林学

可再生生物质资源——木质素的研究

李忠正

摘要：木质素是植物纤维中丰富的芳香族可再生资源。有效利用这些资源是人类长期以来的愿望。（1）木质素的发现。1830年Anselmen Peyen（法国）发现木材是由纤维素和另外一种镶嵌于纤维素之间的物质组成的。1857年Schulze F 将其命名为“木质素（Lignin）”。1874年，Tiemann F 等从木材中分离出松柏苷和松柏醇，证明木材中存在芳香族化合物。1890年Bamberger 等发现木材中有甲氧基，指出甲氧基是木质素表征性官能团。（2）木质素化学研究体系的形成。随着木质素化学分解方法研究的深入，学者们提出了木质素醇解和酸解、二氧六环-水水解、硫代醋酸解，特别是木质素碱性硝基苯氧化和高锰酸钾氧化法等。木质素生物合成研究、木质素模型物研究，以及光谱、色谱、核磁等分析技术在木质素化学研究中广泛应用等一系列成果，形成了木质素化学研究体系。人们对木质素化学结构的认识俞加深刻。20 世纪70—80年代木质素研究蓬勃发展，确定了裸子植物、被子植物、禾草类植物木质素的不同结构；并得出木质素结构单元间的各种连接鍵型。（3）木质素研究的进展。20 世纪80年代后，人们基本了解了木质素分子结构与木质素在各种制浆和漂白方法中的反应机理，并有少量木质素应用。木质素研究进展主要为：①木质素结构研究的现代分析仪器得到了广泛应用；②搞清了木质素在植物中的生物合成路线，转基因树木的化学成分控制，以及生物酶解机理；③了解了木质素与碳水化合物（LCC）之间的连接和对制浆、漂白的影响；④研究木质素分子聚集态结构；⑤改进木质素分离方法，使分离木质素得率提高、变性少；⑥木质素资源化利用有了一定进展。主要成果有：提高木质素表面活性；木质素基树脂的合成；木质素降解物作为合成化工基石或燃料。此外，利用木质素的缓释性、螯合性，在农业方面用于复合肥料和微量元素肥料也有很大进步。但由于木质素结构的差异性及其不均一性，人类仍未完全掌握其奥秘和规律。（4）木质素研究的特点和难点。木质素化学结构研究不能采用其他天然高分子物，如纤维素、蛋白质等常用的水解法，需要“非常规法”。探索新的研究方法和手段仍是木质素研究的关键。植物中天然木质素与半纤维素和纤维素伴生，活性强。人们很难从植物中分离出原生木质素。工业木质素研究同样也存在木质素分离难的问题，研究经济又无二次污染的分离纯化方法是工业木质素利用的重要课题。另外，工业木质素来源多样，使其性能稳定性差。用木质素模型物是木质素研究手段的特征。在木质素化学反应机理等研究中，常使用结构相近的模型物使复杂结构简化。但模型物为低分子，且反应为均相。因而不能判断反应难易程度和反应速度。木质素大分子三维结构复杂，且其中活性基团含量相对较少，化学反应主要发生在大分子表面，使木质素的反应性差；同时，木质素分子质量的多分散性造成反应不均一性。（5）木质素研究的趋势。进一步搞清楚木质素聚集态结构。研究在各种状态下的超分子结构状况，建立有效的测定方法，研究破坏超分子结构的手段和条件等；进一步搞清木质素结构与其物化性能的“构效”关系，建立目标产物分子设计理论依据；研究木质素结构精确、简便的分析手段；研究提高工业木质素反应性能的经济有效活化方法及其理论；研发木质素基产物制备技术等仍是研究的重点。

来源出版物：南京林业大学学报（自然科学版）， 2012， 36(1)： 1-7

入选年份：2017

上海崇明县湿地生态系统服务功能价值评价

曹莹，汤臣栋，马强，等

摘要：目的：崇明县拥有长江口规模最大、发育最完善的河口型潮汐滩涂湿地，是上海市自然湿地保存最好、生物多样性最丰富的地区。近年来，由于气候变化、区域经济的快速发展、人工围垦以及外来物种入侵等人类活动与自然因素的干扰，导致生态系统服务功能退化，使湿地生态系统景观破碎化，生物多样性发生改变，对当地居民的生活环境与质量产生了较大影响。对崇明县湿地生态系统服务功能价值进行核算，一方面为湿地生态系统生态价值核算提供参考依据，另一方面可以为崇明县湿地保护、恢复与可持续发展提供指导。方法：基于上海市第2 次（2011—2013年）湿地资源调查数据，将崇明县湿地划分为近海与海岸湿地、沼泽湿地、人工湿地3 类，淤泥质海岸、潮间盐水沼泽、河口水域、沙洲沙岛、草本沼泽、森林沼泽、库塘、运河输水河、水产养殖场、稻田10 种类型。根据《千年生态系统评估》，结合崇明县实际，将崇明县湿地生态系统服务功能分为支持服务、供给服务、调节服务和文化服务4 大类，下分水产品、原材料、食物、供水、电力供给、调蓄水源、气候调节、水质净化、促淤造陆、消浪护岸、生物多样性维持、旅游、科教13 项，并估算了崇明县湿地的价值。结果：崇明县湿地生态系统服务功能总价值为124.13亿元。各湿地型服务功能价值排序：河口水域＞水产养殖场＞稻田＞潮间盐水沼泽＞淤泥质海岸＞库塘＞草本沼泽＞沙洲沙岛＞运河输水河＞森林沼泽，近海与海岸湿地生态系统服务功能价值最大为51.53 亿元，占崇明县湿地生态系统服务总价值的33.46%；其次为人工湿地和沼泽湿地，其服务功能价值分别为24.74 亿元与2.61亿元，占崇明县湿地生态系统服务功能总价值的19.93%与2.11%。不同类型服务功能价值大小顺序为：生物多样性维持＞调蓄水源＞水产品＞旅游＞气候调节＞食物＞水质净化＞电力供给＞消浪护岸＞促淤造陆＞科教＞原材料＞供水，崇明县湿地生态系统的调节服务价值最大为48.25 亿元，占总价值的38.87%；其次是支持服务价值为43.81 亿元，占总价值的35.29%；供给服务为22.5 亿元，占总价值的18.18%；文化服务价值最小为9.50 亿元，占总价值的7.65%。结论：崇明县湿地生态系统的调节服务价值最大，其中稻田生态系统的调节服务价值为10.97 亿元，仅次于河口水域生态系统的调节服务价值，并占调节服务总价值的22.36%，结果表明，稻田生态系统不仅具有食物供给功能，同时在气候调节、调蓄水源、水质净化等方面产生显著生态效益。支持服务价值次之，主要为体现在上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区，因此，加强以鸟类为主的湿地生物多样性保护可以提高该县湿地的支持服务价值。调节服务和支持服务是崇明县湿地生态系统的主导服务功能，因此，在坚持优先保护的原则下，合理高效利用湿地资源，可提高该县湿地服务总价值量。

来源出版物：南京林业大学学报（自然科学版）， 2017， 41(1)： 28-34

入选年份：2017