وقد درس العلماء الإيطاليون فوائد الخرشوف القدس متواضع. اتضح أن هذا نوع من الثقافة التي لا غنى عنها لإنتاج الطاقة المتجددة.
في عمله العلمي ، يشرح فريق من العلماء الإيطاليين من كلية العلوم الزراعية والغابات (DAFNE) ، بجامعة توشيا ، لماذا الخرشوف في القدس جيد جدًا ومهم.
في الآونة الأخيرة ، أصبح الوقود الحيوي الاتجاه الاستراتيجي لخفض الانبعاثات من المركبات. لكن في الوقت نفسه ، يتم ذكر إنتاج الوقود الحيوي بشكل متزايد في سياق عواقبه السلبية ، لأن المحاصيل الرئيسية لهذه الأغراض ، مثل بذور اللفت أو القمح أو فول الصويا ، تتطلب ممارسات زراعية عالية الكثافة وتربة خصبة ، كما يشير المؤلفون. (الوقود الحيوي هو مصادر الطاقة القائمة على الكربون المستمدة من المواد البيولوجية).
في حين أن مفوضية الاتحاد الأوروبي صنفت مؤخرًا الوقود الحيوي كمنتج ذو مستوى منخفض من التغييرات غير المباشرة في استخدام الأراضي ، تم الحصول عليها من المحاصيل المزروعة في الأراضي الهامشية مع قلة استخدام الموارد.
لهذا السبب ، لا يمكن إلا لعدد قليل من المحاصيل في أوروبا تحقيق غلات عالية مع هذه المتطلبات.
القدس الخرشوف هي علف للحيوانات الزراعية والوقود الحيوي وحتى البيرة الفاكهة.
من وجهة النظر هذه ، القدس الخرشوف (Helianthus tuberosus L.) ، بطبيعة الحال ، هو نوع يستحق الاهتمام ، لأنه يمتلك كل الصفات اللازمة لتحقيق أهداف التوجيه المحدث للطاقة المتجددة للاتحاد الأوروبي (RED II).
يتم تكييف خرشوف القدس على نطاق واسع مع بيئة متنوعة غالبًا ما تكون منخفضة الغلة للمحاصيل الأخرى ، ولديه قدرة عالية على التكيف.
إنه محصول متعدد الأغراض يستخدم للاستهلاك البشري (مباشرة في الدرنات أو المحليات) ، للأغراض الصيدلانية ، لإنتاج الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية (الإيثانول الحيوي والغاز الحيوي).
بالإضافة إلى ذلك ، على غرار النباتات الأخرى استراسيا، مثل الهندباء والقرص ، القدس الخرشوف لديها القدرة على محصول الأعلاف.
ومن المثير للاهتمام ، بفضل الابتكارات في صناعة التخمير ، يتم استخدام الدرنات لإنتاج بيرة حلوة وفواكه.
تتميز السيقان والدرنات في الخرشوف القدس بمحتوى عالٍ من الأنسولين مع إمكانية إنتاج الإيثانول لاستخدامه كوقود حيوي.
على وجه الخصوص ، تتم معالجة المركبات العضوية (مثل الأنسولين والسليلوز) والسكريات لإنتاج الإيثانول عن طريق التخمير والتقطير.
على مدار العشرين عامًا الماضية ، تم القيام بعمل كبير لتحسين تحويل الكتلة الحيوية إلى وقود. ومع ذلك ، يتم استخراج الوقود الحيوي من الجيل الأول (الإيثانول والديزل الحيوي المشتق من المحاصيل الغذائية) من عدد قليل فقط من المحاصيل ذات الكفاءة المختلفة في تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كيميائية (الكتلة الحيوية).
على وجه الخصوص ، تعتبر المواد الأولية للوقود الحيوي من بذور اللفت وزيت النخيل وفول الصويا للديزل الحيوي ؛ وقصب السكر ، والذرة ، وبنجر السكر ، والذرة الحلوة للبيوإيثانول.
بالإضافة إلى ذلك ، ليست كل الكتلة الحيوية مناسبة للتجميع (أي أن الكتلة الحيوية للنباتات الموجودة تحت الأرض عادة ما تبقى في التربة) ، وبالتالي يتم تقليل عزل الكربون الصافي ، وزيادة كفاءة المعالجة.
لهذه الأسباب ، من المتوقع أن تتغلب الأنواع النباتية لأنظمة إنتاج الوقود الحيوي من الجيل التالي على بعض هذه القيود ، خاصة إذا كانت لديها الكتلة الحيوية المنتجة تحت الأرض (أي الجذور أو الدرنات).
بالإضافة إلى ذلك ، بما أن الاستخدام الزراعي المكثف للأراضي قد بدأ بالفعل في معظم مناطق العالم ، فإن محاصيل الطاقة الحيوية يجب أن تكون مستدامة بيئيًا لتجنب عبء إضافي على التنوع البيولوجي الزراعي والتربة وموارد المياه.
يبحث العلماء عن محاصيل الطاقة الحيوية في المستقبل
يجري البحث في اتجاه أنظمة الطاقة من جيل جديد من الوقود الحيوي مع تأثير أقل على البيئة وزيادة الإنتاجية وزيادة العائد على الاستثمار ، وكذلك مع مراعاة انخفاض المنافسة على استخدام الأراضي مع المحاصيل الغذائية والأعلاف.
تعتبر الكتلة الحيوية اللجينية من محاصيل الطاقة الحيوية المعزولة والنفايات الزراعية مورداً مستداماً لإنتاج الطاقة الحيوية ، ولكن التحلل المائي باستخدام إنزيمات التحلل السليليني هو وسيلة أكثر شاقة ومكلفة من استخدام النشا أو الكتلة الحيوية المولاس.
في هذا الصدد ، من بين أنظمة الوقود الحيوي الأكثر جاذبية للجيل القادم طحالب مثيرة للاهتمام والخرشوف القدس ، والتي تنتج درنات ، والتي يمكن أيضا زراعتها وحصادها باستخدام البنية التحتية الحالية والآليات المستخدمة لمحاصيل مماثلة (نباتات درنية).
لماذا القدس الخرشوف يحتاج حقا أوروبا
تشمل الخصائص التي تجعل من الخرشوف في القدس محصولًا مستحقًا للطاقة ما يلي: النمو السريع ، محتوى الكربوهيدرات العالي ، المادة الجافة الكلية المقابلة لكل وحدة مساحة ، القدرة على استخدام مياه الصرف الصحي الغنية بالمغذيات ، مقاومة / تحمل العوامل الممرضة ، القدرة على النمو بسهولة مع الحد الأدنى من تكاليف الإنتاج الخارجية و على الأراضي الهامشية.
هذا الجانب الأخير يعد بأن يكون مفتاحًا لمستقبل الوقود الحيوي في أوروبا.
على النحو المنصوص عليه في التوجيه المنقح للطاقة المتجددة (RED) الذي اعتمده البرلمان الأوروبي والمجلس (التوجيه 2018/2001) ، اعتمدت مفوضية الاتحاد الأوروبي مؤخرًا قانونًا مفوضًا يحدد معايير لتحديد التغييرات المهمة غير المباشرة لاستخدام الأراضي.
ILUC هي مادة خام خطرة مع توسع كبير غير مباشر في مساحة الإنتاج على الأرض ذات الاحتياطيات العالية من الكربون ، وشهادة للوقود الحيوي ILUC منخفض المخاطر والسوائل الحيوية ووقود الكتلة الحيوية.
يمكن منح الشهادة إذا كان الوقود يفي بالمعايير التراكمية التالية:
(ط) استيفاء معايير الاستدامة ، مما يعني أنه لا يمكن زراعة المواد الخام إلا على أرض غير مستخدمة وليست غنية بالكربون ؛
(XNUMX) استخدام مواد خام إضافية نتيجة لتدابير زيادة الإنتاجية على الأراضي المستخدمة بالفعل أو زراعة المحاصيل في مناطق لم تكن مستخدمة من قبل لزراعة المحاصيل (الأراضي غير المستخدمة) ، شريطة أن تكون الأرض مهجورة أو متدهورة بشدة ، أو نما من قبل أصحاب الحيازات الصغيرة
(XNUMX) دليل دامغ على استيفاء المعيارين السابقين.
من الواضح ، وفقًا لمتطلبات التوجيه ، يجب أن تفي هذه المواد الخام الإضافية بمتطلبات إنتاج الوقود منخفض المخاطر فقط إذا تم الحصول عليها بطريقة مستدامة.
لهذا السبب ، القدس الخرشوف هو مرشح واعد الذي يمكن بسهولة استبدال المحاصيل مثل بنجر الذرة والسكر.
الكتلة الحيوية سريعة النمو للوقود الحيوي
تشير حركية نمو الأجزاء النباتية إلى قدرتها على إنتاج محاصيل مثالية في أوروبا.
يتم تمثيل ثلثي إلى ثلاثة أرباع المادة الجافة للهواء بالسيقان والفروع ، بينما تحتوي الأوراق والأزهار على نسبة أقل. تعتمد نسبة توزيع الوزن الجاف اعتمادًا كبيرًا على العديد من العوامل: التنوع وزمن الزراعة والظروف المناخية وظروف النمو.
أكثر من 50 ٪ من الكتلة الكلية للنباتات هي في الجذع.
هناك مرحلتان لوقف النمو. خلال الأشهر الخمسة الأولى ، لوحظت زيادة خطية في ارتفاع ووزن الساق. بعد هذه الفترة ، يصل ارتفاع الساق إلى الحد الأقصى ويبقى دون تغيير ، وينخفض وزنه.
يختلف أقصى ارتفاع ووزن للمصنع وفقًا للظروف البيئية والنمط الوراثي. في الأصناف المبكرة ، يصل الارتفاع النهائي إلى 140 سم ، بينما في الأنواع اللاحقة ، يبلغ الارتفاع النهائي حوالي 280 سم.
نتيجة لذلك ، في نهاية موسم النمو ، كانت كمية المادة الجافة في سلالات الأصناف المتأخرة أعلى مرتين تقريبًا عن الأصناف المبكرة. وبالتالي ، فإن الكتلة الحيوية الكلية لأصناف النضج المتأخر أعلى من أصناف النضج المبكر. أوضحت النماذج أنه في الأصناف اللاحقة ، يسمح الحفاظ لفترة أطول على مساحة الورقة المثلى بامتصاص أفضل للمواد الجافة.
خالية من المتاعب القدس الخرشوف
نظرًا لمقاومتها للجفاف والملوحة ، يمكن زراعة خرشوف القدس في التربة غير المناسبة لمحاصيل الجذور والدرنات الأخرى. انها تنمو بشكل جيد في التربة مع درجة الحموضة من 4,4 إلى 8,6.
إذا كان الطين الثقيل والتربة المتشابكة يمكن أن يعقد عملية حصاد الدرنات ، في مثل هذه الظروف ، يمكن زراعة الخرشوف في القدس لإنتاج السيقان.
بشكل عام ، يعتمد إنتاجية الدرنات وحجمها وشكلها على نوع التربة. بينما تنتج التربة الطميية خفيفة الوزن درنات كبيرة ، توفر التربة الثقيلة غلات جيدة بسبب الجفاف نظرًا لخصائص الاحتفاظ بالرطوبة في التربة الطينية.
أما بالنسبة لدرجة حرارة الزراعة ، فبالنسبة لمعظم أنواع الخرشوف في القدس ، فإن فترة الغطاء النباتي لا تقل عن 125 يومًا خالية من الصقيع.
بشكل عام ، تكون درجات حرارة الزراعة في حدود 6 - 26 درجة مئوية مطلوبة للحصول على العائد الأمثل.
المصنع لديه مقاومة معتدلة للصقيع. أثناء النمو المبكر ، يتحمل المحصول درجات حرارة تصل إلى -6 درجة مئوية ، على الرغم من أن درجات الحرارة المنخفضة تتسبب في الإصابة بالكلورة الورقية. أما بالنسبة لحصاد الخريف ، فإن الصقيع من -2,8 درجة مئوية إلى -8,4 درجة مئوية تؤدي إلى تكيف الدرنات مع البرد. هذا يحسن مذاقهم بسبب تحويل الأنسولين إلى الفركتوز.
في البيئة الطبيعية ، تتفاعل بعض الكائنات الحية (الكائنات الدقيقة والحشرات والثدييات) مع نباتات الخرشوف في القدس ، بما في ذلك ست عائلات مختلفة من النحل والنحل الطنان.
تم تسجيل العديد من النباتات الوراثية والكائنات الحية الدقيقة على الخرشوف في القدس ، ولكن الكثير منها يمكن أن يلحق أضرارًا جسيمة بالثقافة.
بشكل عام ، يكون الجزء الهوائي من النبات أقل عرضة للإصابة بالأمراض ، بينما تكون الدرنات أثناء النمو المتأخر والتخزين أكثر عرضة للإصابة. أكثر مسببات الأمراض الضارة هي Sclerotinia sclerotiorum و Sclerotinia rolfsii ، والتي تسبب تعفن.
يتم الترويج للأولى بواسطة الأسمدة النيتروجينية المفرطة ، ودرجة الحموضة المنخفضة في التربة أو التربة المشبعة ، والأخيرة بالرطوبة مجتمعة مع درجات الحرارة العالية.
تسبب الصدأ أيضا بوتشينيا هيليانثيوالعفن البودرة الناجم عن إريسيف تشيكوراسيروم، تؤثر على القدس الخرشوف ، لكنها ليست قادرة على الحد من الغلة ، مثل بقعة الأوراق بسبب Alternaria helianthi.
عند تخزين الدرنات ، خاصة عندما تتعرض للتلف أثناء الحصاد ، فإن الأمراض التي تسببها بوتريتيس سينيريا, النيجيريون Rhizopus, بالمغزلاوية (Fusarium и البنسليوم النيابة.. ومع ذلك ، فإن إجراءات التجميد تتحكم بشكل فعال في هذه الأمراض.
أما بالنسبة للحشرات ، فهي بشكل أساسي المن ، ولكن تأثيرها لا يكاد يذكر.
المصنع قوي وقوي ، لذلك يمكن أن يصبح الخرشوف في القدس أعشابًا تنافسية جدًا بمفرده. أما بالنسبة للحشائش الأخرى سريعة النمو ، فإن الكفاح ضدها ضروري فقط أثناء الزراعة حتى تغلق المظلة. يمكن استخدام كل من إزالة الأعشاب الضارة والكيميائية والميكانيكية.
بمجرد استقر خرشوف القدس في الحقل ، يصبح من الصعب للغاية إزالته ، لأن الدرنات أو أجزاء منها تبقى في الأرض ، وتنتقل بشكل جيد في التربة.
اختيار القدس الخرشوف
تكمن الخصائص البيولوجية والبيوكيميائية القيمة لخرشوف القدس في استخدامها العالمي في الصناعات الغذائية والصناعية ، مما يستلزم التحسين الوراثي للمحصول.
ينصب التركيز الرئيسي في الاختيار على إنتاج الدرنات ومحتوى الأنسولين للأغذية والأعلاف ، وقد تم التركيز في الآونة الأخيرة على بناء الكتلة الحيوية لإنتاج الوقود الحيوي.
ومع ذلك ، بسبب الاستخدام المحدود تقليديا للخرشوف القدس ، حتى الآن ، تم إحراز تقدم ضئيل للغاية في مجال التربية. الاستثمارات في تطورات التربية متقلبة وتعتمد على طلب الصناعيين في كل بلد.
شجع الاهتمام المتجدد بخرشوف القدس في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي ، المرتبطة بأزمة الطاقة ونقص الغذاء ، على اتخاذ إجراءات أكثر تنسيقًا وتنسيقًا لتطوير أنواع جديدة لتلبية الاحتياجات الناشئة.
منذ ذلك الحين ، تم تسجيل توسع كبير في المناطق المزروعة ، وخاصة في العقد الماضي في البلدان الآسيوية.
بالنظر إلى التغير المناخي الحالي ، والحاجة إلى إيجاد مصادر جديدة للطاقة المستدامة والحد من المناطق المخصصة لإنتاج الغذاء ، يبدو أن الاستثمارات في اختيار الخرشوف في القدس لها ما يبررها إلى حد كبير.
قد تكون الولايات المتحدة الأمريكية مثيرة للاهتمام أيضًا بالخرشوف القدس
حتى الآن ، فإن أكثر المحاصيل المستخدمة لإنتاج الإيثانول هي الذرة وقصب السكر والذرة الرفيعة وبنجر السكر. ومع ذلك ، تعتمد هذه الأنواع على الأراضي الزراعية الخصبة ، وكقاعدة عامة ، تتطلب موارد خارجية كبيرة (مثل المياه والمبيدات الحشرية والأسمدة) لتحقيق غلات عالية.
الولايات المتحدة والبرازيل هما أكبر منتجين لوقود الإيثانول في العالم. لقد مثلوا حوالي 84 ٪ من إنتاج الإيثانول العالمي في عام 2018.
الحبوب وقصب السكر هي المواد الخام المهيمنة لإنتاج الإيثانول في هذه البلدان.
من المتوقع أن يمثل إنتاج الإيثانول في عام 2027 15 و 18 ٪ من الإنتاج العالمي من الذرة وقصب السكر.
تستخدم الولايات المتحدة ، كأوروبا ، بشكل أساسي نشا الذرة والقمح لإنتاج الإيثانول الحيوي ، بينما تتم معالجة قصب السكر في البرازيل. بشكل عام ، يحتوي قصب السكر على عائد إيثانول أعلى من الذرة وغيرها من المحاصيل مثل الخرشوف في القدس.
ومع ذلك ، يعتبر قصب السكر مثاليًا في المناطق المدارية وشبه المدارية ، ولكن ليس في المناخات المعتدلة. لذلك ، قد يأخذ tominabur مكانه بجوار الذرة في إنتاج الإيثانول الأمريكي.