沪苏皖主要非粮生物柴油能源植物资源的调查与含油量分析

李星霖， 刘巧霞， 程志全， 胡 超，， 葛斌杰，李宏庆， 田怀珍

（1.华东师范大学生命科学学院，上海 200241；2.上海辰山植物园，上海 201602）

沪苏皖主要非粮生物柴油能源植物资源的调查与含油量分析

李星霖1， 刘巧霞1， 程志全1， 胡 超1，2， 葛斌杰2，李宏庆1， 田怀珍1

（1.华东师范大学生命科学学院，上海 200241；2.上海辰山植物园，上海 201602）

通过对沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物的调查及种子含油量的测定，初步了解了沪苏皖现有非粮生物柴油能源植物的资源特点和分布状况.结果显示：沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物含油量在10%以上的有59科123属151种.其中高含油量（50%以上）的能源植物主要包括樟科的江浙山胡椒Lindera chienii、狭叶山胡椒L.angustifolia和红脉钓樟L.rubronervia，卫矛科的白杜Euony musmaackii，大戟科的油桐Vernicia fordi、蓖麻Ricinus communis和山茶科的油茶Camelliaoleifera等.调查发现目前只有大戟科的乌桕Triadica sebifera被有效开发利用，山茶科的油茶和大戟科的油桐较少利用，山茶科的茶C.sinensis广泛种植但种子却没有被利用.最后，本文针对沪苏皖非粮生物柴油能源植物的资源状况与分布特点及其开发潜力提出了对应的建议.

非粮生物柴油； 能源植物； 含油量； 开发

0 引 言

能源是人类活动的物质基础，按其来源可分为化石能源（煤炭、石油、天然气等）和非化石能源（风能、太阳能、生物质能等）［1］.目前人类能源消耗主要是以煤炭、石油、天然气等为主的化石燃料能源.随着世界经济的高速发展，人类活动的持续加剧、对能源的不断摄取，以至当前化石燃料能源加速耗竭.联合国统计数据表明世界石油储量只能维持到2035年，到2060年天然气也将消耗殆尽［2］.加之化石燃料引起的环境污染，全球气候改变，能源问题已经危及到社会安全和人类生存，成为全人类共同关心的重大问题.在所有能源类型中非化石能源中的生物质能具有众多好处：可再生、来源广阔、无污染，通过不同工艺技术途径可转换为液体、气体和固体燃料，以及热能和电力等，达到较高的利用效率［1］.生物柴油是指由植物油或动物脂肪经过酯化反应制成的改性脂肪酸单酯，包括脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯和脂肪酸丙酯等［3］，具备生物质能的诸多优点，是一种理想的新型能源燃料，可以用来替代化石燃料［4］.目前国内外大力开发能源植物制备优质生物柴油，但能源植物的种类大多为粮食作物［5-7］，如大豆油和菜籽油作为新型的生物柴油原料被欧美国家广泛运用［8，9］.然而，我国人口多，人均耕地面积少，粮食资源紧张［10］，因此选择以非粮植物作为基础的生物能源［11］，不与人争粮，不与粮争地，大力发展非粮能源植物进行生物能源产业发展是无可置疑的方针.并且我国植物资源丰富，现有可再生持续发展的绿色植物资源中，仅高等植物就有3万余种［12］，具有极大的开发潜力.然而目前我国非粮生物柴油能源植物多数处于野生状态，种类及分布状况尚缺乏全面调查统计［13］.

沪苏皖位于华东地区，经济发展快，能源消耗高.本土能源生产速度已经远不能满足需求，导致沪苏皖能源消耗对外依存度逐年增强，表现出以高耗能支撑经济发展的不良态势［14-17］.能源高消耗导致城市颗粒污染物排放量大，汇集形成雾霾天气，不仅严重影响了交通安全，危害人类身体健康，甚至加快了城市遭受光化学烟雾污染的到来［18］.因此，开发利用可再生、无污染能源是事关沪苏皖地区经济可持续发展、城市安全和社会进步的重大课题.开发本土的非粮生物柴油能源植物不仅可以缓解该地区经济发展中的能源短缺问题，同时也有利于改良生态环境、促进农业增效和农民增收［19］，改善本区域内的空气质量，对当地的经济建设和生态建设具有重要意义.

目前针对沪苏皖三地非粮能源植物的调查及研究非常有限，张慧冲和万志兵对安徽黄山地区能源植物种类进行了调查，但均未对种子的含油量进行测定，也未提出可适用于生物柴油生产的能源植物［20，21］；华晓燕和黄清俊分别对江苏省和上海市沿海滩涂地带的能源植物进行了调查，重点阐述了江苏沿海滩涂地带菊芋Helianthustuberosus、蓖麻Ricinus com munis、乌桕Triadica sebifera和黄连木Pistacia chinensis等最具有发展潜力的能源植物的生物学特性和开发利用价值［19］，以及筛选出适合上海盐碱地区种植的53种（或品种）草本纤维类能源植物［22］，但是并没有对含油量以及生产生物柴油的可用能源植物进行进一步的测量与分析.本研究对沪苏皖三地的非粮生物柴油能源植物进行了较为全面的种类调查，给出沪苏皖三地的能源植物名录，并分析了其含油量以及分布特点，旨在为此类资源在该地区的开发利用提供基础资料.

1 研究地概况

上海市地处31°11′N，121°12′E，属长江三角洲前缘地区，多为冲积平原，成陆时间短，地势平坦［23］，仅西部及西南部有少部分山体，全市最高点大金山岛海拔为105.3 m［24］.境内大小河流密布，属亚热带海洋季风性气候，温暖湿润，四季分明［25］.城市森林土壤紧实，有机质和全氮质量分数较低，土壤肥力较弱［26］，加之上海城市化程度高，人口密度大，土地几乎被开垦利用，景观类型单一，缺乏孕育自然木本物种多样性的异质生境［23］.上海维管植物共计202科1 100属2 991种［27］.

江苏省地处30°45′～35°20′N，116°18′～121°57′E之间.境内河网稠密，湖泊众多，地势平坦，绝大部分地区在海拔50 m以下，主要有西南部南京、镇江、扬州丘陵山区，宜溧山区，北部徐州、连云港低山丘陵，最高峰为连云港的云台山，海拔625 m.江苏地跨暖温带、北亚热带、中亚热带3个自然地带，气候温和［28］.从北到南，气温、降水量逐渐递增［29］，森林植被递变，土壤自北向南分别为棕壤，淋溶褐土，黄棕壤和黄壤［30］.这些自然地理状况造就了江苏省较为丰富的植物资源，共有种子植物166科2 087余种［31］.

安徽省位于29°22′～34°40′N，114°53′～119°30′E之间.境内地形多样，大致可分为淮北平原、江淮丘陵、皖西大别山区、沿江平原和皖南山区等5个自然区域，长江和淮河自西向东横贯全境［32］.安徽省系南北长，东西窄，所以土壤纬度地带性的特点在省内有明显反映，而经度地带性的特点则不显著［33］.境内最高峰黄山莲花峰海拔1 864 m.安徽省地处暖温带与亚热带过渡地区，气候温暖湿润，四季分明.安徽淮河以北属暖温带半湿润季风气候，淮河以南为亚热带湿润季风气候，气候的地带性变化明显，是我国南方许多植物区系成分的分布区北界，也是某些北方成分的分布区南界，形成了丰富的生物多样性［32］，共有种子植物4 245种［34］.

2 沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物资源

通过野外考察共收录非粮生物柴油能源植物（含油量＞10%）59科123属151种，见表1，包括栽培植物22科29属31种.

2.1 沪苏皖非粮生物柴油能源植物（含油量＞10%）的种类特点

沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物包括裸子植物共3科5属6种，分别占沪苏皖总非粮生物柴油能源植物（59科123属151种）的5%、4%和4%；双子叶植物共52科112属139种，分别占88%、91%和92%；单子叶植物共4科6属6种，分别占7%、5%和4%.调查结果显示：沪苏皖主要非粮生物柴油能源植物组成成分为双子叶植物.

沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物在科的水平上主要集中在：豆科（12种）、蔷薇科（12种）、葫芦科（7种）、大戟科（6种）、漆树科（6种）、芸香科（6种）、樟科（6种）、卫矛科（5种）、山茶科（4种）、榆科（4种）和锦葵科（4种）等；在属的水平上主要集中在：花椒属（5种）、山胡椒属（4种）、苹果属（3种）、蔷薇属（3种）和卫矛属（3种）等.其中豆科、蔷薇科虽含种类较多，但分属于不同的属，且属间含油量差异不大，而大戟科则属间含油量差异明显，如蓖麻（56.17%）和油桐（58.28%），而白背叶仅有15.10%.蔷薇科、芸香科中属的分布则较为集中.然而即使是同属的不同种含油量也存在差别，如花椒属的大叶臭花椒含油量达到了41.2%，花椒含油量只有19.32%；但在蔷薇属中含油量差异不大.

沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物含油量超过50%的植物共有7种，占沪苏皖总非粮生物柴油能源植物（151种）的5%，其中含油量较高的植物主要是白杜、油桐、蓖麻、江浙山胡椒、狭叶山胡椒、红脉钓樟和油茶等，其中，蓖麻为上海地区栽培植物，含油量高达56.17%，是栽培植物种类中含油量最高的；含油量在50%～30%之间的植物共有种43种，占沪苏皖总非粮生物柴油能源植物的28%，其中含油量较高的植物主要是蜡梅、山核桃、复羽叶栾树、栝楼、赛山梅和乌桕等；含油量在30%～10%之间的植物共有种121种，占沪苏皖总非粮生物柴油能源植物的80%，其中含油量较高的植物主要是槐、五叶地锦、垂序商陆、侧柏和盐麸木等.沪苏皖地区能源植物含油量在30%～10%之间的植物种类最多.由于沪苏皖地处华东地区，地势平坦，与我国华南和西南山地相比缺少深山大岭，植物物种多样性相对较低，因此，筛选出的含油量较高的油料种子植物都包括在我国其它地区的研究结果中［10，35，36］，缺少本区的特有富油植物.

2.2 沪苏皖非粮生物柴油能源植物（含油量＞10%）三地区种类比较

沪苏皖三地区非粮生物柴油能源植物调查结果显示（见表1和表2）：上海地区含有非粮生物柴油能源植物共19科25属25种，包含栽培植物13科17属17种，所有植物种类中栽培植物蓖麻的含量最高（56.17%）；江苏地区有35科55属66种，包含栽培植物6科6属7种，含油量最高的是野生植物白杜（60.71%），栽培植物中通脱木的含油量最高，为20.60%；安徽地区有48科81属93种，包含栽培植物8科8属8种，含油量最高的是野生植物蜡梅（49.2%），栽培植物中冬青卫矛的含油量最高，为31.59%.安徽地区非粮生物柴油能源植物种类最丰富.

由表2可见3个地区非粮生物柴油能源植物种类含油量在30%～10%之间的种类数量均达到了60%以上，植物种类数量最多.沪苏皖三地区含油量大于30%，或含油量在30%～10%之间的非粮生物柴油能源植物种类相似（详见表3），这与沪苏皖三地同处华东地区，植物组成成分相似有关.

但是部分同种植物在不同地区的含油量却表现出一定差异，如上海与江苏地区的乌桕种子含油量都超过了40%，但安徽地区乌桕种子含油量只有29.4%，其它种类差异详见表4.由于部分植物在野外数量太少，种子采集不能达到含油量测试要求，因此无法获取沪苏皖三地全部含油量数据，但是仅对比两省或一省不同地区同种植物的含油量仍可发现异域同种植物含油量的差异.如高含油植物棕榈在安徽合肥植物园和宣城地区含油量相差4倍.有些种类采集时间、海拔、地域发生变化，但含油量却基本没有变化，如樟科的樟，蔷薇科的火棘，漆树科的黄连木，海桐花科的海桐等，此现象可能与植株本身的遗传背景有关，如遗传多样性的高低以及地理隔离造成的种内遗传分化程度都可能会导致特殊的含油量现象［10］.

通过以上分析，可以看出不同的含油量可能是受外界环境和内部遗传双重作用的结果，环境的异质性、不同居群的年龄结构、不同等位基因类型、可能存在的不同程度的地理隔离或者是物种自交繁殖等都可能成为其影响因素，也可能是某些方面或各个方面共同作用的结果［10］。具体因素的影响程度需要依据具体的种类进一步研究.此外，卫矛科卫矛属的白杜在江苏地区的含油量（60.71%）与安徽地区（17.20%）相差极大，有可能是人工测含油量时出现了误差.

2.3 沪苏皖非粮生物柴油能源植物的分布特点

上海市的能源植物多为本地引种栽培或植物园栽培，含油量较高（30%以上）的植物主要分布在松江区天马山和佘山地区，这两个地区为上海郊区，生态环境较好.

安徽省含油量较高（30%以上）的植物主要分布于黄山地区、宣城地区、安庆地区和六安地区，这些地区位于皖南山区和皖西大别山区，地理条件优越，拥有丰富的植物多样性.此外，合肥紫蓬山国家森林公园作为大别山余脉，森林茂密，生态良好，能源植物种类较丰富.

江苏省含油量较高（30%以上）的植物主要分布于盱眙地区、宜兴地区、常熟地区、南京地区的铁山寺国家森林公园、江苏省森林自然保护区龙池山、虞山国家森林公园和老山国家森林公园.其中，龙池山总面积超过120 h m2，森林覆盖率达95%；老山地处南京近郊，是江苏省最大的国家级森林公园，总面积80 k m2，森林覆盖率超过80%；铁山寺和虞山山脉延绵，山水相拥，以优越的自然环境富集了江苏省高含油能源植物.此外，南京中山植物园和无锡花卉公园也种植了丰富的能源植物.

3 沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物应用情况

根据野外考察结果，沪苏皖三地高含油量（30%以上）能源植物主要集中在大戟科、樟科、山茶科、卫矛科和无患子科，可利用的资源种类较少.樟科和山茶科植物在野外最为常见，在华东地区已有很强的适应性，产量较高，采集容易，尤其是在滁州市皇甫山茶被广泛种植，成为当地人的经济来源之一，但是茶果却不被采摘，没有得到利用；但山茶科的油茶在江苏地区被较少利用.大戟科的乌桕种子含油量高，产量较为丰富，果实成熟后种皮开裂种子易采摘.江苏省已将乌桕作为大力发展的能源植物，开发利用已经取得了一定成绩，但是大多数植物能源技术尚处于萌芽阶段，目前还很弱小，产业化和商业化程度比较低，缺乏自我持续发展的能力［37］.与乌桕相比，大戟科的油桐和蓖麻虽然含油量同样较高，但是本地区野生植株数量少，种子产量低，且在江苏龙池山地区被较少利用.然而湖南省已成功开发利用油桐，成为油桐种植大省，且研究结果指出油桐在油料性能方面接近普通柴油［36］.同样，高含油量植物棕榈在沪苏皖地区也未见利用报道，但据荷兰瓦格宁根大学研究人员发布的报告显示，马来西亚和印尼生产的棕榈油是全球最具可持续性的生物燃料［38］.与我国其它地区或国外相比，沪苏皖三地拥有值得开发的能源植物，但是资源量不大且未能有效利用.

有些能源植物种子含油量不足30%，但因结实率高，含油量尚好（20%以上），在我国部分省份也得到了开发与利用，如黄连木.安徽地区的黄连木含油量为23.8%，江苏地区黄连木含油量为23.4%，都生长在野生环境，株数较少，未见苏皖地区的应用报道，但海南正和生物能源公司与海南省当地政府合作，成功开发了733 h m2黄连木种植基地，制造的生物柴油对于柴油机的动力性能与常规柴油无明显差别［39］.有些能源植物在野外调查时未见，但其开发品种已成为优质的油料资源，如油用牡丹，在我国安徽等地种植，已形成一定的产业规模［40］.综上所述，沪苏皖地区对能源植物有一定的开发利用，但是整体水平仍相对有限，亟待开发.

4 沪苏皖三地非粮生物柴油能源植物研究与应用存在的问题、建议与对策

将沪苏皖三地调查的非粮能源植物名录与我国南方地区前人调查结果相比较发现，本区域明显资源匮乏.如三峡库区调查数据显示，能提取油料的植物有344种，约占总能源植物的80.00%［41］；广东省仅东部地区就有野生油脂植物70科133属176种［42］；福建省仅牛姆林自然保护区就有野生油脂植物45科72属102种［43］.以上地区主要以山地地形为主，且高山海拔落差大，气候显著不同，因此蕴藏了丰富的能源植物资源.沪苏皖三地虽然经济发展快速，拥有先进的技术和富足的生产力，但是与我国华南及西南地区相比：首先，地势平坦，自然地理条件局限，尤其上海城市化严重，缺少植物生长原生境；苏皖两地保护较好的山地有限，海拔低，仅有虞山、老山、铁山寺国家森林公园、龙池山，皖西大别山区和皖南山区等，其次均为丘陵或平原，能源植物资源明显匮乏，种类少，储存量小，可用于生物柴油生产的植物种类相对有限，并且这些能源植物大都处于未开发利用的野生状态.其次，沪苏皖三地可利用土地面积有限，若要对能源植物进行大规模的产业化种植有一定难度，必然会遇到“与粮争地”的问题.即使目前安徽省皇甫山已广泛种植茶，拥有油用牡丹的种植基地，江苏省也开始产业化开发乌桕，但都缺少成熟的实验基地、广阔的种植基地，以及先进的研究技术，对能源植物的开发利用还处于初级阶段.

因此，综合沪苏皖三地非粮柴油能源植物的资源状况与分布特点，同时结合植物自身的生物学特点，认为玉兰、夏蜡梅、蜡梅、樟、山核桃、油茶、茶、蓖麻和乌桕等植物（见表1中*所示）在本地区拥有较好的应用前景.此外，针对目前沪苏皖三地对非粮生物柴油能源植物研究与应用现状提出4点建议.

（1）政府应制定计划提高荒山绿化及新区造林中能源植物比例.江苏和安徽的山地地区是发展生物柴油能源植物的重要基地，当地政府可制定计划提高新区造林和荒山绿化面积中能源植物比例以扩充本土能源植物储备，例如选取含油量高、生长快、结实率高的樟科植物为主，辅以高富油的景观树种如蜡梅科的蜡梅、夏蜡梅，以及高富油的经果树种如胡桃科的山核桃，山茶科的茶、油茶等.有些地区为了采集上等新茶每年对茶树进行剪修，导致茶树不结果，无法利用，然而有的地区结果却不被利用，造成浪费，因此为了有效利用茶树的种子，建议在不采集新茶的情况下，及时采摘果实获得油料种子.并在政府的组织协调下有序做好荒山、新区疏林的挖穴、种植、回填土等工作，形成多种树种有序配置、株行距合理、林相整齐的混交林，后期加强对林木的生境和生长习性的科学管理以增强能源植物的环境适应性，努力实现在增加景观效果的同时，做到生态效益和经济效益的“双赢”.

（2）充分利用城市绿化带空间规划种植能源植物.针对城市公共绿地如人行道两旁和公园，以及专用绿地如厂矿、企业、机关、学校、医院、集中居住区可选择种植一些树形美观，生长快、结实率高、含油量高、采摘方便、有较强绿化效果的能源植物.例如大戟科的乌桕不仅是值得开发利用的能源植物而且美观环保，其树形高大优美，秋季时菱形的叶片由绿变红，鲜明多彩，冬季叶片凋零但留下白色的种子挂满枝头，如满天繁星.木兰科的玉兰种子含油量高，且植株本身具有先开花后长叶且花朵大的特点，早春时节，玉兰盛开，花瓣展向四方，清香阵阵，沁人心脾.无患子科的复羽叶栾树不仅种子含油量高，且果实形如盏盏灯笼，挂满枝头，绚丽多彩.若选取乌桕、玉兰或复羽叶栾树这些高大木本再搭配低矮灌木油用牡丹等这些具有欣赏价值的能源植物规划种植于城市绿化带，不仅起到美化城市，保护环境的效果，同时还解决了能源植物缺少大规模种植基地的难题.

（3）吸纳优秀的能源研究人才，利用先进的基因工程生物技术手段培育本地区优良品种.在解决能源植物缺少大规模种植土地的问题后，选取易采摘的能源植物，对其进行高产高油新品种培育，可以为沪苏皖带来更高的生物柴油经济效益，同时也进一步促进我国非粮生物柴油能源植物的研究.

（4）最后，当地政府应当根据国家政策制定生物柴油产业的免税政策.通过提高生物柴油的价格竞争力促进生物柴油的广泛推广，以此促进全民积极使用生物柴油，从而减轻化石燃料造成的环境污染，真正做到人类生活、社会发展与环境保护相一致.

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（责任编辑 张 晶）

Investigation，oleaginousness of the major non-food bio-diesel plant resources in Shanghai，Jiangsu and Anhui provinces

LI Xing-lin1， LIU Qiao-xia1， C H E N G Zhi-quan1， H U Chao1，2，G E Bin-jie2， LI H ong-qing1， TIA N H uai-zhen1
（1.School of Life Sciences，East China Normal University，Shanghai 200241，China；2.Shanghai Chenshan Botanical Garden，Shanghai 201602，China）

The characteristics and distribution of the current Non-food Bio-diesel Plant（N FBP）resources in Shanghai，Jiangsu and Anhui provinces were investigated and the oil content of these plants were detected.The results showed that 151 species of energy plants in 59 families and 123 genera were of higher than 10%oil content.The oil content of so me species such as Lindera chienii，L.angustifolia and L.rubronervia in Lauraceae，Euonymus maackii in Celastraceae，Vernicia fordii and Ricinus communis in Euphorbiaceae，Camellia sinensis in Theaceae werehigher than 50%.Only Triadica sebifera were widely cultivated and utilized，Camellia oleifera and Vernicia fordi were less utilized，C.sinensis had not been utilized.Finally，so me suggestions on the potential development were given according to the actual situation of NFBP resources in Shanghai，Jiangsu and Anhui provinces.

non-food bio-diesel； energy plants； oil content； development

Q9

A D OI：10.3969/j.issn.1000-5641.2015.01.026

1000-5641（2015）01-0212-12

2014-02

国家科技基础性工作专项重点项目（2008F Y110400）

李星霖，女，硕士研究生，主要从事种子植物分类学研究工作.

田怀珍，女，博士，副教授，主要从事植物分类与保育研究.E-mail：thz0102@126.co m.