伊利诺斯大学香槟分校可持续发展、能源和环境研究所的朱莉·沃思 CABBI研究员凯特琳·摩尔站在伊利诺伊州的高粱地里，是一项研究的主要作者，这项研究发现，一年生能源高粱比玉米更像芒草，它吸收光并利用水产生丰富的生物量
这项工作标志着植物作为可持续生物能源作物的潜力
信贷:先进生物能源和生物燃料创新中心(CABBI) 像芒草这样的大型多年生草是生物能源作物的主要目标，因为它们具有可持续发展的优势，但它们需要几年的时间来建立，不适合轮作
玉米和其他一年生作物比传统农业更容易管理，但对环境的要求更高
能量高粱是一种一年生植物，具有多年生植物的生态效益，可以将两种作物的精华结合起来
美国大学研究人员的一项研究
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能源部高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)发现，能源高粱(高粱双色)的行为更像芒草，它能有效地捕捉光，并利用水来生产丰富的生物量
它像玉米一样有较高的氮排放量，但是研究人员相信谨慎的肥料管理可以降低这些水平
这项发表在《全球变化生物学:生物能源》杂志上的研究首次对能源高粱与中西部种植的玉米和芒草进行了比较，为用于预测作物生长、生产力和可持续性的生物地球化学和生态模型提供了关键数据
它由前CABBI博士后研究员凯特琳·摩尔和她的顾问卡尔·贝纳祺领导
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伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校农业部农业研究服务中心植物生物学和作物科学兼职教授
现在是西澳大利亚大学农业与环境学院研究员的摩尔说，高粱似乎是一种“中间作物”，有一个年生长周期，但它比玉米能少用水生产“一吨”生物量
“作为一种支持生物能源经济的作物，它当然有希望
" 研究人员对高粱、玉米和芒草的碳、氮、水和能量通量进行了生态系统尺度的比较
在2018年生长季节，温度、降雨量和土壤湿度接近平均水平
摩尔说，这些通量反映了“生态系统的呼吸”——水、二氧化碳、氮和能量如何在植物和大气之间流动
生物能源作物的长期生态可持续性取决于系统“呼吸”的好坏
“一种理想的作物将有效利用水和光来最大限度地增加生物量，将碳留在土壤中而不是释放到大气中，并且只需要少量的氮肥，氮肥会渗入水中或与土壤反应产生一氧化二氮(N2O)，这是一种强有力的温室气体
上图:2018年CABBI高粱地里的通量塔
上图:CABBI研究员凯特琳·摩尔站在伊利诺伊州一片能源高粱地里
信用:凯特琳摩尔，CABBI 芒草和其他大型多年生植物为生物量生产和碳固存提供了最佳选择，因为它们具有广泛的地下系统来储存碳和氮，并且比一年生作物需要更少的肥料
但是，如果随着土地被转用于其他用途，如轮作，碳和氮受到干扰，这些好处可能会被抵消
这可能使土地管理者难以在粮食和燃料作物之间轮换，以跟上市场需求，同时最大限度地提高长期碳储存
另一方面，玉米产量很高，但需要大量的水和氮，而且它通过收割和耕作失去了储存在生态系统中的碳
能源高粱介于两者之间
作为一年生植物，它可以很容易地与大豆和玉米等其他作物轮作
它对光周期敏感，所以当生长在日照长的地区时，它会在季末产生大量的生物量
因为它是耐旱的，能源高粱可以在降雨量少的地区种植，减轻了日益增长的生物燃料产业对现有粮食生产用地的压力
在这项研究之前，问题是能源高粱的行为是否更像芒草或玉米，这对生态系统意味着什么
CABBI团队使用涡流协方差通量塔和地下土壤读数来记录植物生态系统的数据——从风速和湍流到气温、大气气体、湿度和土壤湿度的一切数据
他们还通过观察“反照率”来测量能量交换，反照率是一种测量表面反射率的方法
在炎热的夏天，植物会蒸发水分，将水分和多余的能量释放到空气中；高反射率的树叶不会吸收那么多热量和能量
研究人员发现，在7月份的生长高峰期，当三种作物都处于最大生产潜力时，高粱生态系统的碳、水和能量通量与芒草生态系统更相似，而其氮通量与玉米更相似
玉米的生产力最高，但蒸散量也最高，能源高粱和芒草更接近
总的来说，能源高粱的水分利用效率最高
摩尔说，玉米在通过光合作用将光转化为生物量方面效率最高，芒草在低端，高粱在中间——可能是因为后两种植物有多叶、浓密的树冠，而玉米则成排种植，以最大限度地提高光的穿透力
玉米和能源高粱的N2O通量高于芒草
研究人员得出结论，他们可能在高粱上使用了太多的肥料，尽管它获得的肥料只有玉米的一半
六月的雨水淹没了低洼的高粱地，这可能加剧了氮的流失
科学家怀疑高粱对氮的需求比芒草低得多
继续观察这三种作物的通量将是比较它们对干旱、洪水和其他极端气候事件的反应以及评估每年生物地球化学差异的重要的下一步
对作物类型、气候和管理之间的相互作用的详细了解对于预测这些关键生物能源作物的长期可持续性至关重要，这将在确保美国的粮食安全方面发挥重要作用
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该研究称，符合2007年《能源独立和安全法》规定的2050年纤维素生物能源要求
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