不同红花品种的物候发育、产量及其用于生物燃料生产的油质特征

《ACS Omega》：Phenological Development, Productivity, and Oil Profiles of Different Safflower Cultivars for Biofuel Production

本研究分析三种亚麻籽品种（IMAmt 1470、IMAmt 894、IMAmt S525）在巴西半干旱地区的发芽率、活力、产量及油成分。结果表明，IMAmt 1470在2021年产量最高（6797.7 kg/ha），IMAmt 894在2022年发芽率（88%）和油酸含量（41.1%）最优，IMAmt S525油含量达35%。所有品种种子储存12个月仍保持较高发芽率，适合生物柴油和航空可再生燃料生产。

　　在当前全球能源结构转型的背景下，生物燃料作为一种可持续的替代能源，正逐渐成为减少温室气体排放的重要手段。特别是在航空运输领域，传统航空燃料的使用带来了显著的碳排放问题，因此寻找合适的生物质资源成为研究的重点。油菜籽作为一种富含油脂的作物，因其高产、短生长周期以及对干旱环境的适应能力，成为研究航空生物燃料的理想候选植物之一。本研究聚焦于三种油菜籽品种（IMAmt 1470、IMAmt 894 和 IMAmt S525）在巴西半干旱地区的生长表现，分析其发芽率、种子活力、产量和油脂组成等关键参数，以评估其作为生物燃料原料的潜力。

油菜籽的生长特性决定了其在生物燃料领域的应用价值。该作物的生长周期较短，通常在130至150天之间，而在巴西半干旱地区，由于特殊的气候条件，其生长周期可缩短至75天。这一特性使得油菜籽能够在有限的生长季节内快速完成从播种到收获的过程，从而提高其在农业资源有限地区的生产效率。此外，油菜籽具有较高的产量和油脂含量，能够满足生物燃料生产对原料的高需求。在本研究中，三种油菜籽品种在2021年的产量达到了6797.7 kg/ha，而其中IMAmt-S525品种的油脂含量达到了35%，显示出其在生物燃料生产中的优势。

本研究的实验设计涵盖了田间栽培和种子储存两个方面。在田间栽培阶段，研究人员在巴西东北部的阿波迪地区进行了为期两年的种植实验，分别在2021年6月和2022年8月播种，并在相应的季节内完成收获。实验区域的气候条件为典型的半干旱环境，年平均温度约为28.1°C，年降雨量仅为800 mm，这对油菜籽的生长构成一定挑战。然而，通过采用滴灌系统和优化施肥方案，研究人员成功地维持了作物的生长。在种植过程中，土壤肥力和施肥方案参考了巴西东北部农业研究公司（EMPARN）对向日葵的建议，因为向日葵与油菜籽同属菊科植物，具有相似的生长需求。实验中使用的肥料包括50 kg/ha的磷酸钙（20% P?O?）、20 kg/ha的尿素（45% N）和20 kg/ha的氯化钾（58% KCl），这些措施有助于提高油菜籽的产量和油脂含量。

在种子储存方面，研究人员对2021年收获的种子进行了长达18个月的储存实验，并在不同时间点（0、3、6、9、12、15、18个月）进行发芽率和种子活力测试。发芽率是衡量种子质量的重要指标，它不仅影响作物的种植效率，还决定了种子在储存期间的稳定性。研究发现，所有三种油菜籽品种在储存12个月后仍保持较高的发芽率，这表明它们具有良好的种子储存能力。此外，种子的含水量对储存期间的发芽率和活力具有重要影响。适宜的含水量有助于维持种子的生理活性，而过高的或过低的含水量都会导致种子活力下降。在本研究中，2021年收获的种子含水量为8.6%（IMAmt 894），而2022年收获的种子含水量为7.1%（IMAmt 894）和5.6%（IMAmt S525），显示出一定的变化趋势。这些变化可能与当年的气候条件有关，例如湿度和温度的波动，影响了种子的储存表现。

除了发芽率和含水量，油菜籽的产量和油脂组成也是决定其作为生物燃料原料的重要因素。在田间种植过程中，研究人员分析了每株植物的章节数量（NCP）、每章节的种子数量（NSC）和每株植物的种子总数（NSP），这些参数直接影响最终的种子产量（SPH）。结果显示，IMAmt 894在2021年和2022年的产量分别为6797.7 kg/ha和5245.7 kg/ha，分别高于其他两个品种。此外，IMAmt 894在2022年的油脂含量达到35%，略高于2021年收获的IMAmt 1470（31%）和IMAmt S525（26%）。这些数据表明，IMAmt 894在两个生长季中都表现出较高的产量和油脂含量，具备成为优质生物燃料原料的潜力。

油菜籽的油脂组成对其在生物燃料生产中的应用具有重要意义。不同的脂肪酸组成会影响油脂的物理和化学性质，从而影响其在生物燃料转化过程中的表现。本研究通过气相色谱-质谱联用技术（GC/MS）分析了三种油菜籽品种的脂肪酸含量。结果显示，2021年收获的油菜籽中，主要脂肪酸为亚油酸（linoleic acid），其中IMAmt 894的亚油酸含量最高，达到71.82%。相比之下，IMAmt 1470和IMAmt S525的亚油酸含量分别为70.80%和58.94%。而在2022年的收获中，亚油酸含量有所下降，但IMAmt 894和IMAmt S525的油酸（oleic acid）含量有所增加，分别达到41.1%和34.9%。油酸具有较高的热稳定性和氧化稳定性，这使得它在生物柴油生产中具有优势。此外，亚油酸是制造生物柴油的关键成分，其含量越高，意味着油脂在转化过程中可能表现出更好的性能。

在种子活力和储存时间方面，研究发现所有三种油菜籽品种在储存12个月后仍保持较高的发芽率和活力。其中，IMAmt 1470在储存6个月时表现出最高的发芽率（95%），而IMAmt 894和IMAmt S525在储存9个月和12个月时也分别达到了较高的发芽率。这表明，油菜籽在适宜的储存条件下可以保持较长的生理活性，这对于农业生产和工业原料储备具有重要意义。然而，储存时间过长会导致种子活力下降，因此在实际应用中，需要合理控制储存周期，以确保种子的高质量和高发芽率。

在工业应用方面，油菜籽不仅具有较高的油脂含量，还展现出广泛的用途。除了作为生物燃料原料外，油菜籽在食品工业、医药领域和纺织业也有重要价值。其种子油可用于巧克力制造，而花朵中的色素则可作为天然染料应用于纺织行业。此外，油菜籽中还含有多种生物活性化合物，如黄酮类物质和生物碱，这些成分在医药领域具有潜在的应用价值。研究还指出，油菜籽的整个生命周期对温室气体排放的影响较小，这使其成为一种环境友好的生物燃料原料。

综合来看，本研究通过系统的田间种植和种子储存实验，评估了三种油菜籽品种在巴西半干旱地区的生长表现和储存特性。研究结果表明，这些品种在产量、油脂含量和储存稳定性方面均表现出色，具备作为生物燃料原料的潜力。其中，IMAmt 894在产量和油脂组成方面表现尤为突出，而IMAmt S525则在种子含水量和储存期间的稳定性方面表现出色。这三种油菜籽品种的综合表现表明，它们可以作为半干旱地区生物燃料生产的优选原料，有助于推动可持续能源的发展。

此外，研究还强调了环境因素对油菜籽产量和油脂组成的影响。在不同的生长季节，由于气候条件的变化，如温度、湿度和光照时间，油菜籽的生长表现和油脂组成可能会有所不同。因此，在选择适合的油菜籽品种时，需要结合具体的气候条件和种植环境，以确保最佳的产量和油脂质量。同时，合理的储存管理也是维持种子质量的关键因素，过高的含水量或储存时间过长都可能导致种子活力下降，影响其在生物燃料生产中的应用。

本研究的结果不仅为巴西半干旱地区的油菜籽种植提供了科学依据，也为其他类似气候条件下的地区提供了参考。通过优化种植技术和储存管理，油菜籽有望成为一种重要的生物燃料原料，帮助减少对化石燃料的依赖，同时降低温室气体排放。未来的研究可以进一步探索油菜籽在不同气候条件下的适应性，并结合先进的农业技术，如遥感监测和精准农业，以提高其生产效率和环境效益。