芒、荻作为草本能源植物的应用前景分析

赵婧

（内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特010000）

引言

石油、煤炭、天然气等传统能源都是不可再生能源，并且在燃烧中会释放大量的二氧化碳、二氧化硫等气体，导致温室效应、酸雨等环境污染问题频发，对人类的生存产生了很大的威胁。随着我国石油能源的日益枯竭，生物质能源开始成为世界各国关注的一个研究焦点。与传统的不可再生能源相比，生物质能源能够对空气中的二氧化碳进行固定，是一种可再生的绿色能源。近年来，不少生物质能源的研究开始集中在芒、荻等能源植物方面。

1 芒、荻的种类及特点分析

芒、荻属于纤维素类能源植物，属禾本科，其灰分含量低，热值高，干物质产量高。作为生物质能源资源，它们具有以下优点：生长快，产量高，一年可产出1～2次，一次种植可受益10年以上；抗旱、耐瘠薄能力强，适应性广，可利用边际土地种植，充分利用土地资源；是绿色能源，有利于环境保护和清洁能源产业的发展；用途广泛，可用于气化炉、热解等能源转化或者直接燃烧，也可用于纤维素乙醇的制备；不受风能、地热能以及潮汐能等的局限，也无核能危险性；具有经济效益和生态效益，有助于能源压力的缓解、环境保护，并能够促进经济的可持续发展。

2 芒、荻能源植物的国内外研究现状

1989年，欧洲启动了 “欧洲JOULF计划”，自此开始了将草本植物作为生物质能源的研究，其研究以芒属植物为主，随后，又分别启动了 “欧洲AIR计划”和“欧洲FAIR计划”，在全欧范围内引发了芒属植物生物质能源研究的热潮，其研究主要集中在植物的杂交、生殖、发育、管理、收获、加工等方面[1]。20世纪90年代，巨芒草基因型的芒被研究出来，它的生产性完全满足了生物质能植物的要求。然而，由于其存在建植成本高、越冬性差和遗传基础狭窄的问题，因此在实际应用中受到了很大的阻碍。在随后的研究中，人们开始进行不同地区、不同环境条件下以及以遗传为基础的抗病虫害芒的研究。

我国的草本能源植物研究起步较晚，远远落后于欧美等国家。我国草本能源植物研究主要集中在能源植物种质资源的筛选、品种选育和转化工艺等方面。宁祖林等[2]研究了纤维禾草的热值和灰分动态变化，并指出，五节芒的干重热值与灰分含量呈极显著的线性相关，且芒的去灰分热值较高。潘一晨等[2]调查了辽宁省范围内的几种野生禾本科草类植物的自然种群特征，并指出，芒、荻的生长速度、净光合速率都很快，因此产量很高，符合能源禾草的要求。宗俊勤等[3]研究了7种高大禾草的表型特性及生物质成分，并指出，在所有材料中，芒、荻的灰分是最低的，而干物质年产量、燃烧值、折合标准煤都是最高的，其中芒被认为是更适合我国的优良的生物质能源植物。

3 芒、荻能源植物的国内外利用现状

芒、荻作为最具能源植物潜力的禾草，欧美国家和地区对其能源的转化和利用开展了大量系统的研究。到目前为止，芒、荻能源植物的利用研究主要集中在纤维素燃烧转化技术方面，并且这一技术也在不断普及和发展成熟，尤其是在纤维素高温裂解和气化技术方面获得了较大的进展。不少研究工作都非常关注纤维素生产乙醇，高效水解发酵以及低成本原料生产。美国已经通过研究将多种方式应用于芒、荻等此类植物的能源生产中，主要包括通过生化转化生产乙醇或甲烷，以及通过热解和气化作用生产甲醇等。Annette等[3]在将其应用于燃料乙醇的生产研究中指出，将稀酸法、湿法爆破和酶的预处理三种方法相结合能够得到最高的糖产量。中国在沼气、生物质气化、生物质压缩成型等式方面也取得了一定的进展。

4 芒、荻能源植物的应用前景

一方面，随着世界经济的飞速发展，以及人口数量的增加，对能源的需求量也日益增多，尤其是我国现在已经成为石油进口和消费大国。石油资源的日益枯竭给我国的可持续发展带来了极大的压力。在这种背景下，我国提出要积极开发可再生能源，并制定中长期发展规划，其中，生物燃料乙醇年利用量达到要在2020年达到1000万，这就必须要在生物质能源的研究中投入更多的精力。另一方面，我国拥有广阔的土地面积，可开发的后备土地资源面积为8254万hm2，拥有大量的可利用荒山、荒地等资源，可用于能源作物的种植，这就为生物质原料作物的种植奠定了基础。另外，虽然我国的生物质能源产业发展中还存在较多的漏洞，例如市场发育不健全、体制不完善、技术落后等问题，但是这些问题通过研究都可以有效解决[4]。因此，今后，要将研究集中在适宜我国土地类型的材本能源植物资源的收集、鉴定以及评价，选育出耐受能力强的优良品种，并积极开展其栽培管理和生物质品质特性的相关研究，同时还要对其开发技术进行优化，从而进一步促进我国生物质能源产业的发展。

5 结语

总的来说，开发能源植物是解决能源危机和环境问题的必然趋势，是可持续发展的必由之路。芒、荻等草本能源植物，光合固碳效率高、生长快、适应性强、病虫害抗性强、生产力高，对环境友好，被国内外公认为最具潜力的能源植物，是目前研究最为集中且最有发展前途的生物质资源。现在芒、荻等草本能源植物已经作为首选的生物质能源植物在欧洲、美国等发达地区得到了广泛的重视，但是在中国仅仅用于水土保持、造纸、饲料等。在今后的发展中，要更加关注将芒、荻作为生产生物质原料的研究。

[1]侯新村，范希峰，武菊英，等.挖沙废弃地草本能源植物生物质品质对氮肥的响应.中国草地学报，2011，33，(1)

[2]李翠，王庆海，肖波，等.3种草本能源植物对Zn胁迫的生理响应与积累特性.草业科学，2013，30，(10)

[3]侯新村，范希峰，武菊英，等.草本能源植物修复重金属污染土壤的潜力.中国草地学报，2012，34，(1)

[4]范希峰，左海涛，侯新村，等.芒和荻作为草本能源植物的潜力分析.中国农学通报，2010，26，(14)