非糧生物質(zhì)能源植物“油莎豆”的產(chǎn)業(yè)化前景及對(duì)策

黃春榮 梁文章 孫祖東

（1.中國(guó)科技開(kāi)發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西桂邦生物質(zhì)能源有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，廣西 南寧 530001）

非糧生物質(zhì)能源植物“油莎豆”的產(chǎn)業(yè)化前景及對(duì)策

黃春榮1梁文章2孫祖東3

（1.中國(guó)科技開(kāi)發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西桂邦生物質(zhì)能源有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001；3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，廣西 南寧 530001）

油莎豆是一種莎草科多年生草本油料植物，全生育期110～130天，年可種兩季，具有抗逆性強(qiáng)、耐貧瘠、耐鹽堿、病蟲害少、喜陽(yáng)光、容易裁培管理、不與糧爭(zhēng)地、可規(guī)模推廣種植等特點(diǎn)。油莎豆塊莖產(chǎn)量高且富含油脂、淀粉和糖，是目前發(fā)現(xiàn)的最理想的非糧生物質(zhì)能源植物之一，除可加工成生物柴油外，還可制成乙醇，產(chǎn)業(yè)化前景非常廣闊。

非糧生物質(zhì)能源；油莎豆；生物柴油；性狀；鹽堿地；采收機(jī)械；產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)；策略

今天，全世界每年能源消費(fèi)是13太拉瓦（13萬(wàn)億瓦），其中85%的能源來(lái)自于礦物燃料。據(jù)專家估計(jì)，到2050年，全球能源需求將達(dá)到43太拉瓦。因油價(jià)上漲，我們的社會(huì)將必須利用所有的替代性能源，才能防止文明白崩潰。生物柴油是一種重要的可再生能源。我國(guó)早在“八五”期間就已研發(fā)出生物柴油技術(shù)，并對(duì)小桐子、光皮樹(shù)、油桐等油料植物作為能源植物利用進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，研制出了以菜籽油、豆油等為原料生產(chǎn)生物柴油的工藝。目前，歐洲國(guó)家如德國(guó)、意大利、丹麥、捷克和奧地利等國(guó)主要以菜籽油為原料生產(chǎn)生物柴油；美國(guó)是以豆油為原料生產(chǎn)生物柴油的最大國(guó)家。盡管我國(guó)大量生產(chǎn)大豆和油菜籽，但食用油需求量較大，生物柴油原料嚴(yán)重不足。國(guó)務(wù)院于2006年12月發(fā)令，明令禁止用油菜子、花生、大豆、葵花子等食用油生產(chǎn)生物燃油，2007年6月9日又發(fā)布通知明令禁止發(fā)展糧食乙醇生物燃料項(xiàng)目，在建項(xiàng)目立即叫停。因此，尋找繁殖力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、生物量大、產(chǎn)油量高和對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的非食用油料作物作為生產(chǎn)生物柴油的原料就成為植物育種、可再生能源等領(lǐng)域一個(gè)急需解決的戰(zhàn)略性問(wèn)題。

油莎豆抗逆性強(qiáng)，對(duì)土壤條件要求不嚴(yán)，不與大豆、花生、油菜等草本油料作物及水稻、玉米等主糧食作物爭(zhēng)地，是理想的生物質(zhì)能源原料。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):糧食、油料及其加工產(chǎn)品的名詞術(shù)語(yǔ) GB8869-88中第 2.11條介紹“油莎豆 cyperus esculentus 亦稱“油莎草”、“地下扁桃”。莎草科草本植物栽培油莎豆的長(zhǎng)圓形地下塊莖。含油約20%～30%。”我國(guó)油莎豆于1952年由中科院植物所北京植物園從蘇聯(lián)引種，1960年又從保加利亞引種。廣泛分布于廣東、黑龍江和新疆等地，作為一年生油料作物栽培，全生育期110～130天，3月初至7月均可播種。現(xiàn)已在北京、甘肅、廣西、江西、四川、山東等20多個(gè)省市自治區(qū)種植。廣西種植油莎豆的時(shí)間也較早，1975年原廣西植物研究所鄧立杰等三人組成的科研小組，在靈川縣大面大隊(duì)的五個(gè)生產(chǎn)隊(duì)進(jìn)行了40畝油莎豆豐產(chǎn)栽培試驗(yàn)獲得成功，畝產(chǎn)由原來(lái)的200斤提高到700斤（干重），至1977年僅靈川縣油莎豆種植面積就達(dá)7000多畝，當(dāng)年該縣外調(diào)的油莎豆種子50多萬(wàn)斤（見(jiàn)廣西日?qǐng)?bào)1978年1月30日第二版）。此后，油莎豆的命運(yùn)與國(guó)內(nèi)其它地區(qū)一樣，都因缺少產(chǎn)品深加工導(dǎo)致原料收購(gòu)價(jià)低而停止種植。時(shí)隔30年后，2007年廣西桂邦生物能源有限公司從湖南引種試種油莎豆 15畝獲得成功，最低畝產(chǎn)達(dá)到 602kg，最高畝產(chǎn)達(dá)到1050kg，平均畝產(chǎn)789kg。因此，廣西如能規(guī)模化推廣油莎豆為非糧生物質(zhì)能源原料植物，將推動(dòng)廣西非糧生物質(zhì)能源的快速發(fā)展。

（一）植物學(xué)性狀

在我國(guó)，除北部寒冷地區(qū)外均能生長(zhǎng)油莎豆，但在我國(guó)的氣候條件下，一般不開(kāi)花或開(kāi)花不結(jié)果，以塊莖繁殖為主。其植物學(xué)性狀如下：

1.生長(zhǎng)周期短，生物量大。當(dāng)氣溫穩(wěn)定在10～12℃時(shí)即可播種油莎豆。在廣西，從2月中旬到7月均可播種，年可種兩季，春播夏收，夏播秋收。因此，油莎豆比光皮樹(shù)、油桐、小桐子、黃連木等木本油料植物優(yōu)越。光皮樹(shù)種子發(fā)芽率低，實(shí)生苗造林需6～8 年開(kāi)花結(jié)實(shí)，嫁接苗造林需2～3 年方結(jié)果；油桐不耐荒蕪，如不加管理則林內(nèi)雜草叢生，影響樹(shù)體生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致全樹(shù)死亡；黃連木生長(zhǎng)較慢，人工栽培10～12年結(jié)果；小桐子在 3年內(nèi)可長(zhǎng)成3m高的植株，種子繁殖植株3～4 年結(jié)果，扦插繁殖植株1年左右結(jié)果。

2.繁殖力強(qiáng)，耐肥性強(qiáng)，適應(yīng)性廣。油莎豆性喜溫濕氣候，耐旱、耐澇、耐貧瘠、抗干旱、耐鹽堿，在沙質(zhì)土、白漿土、鹽堿地、黑土及荒地山坡等低、中、高肥力土地上均可種植，最適宜沙壤土。如土壤肥力中等，施足基肥，一般不需追肥，播種時(shí)用家肥和復(fù)合肥拌合做基肥；如肥力一般或較差，可追施尿素一次即可。中國(guó)農(nóng)科院油料所在湖北、河南、安徽等三地的荒山、灘涂等地試驗(yàn)種植表明，油莎豆含油量高達(dá)20%以上，畝產(chǎn)四五百公斤，畝產(chǎn)油量均大于大豆、油菜等大田油料作物。

3.病蟲害少，可粗放管理。油莎豆以塊莖無(wú)性繁殖，因其塊莖營(yíng)養(yǎng)豐富，芽眼多，只要溫濕度適宜均能萌發(fā)出土，保苗容易，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)。生長(zhǎng)期內(nèi)基本無(wú)病害，偶有危害莖葉的螟蟲、危害塊莖的黃絲蟻、危害地下根的蠐螬，用茶枯或農(nóng)藥防治即可。成熟期散發(fā)香味，注意田間觀察及時(shí)收獲即可避免鼠害。生長(zhǎng)的前中期田間管理主要是松土及除草，以疏松土壤，提高地溫，鏟除雜草，促進(jìn)分蘗。中后期當(dāng)?shù)厣锨o葉覆蓋整個(gè)地表時(shí)就不需鋤草。但需刈割地上莖葉2～3次，每次刈割后要再拔除雜草。

4.可套種其它作物，充分利用土地資源。油莎豆地上莖葉含灰分10.9%、無(wú)氨浸出物7.86%，莖葉肥地增強(qiáng)地力。油莎豆地下須根較多，可肥地改土，在幼林果園套種，可疏松土壤、抗旱保墑，抑制雜草、提高果樹(shù)成活率、防止水土流失，生態(tài)效益良好。

5.地上莖葉豐富，再生力強(qiáng)。油莎豆地上莖葉再生能力強(qiáng)，經(jīng)廣西桂邦能源有限公司試種試驗(yàn)，如任由地上莖葉長(zhǎng)生，最高可長(zhǎng)到130cm。為促進(jìn)分蘗，每季需刈割地上莖葉兩次，第一次刈割后25天左右即長(zhǎng)高達(dá)60cm。兩次刈割可得鮮草3500kg/畝。

6.品種分大粒和小粒兩種。小粒油莎豆含油較高，一般為25%～35%，塊莖有園、卵、橢園、棒、新月形等形，長(zhǎng)1.0～2.7cm、寬0.6～1.2cm，褐色、具節(jié)和鱗片、芽端鱗片細(xì)密，塊莖表面有短線形不定根。大粒油莎豆塊莖較大、但含油較低（比小粒型低 5%～15%），形狀如小粒油莎豆、褐色、長(zhǎng)1.3～3.6cm、寬 0.9～1.7cm。

（二）經(jīng)濟(jì)價(jià)值性狀

1.生物質(zhì)能高。由于各地的土質(zhì)、氣候、管理等條件的差異，油莎豆果實(shí)成份含量不盡相同。一般情況下，干油莎豆含脂肪20～32%（有的達(dá)36%）、淀粉25～45%、糖分15～20%。此外還有維生素A和微量元素，以及纖維素等。可見(jiàn)，油莎豆不但含油率高，而且淀粉和糖的含量也高，可加工成生物柴油和乙醇，生物質(zhì)能豐富。

表1 油莎豆的生物組成

2.產(chǎn)量大。油莎豆平均株產(chǎn) 50～250個(gè)塊莖，但塊莖重2～2.6g，每千克約有2000～2600個(gè)塊莖，產(chǎn)量一般為800kg/畝，豐產(chǎn)的可達(dá) 1200kg/畝，產(chǎn)油 200kg/畝，其產(chǎn)量為油料作物中最高，被稱為“油料作物之王”。而小桐子畝產(chǎn)干果650kg，畝產(chǎn)油約180kg，光皮樹(shù)畝年產(chǎn)干果50～150kg。

3.出油率高。油莎豆出油率為32.5%～38.7%，是花生的2倍、油菜籽的4倍。而光皮樹(shù)出油率為25%～30%，黃連木種子出油率為22%～30%。因此，只要擴(kuò)大油莎豆的種植規(guī)模，就可以發(fā)揮其作為主要能源油料植物開(kāi)發(fā)的巨大潛力。

4.綜合利用價(jià)值高

（1）鮮草可做飼料。油莎豆分蘗多，無(wú)莖稈、葉細(xì)長(zhǎng)，葉片平均長(zhǎng)67cm，寬0.5cm，畝產(chǎn)鮮草3000kg，莖葉營(yíng)養(yǎng)豐富，可直接或打漿后飼喂食草動(dòng)物；干草可打成粉狀調(diào)配混合飼料，飼養(yǎng)家禽。一畝油莎豆可滿足2頭牛或10只羊或100只兔或500尾魚的青飼料。

表2 油莎豆莖葉（干基）成份檢驗(yàn)結(jié)果

（2）餅粕用途廣。油莎豆榨油后的餅粕含淀粉、糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。經(jīng)一定的理化和生物手段可提取其中的淀粉、糖等物質(zhì)作食品加工原料使用。淀粉經(jīng)化學(xué)變性后，其衍生物有數(shù)百種，普遍用于各行業(yè)。油莎豆餅提取淀粉熬糖，出糖率20%～30%。油莎豆餅或糖渣可用來(lái)釀酒，出酒率32%。油莎豆淀粉含量高，經(jīng)羧甲基化后能較好地改善黏度性質(zhì)，使油莎豆羧甲基淀粉糊具有很好的凍融穩(wěn)定性，可替代價(jià)格較高的果膠、卡拉膠等膠凝劑，廣泛應(yīng)用于果凍及冷飲食品中。

（三）生物質(zhì)性能

1.可制備生物柴油。目前，中國(guó)農(nóng)科院油料所已對(duì) 150余種草本和藤本油料植物的能源利用潛力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，篩選確定油莎豆、續(xù)隨子等是發(fā)展生物柴油的理想原料。

生物柴油主要由C、H、O 三種元素組成，其主成分是軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等長(zhǎng)鏈飽和或不飽和脂肪酸同甲醇或乙醇等醇類物質(zhì)所形成的酯類化合物的混合物。油莎豆油脂的不飽和脂肪酸成分占83.6%，其中油酸71.6%，亞油酸11.2%，所含脂肪酸成分明顯優(yōu)于菜籽油，可用于制備生物柴油。

在江蘇首屆可再生能源展上，油莎豆與海濱錦葵、籽粒莧等高產(chǎn)含油耐鹽堿物種，經(jīng)南京大學(xué)科研人員十多年的研究，首次被加工成新型可再生能源——生物柴油。2004年湖南天然生物能源有限公司正式引種油莎豆，作為潤(rùn)滑油和生物柴油生產(chǎn)原料進(jìn)行開(kāi)發(fā)。此外，何元漳測(cè)定了油莎豆的粘度、密度、熱值、碘值等參數(shù)，并與大豆油、油菜籽和2#柴油的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)照。結(jié)果表明，油莎豆油的高粘度使其不能直接在柴油機(jī)上應(yīng)用，但它可與大豆油和菜籽油一樣混合一定的柴油制備生物柴油。研究表明，油莎豆油和柴油以50∶50（體積比）或75∶25（體積比）的比例混合能產(chǎn)出比傳統(tǒng)燃料更高的十六烷值和更好的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。油莎豆油粘度比較高，在柴油中摻合適量油莎豆油能改善發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑性能，有利于減輕機(jī)件的磨損。

表3 油莎豆油與其它油類的性能參數(shù)

2.可替代性。生物柴油在冷凝、閃點(diǎn)、燃燒功效、含硫量、含氧量、芳香烴含量、燃燒耗氧量、對(duì)水源的危害以及生物可降解性方面優(yōu)于石化柴油，而其他指標(biāo)與石化柴油相當(dāng)。盧碧林等將制備的油莎豆生物柴油進(jìn)行蒸餾后檢測(cè)的主要性能見(jiàn)表4。

表4 油莎豆生物柴油和石化柴油的性能比較

可見(jiàn)，采用油莎豆油生產(chǎn)的生物柴油，其主要性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)石化柴油的相應(yīng)性能指標(biāo)，不含硫，更具環(huán)保性，是理想的石化柴油的可再生替代燃料。

（四）油莎豆產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)策略

1.進(jìn)一步評(píng)估廣西的可利用土地資源，開(kāi)展能源植物適應(yīng)性種植研究

實(shí)踐表明，油莎豆和麻瘋樹(shù)、元寶楓、黃連木、文冠果、油桐等生物能源樹(shù)在“四荒地”（荒山、荒坡、荒溝、荒灘）間種較為有益。首先，油莎豆具有較強(qiáng)的耐寒冷、耐瘠薄、耐鹽堿、耐旱澇、易種好管，且能有效的利用荒漠化土地，這是它的共同特性。其次，在“四荒地”上種植能源樹(shù)從栽植到進(jìn)入盛果期需要 6~8年，在此期間與油莎豆間作套種，既不影響幼樹(shù)生長(zhǎng)，又可收到油莎豆果實(shí)。隨著能源樹(shù)苗逐年長(zhǎng)大，油莎豆不換茬會(huì)逐年減產(chǎn)，但地上盛草部分每畝可收獲2000kg，可作牧草也可作肥料用，即使不收果實(shí)，僅地上鮮草收入也是很可觀的。退一步講，就是油莎豆草全爛到地里，也是能源樹(shù)木極好的有機(jī)肥料。如果采集油莎豆地下果實(shí)，則對(duì)能源樹(shù)林起到中耕松土的作用。

目前，廣西未利用土地面積為451.84萬(wàn)公頃，其中可用來(lái)種植各種油料植物的土地面積達(dá) 233.08公頃，折合 3496萬(wàn)畝，按利用50%來(lái)種植油料植物，6年后每畝可產(chǎn)出150kg生物柴油，總產(chǎn)量可達(dá) 260萬(wàn)噸。如能對(duì)未利用土地進(jìn)行分類評(píng)估，選擇可套種油莎豆的土地種植木本或其它油料作物，不用等到六年后，就可達(dá)到適當(dāng)?shù)纳锊裼彤a(chǎn)量規(guī)模。

2.實(shí)施“公司帶動(dòng),合作社擔(dān)保”的產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略

即以公司為龍頭，按公司的要求組織生產(chǎn)。在適宜種植油莎豆的農(nóng)村經(jīng)聯(lián)社有意識(shí)地組織成立“油莎豆種植合作社”，并與公司簽訂“保底收購(gòu)合約”，解決農(nóng)戶分散種植、抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱、產(chǎn)銷易脫節(jié)、技術(shù)培訓(xùn)不到位、信用社不敢貸款等瓶頸問(wèn)題，公司通過(guò)合作社引入優(yōu)良種子和先進(jìn)技術(shù)、信用社在公司和合作社的聯(lián)合擔(dān)保下給農(nóng)戶發(fā)出放貸款，促進(jìn)農(nóng)戶生產(chǎn)積極性，大力發(fā)展油莎豆種植。

3.加強(qiáng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)的研究

油莎豆含油量高、塊莖產(chǎn)量高、出油量大。但在不同種植條件下，含油量和產(chǎn)量均有變化。通過(guò)植物育種人員對(duì)現(xiàn)有油莎豆的資源進(jìn)行種質(zhì)改良工作，利用遠(yuǎn)緣雜交、外源基因?qū)撕投啾扼w誘變等手段培育高蓄能品種，使其塊莖不僅高產(chǎn)而且高含油量，并進(jìn)行基地化、 規(guī)范化產(chǎn)業(yè)種植示范，制訂出整套適合廣西的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)。

4.研制油莎豆的播種機(jī)械和采收機(jī)械

雖然，油莎豆被稱為“生物能源之王”，但是，目前只能通過(guò)人工播種和采收，特別是其采收成本已占到油莎豆銷售價(jià)格的40%以上，嚴(yán)重地影響了廣大農(nóng)民種植油莎豆的經(jīng)濟(jì)效益。所以，有關(guān)科研院所的科研人員應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，盡快研制出適應(yīng)南方土地特點(diǎn)的油莎豆點(diǎn)種機(jī)及采收機(jī)械。實(shí)現(xiàn)油莎豆播種、收獲機(jī)械化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，這對(duì)發(fā)展油莎豆產(chǎn)業(yè)有著及其重要和深遠(yuǎn)的意義，它標(biāo)志著油莎豆能否大量地被使用在生物能源中的關(guān)鍵因素之一。

5.油莎豆產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)技術(shù)路線圖

油莎豆可謂全身都是寶。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐研究，我們認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，帶動(dòng)農(nóng)民致富，關(guān)鍵是要科學(xué)地整合油莎豆的產(chǎn)業(yè)鏈，只有加強(qiáng)綜合開(kāi)發(fā)利用，提高油莎豆綜合效益，才能激發(fā)廣大農(nóng)民種植油莎豆的積極性，才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。油莎豆產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線如下圖：

[1] (美)斯蒂芬·李柏,格倫·斯特拉西.即將到來(lái)的經(jīng)濟(jì)崩潰[M].李偉,譯.東方出版社,2008.1.1:127.

[2] 田春龍,郭斌,劉春朝.能源值物研究現(xiàn)狀和展望[J].生物加工過(guò)程,2005,3(1):14-19.

[3] 蘭維娟,魏世軍,夏朝風(fēng),等.生物柴油產(chǎn)業(yè)的研究[J].能源研究與利用,2005(3):29-30.

[4] 譚天偉,王芳,鄧?yán)?生物能源的研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代化工,2003.29(3):8-16.

[5] 翟萍梅,程治英,龍春林,等.油莎豆資源的綜合開(kāi)發(fā)利用[J].中國(guó)油脂,2007,32(9):61-63.

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1008-1151(2011)05-0147-02

2011-02-28

廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目（桂科攻0992021-5）研究成果之一

黃春榮（1963－），男，中國(guó)科技開(kāi)發(fā)院廣西分院評(píng)估二部主任，經(jīng)濟(jì)師，從事科技評(píng)估、中介。