芒、荻作為草本能源植物的應用前景分析

趙婧

（內蒙古大學生命科學學院，呼和浩特010000）

引言

石油、煤炭、天然氣等傳統能源都是不可再生能源，并且在燃燒中會釋放大量的二氧化碳、二氧化硫等氣體，導致溫室效應、酸雨等環境污染問題頻發，對人類的生存產生了很大的威脅。隨著我國石油能源的日益枯竭，生物質能源開始成為世界各國關注的一個研究焦點。與傳統的不可再生能源相比，生物質能源能夠對空氣中的二氧化碳進行固定，是一種可再生的綠色能源。近年來，不少生物質能源的研究開始集中在芒、荻等能源植物方面。

1 芒、荻的種類及特點分析

芒、荻屬于纖維素類能源植物，屬禾本科，其灰分含量低，熱值高，干物質產量高。作為生物質能源資源，它們具有以下優點：生長快，產量高，一年可產出1～2次，一次種植可受益10年以上；抗旱、耐瘠薄能力強，適應性廣，可利用邊際土地種植，充分利用土地資源；是綠色能源，有利于環境保護和清潔能源產業的發展；用途廣泛，可用于氣化爐、熱解等能源轉化或者直接燃燒，也可用于纖維素乙醇的制備；不受風能、地熱能以及潮汐能等的局限，也無核能危險性；具有經濟效益和生態效益，有助于能源壓力的緩解、環境保護，并能夠促進經濟的可持續發展。

2 芒、荻能源植物的國內外研究現狀

1989年，歐洲啟動了 “歐洲JOULF計劃”，自此開始了將草本植物作為生物質能源的研究，其研究以芒屬植物為主，隨后，又分別啟動了 “歐洲AIR計劃”和“歐洲FAIR計劃”，在全歐范圍內引發了芒屬植物生物質能源研究的熱潮，其研究主要集中在植物的雜交、生殖、發育、管理、收獲、加工等方面[1]。20世紀90年代，巨芒草基因型的芒被研究出來，它的生產性完全滿足了生物質能植物的要求。然而，由于其存在建植成本高、越冬性差和遺傳基礎狹窄的問題，因此在實際應用中受到了很大的阻礙。在隨后的研究中，人們開始進行不同地區、不同環境條件下以及以遺傳為基礎的抗病蟲害芒的研究。

我國的草本能源植物研究起步較晚，遠遠落后于歐美等國家。我國草本能源植物研究主要集中在能源植物種質資源的篩選、品種選育和轉化工藝等方面。寧祖林等[2]研究了纖維禾草的熱值和灰分動態變化，并指出，五節芒的干重熱值與灰分含量呈極顯著的線性相關，且芒的去灰分熱值較高。潘一晨等[2]調查了遼寧省范圍內的幾種野生禾本科草類植物的自然種群特征，并指出，芒、荻的生長速度、凈光合速率都很快，因此產量很高，符合能源禾草的要求。宗俊勤等[3]研究了7種高大禾草的表型特性及生物質成分，并指出，在所有材料中，芒、荻的灰分是最低的，而干物質年產量、燃燒值、折合標準煤都是最高的，其中芒被認為是更適合我國的優良的生物質能源植物。

3 芒、荻能源植物的國內外利用現狀

芒、荻作為最具能源植物潛力的禾草，歐美國家和地區對其能源的轉化和利用開展了大量系統的研究。到目前為止，芒、荻能源植物的利用研究主要集中在纖維素燃燒轉化技術方面，并且這一技術也在不斷普及和發展成熟，尤其是在纖維素高溫裂解和氣化技術方面獲得了較大的進展。不少研究工作都非常關注纖維素生產乙醇，高效水解發酵以及低成本原料生產。美國已經通過研究將多種方式應用于芒、荻等此類植物的能源生產中，主要包括通過生化轉化生產乙醇或甲烷，以及通過熱解和氣化作用生產甲醇等。Annette等[3]在將其應用于燃料乙醇的生產研究中指出，將稀酸法、濕法爆破和酶的預處理三種方法相結合能夠得到最高的糖產量。中國在沼氣、生物質氣化、生物質壓縮成型等式方面也取得了一定的進展。

4 芒、荻能源植物的應用前景

一方面，隨著世界經濟的飛速發展，以及人口數量的增加，對能源的需求量也日益增多，尤其是我國現在已經成為石油進口和消費大國。石油資源的日益枯竭給我國的可持續發展帶來了極大的壓力。在這種背景下，我國提出要積極開發可再生能源，并制定中長期發展規劃，其中，生物燃料乙醇年利用量達到要在2020年達到1000萬，這就必須要在生物質能源的研究中投入更多的精力。另一方面，我國擁有廣闊的土地面積，可開發的后備土地資源面積為8254萬hm2，擁有大量的可利用荒山、荒地等資源，可用于能源作物的種植，這就為生物質原料作物的種植奠定了基礎。另外，雖然我國的生物質能源產業發展中還存在較多的漏洞，例如市場發育不健全、體制不完善、技術落后等問題，但是這些問題通過研究都可以有效解決[4]。因此，今后，要將研究集中在適宜我國土地類型的材本能源植物資源的收集、鑒定以及評價，選育出耐受能力強的優良品種，并積極開展其栽培管理和生物質品質特性的相關研究，同時還要對其開發技術進行優化，從而進一步促進我國生物質能源產業的發展。

5 結語

總的來說，開發能源植物是解決能源危機和環境問題的必然趨勢，是可持續發展的必由之路。芒、荻等草本能源植物，光合固碳效率高、生長快、適應性強、病蟲害抗性強、生產力高，對環境友好，被國內外公認為最具潛力的能源植物，是目前研究最為集中且最有發展前途的生物質資源。現在芒、荻等草本能源植物已經作為首選的生物質能源植物在歐洲、美國等發達地區得到了廣泛的重視，但是在中國僅僅用于水土保持、造紙、飼料等。在今后的發展中，要更加關注將芒、荻作為生產生物質原料的研究。

[1]侯新村，范希峰，武菊英，等.挖沙廢棄地草本能源植物生物質品質對氮肥的響應.中國草地學報，2011，33，(1)

[2]李翠，王慶海，肖波，等.3種草本能源植物對Zn脅迫的生理響應與積累特性.草業科學，2013，30，(10)

[3]侯新村，范希峰，武菊英，等.草本能源植物修復重金屬污染土壤的潛力.中國草地學報，2012，34，(1)

[4]范希峰，左海濤，侯新村，等.芒和荻作為草本能源植物的潛力分析.中國農學通報，2010，26，(14)