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我国能源植物开发利用存在的问题与对策
发布时间: 2020-1-2
  一、存在的问题
  开发利用能源植物是一项远有前景、近有实效的事业。它减少了人们对化石能源的依赖,对环境保护、经济增长、社会稳定、自然资源利用的可持续发展起着重要的作用。但由于尚处在发展初期,还存在许多急需研究解决的问题。
  1)我国对能源植物缺乏长期、系统、深入的研究,因此获得的自主知识产权项目较少。
  2)能源作物种类资源十分丰富,但可规模利用的资源量少,分布稀散,要收集起大量的原料作商业能源利用比较困难,其费用十分高。
  3)科研机构投入人力、物力进行研究取得初步成果的时候,未得到企业界的响应,因此很难形成规模效益。
  4)在燃料短缺的农村地区,森林资源过度开采,植物被破坏,生态环境恶化,有机物的水分偏多(50%~95%),给加工带来困难,限制了生物能源的应用范围。
  (一)甜高粱
  1.种侯资源和品种
  据统计,至1995年全国保存了收集于我国不同省份的甜高粱资源77份,农业科研单位利用这些材料先后创造了许多新的类型。我国先后还从国外引进了不少资源,估计目前各研究和开发机构保存有3000多份甜高粱资源。实际上不少资源材料仍散落在民间,继续收集和保存这些资源对能源甜高粱育种有重要的意义。目前,我国已收集和保存的材料中仅有少部分作为育种材料或生产用品种,有必要深入研究评价其各种性状,尤其是筛选利用其与抗性有关的基因是能源作物育种的基础。另外,虽然甜高粱在中国的种植历史很长,但以能源为育种目标研究的规模和深度都是不足的。现在栽培应用的甜高粱品种主要属饲用类,一般生物量较大,存在抗倒伏性和抗病虫性较差的问题,更重要的是,要加强其对盐碱、干旱和瘠薄等的抗性,结合不同能源利用途径对品质的要求,培育专用的甜高粱品种。
  2.倒伏
  甜高粱生产中普遍存在不同程度的倒伏现象,从而引起干物质积累少、产量及含糖量降低、不利于收割等一系列问题。倒伏的.主要原因是植株太高和茎秆细而弱,因此育种上必须降低植株高度和增加茎秆直径。在生产中,馀选用茎秆机械强度大、根系发达、粗茎、重心低的品种外,研究化学控制产品及其应用技术,对控制倒伏有较好的效果。
  3.抗逆栽培技术
  虽然甜高梁有抗旱、耐盐的特点,但甜高梁的节水抗盐机理及栽培技术研究不足,其生态效应的研究报道更少,迄今为止还没有发现我国对甜高粱抗旱或抗盐碱基因型筛选的报道。加强对我国不同农业生态地区甜高粱可持续、高产低耗、抗逆栽培技术的研究,对甜高梁作为能源作物大面积种植有着至关重要的作用。
  4.收获和运输
  甜高粱茎秆体积大,以鲜活体状态运储将大大增加原料成本,不利于工业化生产。而且甜高粱与甘蔗不同,它除了有茎叶之外还有果穗,因高度不齐穗籽只能靠人工收获,劳动强度较大导致成本过高。因此,必须对饲料收获机或甘蔗收获机做适当的改良,设计出一种同时收获茎秆和籽粒的甜高粱收割机。
  5.储藏
  甜高粱成熟后,茎秆不易储藏,其中可溶性糖极易转化。而且甜高粱成熟期相对集中,收割期较短,数量巨大的茎秆不可能在短时间内加工完毕,原料储藏困难是甜高粱制取乙醇难以规模化生产的主要原因之一。国内外许多学者对甜高粱的储藏进行了大量的研究,并提出了将茎秆去叶切成短段冷藏、用塑料薄膜覆盖并充以二氧化硫储藏、茎秆湿储藏和茎秆冷冻储藏等方法,但由于各地的环境条件不相同,试验结果也不甚一致。
  用饲料收割机收获的甜高粱茎秆糖分损失很快,粉碎后堆在一起极易发热变质,而整株茎秆能储藏一个星期,乙醇产量没有显著损失。欧盟对甜高粱的茎秆储藏试验结果表明,在一般露天条件下,整株存放每日减少的糖分占干重的0.17%,劈开的茎秆糖分每日减少5.6%,切段储藏在可溶性糖变化方面几乎同整株相似。甜高粱茎秆如果在夏末初秋温度较高时收获,储藏时间不能超过48h,48h后出汁率就会下降。有研究认为,甜高粱在离低温交替的地面储藏20天以后,糖分有显著的下降;在温度比较恒定的窖存情况下,羹分无显著变化,可以延长储藏期至一个月之久或更长。添加防腐剂后,茎秆汁液中总糖含量变化不大,茎秆汁液至少可储藏一个月。甜高粱品种茎秆汁浓缩至4~5倍时,可以抑制汁液中大多数微生物的活动,使其糖分损失较少或不受损失。还有报道称,甜高粱茎秆汁液浓缩至66。Brix,就可以储藏较长时间。这些储藏方法都有较高的成本,甚至在企业经营上不可行,最经济的方法是减少储藏。一方面,可根据加工企业对原料的需求,利用早、中、晚熟品种搭配布局延长收获期。根据在北京对不同熟期甜高粱品种的研究,早熟品种可于8月中旬收获。另一方面,应加强对中、晚熟品种延迟收获的研究,以减少储藏并延长加工期。在北京的研究表明,中、晚熟品种延迟至12下旬收获时,由甜高粱茎秆可溶性糖和淀粉形成的乙醇量比籽粒成熟期减少了15%~20%,由纤维素和半纤维素形成的乙醇量基本不变。在南方,甜高梁具有多年生的习性,籽粒成熟收获穗籽后,在秋末温度虽然较低,茎秆在地里仍可保持绿色,霜冻之前收获茎秆不致蒲心(髓质少汁),虽然出汁率有所下降,但锤度可能比收穗时高。在东北或西北地区,由于秋后空气温湿度下降快,冬天温度和湿度足够低,延迟收获的茎秆很有可能保存至第二年早春,可溶性糖含量应不会显著下降,但是当前没有对这些问题进行细致而系统研究的报道。
  6.在发酵沼气上的应用
  甜高粱生物质产量高,生物质中可溶性碳水化合物的比例也较高,应是发酵沼气的理想原料。当前甜高粱育种、栽培、收获和应用都以生产乙醇为主,以生产沼气为目的的研究及应用也是很重要的领域。
  (二)桉树
  国外在选育可作为能源植物的桉树新品种研究方面取得了较大进展。我国现有桉树品种需要根据具体能源用途进行可行性分析,必要时需引进国外优良品种,填补我国桉树作为能源植物的使用不租。
  在我国目前的采伐模式下,80%~90%树木积累的营养元素将随采伐带出人工林生态系统。在桉树人工林经营过程中,对施肥的重要性认识不足,只重“栽”不重“管”,随着产量不断提高,土壤养分收支不平衡的现象日趋明显,导致林地土壤理化性状不断恶化。热带土壤在桉树造林后,肥力呈下降趋势,土壤明显酸化。在桉树种植6~lO年后,土壤中有机质和全氮下降了10%,全磷减少了15%~21%,速效磷降低了约1/3,pH降低了0.22~0.25。0~60cm土层的土壤容重随连栽代次的增加而升高,尤其是20~40cm土层的土壤容重从次生林的1.299/cm3上升到第4代林的1.729/cm3;非毛管空隙度与毛管空隙度的比值也有降低趋势,毛管持水量下降;有机质也随桉树代次的增加而严重下降,桉树人工林土壤养分较次生林有不同程度的降低。
  (三)柳枝稷
  1.进一步选育具有生物质产量高、抗逆性强的新品种
  研究表明,某些低地型品种与高地型品种的杂交后代表现出较强的杂种优势,增产嚆度可以超过18%左右。但目前柳枝稷的抗逆性育种还尚未引起足够的重视。我国的宜耕土地资源非常有限,发展种植柳枝稷等能源作物必须尽可能地利用盐碱地、山坡荒地等边际土地,因此加强能源作物的抗逆育种研究具有十分重要的现实意义。另外,生物质中所含的木质素对木质纤维素降解为单糖及单糖发酵等过程均有抑制作用,因此通过常规育种技术或基因工程技术选育低木质素含量的新品种也是今后一个非常重要的育种方向。
  2.研究柳枝稷栽培、管理和收获等低成本生产技术
  在柳枝稷生产栽培过程中经常出现比较严重的缺蔸现象,使单位面积的生物质产量无法达到预期水平。造成这种现象的主要原因有:①柳枝稷的种子具有较强的休眠特点,容易导致播种后种子发芽率下降;②种子的播种深度不适宜;③苗期未能有效地防除田间杂草,柳枝稷幼苗被杂草覆盖而死亡。此外,不合理的收获时间及收获方式也将导致生物质产量和品质下降,从而导致其生产成本增加。
  (四)‘奇岗’
  1.品种单一
   ‘奇岗’是目前在欧美各国大面积种植的唯一芒草品种,种植单一品种不利于满足不同用途的需要。大面积种植单一品种还增加了病虫危害的发生概率。“奇岗”是一个三倍体品种,无法通过有性杂交方法进行遗传改良。
  2.‘奇岗’的抗寒性和抗旱性研究
  在气候比较寒冷的地罩如北欧,该品种的年平均干生物质产量通常只有lot/hmz左右,且第一年的地下根状茎在这些地区不能安全越冬,使其推广种植的区域受到较大的限制。对于水资源较缺乏的地区,利用遗传改良培育抗旱能力强的芒草新品种是一种最有效的解决途径。目前国内外科研机构包括农业生物技术公司,正在充分发掘和利用各种野生芒属植物中优异的基因资源,选育高产、优质、抗逆性强的新品种,特别是可利题种子繁殖的三倍体新品种,有利于提高种苗繁殖系数,降低种植成本。此外,利用基零工程等现代生物技术将优异的外源抗逆基因导入到芒草植株中,培育抗逆性强的转基鞫芒草新品种,也是目前的一个主要研究方向。
  3.‘奇岗’的种苗繁殖和移栽定植成本较高
鏊由于‘奇岗’不能产生可育的种子,只能靠地下根状茎分蔸繁殖或利用植物组织培育繁殖,但这两种方法的繁殖系数均比较低,种苗的生产成本高。按目前的栽培密度1~3/m2计算,种苗繁殖成本为3000~6000欧元/hm2。
  矿物能源的生产与利用对生态环境的损害是中国环境问题的核心,大量直接燃烧化造成的城市大气污染和温室效应已成为中国社会可持续发展的严重阻碍,由于中国的人口和资源条件限制,中国的发展不能也不可能重复西方的老路。只有运用先进的科学技术,利用中国日益成熟的广大农村市场,大力发展可再生能源,才是具中国特色的城市经济繁荣、健康和可持续发展之路。
  1.选择优良种植材料,建立“能源油料植物林”基地
  要生产植物燃料油,建立“能源油料植物林”基地是必由之路。基地生产具有易于实现良种化、集约栽培、规模化、产量高等特点,比起从野生植物中采收油源具有许多的长处。建立基地所选用的材料必须是对其生物学、生态学和生产特性都比较清楚的种类,做到因地制宜,适地适种,切忌盲目。建立基地的种类可以从栽培驯化后的半野生种或已驯化的栽培种中选用。
  2.开辟多种利用途径,实现资源的综合利用
  在没有获得更多的驯化栽培种以前,或者是“能源油料植物林”基地没有投入生产以前,能源油料的原料来源仍是野生的和半野生的油料植物。因为这些资源从种类资源到它们的分布区域和结实特性都具有很大的蕴藏量和生产潜力,合理开发利用这些资源,对能源油料生产和农村经济发展都具有十分重要的作用。野生或半野生能源油料植物油的种类、品种多,油组成成分复杂,除能满足能源油料生产的需要以外,还适合于食用、工业用和民用等多种用途,应该进行综合利用,挖掘这些资源的潜在价值。例如,桉属的一些种类在进行树干造纸和纤维板利用的同时,枝叶可用来提炼桉叶油,用于燃料油生产。
  3.增加能源森林与能源农业产量
  研究开发高产、多功能的薪炭林树种、草种能源作物及其栽培工艺技术,对重要的、能源价值高的植物进行快速无性繁殖,建立经济实用的树、灌、草立体栽培模式。
  4.大力开发能源植物
  对全国绿色能源植物资源普查;筛选培育抗逆性强、繁殖快速、速生高产的新品种;建立能源植物示范林,研究栽培工艺和生产开发技术;进行提炼工艺、理化和燃料特性及综合开发利用的研究。开展生物质能高品位转换利用,并大力发展能生产“绿色石油”的各类植物,如油棕榈、大戟科植物等,为生物质能利用提供丰富的优质资源,加速生物质能利用技术的更新换代。
  5.国家尽早制定相关政策,鼓励清洁的可再生能源产业发展
  鼓励生物质能的研究和开发,而且给予适当的财政支持,刺激其发展,如加强立法,通过税收及其他经济手段将能源的外部社会成本和环境成本计入能源成本中,以增强生物质能源的竞争力;加强协调农业、生态环保和生物质能利用之间的平衡和谐。
 
    

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