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能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景
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http://www.mamogu.com 發(fā)稿日期:2007-9-17
- 【搜索關(guān)鍵詞】：研究報(bào)告 投資分析 市場調(diào)研 能源 農(nóng)業(yè)
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傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主，即利用農(nóng)作物進(jìn)行光合作用，將水、二氧化碳等無機(jī)物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物，為人類提供賴以生存的糧食。但在石油能源日益匱乏的今天，人們正在用全新的眼光重新審視種植業(yè)：植物能夠通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)在體內(nèi)，形成可為人類利用的重要能源，這就是所謂的生物質(zhì)能。研究表明，在植物進(jìn)行光合作用的過程當(dāng)中，太陽能的轉(zhuǎn)化效率較低。但通過收集、篩選和培育高效優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物品種，為植物生長創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，可以使植物固定太陽能的效率大幅度提高。經(jīng)測算，如在無人管理的自然條件下，植物光合作用的平均效率僅為0.1％～2％左右，在人工精心管理下的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)則有可能達(dá)到６％～８％，而在理論上，光合作用下太陽光能轉(zhuǎn)化率為18.7％到28％。顯然在技術(shù)上可挖掘的潛力非常大。因此，欲使生物質(zhì)能替代化石燃料，成為新的能源資源，必須培育能源農(nóng)業(yè)。在這一過程之中，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)和希望，煥發(fā)出勃勃生機(jī)。
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1.能源農(nóng)業(yè)的任務(wù)
所謂能源農(nóng)業(yè)，就是以生產(chǎn)生物質(zhì)能源為目的的農(nóng)業(yè)。生物質(zhì)能源燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染比礦物能源少，比核能安全，比風(fēng)能、地?zé)崾褂脧V泛，被譽(yù)為“綠色能源”。開發(fā)生物質(zhì)能源，可有效地延長地球上石油資源的使用時(shí)間。在未來世界里，沼氣可能是天然氣的替代物，酒精可能是汽油的替代物。
我國政府非常重視生物質(zhì)能源的發(fā)展，制定了明確的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計(jì)未來幾年，乙醇的生產(chǎn)能力將達(dá)到年產(chǎn)1000萬噸。由于生物質(zhì)能源需要大量的農(nóng)作物做原料，因此生物能源的前端是能源農(nóng)業(yè)。生物能源的大發(fā)展，必將改變中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。因此，能源農(nóng)業(yè)的任務(wù)是以生物質(zhì)能源為主要開發(fā)對(duì)象，以生化轉(zhuǎn)化、物化轉(zhuǎn)換等方式利用生物能源，從而達(dá)到從“黑色能源”向“綠色能源”轉(zhuǎn)變的目的。
2.能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向
2.1大力發(fā)展能源作物
能源作物是指以提供燃料油為目的的栽培植物，可通過生化轉(zhuǎn)化等方法制造酒精和生物柴油。如以生產(chǎn)酒精為目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生產(chǎn)生物柴油為目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。據(jù)測算，每噸以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1噸燃料油，同時(shí)還能提高燃料的燃燒和動(dòng)力性能。但是考慮到我國地少人多，糧食生產(chǎn)還沒有那么富裕，用玉米作為原料大量生產(chǎn)燃料乙醇在我國不現(xiàn)實(shí)。因此，培育具有高光合作用轉(zhuǎn)化率、綜合利用價(jià)值大的高產(chǎn)能源作物，是我國發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的最佳途徑。
2.1.1糧食類能源作物甜高粱
作為能源作物，甜高粱具有令人矚目的優(yōu)勢。其特點(diǎn)之一，甜高粱具有很高的光合效率，可產(chǎn)生五米高的莖葉，是目前世界上生物學(xué)產(chǎn)量最高的作物。甜高粱莖稈中含糖豐富，是糧食生產(chǎn)酒精的最好替代物。甜高粱每公頃可生產(chǎn)約7000升乙醇，生物質(zhì)能的產(chǎn)量約為玉米、甜菜和小麥的2倍，比甘蔗還高1/4，具有“高能作物”之稱。特點(diǎn)之二，甜高粱的綜合利用價(jià)值大：籽粒既可食用，又可作飼料和工業(yè)原料。生產(chǎn)乙醇后的莖稈余渣有香味，易消化，營養(yǎng)好，可用于發(fā)展畜牧業(yè)；由于甜高粱莖稈是長纖維，生產(chǎn)乙醇的余渣造紙質(zhì)量比優(yōu)質(zhì)原料蘆葦還好，可以賣給造紙廠；另外，余渣還可以用于氣化發(fā)電和生產(chǎn)不用粘結(jié)劑的纖維板材。
特點(diǎn)之三，種植甜高粱的需水量僅為甘蔗的三分之一，而且對(duì)土壤條件具有廣泛的適應(yīng)性，特別是其顯著的抗干旱和抗鹽堿性，被譽(yù)為“作物中的駱駝”。特點(diǎn)之四：紅高粱的生長期較短，一年可收獲兩季甚至三季。如我國農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院在“九五”和“十五”期間選育和生產(chǎn)的甜高粱雜交系列品種，能適應(yīng)我國不同地域和不同環(huán)境條件，在荒灘地、干旱地和鹽堿地都能種，且一年三熟。種植甜高粱生產(chǎn)燃料乙醇，既不沖擊我國的糧食市場，也不占糧食耕地，還可大幅度增加農(nóng)民收入。因此，甜高粱作為一種極有發(fā)展前景的能源作物，是我國干旱和鹽堿土壤農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種主要作物。目前我國已經(jīng)在黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維族自治區(qū)、遼寧省和山東省等地，建立了甜高粱種植、甜高粱莖稈制取燃料乙醇加工基地，總生產(chǎn)能力超過萬噸。
2.1.2木本類能源作物——小桐子
我國木本油料植物種類豐富，分布集中，能利用荒山沙地等宜林地進(jìn)行造林、建立良種供應(yīng)基地的油料植物有10種左右。如小桐子樹（又稱麻風(fēng)樹）、黃連木、光皮樹、文冠果、油茶等，都可以用來制取生物柴油，其中以小桐子樹的含油量最高，提取最容易。
小桐子樹種子含油率高達(dá)40%～60%。其干果產(chǎn)量可達(dá)9噸/公頃，折合成產(chǎn)油量為1.5～3噸/公頃。小桐子油脂肪酸組成和菜籽油非常相似，是生物柴油的理想原料，被譽(yù)為“柴油樹”。所提煉出來的生物柴油，不僅爆發(fā)力強(qiáng)，而且燃燒時(shí)無黑煙、污染少，排放的二氧化碳和有害固體顆粒物明顯低于化石柴油。據(jù)悉，德國用“柴油樹”提取的柴油，已代替全國柴油用量的2%，且每年以1%的速度增長。我國云貴高原南部的干熱河谷地區(qū)是小桐子樹的世界原生地之一，當(dāng)然也是小桐子的最佳生長區(qū)和理想的人工開發(fā)地。目前在上述地區(qū)有多達(dá)100萬畝以上的土地荒蕪，如能進(jìn)行小桐子的規(guī)�；N植，不僅可以通過實(shí)現(xiàn)能源農(nóng)業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于干熱河谷森林景觀的恢復(fù)，促進(jìn)區(qū)域性水、土、氣的良性循環(huán)，遏制水土流失，降低自然災(zāi)害，具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。我國在“八五”期間完成了金沙江流域燃料油植物資源的調(diào)查及栽培技術(shù)研究，建立了30公頃的小桐子栽培示范區(qū)。目前四川大學(xué)生命科學(xué)院正建立利用小桐子為原料，年產(chǎn)2萬噸生物柴油的裝置。木本油料植物抗逆性強(qiáng)，管理粗放，不與糧食爭地，而且是栽種一次，收獲多年，采集時(shí)需要大量的勞動(dòng)力，合乎我國國情，具有巨大的開發(fā)潛力和廣闊的發(fā)展前景。
2.1.3油料作物——油菜
油菜主要有白菜型油菜、芥菜型油菜和甘藍(lán)型油菜三大類。其中甘藍(lán)型油菜種子含油量較高，一般在42％左右，高的達(dá)50％以上。由于其化學(xué)組成與柴油很相似，是提煉生物柴油的理想原料，被稱為能源油菜。油菜抗性強(qiáng)，耐寒、耐濕、耐肥，適應(yīng)范圍廣。我國黃淮流域、西北、東北等適宜種油菜區(qū)域的耕地面積在15億畝以上。長江流域和黃淮流域的油菜為冬油菜，僅利用耕地的冬閑季節(jié)生長，在品種改良后并不影響水稻包括雙季稻等主要糧食作物的生長，這樣適宜種油菜的冬閑田就有3億畝以上。據(jù)估計(jì)，在不與糧爭地的前提之下，我國有2670萬公頃耕地可用于發(fā)展能源油菜，按當(dāng)前平均菜籽產(chǎn)量1.6噸/公頃，含油率40%計(jì)，每年通過能源油菜種植可為生產(chǎn)1700萬噸生物柴油提供原料。特別值得一提的是，油菜種植時(shí)，每生產(chǎn)1噸菜籽將產(chǎn)生2噸秸稈。規(guī)模化種植時(shí)，如果能結(jié)合微生物油脂發(fā)酵技術(shù)，充分利用油菜秸稈資源，不僅可以使單位耕地面積得油率提高70%以上，而且具有顯著的環(huán)境效益。
目前高蓄能能源油菜——中油036號(hào)含油量達(dá)51.97％在武漢培育成功，為我國大力發(fā)展能源農(nóng)業(yè)，實(shí)施生產(chǎn)油菜生物柴油，建造永不枯竭的“綠色油田”計(jì)劃掃除了重要技術(shù)障礙。
2.2充分發(fā)展利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)
轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用在食物方面要求標(biāo)識(shí)，受到很大限制；而應(yīng)用在能源作物上，不受基因標(biāo)識(shí)的限制，具有很大的發(fā)展空間。因此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在培育能源作物，發(fā)展能源農(nóng)業(yè)方面將大有作為。針對(duì)我國人多地少的特點(diǎn)，只能在不與糧食爭地的前提之下發(fā)展能源農(nóng)業(yè)。因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育新品種，開發(fā)耐鹽、抗旱、高產(chǎn)、高蓄能的能源植物是能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。目前我國的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究已日趨成熟，具備了在能源農(nóng)業(yè)上大顯身手的能力。如薛紅衛(wèi)研究員課題組在油菜種子發(fā)育及其脂肪酸代謝的功能基因組學(xué)方面開展了大量研究工作，通過EST鑒定和分析以及cDNA芯片制備、雜交分析等，鑒定了和油菜種子發(fā)育以及脂肪酸代謝相關(guān)或參與其調(diào)控的基因，并開展了轉(zhuǎn)基因工作，構(gòu)建油菜突變?nèi)后w獲得了含油量及油份組成改變的突變株系，為生物柴油研究及進(jìn)一步的育種提供新的基因和種子資源。陳錦清率領(lǐng)的14人研究小組正在開展如何通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高油菜中的油脂含量的研究。在我國長江流域，油菜含油量基本在37%至43%之間徘徊，而陳錦清研究小組利用堵住光合產(chǎn)物向蛋白質(zhì)、淀粉等其他代謝途徑的分配，使更多的底物(即生物合成各種成分的原材料)用于油脂合成，提高油脂含量，以及防止裂角、延長油脂合成時(shí)間來提升油脂含量的研究思路，培育出的第二代轉(zhuǎn)基因油菜“超油2號(hào)”，含油量達(dá)到54.8%。
3.在我國發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的意義
大自然通過光合作用每年產(chǎn)生大量生物質(zhì)，但是目前世界上生物質(zhì)的利用率還不到7%。要真正取代化石能源還需要改進(jìn)技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，大力發(fā)展能源農(nóng)業(yè)。生物質(zhì)液化燃料對(duì)于歐洲許多國家來說，限于國土面積的狹小，發(fā)展的余地有限。而對(duì)于中國這樣幅員遼闊的大國來說，只要充分利用現(xiàn)有農(nóng)林業(yè)用地和宜耕土地后備資源，合理開發(fā)宜林荒山荒地和易改造的鹽堿化耕地，就有發(fā)展能源農(nóng)業(yè)的廣闊前景。
以能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè)為基礎(chǔ)的生物燃油產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，不僅可以解決我國化石能源匱乏這一制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸難題，還可以產(chǎn)生良好的生態(tài)效應(yīng)。如可以有效地綠化荒山荒地，減輕土壤侵蝕和水土流失，促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)。此外，與化石燃料相比，生物燃油的使用很少產(chǎn)生二氧化硫等大氣污染物。同時(shí)，由于生物質(zhì)對(duì)二氧化碳的吸收和排放在自然界形成碳循環(huán)，其能源利用導(dǎo)致的二氧化碳排放量遠(yuǎn)低于常規(guī)能源。大量使用生物燃油對(duì)我國未來的二氧化碳減排有著突出的意義。到2050年生物燃油開發(fā)量如果能達(dá)到1.05億噸，則可綠化約3000萬公頃荒山荒地，減排約3.1億噸二氧化碳。同時(shí)，大力發(fā)展能源農(nóng)業(yè)還可以為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟一條新的發(fā)展思路，成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民增收的新亮點(diǎn)。如能夠抓住這個(gè)契機(jī)，提出能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，并把它發(fā)展成為一個(gè)大產(chǎn)業(yè)，就有可能使我國從一個(gè)農(nóng)業(yè)大國轉(zhuǎn)化為能源大國。這一美好前景就在我們面前。 - ■ 與【能源農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景】相關(guān)新聞
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