從建設生態文明千年大計 看竹資源全產業鏈科技創新

文/國際竹藤中心

讓竹林成為美麗鄉村一道亮麗的風景線，是習近平總書記繼2017年11月對國際竹藤組織成立20周年發來賀信之后，對四川省、對全國和對全球竹產業發展的殷切期望，也是對奮戰在竹業發展第一線的科技人員吹響的創新集結號。回首“十三五”，我國竹業科技創新碩果累累；展望“十四五”，我國竹業科技創新前途光明。

1.“竹資源全產業鏈科技創新”背景與意義

中國是竹資源大國。國際竹藤中心等機構于2017年出版的《世界竹藤名錄》（World Checklist of Bamboo and Rattan）統計發布：全球竹類植物共88屬1642種，其中我國擁有竹類植物39屬857種，面積約占全球竹林面積20%。

中國也是世界竹產業主要技術研發強國。迄今我國擁有竹子相關專利8000多件，約占世界的50%；擁有竹子相關國家和行業標準173項，占世界竹子標準總量的85%以上。

中國還是當之無愧的竹產業大國。改革開放40多年來，我國竹產業開發出近萬種竹產品，100多個系列，廣泛應用于建筑、裝飾、家居等10多個領域，2019年竹業產值近3000億元。竹產業已成為我國林業產業不可或缺的組成部分，已成為具有突出特色和比較優勢的綠色朝陽產業。

竹材交易

為解決“竹資源全產業鏈科技創新”技術瓶頸，推動產業轉型升級，“十三五”國家重點研發計劃“林業資源培育及高效利用技術創新”重點專項設置“竹資源高效培育關鍵技術研究”“竹材高值化加工關鍵技術創新研究”和“竹資源全產業鏈增值增效技術集成與示范”3個項目統籌推進，組織國際竹藤中心攜手39家主要從事竹資源研發的科研院所、大專院校、企業等優勢單位聯合攻關，取得了一系列重大關鍵技術突破。

2.竹資源全產業鏈關鍵技術融合創新

我國竹產業從建國初期的傳統應用階段，到改革開放以來發展壯大的工業利用階段，再到新世紀綠色發展新階段，竹業科技創新發揮了巨大作用，做出了突出貢獻。

繼2013年國際權威學術期刊《自然·遺傳學》刊發我國率先完成世界首個竹子全基因組信息“毛竹全基因組序列草圖”之后，2018年我國又發布了最新毛竹高精度基因組數據，填補了世界竹類植物基因組學空白。此間我國科研項目成果“竹質工程材料制造關鍵技術研究與示范”“植物細胞壁力學表征技術體系構建及應用”，分別獲國家科技進步獎一等獎、二等獎。

“竹資源全產業鏈科技創新”著力從源頭進行竹苗高質擴繁與高效培育，同時聚焦竹材高值化加工關鍵技術創新，并以竹林生態建設和傳統產業轉型升級作為振興鄉村經濟的增長點，創新政產學研用商金融跨界融合管理模式，為脫貧攻堅、“一帶一路”建設、綠色制造和美麗鄉村建設，交出了一份亮麗的答卷。

◎基于前沿理論創新突破產業鏈前端關鍵技術

建示范基地，從源頭實現竹苗高質擴繁與高效培育。大自然中竹苗生長參差不齊，竹林成材幾何尺寸各異，為從源頭著力提升竹苗規模化、標準化繁育技術水平，研究團隊先期開展了毛竹實生苗葉片系統發育衰老程度檢測，通過比較培養基中植物生長調節劑配比和用量等繁育參數，篩選出初代培養、繼代增殖、生根等階段最佳培養基配方，初步建立了毛竹、翠竹等多竹種微繁技術體系；與此同時，進行扦插、埋稈、埋鞭和播種等育苗技術集成，創新種苗繁育示范基地模式，為貧困地區脫貧提供竹子高效經營和竹材加工的優良種苗材料。

貴州省遵義市的正安、桐梓兩縣，為國家級貧困縣。2016年，南京林業大學竹類研究團隊在兩縣的每個鄉鎮都建設1個方竹示范林基地，從竹產業鏈源頭提供科技支撐：基于金佛山方竹實生苗繁育技術，該團隊在桐梓縣推廣繁育竹苗2000萬株，新造金佛山方竹林25萬畝；基于筍用金佛山方竹豐產技術，在桐梓縣和正安縣推廣20萬畝，產量由原來300斤提高到800斤。《人民日報》《光明日報》《中國綠色時報》等媒體均進行過報道。

為促進傳統農業轉型升級，研究團隊為浙江省天臺縣金滿坑引種優質雷竹種苗，建立雷竹筍用林基地100余畝。

建技術體系，支撐適于機械式帶狀皆伐竹林高效培育。當前我國勞動力采伐成本不斷攀升，傳統竹林投入產出比不斷下降問題日益凸顯，項目組選擇我國分布最廣、面積最大的毛竹為研究對象，創建帶狀采伐模式并初步構建了適于竹林規模化經營的高效培育技術體系。初步研究結果表明，帶狀采伐經濟效益明顯高于擇伐，其出筍率約為擇伐樣地發筍數1.5倍；單位面積生物量明顯高于擇伐林，機械采收節省4—5人天/畝。目前，毛竹帶狀采伐高效培育技術已在江蘇宜興和安徽黃山建立推廣試驗示范林150畝；該技術應用于四川省成效十分顯著：保留帶1年生竹每公頃物產量比對照組提高了175.21%；采伐1噸成竹所需人工費約400元，以勞動力成本計算，比傳統模式節約成本約73.33%。以全面恢復林分3年計，該模式比傳統模式經濟效益提高約26%。高效培育及竹林帶狀采伐關鍵技術，還在“云南特產大型叢生竹優良品種高效培育示范”中應用，并被國家林業和草原局遴選為“2018年100項重點推廣林業科技成果”。

項目組還以云南特色優良材用竹種龍竹為研究對象，優化集成包含竹叢密度、叢內株密度、竹齡結構管理、水分和營養調控、生物多樣性管理在內的培育技術，構建了熱帶大徑級材用叢生竹高效培育技術示范體系。該技術推廣已實現每畝年產竹材3742.2千克，鮮筍616.0千克，每畝年產值達3715元。

在竹產業鏈前端高效培育技術體系研究中，還含有竹資源遙感綜合監測、竹林生長環境及生長性狀監測、龍竹專題信息提取及生物量遙感估測研究等課題。

建產品生產線，全筍利用高質培育與精深加工一體化。項目組集成筍用竹林林分結構數量化調控、水肥精準管理及土壤改良與竹筍品質提升等高質培育技術，竹筍增產10%以上，品質及適口性顯著提升；研發出毛竹竹林覆蓋、培土育筍、林下復合經營技術及山地設施栽培等多技術、多竹種筍用林增產增效新技術，畝增收200%以上。浙江省嵊州市崇仁鎮累積建設毛竹春筍冬出技術示范林70畝，平均畝產量3343斤，平均畝產值32709元。該技術示范推廣3.8萬畝，輻射面積8萬畝。該項目還推動傳統產業綠色轉型，實現竹筍附加值顯著提升，研發了竹筍納米保鮮、速凍保鮮技術，建立速凍筍生產線1條，設計年生產能力1萬噸；建成竹筍粉生產線1條，設計年生產能力500噸。

◎借鑒主體工業體系攻克竹產業鏈關鍵技術瓶頸

填補機械化加工空白，無裂紋竹展平裝飾材關鍵技術脫穎。將豐富的毛竹圓竹直接展開機械化加工成整幅日用和裝飾材，提高圓竹材的利用率，在我國一直處于空白狀態。項目組創新了竹筒生長應力釋放理論，發明了竹筒浮動高效銑削、高溫高濕軟化－應力釋放展平等關鍵技術及高效展平機等關鍵設備，提高了竹材利用率和附加值，提高了山區農民收入。目前這一技術及設備已實現工業化生產，在浙江莊誠竹業有限公司和雙槍科技股份有限公司中試生產1萬平方米竹展平板材，并將其加工成竹砧板，竹材單元制備效率提高15倍以上，與竹集成材相比，竹材利用率提高1倍，膠黏劑用量降低30%以上。以2016年我國竹地板和竹砧板產值達70億元計，若獲20%市場占有率，則無裂紋竹展平材市場銷售額可達14億元，增加就業1800余人，耗毛竹1800萬根，增加竹農收入4.5億元；在福建、浙江、江西、四川、安徽等國內主要竹產區建廠，同時可推廣到東南亞、非洲等“一帶一路”沿線國家。

南京林業大學黨委書記蔣建清（右二）調研貴州桐梓縣方竹培育示范點

極致竹子軸向拉伸特性，竹纏繞產品受聯合國有關機構青睞。以竹材為基材、以樹脂為膠黏劑，采用纏繞工藝可加工成新型生物基材料。項目組充分發揮竹子軸向拉伸高強度特性，將其加工成連續的竹篾帶，通過纏繞在產品結構中形成無應力缺陷分布，制造壓力管道、管廊、容器、大型儲罐、房屋、運輸工具殼體（高鐵車廂、飛機機身、船只）等產品。

2015年7月至2019年5月，6個管道生產單元先后在我國湖北襄陽、山東臨沂、內蒙古烏海、廣西玉林、福建龍巖、河南南陽建成投產；浙江、福建、廣東、河南、湖北、湖南、四川、重慶、貴州等生產基地已進入建設或規劃中。竹纏繞技術受到聯合國發展署、聯合國工業發展組織的高度關注，與我國簽訂戰略合作協議。2017年，我國為厄瓜多爾災后重建竹資源舉辦了創新利用培訓班，大力爭取在“一帶一路”沿線、“南南合作”中推廣竹纏繞技術。

道法自然，連續化生產竹質建筑與家具用材獨樹一幟。竹材材性差異大，精刨竹條加工單元尺寸小、出材率低，項目組創新了竹材分級技術，制造竹規格材，研發柔性竹單元加工與異色層積、原竹精細疏解單元定向重組、竹材弧形原態等曲率層積關鍵技術，以及竹質建筑用材連續化生產設備與相關工藝，對現有工廠設備升級改造，在我國竹質建筑結構材產業發展中發揮了示范引領作用。目前，在江西省資溪縣建立大規格結構用重組竹中試示范生產線1條，已形成成熟的相關生產工藝，產品在竹結構建筑、橋梁建造等領域推廣應用；在福建省順昌縣建設家居用竹材弧形原態等曲率層積材生產線1條、云南永利發林業有限公司建成家具用材生產線1條，實施成果轉化項目1項；項目組還充分利用圓竹特性，將其直接用于建筑結構，“圓竹結構材高效利用關鍵技術”成功地應用于北京世園會竹藤館，單拱跨度35米，為目前我國北方跨度最大圓竹結構場館。竹藤館道法自然的設計理念，低碳環保的建筑用材，獲央視《朝聞天下》報道，《綠色時報》《北京青年報》以及中國科普網等媒體也進行了報道。

突破傳統模式，高效制造多維異型竹纖維復合材料。項目組集成創新了低成本高利用率竹纖維、連續竹纖維、結構可控竹纖維纏繞內固化復合材料、竹纖維深度模壓復合材料高效制造關鍵技術，以及竹纖維熱固/熱塑復合材料界面提升技術；研制了竹連續纖維和竹纖維纏繞成型成套裝備，制備出竹連續纖維電纜保護管、環向纏繞輕質殼體復合材料、深度模壓汽車門等竹質異型新產品。這些技術已實現工業化生產，低成本高利用率竹纖維在福建海博斯有限公司實現8噸/天、竹纖維獲得率85%；連續竹纖維在四川麥笠機械設備有限公司實現單臺生產能力2000米/天，纖維強力100牛以上；竹纖維復合材料在山東省泰安市中研復合材料科技有限公司實現日產10件；低VOC含量竹纖維汽車內襯件在揚州超峰汽車內襯件有限公司實現中試生產。這種高效制造技術還可有效推動竹纖維下游產品的開發和應用。

◎踐行生態文明理念探索低碳綠色發展模式

控減污染風險，生物改性竹炭顆粒技術護航竹林立體復合養殖。經對竹林－家禽養殖復合經營模式中主要養分元素循環過程、微生物互作機制等研究，項目組提出構建可持續發展竹林經營新模式，即在養殖過程中添加生物改性顆粒竹炭產品以減少污染風險。該生物改性顆粒竹炭，能促進雞糞原位發酵，減少養分流失和污染；改善立地環境，通過有益菌繁殖，遏制病毒傳播；吸附分解有機污染物，增加土壤碳匯。目前該技術已在浙江安吉、杭州余杭等地建立示范林面積400余畝，竹林綜合效益提高20%以上。

高值化全質利用，竹粉生物質定向液化新路徑新工藝。相比直接焚燒和丟棄竹加工剩余物，項目組創新漿態法預處理技術，實現了物料高效混合并適應于多工況下多種木質纖維原料；其所開展的沉降和減壓蒸餾高效分離技術，實現了所有溶劑和催化劑高效回收使用。為竹材加工剩余物高值化全質利用提供了可行路徑，且具較好社會和經濟效益。目前，這種新工藝獲相關授權國際專利1件，已實現工業化生產，在江蘇強林生物質能源有限公司、內蒙古金驕特種新材料有限公司開展中試工藝設計和放大試驗，新工藝木質纖維原料轉化率由70%提高到92%以上；乙酰丙酸獲得率較傳統蒸煮法提高30%以上。

扶貧扶智，攜手營建風景竹林康養基地。由竹林康養因子時空監測評價、視覺景觀質量提升、康養物理環境營建、康養項目開發組成的風景竹林康養基地營建技術，可提升竹景美景度75%～120%，增加竹林生態康養功能30%，以及竹林生態旅游支付意愿30%。項目組在四川蜀南竹海建立了竹林生態系統長期定位觀測研究站，并在四川仁壽麻竹主產鄉鎮大化鎮、彭州慈竹主產鄉鎮磁峰鎮分別簽署了風景竹林基地合作建設協議，項目研究取得的科研數據和營建技術將直接應用于指導當地風景竹林康養基地建設，并為地方竹產業發展決策提供科技支撐。

福建永安竹種苗繁育與產業化示范基地

3.新時期我國竹產業發展機遇與挑戰

黨的十九大把建設“美麗中國”作為全面建設社會主義現代化強國的重大目標，提出“建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計”。竹林這道美麗鄉村亮麗的風景線，必然是美麗中國一道壯麗的風景線，而我國竹產業發展也必然是生態文明建設的重要組成部分。我國竹產業迎來前所未有的發展機遇，同時也面臨諸多嚴峻挑戰，其中既有亟需攻堅的科研難題也有迫切需要突破的技術瓶頸，而竹產業的跨越發展、轉型升級，還需要全新理念與創新模式，需要政府宏觀調控與政策進一步支持。

作為地球上生長最快的植物，竹類植物在“固碳減排”方面有著天然優勢。以毛竹為例，我國毛竹林有近450萬公頃，約占全國竹林面積的74%，每年采伐約13億根。1公頃毛竹林年均固碳量為 4.91噸～5.45噸，是杉木人工林的1.5倍，是熱帶雨林的1.33倍。然而，由于受下游產業發展限制，竹林“固碳減排”潛力受到嚴重制約。竹子生命周期很短，從發筍到枯死—毛竹10年、筇竹5年，若不及時采伐，竹材很快枯死，則碳循環“來得快、去得快”，大大降低碳儲量。如何通過人工調控，讓竹材碳匯“來得快、去得慢”，是亟需下力探索的科學與技術問題。

此外，迫切需要解決的主要問題還有：①缺乏優異新品種和良種，新品種和良種的使用率提高的空間大；②竹資源未有效利用，受地形和地貌限制，加之勞動力成本上升，我國豐富的竹資源可充分利用的空間很大；③竹工機械遠落后于木工機械自動化，從而導致效率低下；④竹產品范圍和種類遠落后于木產品，特別是在竹木建筑結構領域尚有很大發展空間；⑤缺少完整的行業標準體系和設計規范；⑥缺乏通暢的國內外貿易渠道；⑦竹產品及品牌缺乏宣傳和認證；⑧建立和培訓高水平竹產業人才隊伍缺乏力度。

面向“十四五”，面向美麗鄉村亮麗風景線建設，我國竹產業進入新時期，開啟了新征程，主要任務為打造“八大鏈條”：

一是竹種質資源創新鏈。從源頭創新，創制產業發展需要的新品種和新種質，大力發展良種，擴大良種利用率。二是竹原材料穩定供應鏈。竹資源保護與有效利用需齊頭并進，制定定時定量采伐指標，建立長效采伐管控機制，將當年的成熟竹材100%采伐利用、倉儲，此舉意義重大。三是竹標準材與中間竹產品商儲產業鏈。依據標準確定的尺寸，定制專用的竹工機械設備，形成竹材、加工工藝、加工設備和加工單元的標準化和規范化。四是原生態竹林食品產業鏈。將原生態環境下生長的竹筍、竹菌、竹葉和竹蟲等，加工制做成竹林食品和藥品系列。鑒于歐美等非竹筍食用傳統國家與地區逐漸接受富含膳食纖維的竹筍類食品，對中國竹筍食品走向世界是個機遇。五是“以竹代塑”產業鏈。歐洲將在2021年全面禁止塑料吸管、餐具、餐盒和包裝袋，以竹代塑的竹紙、竹編和竹材等綠色竹產品將有望成為新興竹產業支撐點。六是竹黃酮、紅菌素等次生代謝產物精細加工和利用產業鏈。七是竹紙系列產品產業鏈。如今竹紙產業呈爆發式增長，竹紙已成為竹產業支柱產品，為此應加快紙漿用竹培育，為造紙提供豐富原料。八是竹建材產業鏈。伴隨竹建筑和建材產業鏈的擴大和延伸，同時隨竹產品質量的穩定和竹建筑裝飾技術的成熟以及竹裝修材料、竹家居、竹用具不斷推陳出新，竹產業必將登上新高峰。最終通過一二三產業鏈聯動構建人類綠色宜居空間。

突破傳統的林草圍疇，我國竹產業“林、板、紙”三大領域關鍵技術與工藝已跨界涵蓋文化旅游、建筑、建材、化工、食品、造紙、紡織和輕工工藝品等行業；政產學研用商金融跨界融合管理創新模式已顯成效。在生態文明建設中，中國竹產業正再度揚帆啟航，奔向輝煌的明天。