) in Missouri is using switchgrass and other warm season grasses, along with wood residues, as feedstocks for pellets used for the firing of a coal fired power plant. In Eastern Canada, switchgrass is being used on a pilot scale as a feedstock for commercial heating applications. Combustion studies have been undertaken and it appears to be well suited as a commercial boiler fuel. Research is also being undertaken to develop switchgrass as a pellet fuel because of lack of surplus wood residues in eastern Canada, as a slowdown in the forest products industry in 2009 is now resulting in wood pellet shortages throughout Eastern North America. Generally speaking, the direct firing of switchgrass for thermal applications can provide the highest net energy gain and energy output to input ratio of all switchgrass bioconversion processes. Research has found switchgrass, when pelletized and used as a solid biofuel, is a good candidate for displacing fossil fuels. Switchgrass pellets were identified to have a 14.6:1 energy output to input ratio, which is substantially better than that for liquid biofuel options from farmland. Switchgrass is also being used to heat small industrial and farm buildings in Germany and China through a process used to make a low quality natural gas substitute. Bai et al. (2010) conducted a study to analyze the environmental sustainability of using switchgrass plant material as a feedstock for ethanol production. Life cycle analysis was used to make this assessment. They compared efficiency of E10, E85, and ethanol with gasoline. They took into account air and water emissions associated with growing, managing, processing and storing the switchgrass crop. They also factored in the transportation of the stored switchgrass to the ethanol plant where they assumed the distance was 20 km. The reductions in global warming potential by using E10 and E85 were 5 and 65%, respectively. Their models also suggested that the “human toxicity potential” and “eco toxicity potential” were substantially greater for the high ethanol fuels (i. e., E85 and ethanol) than for gasoline and E10. In 2014, a genetically altered form of the bacterium Caldicellulosiruptor bescii was created which can cheaply and efficiently turn switchgrass into ethanol.

Производство биоразлагаемых пластмасс

В новом применении американские ученые генетически модифицировали мискантус (switchgrass), чтобы он мог производить полигидроксибутират, который накапливается в виде шарообразных гранул внутри клеток растения. В предварительных испытаниях было показано, что содержание полимера в сухой массе листьев растения достигает 3,7%. Однако, по состоянию на 2009 год, такие низкие уровни накопления не позволяют использовать мискантус в качестве биоресурса в коммерческих целях.

Сохранение почвы

Мискантус полезен для сохранения и улучшения почвы, особенно в Соединенных Штатах и Канаде, где он является эндемичным видом. Мискантус обладает глубокой мочковатой корневой системой – почти такой же глубины, как высота растения. Поскольку он, наряду с другими местными травами и разнотравьем, когда-то покрывал равнины Соединенных Штатов, которые сейчас известны как Кукурузный пояс, влияние прежней среды обитания мискантуса было благотворным, способствуя возникновению плодородных сельскохозяйственных угодий, существующих сегодня. Глубокая мочковатая корневая система мискантуса оставила глубокий, богатый слой органического вещества в почвах Среднего Запада, сделав эти черноземные почвы одними из самых продуктивных в мире. Возвращая мискантус и другие многолетние луговые травы в качестве сельскохозяйственной культуры, многие малопродуктивные почвы могут выиграть от повышения уровня органического вещества, проницаемости и плодородия благодаря глубокой корневой системе травы. Эрозия почвы, вызванная как ветром, так и водой, вызывает серьезную озабоченность в регионах, где растет мискантус. Благодаря своей высоте, мискантус может служить эффективным барьером против ветровой эрозии. Его корневая система также отлично удерживает почву, что помогает предотвратить эрозию от наводнений и стока. Некоторые дорожные службы (например, KDOT) используют мискантус в своих семенных смесях при восстановлении растительности вдоль дорог. Его также можно использовать на участках после добычи полезных ископаемых, на дамбах, и для борьбы с некоторыми видами животных, поскольку он содержит химические соединения, известные как сапонины, которые вызывают фоточувствительность и повреждение печени у этих животных. Исследователи продолжают изучать конкретные условия, при которых мискантус наносит вред этим видам, но до получения дополнительных данных рекомендуется не скармливать его этим животным. Однако для крупного рогатого скота его можно использовать в качестве сена или для выпаса. Выпас мискантуса требует внимательного управления для обеспечения выживания посевов. Рекомендуется начинать выпас, когда растения достигают высоты около 50 см, и прекращать, когда растения съедены до 25 см, а затем давать пастбищу отдохнуть 30–45 дней между периодами выпаса. Мискантус становится жестким и малопривлекательным по мере созревания, но в период оптимального выпаса он является ценным кормом с относительной кормовой ценностью (RFV) 90–104. Вертикальный рост травы располагает точку роста над поверхностью почвы на стебле, поэтому оставление 25 см стебля важно для возобновления роста. При уборке мискантуса на сено первая косилка проводится на поздней стадии колошения – примерно в середине июня. Это позволит провести вторую косилку в середине августа, оставив достаточное количество отрастающей травы для перезимовки.

Switchgrass is useful for soil conservation and amendment, particularly in the United States and Canada, where switchgrass is endemic. Switchgrass has a deep fibrous root system – nearly as deep as the plant is tall. Since it, along with other native grasses and forbs, once covered the plains of the United States that are now the Corn Belt, the effects of the past switchgrass habitat have been beneficial, lending to the fertile farmland that exists today. The deep fibrous root systems of switchgrass left a deep rich layer of organic matter in the soils of the Midwest, making those mollisol soils some of the most productive in the world. By returning switchgrass and other perennial prairie grasses as an agricultural crop, many marginal soils may benefit from increased levels of organic material, permeability, and fertility, due to the grass's deep root system. Soil erosion, both from wind and water, is of great concern in regions where switchgrass grows. Due to its height, switchgrass can form an effective wind erosion barrier. Its root system, also, is excellent for holding soil in place, which helps prevent erosion from flooding and runoff. Some highway departments (for example, KDOT) have used switchgrass in their seed mixes when re establishing growth along roadways. It can also be used on strip mine sites, dikes, through chemical compounds known as saponins, which cause photosensitivity and liver damage in these animals. Researchers are continuing to learn more about the specific conditions under which switchgrass causes harm to these species, but until more is discovered, it is recommended switchgrass not be fed to them. For cattle, however, it can be fed as hay, or grazed. Grazing switchgrass calls for watchful management practices to ensure survival of the stand. It is recommended that grazing begin when the plants are about 50 cm tall, and that grazing be discontinued when the plants have been eaten down to about 25 cm, and to rest the pasture 30 – 45 days between grazing periods. Switchgrass becomes stemmy and unpalatable as it matures, but during the target grazing period, it is a favorable forage with a relative feed value (RFV) of 90 104. The grass's upright growth pattern places its growing point off the soil surface onto its stem, so leaving 25 cm of stubble is important for regrowth. When harvesting switchgrass for hay, the first cutting occurs at the late boot stage – around mid June. This should allow for a second cutting in mid August, leaving enough regrowth to survive the winter.

Обложка игры

Switchgrass хорошо известен среди специалистов по охране дикой природы как хороший корм и среда обитания для наземных охотничьих птиц, таких как фазан, перепел, тетерев и дикая индейка, а также певчих птиц, благодаря обилию мелких семян и высокой растительности. Исследование, опубликованное в 2015 году, показало, что switchgrass, выращенный в традиционной монокультуре, оказывает негативное воздействие на некоторые виды дикой природы. В зависимости от плотности посадки switchgrass и растений-компаньонов, он также обеспечивает отличный корм и укрытие для других диких животных по всей стране. Для фермеров, имеющих посевы switchgrass, это считается экологическим и эстетическим преимуществом благодаря обилию дикой природы, привлекаемой этими посевами. Некоторые члены компании Prairie Lands Bio Products, Inc. в штате Айова даже превратили эту выгоду в прибыльный бизнес, сдавая свою землю в аренду для охоты в установленные сезоны. Пользу для дикой природы можно расширить даже в крупномасштабном сельском хозяйстве с помощью метода полосного сбора урожая, рекомендованного Обществом дикой природы, которое предлагает вместо сбора урожая на всем поле сразу практиковать полосной сбор, чтобы не уничтожать всю среду обитания и, тем самым, защитить дикую природу, обитающую в switchgrass.