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中國科學(xué)院老科學(xué)家科普演講團(tuán)副團(tuán)長(zhǎng)；中國科學(xué)院微生物研究所研究員，博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院研究生院教授；中國生物工程學(xué)會(huì)繼續(xù)教育工作委員會(huì)主任、工業(yè)與與環(huán)境委員會(huì)委員，中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會(huì)工業(yè)生化委員會(huì)委員，中國微生物學(xué)會(huì)酶與酶工程委員會(huì)委員。主要從事酶學(xué)、酶工程、基因工程和生化工程研究。
我國生物能源的出路（能源問題與生物技術(shù)系列四）
孫萬儒
2011年04月18日
我國雖然耕地面積只占國土面積的14.21%，但是山地丘陵和高原約占國土總面積的69％，地處從亞熱帶到寒帶，氣候變化大，除了南方雨水豐富地區(qū)外，大多數(shù)因土薄、肥差、缺水不適宜種植農(nóng)作物，但多數(shù)地區(qū)可以營(yíng)造耐旱、耐貧瘠，木本生物柴油原料林。南方部分地區(qū)可以營(yíng)造三葉橡膠樹，這是種高大常綠喬木，在樹干上打洞，就會(huì)有膠汁不斷流出，其化學(xué)成分同柴油極其相似，無需加工提煉，可當(dāng)柴油使用，每畝每年可收獲生物石油8～9桶。
麻風(fēng)樹（小桐子）為大戟科落葉灌木或小喬木，喜光，是有較強(qiáng)耐旱、耐瘠薄、抗病蟲害能力的油料木本植物。因生長(zhǎng)迅速，生命力強(qiáng)，是保水固土、防沙化、改良土壤的主要樹種。干果產(chǎn)量為600～800公斤/畝，其種仁含油率50～80%，是良好的生物柴油原料。
光皮樹分布于黃河以南地區(qū)，喜光、耐寒，在肥沃、濕潤(rùn)、酸性及石灰?guī)r土生長(zhǎng)良好，抗病蟲害能力強(qiáng)，樹齡可長(zhǎng)達(dá)200年，嫁接苗2～3年即可結(jié)果，產(chǎn)量高，樹體矮化便于管理。全果含油酸和亞油酸高達(dá)77.68%，果實(shí)直接加工制油，加工成本低廉，得油率高，生產(chǎn)的生物柴油理化性質(zhì)優(yōu)良。
黃連木自河北、山東，南至廣東、廣西，東到臺(tái)灣，西南至四川、云南，都有野生和栽培，以河北、河南、山西、陜西等省最多。它喜光，不耐嚴(yán)寒，在酸性、中性、微堿性土壤上均能生長(zhǎng)，對(duì)二氧化硫和煙的抗性較強(qiáng)，抗病力也強(qiáng)。果殼含油量3.28%，種子含油量35.05%，種仁含油量56.5%，是制取生物柴油的上佳原料。
文冠果是落葉喬木，為我國特有木本油料樹種，生長(zhǎng)秦嶺淮河以北海拔400米～1,400米的山地和丘陵地帶。喜光，適應(yīng)性較強(qiáng)，較耐干旱、瘠薄，抗寒性強(qiáng)，耐鹽堿，但不耐澇。在黃土高原每畝產(chǎn)年產(chǎn)100～1300公斤，種子含油30～36%，種仁含油50～70%，油脂可直接用于生產(chǎn)生物柴油。
我國有油料木本植物300多種，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼临|(zhì)等自然條件選擇適合品種種植，不僅可以綠化荒山，防治水土流失，改造生態(tài)環(huán)境，還可以變荒山為生物燃料生產(chǎn)基地，增加當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)和收入，將劣勢(shì)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)。
南方丘陵山地，氣候濕潤(rùn)，適合種植多年生草本植物，象草（紫狼尾草）因大象愛吃而得名，是我國南方飼養(yǎng)畜禽重要的青綠飼料。喜溫濕，但也耐旱，適應(yīng)性很強(qiáng)，再生能力強(qiáng)，生長(zhǎng)迅速，以沙、粘和微酸性肥沃疏松土壤為宜。植株高大，一般2～3米，年產(chǎn)鮮草5～10噸/畝，高者可產(chǎn)30噸/畝。每年可刈割6～8次，利用年限為4～6年。一畝年均可獲800公斤生物燃料。比其它現(xiàn)有的任何能源植物都高產(chǎn)，而且種植成本很低，還不到種油菜成本的1/3，可是變成石油所產(chǎn)生的能量卻相當(dāng)于用菜籽油提煉的生物柴油的兩倍。
芒草原產(chǎn)于我國南北各地，耐寒，耐旱，適應(yīng)性強(qiáng)，喜陽光和濕潤(rùn)的沙質(zhì)壤土。每畝平均產(chǎn)量近1噸芒草，相當(dāng)于三桶原油。
我國沙化土地面積達(dá)174.3萬平方千米，占國土面積的18.2%，屬于干旱或半干旱地區(qū)?？梢杂糜诜N植耐干旱、耐貧瘠的能源植物。如菊芋（洋姜，鬼子姜），為多年生草本植物，我國南北各地均有栽培。其喜沙地、抗逆性強(qiáng)，抗旱抗風(fēng)沙，降水在150mm以上均可生長(zhǎng)，適于高寒沙荒地種植；它再生性極強(qiáng)，一次播種后，第三年即可收獲，收獲后有塊莖殘存土中，翌年可不再播種，但為了植株分布均勻，過密的地方要疏苗，缺株的地方要補(bǔ)栽。如果收獲時(shí)有計(jì)劃預(yù)留塊莖在地里，第二年無需播種，即可繼續(xù)生長(zhǎng)，達(dá)到多年連續(xù)生產(chǎn)目的；由于菊芋耐旱、耐寒、可自我繁殖，加之無任何病蟲害，因此只要把菊芋種上就基本不用作特別管理，除種植、收獲時(shí)需要人工外，無需其它投入，成本低、見效快。其生物量大，產(chǎn)量高，菊芋地上部莖葉和地下部塊莖營(yíng)養(yǎng)豐富，是優(yōu)良的家畜飼料。畝產(chǎn)鮮塊莖可達(dá)1500公斤。鮮塊莖中富含淀粉和的聚果糖（菊粉糖），含量為10～15%，經(jīng)酶法加工可生產(chǎn)食品工業(yè)的重要原料：高果糖糖漿和低果聚糖，也是生產(chǎn)燃料酒精的優(yōu)質(zhì)原料。菊芋可以每年以20倍的速度繁殖擴(kuò)張，只需2～3年時(shí)間就會(huì)在地表形成一層由菊芋的莖和根系編織而成的防護(hù)網(wǎng)絡(luò)，從而有效固定地表層的水份和沙土，起到固沙、防沙作用，可以改善干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)。菊芋可謂是一種不可多得的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型植物。
黃鼠草（鼠憂草），由于黃鼠等嚙齒動(dòng)物害怕它的氣味，被人們稱其為“黃鼠草”或“鼠憂草”，1畝可提煉60～70公斤的燃油，經(jīng)雜交人工，每畝產(chǎn)量可高達(dá)400公斤。這種植物可以在沙漠和半沙漠地帶生長(zhǎng)，既不與其它植物爭(zhēng)地，又能改善生態(tài)環(huán)境。目前美國已開始大面積種植這種油料植物。
我國各類鹽漬土地總面積近15億畝，其中鹽堿地近3億畝，而灘涂鹽堿地面積為4500萬畝。黃河、長(zhǎng)江、珠江、遼河、海河等入海河流每年挾帶15億噸泥沙在潮間帶淤積，使沿海灘涂不斷擴(kuò)展，每年淤長(zhǎng)面積約30～45萬畝。如果種植耐鹽堿能源植物，不但可以改良鹽堿地，同時(shí)可為生物燃料生產(chǎn)提供大量的原料。
比如甜高粱，原是熱帶作物，但由于種質(zhì)資源豐富，品種繁多，生長(zhǎng)期自3～7個(gè)月不等，可在熱帶、亞熱帶、溫帶地區(qū)栽培。甜高粱耐旱、耐澇、耐鹽堿，生長(zhǎng)期短。美國的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，它對(duì)水分的需要量?jī)H為甘蔗的1/3，玉米的1/2。對(duì)肥料的需求只有甘蔗的35～40%。在熱帶地區(qū)，甜高粱一年可收獲2～3次，在生長(zhǎng)旺季平均每天長(zhǎng)高12cm。甜高粱的種子富含淀粉，莖稈含糖錘度為17～21，高于甜菜，可與甘蔗媲美，是一種優(yōu)良的糖料原料。甜高粱總的碳水化合物的產(chǎn)量為玉米的二倍，都可用作酒精的生產(chǎn)原料，每畝可生產(chǎn)約400～500升燃料酒精（單季），是一種非常理想的能源作物。而被稱為太陽能最有效的轉(zhuǎn)化器的甘蔗，每畝僅產(chǎn)酒精312升，甜高粱的燃料酒精產(chǎn)量比甘蔗高1.3倍，比玉米高2.34倍，比馬鈴薯高1.67倍，是甜菜高1.21倍。另外甜高粱綜合利用價(jià)值大，不僅種子可食，種子、莖稈和葉子可作飼料，也是工業(yè)原料。甜高粱莖稈中含有的18～24％的纖維素，莖稈軋?zhí)呛螅Ｓ嗟睦w維素具有同質(zhì)片狀結(jié)構(gòu)，有很高的密度，非常適于作造紙和板材的生產(chǎn)原材料。因此甜高粱既是優(yōu)良的能源作物，又是改良鹽堿地的生態(tài)作物，因此在鹽堿地上種植甜高粱即具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有具有良好的生態(tài)效益。
在自然界還有許多耐鹽產(chǎn)油植物，如籽粒莧、海濱錦葵、油莎豆、木瓜、堿谷等均可在鹽堿地和灘涂地種質(zhì)，即可達(dá)到改良鹽堿地的目的，又可生產(chǎn)油脂，用于生物柴油的生產(chǎn)。
總之，利用山地、丘陵、干旱、半干旱沙地和鹽堿地、灘涂地種植能源作物可以一舉五得，解決能源問題，改善生態(tài)環(huán)境，不與糧爭(zhēng)地，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，增加就業(yè)，提高農(nóng)民收入。才能夠?qū)崿F(xiàn)生物能源非糧、非耕地化，不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地，不與傳統(tǒng)行業(yè)爭(zhēng)利的目的。是解決我國農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境、土地資源利用難題的最佳切合點(diǎn)。是適合我我國各地的氣候，地理環(huán)境和土壤結(jié)構(gòu)差異較大，種植能源植物必須因地制宜，選擇適合當(dāng)?shù)貤l件的品種。種植面積應(yīng)當(dāng)以不破壞當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和植被為限，種植品種不可單一，特別要注意生物多樣性問題，不要為生物燃料的發(fā)展付出生態(tài)被破壞的巨大代價(jià)。要吸收巴西、菲利賓和澳大利亞的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
麻風(fēng)樹（小桐子）為大戟科落葉灌木或小喬木，喜光，是有較強(qiáng)耐旱、耐瘠薄、抗病蟲害能力的油料木本植物。因生長(zhǎng)迅速，生命力強(qiáng)，是保水固土、防沙化、改良土壤的主要樹種。干果產(chǎn)量為600～800公斤/畝，其種仁含油率50～80%，是良好的生物柴油原料。
光皮樹分布于黃河以南地區(qū)，喜光、耐寒，在肥沃、濕潤(rùn)、酸性及石灰?guī)r土生長(zhǎng)良好，抗病蟲害能力強(qiáng)，樹齡可長(zhǎng)達(dá)200年，嫁接苗2～3年即可結(jié)果，產(chǎn)量高，樹體矮化便于管理。全果含油酸和亞油酸高達(dá)77.68%，果實(shí)直接加工制油，加工成本低廉，得油率高，生產(chǎn)的生物柴油理化性質(zhì)優(yōu)良。
黃連木自河北、山東，南至廣東、廣西，東到臺(tái)灣，西南至四川、云南，都有野生和栽培，以河北、河南、山西、陜西等省最多。它喜光，不耐嚴(yán)寒，在酸性、中性、微堿性土壤上均能生長(zhǎng)，對(duì)二氧化硫和煙的抗性較強(qiáng)，抗病力也強(qiáng)。果殼含油量3.28%，種子含油量35.05%，種仁含油量56.5%，是制取生物柴油的上佳原料。
文冠果是落葉喬木，為我國特有木本油料樹種，生長(zhǎng)秦嶺淮河以北海拔400米～1,400米的山地和丘陵地帶。喜光，適應(yīng)性較強(qiáng)，較耐干旱、瘠薄，抗寒性強(qiáng)，耐鹽堿，但不耐澇。在黃土高原每畝產(chǎn)年產(chǎn)100～1300公斤，種子含油30～36%，種仁含油50～70%，油脂可直接用于生產(chǎn)生物柴油。
我國有油料木本植物300多種，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼临|(zhì)等自然條件選擇適合品種種植，不僅可以綠化荒山，防治水土流失，改造生態(tài)環(huán)境，還可以變荒山為生物燃料生產(chǎn)基地，增加當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)和收入，將劣勢(shì)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)。
南方丘陵山地，氣候濕潤(rùn)，適合種植多年生草本植物，象草（紫狼尾草）因大象愛吃而得名，是我國南方飼養(yǎng)畜禽重要的青綠飼料。喜溫濕，但也耐旱，適應(yīng)性很強(qiáng)，再生能力強(qiáng)，生長(zhǎng)迅速，以沙、粘和微酸性肥沃疏松土壤為宜。植株高大，一般2～3米，年產(chǎn)鮮草5～10噸/畝，高者可產(chǎn)30噸/畝。每年可刈割6～8次，利用年限為4～6年。一畝年均可獲800公斤生物燃料。比其它現(xiàn)有的任何能源植物都高產(chǎn)，而且種植成本很低，還不到種油菜成本的1/3，可是變成石油所產(chǎn)生的能量卻相當(dāng)于用菜籽油提煉的生物柴油的兩倍。
芒草原產(chǎn)于我國南北各地，耐寒，耐旱，適應(yīng)性強(qiáng)，喜陽光和濕潤(rùn)的沙質(zhì)壤土。每畝平均產(chǎn)量近1噸芒草，相當(dāng)于三桶原油。
我國沙化土地面積達(dá)174.3萬平方千米，占國土面積的18.2%，屬于干旱或半干旱地區(qū)?？梢杂糜诜N植耐干旱、耐貧瘠的能源植物。如菊芋（洋姜，鬼子姜），為多年生草本植物，我國南北各地均有栽培。其喜沙地、抗逆性強(qiáng)，抗旱抗風(fēng)沙，降水在150mm以上均可生長(zhǎng)，適于高寒沙荒地種植；它再生性極強(qiáng)，一次播種后，第三年即可收獲，收獲后有塊莖殘存土中，翌年可不再播種，但為了植株分布均勻，過密的地方要疏苗，缺株的地方要補(bǔ)栽。如果收獲時(shí)有計(jì)劃預(yù)留塊莖在地里，第二年無需播種，即可繼續(xù)生長(zhǎng)，達(dá)到多年連續(xù)生產(chǎn)目的；由于菊芋耐旱、耐寒、可自我繁殖，加之無任何病蟲害，因此只要把菊芋種上就基本不用作特別管理，除種植、收獲時(shí)需要人工外，無需其它投入，成本低、見效快。其生物量大，產(chǎn)量高，菊芋地上部莖葉和地下部塊莖營(yíng)養(yǎng)豐富，是優(yōu)良的家畜飼料。畝產(chǎn)鮮塊莖可達(dá)1500公斤。鮮塊莖中富含淀粉和的聚果糖（菊粉糖），含量為10～15%，經(jīng)酶法加工可生產(chǎn)食品工業(yè)的重要原料：高果糖糖漿和低果聚糖，也是生產(chǎn)燃料酒精的優(yōu)質(zhì)原料。菊芋可以每年以20倍的速度繁殖擴(kuò)張，只需2～3年時(shí)間就會(huì)在地表形成一層由菊芋的莖和根系編織而成的防護(hù)網(wǎng)絡(luò)，從而有效固定地表層的水份和沙土，起到固沙、防沙作用，可以改善干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)。菊芋可謂是一種不可多得的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型植物。
黃鼠草（鼠憂草），由于黃鼠等嚙齒動(dòng)物害怕它的氣味，被人們稱其為“黃鼠草”或“鼠憂草”，1畝可提煉60～70公斤的燃油，經(jīng)雜交人工，每畝產(chǎn)量可高達(dá)400公斤。這種植物可以在沙漠和半沙漠地帶生長(zhǎng)，既不與其它植物爭(zhēng)地，又能改善生態(tài)環(huán)境。目前美國已開始大面積種植這種油料植物。
我國各類鹽漬土地總面積近15億畝，其中鹽堿地近3億畝，而灘涂鹽堿地面積為4500萬畝。黃河、長(zhǎng)江、珠江、遼河、海河等入海河流每年挾帶15億噸泥沙在潮間帶淤積，使沿海灘涂不斷擴(kuò)展，每年淤長(zhǎng)面積約30～45萬畝。如果種植耐鹽堿能源植物，不但可以改良鹽堿地，同時(shí)可為生物燃料生產(chǎn)提供大量的原料。
比如甜高粱，原是熱帶作物，但由于種質(zhì)資源豐富，品種繁多，生長(zhǎng)期自3～7個(gè)月不等，可在熱帶、亞熱帶、溫帶地區(qū)栽培。甜高粱耐旱、耐澇、耐鹽堿，生長(zhǎng)期短。美國的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，它對(duì)水分的需要量?jī)H為甘蔗的1/3，玉米的1/2。對(duì)肥料的需求只有甘蔗的35～40%。在熱帶地區(qū)，甜高粱一年可收獲2～3次，在生長(zhǎng)旺季平均每天長(zhǎng)高12cm。甜高粱的種子富含淀粉，莖稈含糖錘度為17～21，高于甜菜，可與甘蔗媲美，是一種優(yōu)良的糖料原料。甜高粱總的碳水化合物的產(chǎn)量為玉米的二倍，都可用作酒精的生產(chǎn)原料，每畝可生產(chǎn)約400～500升燃料酒精（單季），是一種非常理想的能源作物。而被稱為太陽能最有效的轉(zhuǎn)化器的甘蔗，每畝僅產(chǎn)酒精312升，甜高粱的燃料酒精產(chǎn)量比甘蔗高1.3倍，比玉米高2.34倍，比馬鈴薯高1.67倍，是甜菜高1.21倍。另外甜高粱綜合利用價(jià)值大，不僅種子可食，種子、莖稈和葉子可作飼料，也是工業(yè)原料。甜高粱莖稈中含有的18～24％的纖維素，莖稈軋?zhí)呛螅Ｓ嗟睦w維素具有同質(zhì)片狀結(jié)構(gòu)，有很高的密度，非常適于作造紙和板材的生產(chǎn)原材料。因此甜高粱既是優(yōu)良的能源作物，又是改良鹽堿地的生態(tài)作物，因此在鹽堿地上種植甜高粱即具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有具有良好的生態(tài)效益。
在自然界還有許多耐鹽產(chǎn)油植物，如籽粒莧、海濱錦葵、油莎豆、木瓜、堿谷等均可在鹽堿地和灘涂地種質(zhì)，即可達(dá)到改良鹽堿地的目的，又可生產(chǎn)油脂，用于生物柴油的生產(chǎn)。
總之，利用山地、丘陵、干旱、半干旱沙地和鹽堿地、灘涂地種植能源作物可以一舉五得，解決能源問題，改善生態(tài)環(huán)境，不與糧爭(zhēng)地，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，增加就業(yè)，提高農(nóng)民收入。才能夠?qū)崿F(xiàn)生物能源非糧、非耕地化，不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地，不與傳統(tǒng)行業(yè)爭(zhēng)利的目的。是解決我國農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境、土地資源利用難題的最佳切合點(diǎn)。是適合我我國各地的氣候，地理環(huán)境和土壤結(jié)構(gòu)差異較大，種植能源植物必須因地制宜，選擇適合當(dāng)?shù)貤l件的品種。種植面積應(yīng)當(dāng)以不破壞當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和植被為限，種植品種不可單一，特別要注意生物多樣性問題，不要為生物燃料的發(fā)展付出生態(tài)被破壞的巨大代價(jià)。要吸收巴西、菲利賓和澳大利亞的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。