竹資源化綜合利用進展研究

程琳　黃大勇　陳仕昌　戴俊　黃開勇　李立杰

摘要 竹作為優質的工業原料，具有很高的經濟、生態、文化、醫藥價值，研究竹資源的綜合利用具有重要的現實意義。本文圍繞竹的資源分布、生物學特性和生態學特性、解剖特性和物理力學特性、營養成分和生物活性成分及綜合加工利用方面綜述了竹資源化利用現狀，針對竹綜合利用發展中存在的問題提出了相應的對策建議，以期為竹產業高質、高效和可持續發展提供思路和參考。

關鍵詞 竹子；生態特性；營養成分；生物活性成分；綜合利用；多用途

中圖分類號 S795? ?文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）07-0094-07

Research on the Progress of Comprehensive Utilization of Bamboo Resources

CHENG Lin? ?HUANG Dayong? ?CHEN Shichang? ?DAI Jun? ?HUANG Kaiyong? ?LI Lijie*

（Forestry Research Institute of Guangxi Zhuang Autonomous Region， Nanning Guangxi 530002）

Abstract As a high-quality industrial raw material， bamboo has high economic， ecological， cultural and medical value. It is of great practical significance to study the comprehensive utilization of bamboo resources. This paper focused on the resource distribution， biological characteristics， ecological characteristics， anatomical characteristics， physical and mechanical properties， nutritional components and bioactive components， comprehensive processing and utilization of bamboo. At the same time， the problems and suggestions in the development of bamboo comprehensive utilization were put forward to provide theoretical guidance for the high quality， high efficiency and sustainable industrial development of bamboo.

Keywords bamboo; ecological character; nutritional ingredient; bioactive components; comprehensive utilization; multiuse

竹是禾本科（Poaceae）竹亞科（Bambusoideae）植物的統稱。竹生長迅速、材質優良，竹筍味美，竹型優美，廣泛應用于建筑、食品、造紙、醫療保健、園林、工藝等領域[1]。根據第九次全國森林資源調查，我國竹類植物面積超640 萬hm²，占全國森林面積的2.94%，被稱為“竹子王國”[2]。竹筍生產和加工利用發展迅速，深受人們喜愛[3]。我國竹面積接近世界竹面積的1/4[4]，種類和產量均在世界首位，且竹加工產業發展迅猛，帶動了世界竹產業的發展。

竹子作為重要的用材和筍用的樹種，其經濟價值和作用越來越被人們看好，在我國林業發展中占有重要地位。當前我國竹資源利用率不超過55%[5]，因此，加快對竹資源和加工利用的全方位研究，能夠促進我國竹產業化、工業化和可持續發展。

1 資源分布

竹子是單子葉植物，全球竹類植物有1 300余種，多分布于熱帶、亞熱帶區域。我國地域廣闊，竹資源豐富，全國竹類植物有500余種，竹類植物約占全球25%，居世界首位[6-7]。我國竹資源有4個分布帶：黃河與長江一帶散生竹分布區、華南一帶叢生竹分布區，長江與南嶺一帶混合竹分布區、西南一帶高山竹分布區。廣西作為竹子的主要分布區，叢生竹和散生竹資源均豐富。桂南、桂東南地區以叢生竹為主，分散生長于村屯周邊、河流兩岸，呈帶狀分布；桂北、桂西北地區以散生竹為主，毛竹是種植面積最大的經濟竹，通常呈大面積片狀種植；此外，廣西還有特殊的喀斯特地貌，生長有吊絲竹、花吊絲竹等許多較耐干旱的竹子。

2 生物學和生態學特征

2.1 生物學特征

年齡是影響竹子開花的主要原因，不同竹種開花周期有差異。人工竹林和叢生竹一般是零星竹稈開花，其他竹叢正常生長，竹林生態系統正常維持。竹子種子不易獲取，通過一次或多次無性繁殖獲得的植株，均與最初的母竹處于相同的生長周期。所以，采用無性繁殖的方法無法杜絕竹子開花，需要采用有性繁殖，即實生苗育苗栽培。成片開花通常存在于天然竹林，開花后不再長出新筍，整片竹林和根系全部枯死，后期竹林恢復可采取天然更新或人工更新的方式。竹林較針葉林具有每年擇伐、持續利用的優勢，經濟價值高。

2.2 生態學特征

竹類植物地上部分枝葉繁茂，地下部分根系發達，具有很高的生態價值，在涵養水源、保持水土、凈化空氣、吸碳儲碳、改善生產生活和環境方面具有舉足輕重的作用。叢生竹和散生竹兼具經濟價值和生態功能，具有很強的抗分解能力，增加了生態系統中的碳儲量。應雨騏等[8]對我國竹林、針葉林和闊葉林進行了測算，結果表明，毛竹、馬尾松和杉木每年可固定CO₂分別為1.9萬t、1.3 t、0.6萬t。洪有為[9]研究發現，吊絲單竹的抗風能力強于綠竹和麻竹，為沿海防護林建設提供了科學依據。麻竹根系非常發達，造林2～4年后可達到郁閉成林，水土保持效果顯著。毛竹和雷竹80%的根系分布于0～40 cm土層[10]，為山地山體滑坡提供了生物治理的可能，也為山林涵養水源提供了科學支持。竹林分質量顯著提升后，可構建健康、穩定、優質、高效的竹林生態系統，碳匯能力和應對氣候變化能力得到有效增強，可為實現“碳達峰”和“碳中和”目標貢獻林業力量。

3 竹材解剖、物理和力學特性

3.1 解剖特性

竹纖維品質優于闊葉樹種和其他禾本科草本植物纖維[11]，是造紙的優良材料。竹材解剖特性是確定竹材造紙性能的主要指標之一，蘇文會等[12]通過竹材材性對比研究，發現越南巨竹纖維特性優良，是制作高品質紙張的優良材料。徐有明等[13]對10種引種竹種進行了解剖特性和基本密度的綜合評價，發現慈竹纖維形態最佳，可作為適合湖北推廣的優良造紙竹種。林金國等[14]研究了麻竹纖維形態的變異規律，發現竹稈縱向部位、林齡、竹稈徑向部位對麻竹纖維形態影響顯著，立地指數和造林方式影響不顯著，為竹林栽培和造紙產業提供了理論依據。

3.2 物理特性

竹材強度高、韌性強、硬度大，是建筑、家具、辦公、運輸用品的重要制造材料。物理特性是評價竹材質量的重要指標。王健等[15]通過研究不同林齡麻竹物理特性發現，1.5 a麻竹的抗壓強度高于0.5 a麻竹，0.5 a麻竹的順紋抗剪強度高于1.5 a麻竹。林金國等[16]對方竹基本密度和干縮性的研究表明，方竹基本密度穩定林齡為3～4 a，最適采伐林齡為3 a。王喆等[17]研究發現，毛竹基本密度在不同林齡間差異顯著，其中竹青在竹內的徑向變異高于竹黃和竹肉。王裕霞等[18]研究了廣東不同地點麻竹的基本密度變異規律，通過對比發現新興麻竹和英德麻竹是優良的制備重組竹材的原材料。

3.3 力學特性

力學特性是竹產品加工的重要評定指標之一，可確定竹材的利用范圍。徐振國等[19]研究了廣西融水縣毛竹力學特性的變異性，發現毛竹力學特性隨著林齡的增加而增強，6 a是毛竹擇伐的最佳林齡，竹材強度大、彈性佳，是竹產品加工的優良原料。林金國等[20]通過對不同林齡、立地指數、竹稈不同部位麻竹竹材密度和力學特性的研究表明，竹稈部位對麻竹密度和力學特性的影響最大，立地指數對順紋抗剪強度無顯著影響；上部竹材密度和力學特性優于中部和下部，麻竹作為用材樹種適宜砍伐林齡為4 a左右。尤龍杰等[21]建立了擬合方程，可通過麻竹氣干密度準確預測力學特性和燃燒性能，為木材品質評價和加工提供了科學依據。劉志坤等[22]的研究表明，竹材經過彎曲膠合處理，可豐富竹板材的花色種類。江澤慧等[23]通過復合、重組技術將竹材運用于房屋建筑中。

4 營養成分和生物活性成分

4.1 營養成分

竹筍富含18種氨基酸、礦質元素、碳水化合物等[24]，具有健胃、降血壓等功效[25]。筍殼內富含膳食纖維，占比為55%～80%，明顯高于小麥麩、花生殼等常見膳食纖維原料[26]。張佳佳等[27]對2種竹筍的蛋白質、脂肪、糖分等營養成分的測定和分析表明，毛竹筍的營養成分明顯高于雷竹筍，雷竹筍的口感優于毛竹春筍和冬筍。于增金等[28]以林地、農業用地、河岸沖擊地麻竹筍為研究對象，探討了竹筍的表型性質和營養成分，得出農業用地竹筍重量、長度、蛋白質、氨基酸等指標高于其他2個地類，產出的竹筍具有可食率高、筍體大、營養成分高的特點。李冬林等[29]的研究表明，不同采收期竹筍蛋白質、還原糖、脂肪、氨基酸等養分含量有差異，為竹筍采摘和林地管理提供了指導。

4.2 生物活性成分

竹筍富含多酚、黃酮和植物甾醇等生物活性成分，在保健食品領域極具開發潛力。酸筍富含酪氨酸，發酵過程中酪氨酸經降解形成對甲酚，對甲酚是酸筍刺激性氣味的主要揮發性物質[30]。竹筍甾醇降血脂、抗炎能力強，醫藥價值高，深化對竹筍甾醇的開發利用，可為企業在保健和醫療領域提供科學依據。任春春等[31]對不同產區方竹筍多酚、黃酮、植物甾醇等功能成分進行了分析和綜合評價，篩選出3個的筍質優良品種Q1、Q6和Q3。景文祥等[32]研究了多種鮮筍中單寧、三萜類等營養成分，發現不同竹筍含量差別很大，麻竹筍和綿竹筍醇類物質含量高于雞爪筍。竹葉內富含多糖、黃酮、礦質元素、揮發油等活性成分；竹葉中多糖具有抗癌、平衡機體免疫力等功效，黃酮具有防止心腦血管疾病等功效[33-34]。竹葉葉片具有很強的抗菌效果，從竹葉中獲取的天然防腐劑廣受人們的喜愛。

5 綜合利用

5.1 竹材加工業中的應用

竹材人造板相關研究始于20世紀70年代。竹材人造板具有耐磨性強、材質緊密、抗壓性強、抗彎性好、板材結構一致度高等特點，是建筑、家具、辦公、運輸用品的重要制造材料，在我國發展潛力大[35-37]。作為加工基材，竹材的硬度高于木材。竹材的硬度受竹子種類、林齡和生長環境等的影響[38]。竹材水煮4 h后，相對濕度高于50%，可降低竹材吸濕性，有效改善尺寸穩定性[39]。區別于傳統常壓高溫熱處理，采用飽和蒸汽熱處理的竹材重組材具有表面無縫、無鼓泡、無裂紋等優點，并且兼具節約成本、節能環保的特點，被廣泛應用于建筑建材領域[40]。

隨著世界對環境保護的日益重視，開發高效、低成本、綠色的新型防腐防霉劑非常有必要。新型防腐劑主要分為植物源提取物防腐劑、硼鹽復配防腐劑、殼聚糖復合防腐劑[41]。新型竹防霉劑主要分為植物提取物防霉劑、納米金屬防霉劑等[42-43]。目前，防腐防霉劑還存在影響木色、保持時間不久等亟須解決的問題[44]。深化對竹材防腐防霉的研究，能有效延長相關產品的使用年限，提升竹材加工工藝。

5.2 食品加工中的應用

5.2.1 竹筍。竹筍被譽為“森林蔬菜之王”，具有降壓減脂、改善消化系統、預防癌癥等優點，市場需求很大。我國竹資源豐富，可食用的竹筍有200余種，品質佳的竹筍有30余種[45]。筍用林一直以來都得到良好的發展，冬筍、夏筍、秋筍利用率高，種植面積日益增加，尤其在螺螄粉產業的帶動下，夏季竹筍價格翻了2倍，筍用林產值飚升。近年來僅柳州市的叢生筍用竹種植面積每年增加1 333.3 hm²。螺螄粉帶有濃郁的地方特色，也被列入國務院第五批國家級非物質文化遺產代表性項目名錄，具有很高的經濟和文化價值。

竹筍可加工成鮮筍、酸筍、筍干等食品，形成了竹筍多元化利用。隨著近年來螺螄粉產業的崛起，作為主要原料之一的酸筍常處于供不應求的狀態[46]。

5.2.2 竹醋液。竹醋液是竹材碳化產生的煙霧經冷凝等過程獲得的淡黃色液體產物，含200多種有機成分，具有抑菌、抗氧化、延緩衰老、促進植物生長的作用，可生產抗菌生物板、消毒劑、保鮮劑、除菌劑、除臭劑、植物生根劑等產品[47]。利用竹材剩余物和邊腳料來提取竹醋液，既可以降低生產成本，又可以防止環境污染，具有較高的生態和經濟價值。

5.3 種養業中的應用

竹剩余物內富含蛋白質、淀粉、礦質元素等養分，是非常好的食用菌栽培基質原料，利用竹剩余物栽培食用菌，不僅降低生產成本，還可緩解食用菌培育原料緊缺的情況。目前，竹剩余物被應用于香菇、金針菇、靈芝、竹蓀、木耳等食用菌的培育中。彭超等[48]采用竹屑栽培大球蓋菇（Stropharia rugosoannulata）和棘托竹蓀（Dictyophora echinovolvata），大球蓋菇的整體營養高于棘托竹蓀，均是高纖維、低脂肪、礦質元素豐富的食用菌。張澤平等[49]以竹屑為主要培育基質生產香菇，竹屑含量低于45%的菌棒可生產出更具營養價值和經濟效益的香菇。竹廢棄物自然發酵后可生產優質有機肥，培養食用菌的廢棄物晾干粉碎后也可作為家畜的飼料，實現可持續加工利用。

5.4 醫藥、化妝品和健康領域中的應用

竹筍及其余料中富含氨基酸、抗真菌蛋白、可溶性硅等化合物，被廣泛應用于醫療、保健等領域。竹筍含有丁香酸、原兒茶酸、對羥基苯甲酸等多種酚酸類物質[50]，可有效清除體內自由基，具有較強的抗氧化性。竹筍內黃酮類化合物和甾醇同樣具有很強的抗氧化性和抗炎活性，相同濃度下，甾醇清除自由基的能力高于黃酮[51]。植物甾醇在醫療領域常被用作抗炎劑，竹葉和竹筍殼的黃酮類化合物功效相當[52]，具有很強的抗菌性。甾醇除了具有抗氧化能力，還具有降血脂功效，每天攝入不少于1 g植物甾醇可達到降血脂的效果[53]。竹纖維透氣性和延展性優于其他纖維，是當前最具開發價值的環保面料。竹炭具有很好的吸附、抗菌功能，可用于紡織及化妝品行業。目前，針對竹類植物醫藥等領域的研究還不夠深入，有待于進一步的探索和開發。

5.5 能源、材料及化工領域中的應用

5.5.1 能源。相較于煤炭等常規燃料，生物質燃料是一種環保的清潔能源，可廣泛應用于發電、供熱等領域。竹廢棄物生產生物質燃料工藝得到了進一步完善和提升，部分產業已實現規模化。麻竹廢棄物經過切片—配比—干燥—粉碎—制粒—冷卻—篩分—質檢—包裝等工藝壓縮制成顆粒燃料[54]。竹經過熱裂解生成生物油的獲得率為36%[55]，竹廢棄物通過微波液化后，可得到多元醇[56]。麻竹廢棄物在PEG400和乙烯催化、硫酸液化下生成以多元醇為主的液化產物[57]。以麻竹為原料制成的固態燃料，燃燒性能均符合標準《民用/商用生物質顆粒燃料》（美國）和《木質顆粒燃料》（德國）規定燃燒值的最低要求[58]。未來，生物質燃料會大范圍應用在各個領域，具有很高的生態價值和經濟開發潛力。

5.5.2 復合材料。竹材因其特殊的梯度、中空結構成為阻尼效果優良的天然材料[59]，與其他材料復合可獲得性能優且輕度低的綠色阻尼功能材料[60]，主要種類有竹木復合材料、竹質橡膠復合材料和竹塑復合材料。纖維素和半纖維素形成的無定形高聚物是阻尼的關鍵，竹黃部分的阻尼效果優于竹青，內側特殊的中空結構可在增加阻力的同時減輕了材料重量；外側的材料剛度高于內側，又增加了材料的硬度和強度[61]。竹纖維和隔熱顆粒形成的復合芯材穩定性和隔熱性好，不僅降低了生產成本，延長了使用壽命，還提升了真空絕熱板的制作工藝[62]。

5.5.3 化工應用。竹葉片提取物可作為較好的植物型緩蝕劑，對金屬保存具有重要現實意義。麻竹竹葉提取物在NaOH溶液中可減緩金屬鋅的腐蝕進程，最大緩蝕率為90%[63]，是一種環境友好型緩蝕劑。付惠等[64]對麻竹葉在HCl、H₂SO₄、H₃PO₄等酸性介質中緩蝕作用進行探討，發現麻竹葉對冷軋鋼的緩蝕作用效果好，緩蝕率均超過75%；其中，在HCl溶液中緩蝕效果最好，達到92%。李楠等[65]發現麻竹竹葉提取物在不同濃度的HNO₃溶液中可抑制鋁的腐蝕程度，且緩蝕效果隨HNO₃濃度的增加而增大，對工業生產具有重要指導意義。劉建祥等[66]通過研究得出金竹竹葉提取物在1 mol/L HCl溶液中是混合抑制性緩蝕液，可緩解鋁的腐蝕進程，緩蝕率可達77%，拓寬了竹葉片的利用領域。

6 問題及建議

竹產業發展勢頭迅猛，創造了很好的經濟和生態效益，也存在一些問題，歸納為以下3個方面。

6.1 資源保存

我國竹資源供需矛盾日趨突出，保存優質種源、提高竹材利用率變得十分迫切。目前存在竹良種使用有限、管理水平參差不齊、竹林聚集面積不高等問題。未來應不斷強化竹資源良種的收集、保存與利用推廣，為竹產業高速可持續發展提供種質保障。

6.2 加工渠道

從產業化利用的角度來看，目前我國竹加工利用及剩余物再利用渠道不夠多元，比如，在竹材中摻以20%～30%的加工廢料如竹屑、竹枝等，通過間隙蒸煮方式生產化學竹漿；竹籜等也可制成籜漿做卷煙紙[67]，豐富利用方式和途徑。未來應加強對管理制度的完善，不斷完善加工利用體系。同時對加工設備進行升級改造，降低生產成本，尋求多行業融合協作方法，提高品牌影響力，提升國內國際競爭力。

6.3 加工技術

竹人造板還需進一步升級零污染制造工藝，強化無害膠黏劑開發及有害氣體再利用技術。竹筍內富含膳食纖維，但目前鮮有關于竹筍不同部位膳食纖維的報道。膳食纖維可有效調節腸胃微生物環境，可作為改善腸胃特定微生物活性的外源物質，相關領域具有很廣的研究空間。當前竹塑復合材料熱門技術難題是界面相容性，下一步應強化研究的力度和深度，為促進竹塑復合產業高效發展提供科學依據。未來應建立完備的加工體系，竹加工利用應力求融合更多領域，著重發展竹林碳匯產業，從而促進竹加工產業的進一步優化升級。

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（責編：何 艷）