Для чого використовують міскантус?
Стебло збирають сухим наприкінці зими або на початку весни, унаслідок чого отримують малозольну лігноцелюлозну біомасу, придатну для кількох кінцевих застосувань:
Тверде біопаливо
Пелети та брикети для опалення й спалювання.
Підстилка для тварин
Вбирна, малопилова підстилка для худоби та коней.
Біогаз
Сировина для анаеробного зброджування.
Целюлоза та волокно
Папір, картон, пакування та біокомпозити.
Найприбутковіший напрям залежатиме від місцевого попиту, транспортних витрат, варіантів переробки та масштабу насаджень.
Клімат та витривалість
Де він росте і чи переживає зиму
Miscanthus × giganteus «Illinois» був відібраний із рослинного матеріалу, який довів здатність приживатися та зберігатися у холодніших, більш континентальних умовах Середнього Заходу США. Його здатність продовжувати фотосинтез за нижчих температур, ніж багато рослин C4, — одна з причин, чому ця продуктивність добре переноситься на Європу: він може приживатися й давати врожай на широкому діапазоні ділянок, зокрема у прохолодніших північних і центральних регіонах, а не обмежуватися південним кліматом.
Це витривала багаторічна культура. Стебла відмирають узимку, і їх збирають сухими, тоді як сама рослина переживає холод у вигляді сплячих ризом нижче лінії промерзання, а потім знову відростає навесні.
Міскантус також може добре рости на маргінальних землях, менш придатних для продовольчих культур, зокрема на легких, кам'янистих чи менш продуктивних ґрунтах. Це означає, що він може існувати поряд із сівозміною, а не безпосередньо конкурувати з нею. Утім, умови ділянки все одно мають значення: дуже вологі, перезволожені або мілкі ґрунти стримуватимуть урожайність.
Вибір ділянки та закладання детальніше розглянуто на сторінці «Як садити та вирощувати міскантус».
Регуляторна перевага
Чому важлива стерильність
Міскантус спочатку є азійською травою, тож будь-яке комерційне насадження в Європі має відповісти на просте запитання: чи можна його вирощувати у масштабі, не створюючи ризику інвазивного виду? Саме тут Miscanthus × giganteus «Illinois» відрізняється.
Illinois — стерильний триплоїд. Він не утворює жодного життєздатного насіння, що закриває основний шлях, яким трави поширюються за межі поля: рознесене вітром чи опале насіння, що переміщується в канави, живоплоти, узбіччя доріг і сусідні землі. Для комерційних біомасних плантацій це не дрібна деталь. Це одна з ключових причин, чому використовують цей клон: він забезпечує високу продуктивність біомаси без ризику поширення насінням, властивого фертильним типам міскантусу.
Стерильність не означає, що рослина нерухома. Насадження все одно може повільно розширюватися по краю через свої ризоми, зазвичай приблизно на 10–15 см на рік. Але цей рух локальний, видимий і керований за допомогою обрізаного краю, смуги обробітку чи скошеної межі. Насіння може подолати відстань за межі поля; ризомний край залишається там, де його можна відстежувати й контролювати.
Це важливо для покупців, землевласників і регуляторів не менше, ніж для аграріїв. Багаторічну біомасну культуру висаджують на багато років, часто на великих площах, тож законність, простежуваність і біологічна безпека є частиною комерційного обґрунтування. Оскільки Illinois розмножують вегетативно ризомами, а не насінням, кожен гектар залежить від генетики, здоров'я та походження садивного матеріалу. Саме тому стерильні, вірні типу ризоми є відправною точкою для відповідальної комерційної плантації міскантусу.
Рід Miscanthus
Одна назва, кілька рослин: який Miscanthus є яким
«Міскантус» часто вживають так, ніби це одна культура, але цей термін охоплює кілька споріднених азійських трав із дуже різною поведінкою в полі. Для комерційних біомасних плантацій найважливіша відмінність — не загальна назва, а генотип: чи рослина фертильна, як вона поширюється і чи простежувані її походження та садивний матеріал.
Два батьківські види, Miscanthus sinensis і Miscanthus sacchariflorus, фертильні: вони можуть утворювати життєздатне насіння. Клон Illinois, їхній гібрид, — інший. Це стерильний триплоїд, що означає: він не утворює життєздатного насіння. Для комерційних біомасних плантацій ця відмінність є центральною: вона усуває шлях поширення насінням, зберігаючи при цьому високоврожайний біомасний габітус.
M. sinensis
Відомий переважно як декоративна трава. Він фертильний, утворює життєздатне насіння і за сприятливих умов може поширюватися за межі місць посадки.
M. sacchariflorus
Потужний ризоматозний вид, пов'язаний із вологішими середовищами. Він фертильний, утворює життєздатне насіння, а також може енергійно поширюватися ризомами. Через це поєднання до нього ставляться обережно в частині Європи з огляду на його інвазивний потенціал.
Походження
Звідки походить наш садивний матеріал: G0–G2
Для комерційних плантацій міскантусу в ЄС переважним садивним матеріалом є стерильний триплоїд Miscanthus × giganteus. Але навіть у межах правильного сорту якість ризом може дуже відрізнятися від постачальника до постачальника. Це одна з небагатьох речей, яку покупець може перевірити ще до посадки культури, і одна з тих, що найбільше впливають на приживлюваність згодом.
Наш матеріал починається як G0: лабораторно отриманий, вільний від вірусів вихідний матеріал, який перевірено на патогени та генетично верифіковано. Далі ми розмножуємо його через контрольоване поколіннєве вікно G0–G2 і вилучаємо все, що виходить за межі G2, з подальшого розмноження.
Утримання цього вікна вузьким допомагає підтримувати генетичну однорідність, простежуваність і здоров'я рослин по всьому полю. Це також зменшує ризик сомаклональної мінливості та накопичення патогенів, які можуть з'явитися, коли вегетативний матеріал розмножують нескінченно.
Вибір генотипу
Коротке орієнтування.
Насіннєві лінії міскантусу не слід подавати як пряму заміну клона Illinois для комерційних біомасних насаджень у ЄС. Це фертильний, насіннєвий матеріал, що повністю змінює регуляторне й біобезпекове питання. Річ не лише в урожайності чи вартості закладання, а й у тому, чи зареєстрований, дозволений і прийнятний матеріал для комерційної посадки в польовому масштабі.
Клон Illinois утримує свою позицію, бо поєднує три моменти, які мають значення для комерційної біомаси: біологію стерильного триплоїда, тривалий польовий досвід і вегетативне розмноження з простежуваних ризом. Він не утворює життєздатного насіння, тож шлях поширення через насіння закритий. Саме тому він залишається еталонним варіантом там, де важать урожайність, законність і біологічна безпека.
Історія та походження
Звідки він походить: один клон, два дослідницькі записи
Комерційний Miscanthus × giganteus має надзвичайно чітку історію походження. Кожна усталена комерційна лінія простежується до стерильного гібрида, зібраного в Йокогамі (Японія) і привезеного до Данії 1935 року данським ботаніком Aksel Olsen. Пізніше рослину визнали Miscanthus × giganteus — стерильним триплоїдним гібридом між двома фертильними азійськими батьківськими видами Miscanthus sinensis і Miscanthus sacchariflorus.
Це походження від одного клону має значення. M. × giganteus не утворює життєздатного насіння, тож він не розмножується як мінлива насіннєва популяція. Його розмножують вегетативно поділом ризом, тобто комерційна культура побудована навколо відомого клонального генотипу.
Зібраний у Йокогамі (Японія)
Aksel Olsen збирає оригінальний стерильний гібрид і привозить його до Данії.
Визнаний як M. × giganteus
Рослину визнають стерильним триплоїдним гібридом за участю M. sinensis і M. sacchariflorus, і вона поширюється через європейські ботанічні та дослідницькі колекції.
Європа починає випробовувати його як біомасну культуру
Європейські дослідження переводять рослину з ботанічного інтересу в польовомасштабну оцінку біомаси. Такі програми, як Miscanthus Productivity Network (MPN) та European Miscanthus Improvement (EMI), випробовують приживлюваність, урожайність, якість біомаси, кінцеві застосування та генетичні ресурси в контрастних європейських умовах.
Починається робота з оцінки доцільності в Illinois
В Університеті Illinois рання робота ставить питання, чи може M. × giganteus рости в Illinois, чи може він перевершити за врожайністю просо прутоподібне (switchgrass) і чи може польова продуктивність відповідати модельному потенціалу врожайності.
Розвивається дослідницька лінія «клон Illinois»
Дослідники Університету Illinois починають довгострокову польову роботу над M. × giganteus як біомасною сировиною. Це та північноамериканська дослідницька лінія, яка дає «клону Illinois» його комерційну назву і пов'язує європейський клон із майже трьома десятиліттями польових та біоенергетичних досліджень у США.
Починається рамка американської мільярдотонної біоекономіки
Закон про дослідження та розвиток біомаси 2000 року (Biomass Research and Development Act of 2000) створює федеральну рамку для скоординованої роботи USDA–DOE над біомасою, біоенергією та біопродуктами. 2005 року DOE і USDA публікують перше дослідження Billion-Ton Study, ставлячи питання, чи могли б Сполучені Штати сталим чином постачати понад один мільярд сухих тонн біомаси на рік. Високоврожайні багаторічні трави, як-от міскантус, стають частиною цієї національної розмови про сировину.
Надходить велике фінансування біоенергетики
Американський біоенергетичний поштовх переходить від моделювання до великої дослідницької інфраструктури. DOE фінансує нові Центри біоенергетичних досліджень, а Energy Biosciences Institute запускають із фінансуванням у 500 млн доларів від BP та значною участю Університету Illinois. Міскантус вписується в цей ширший поштовх як одна з багаторічних сировин, які випробовують для целюлозного палива та біопродуктів.
Знакова стаття з Illinois
Emily Heaton, Frank Dohleman і Stephen Long публікують «Meeting US biofuel goals with less land: The potential of Miscanthus». Стаття закріплює M. × giganteus на американській біоенергетичній карті, демонструючи його потенціал досягати високих виходів біомаси з меншим тиском на землю, ніж звичайні шляхи однорічних культур.
Оновлення Billion-Ton і європейська робота з генотипами
US Billion-Ton Update і Billion-Ton Report 2016 року далі розвивають національну модель постачання біомаси, включаючи міскантус до трав'янистих спеціальних енергетичних культур. У Європі OPTIMISC випробовує новий гермоплазм міскантусу проти стандартного клону M. × giganteus у широкому діапазоні кліматів і ґрунтів, зміцнюючи доказову базу щодо вибору генотипу, маргінальних земель, часу збирання, якості біомаси та відповідності кінцевому застосуванню.
CABBI, GRACE і біологічні ланцюги вартості
Міністерство енергетики США (DOE) засновує CABBI, Центр передових інновацій у біоенергетиці та біопродуктах, розташований в Illinois, який просуває міскантус через генетику, передові сировини, конверсію та біопродукти. У Європі GRACE демонструє великомасштабне виробництво міскантусу та конопель на малопродуктивних, забруднених і невикористовуваних землях, пов'язуючи виробництво біомаси з промисловими ланцюгами вартості.
Загалом саме тому клон Illinois — це не просто «ще один міскантус». Це стерильна, простежувана клональна культура з відомим походженням, десятиліттями європейських польових даних, майже трьома десятиліттями досліджень Університету Illinois і місцем усередині тривалої американської мільярдотонної біоекономічної програми. Для покупця, який виділяє землю під 15–20-річну біомасну плантацію, така глибина досвіду має значення. Цифри врожайності підкріплені відомим генотипом, а не нестабільною насіннєвою лінією чи незареєстрованою експериментальною рослиною.
Часті запитання
Джерела
- Heaton, E. A., Dohleman, F. G. & Long, S. P. (2008). Meeting US biofuel goals with less land: the potential of Miscanthus. Global Change Biology, 14(9).
- Hodkinson, T. R. & Renvoize, S. (2001). Nomenclature of Miscanthus × giganteus (Poaceae). Kew Bulletin, 56(3).
- U.S. Department of Energy (2016). 2016 Billion-Ton Report. DOE EERE.
- Regulation (EU) 2016/2031 on protective measures against pests of plants. EUR-Lex.
