控制化石能源消耗，減少溫室氣體排放、尋找可再生清潔能源已是全世界共識。對生物質(zhì)能的研究，吸引大批科研人員目光。然而，第一代能源作物玉米、水稻、甘蔗、大豆等在給人類(lèi)贏(yíng)得替代能源希望的同時(shí)，也隨之帶來(lái)凈能量產(chǎn)出少、與糧食作物爭搶耕地等一系列負面效應。于是，尋找第二代能源作物成為生物質(zhì)能領(lǐng)域重要課題，一種叫芒草的能源作物聚集了人們的目光……
第二代生物能源研發(fā)的“中國優(yōu)勢”
我國是芒草自然資源最為豐富的國家。近期，由中科院植物所、中科院武漢植物園、上海生命科學(xué)研究院等單位合作展開(kāi)的新一代能源作物研究取得關(guān)鍵性突破。經(jīng)過(guò)三年來(lái)的種植試驗發(fā)現，原產(chǎn)我國的芒草具備豐富的遺傳多樣性，人工馴化后將對我國土地資源利用、能源格局產(chǎn)生革命性影響。然而，由于我國第二代能源作物研究處于起步階段，在科研立項和轉化研究方面存在體制機制矛盾，有關(guān)研究人員建議，國家應對第二代能源作物研究進(jìn)行重點(diǎn)立項，加強產(chǎn)學(xué)研結合。
試驗讓科研人員驚喜
在全世界14個(gè)野生芒草種類(lèi)中，中國擁有七個(gè)種，分布幾乎貫穿了我國整個(gè)氣候帶，而且擁有生物質(zhì)產(chǎn)量最高的四個(gè)種類(lèi)，是芒草自然資源最為豐富的國家。
2008年，中科院植物所、上海生命科學(xué)研究院、中科院武漢植物園組成芒草研究小組，項目得到中科院知識創(chuàng )新工程重要方向項目的資助。當年秋天，啟動(dòng)了全國范圍野生芒草收集工作。2009年，中科院武漢植物園研究員李建強等人把收集到的約100個(gè)芒草自然居群，分別種在了內蒙古錫林郭勒國家草原生態(tài)站、黃土高原上的甘肅省慶陽(yáng)，另外一部分種在武漢作為對照。
“我們選了三個(gè)生物量最大而花期又大致相同的野生種，種植后的第二年開(kāi)始就不澆水、不施肥，完全靠天吃飯�！崩罱◤娬f(shuō)，不知道芒草的生物性能和遺傳特性在國內這幾個(gè)地方有何表現，內心期待。
經(jīng)過(guò)2009年、2010年兩個(gè)生長(cháng)季，李建強他們驚喜地發(fā)現，一部分芒草可以在寒冷的錫林郭勒生長(cháng)，另外一些在較為干旱的慶陽(yáng)則長(cháng)勢喜人，而且在甘肅慶陽(yáng)的芒草生物質(zhì)含量高過(guò)芒草的原生地武漢江夏地區。
李建強說(shuō)，這說(shuō)明芒草種類(lèi)具有豐富的遺傳變異和很強的適應性，可供培育耐冷、耐旱和耐貧瘠的高產(chǎn)能源作物。
這一結果讓科研人員非常興奮。經(jīng)過(guò)多次分析總結，今年5月份，研究小組將研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《全球變化生物學(xué)生物質(zhì)能源》(Global Change Biology Bioenergy)雜志上。同時(shí)，該雜志以“適者為芒”(Miscanthus Adapts)為題，對此成果進(jìn)行了新聞發(fā)布，迅速受到國際上廣泛關(guān)注，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )新聞網(wǎng)站(AAAS EureAlert)、歐洲科學(xué)新聞(Alpha Galileo)、每日科學(xué)(Science Daily)、細胞出版社新聞(Cell Press News Aggregator)、科學(xué)新聞在線(xiàn)(Science Newsline)等都進(jìn)行了轉載報道。
可“點(diǎn)綠”我國干旱半干旱地區
研究小組對我國黃土高原地區進(jìn)行了考察，根據芒草在我國的產(chǎn)量，保守地進(jìn)行了一個(gè)效益測算。
除開(kāi)耕地以及不宜種植土地，黃土高原有43萬(wàn)平方公里可以用于種植芒草，根據甘肅慶陽(yáng)試驗基地的產(chǎn)量，保守估計以每公頃年產(chǎn)芒草干重11噸計算，總產(chǎn)量為五億噸。這些產(chǎn)量如果全部轉化成乙醇，大致相當于我國2010年消耗的汽油總量。
再進(jìn)一步推算，如果在集中分布于中國北方和西北的貧瘠、退化土地上種植一億公頃(100萬(wàn)平方公里)芒草，以平均每公頃干重10噸計算，總產(chǎn)量為10億噸，可發(fā)電1458萬(wàn)億千瓦時(shí)，減排二氧化碳16億噸，相當于中國2007年總用電量的45%和二氧化碳總排放量的28%；用其中的一半作為原料轉化出的乙醇，大致相當于我國2010年消耗的汽油。
中科院武漢植物園系統與進(jìn)化植物學(xué)學(xué)科首席研究員李建強總結認為，對芒草作為第二代能源作物研發(fā)可以實(shí)現三大功能：
一是糧食安全。芒草可取代糧食、經(jīng)濟作物成為新一代能源作物，緩解糧食危機。
二是能源獨立。我國有大面積的干旱、半干旱無(wú)法耕種的邊際性土地，如果這部分土地能夠作為生物能源的生產(chǎn)地，將改變能源依賴(lài)進(jìn)口的格局。
三是生態(tài)保護。芒草極強的環(huán)境適應性可以改善干旱、半干旱非耕地的植被狀況，同時(shí)保持水土和防止土地荒漠化。
“荒蕪的干旱、半干旱地區，如果種上芒草，想象一下都很激動(dòng)。綠了、亮了，老百姓還可以從中發(fā)家致富�！敝锌圃褐参镅芯克Y源植物研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗室主任桑濤對芒草也抱著(zhù)巨大的希望。
進(jìn)入人工馴化階段
要使上述一切變?yōu)楝F實(shí)，對芒草的研究還有不短的路要走。桑濤說(shuō)，目前的研究結果已經(jīng)證明，芒草是我國最優(yōu)的第二代能源作物選擇，接下來(lái)要突破的是進(jìn)行人工馴化。
所謂人工馴化就是將野生的作物種子通過(guò)人工選育、雜交等方式轉變?yōu)榭梢匀藶橛N、種植的作物�！巴瓿擅⒉輳囊吧参锏阶魑锏霓D變就是人工馴化的目標”，桑濤說(shuō)。
其實(shí)，人們對人工馴化并不陌生。桑濤告訴記者，我們吃的大米、小麥都是經(jīng)過(guò)人工馴化得來(lái)的，始于大約一萬(wàn)年前的糧食作物馴化奠定了人類(lèi)文明的基礎。比如水稻就是野生稻經(jīng)過(guò)人類(lèi)逐漸移栽、選育、培育的漫長(cháng)過(guò)程形成的。
據了解，根據研究小組的安排，接下來(lái)要完善芒草基因組學(xué)平臺的建設。明年開(kāi)始篩選出在干旱、貧瘠、退化土地和鹽堿地上的高產(chǎn)芒草株系，開(kāi)展雜交試驗。2013年到2014年，對芒草的抗逆性和產(chǎn)量性狀進(jìn)行數量遺傳學(xué)分析；通過(guò)模擬分析，評估芒草能源植物在我國的生產(chǎn)潛力以及大規模種植的環(huán)境生態(tài)效應。
作為植物馴化領(lǐng)域的專(zhuān)家，桑濤表示，根據現有的遺傳基因技術(shù)，芒草的基礎馴化只需要幾年時(shí)間。據他介紹，今年研究小組在山東東營(yíng)的鹽堿地和甘肅環(huán)縣更加干旱的地區進(jìn)行了試驗，選取30萬(wàn)個(gè)基因個(gè)體，從中挑出更加耐旱、耐寒、抗鹽堿的種質(zhì)資源，進(jìn)行人工雜交和育種，然后做基因遺傳學(xué)分析。
“這個(gè)過(guò)程不會(huì )很長(cháng)，而且這件事情全世界目前都沒(méi)有做過(guò)，因為歐美國家不是芒草原產(chǎn)地，沒(méi)有種質(zhì)資源。另外，歐美國家耕地眾多，不需要馴化在干旱、貧瘠土地上生長(cháng)的能源作物。但是他們最終也需要遺傳多樣性高的作物，這樣很可能要依賴(lài)我們的馴化育種�！鄙f(shuō)。
資金和政策支持還要更“給力”
當前，我國正大力發(fā)展生物能源，但是因生物資源問(wèn)題遭遇瓶頸，而對第二代能源作物研究起步較晚，在能源作物研究上也遇到一些體制上的制約�？蒲泄ぷ髡邆兘ㄗh國家提高對第二代能源作物研究的重視，增加投入，掃除科研機制上和產(chǎn)學(xué)研上存在的一些障礙，加快芒草從研到產(chǎn)的進(jìn)程。
中科院植物所、上海生命科學(xué)研究院、中科院武漢植物園組成的芒草研究小組認為，節能減排是我國經(jīng)濟發(fā)展方式轉型的內在壓力，而科學(xué)發(fā)展成為發(fā)展生物能源的內在動(dòng)力。近年來(lái)我國生物能源的發(fā)展成就斐然。到2010年底，全國生物質(zhì)直燃發(fā)電裝機已達200萬(wàn)千瓦，以糧食為原料的生物燃料乙醇產(chǎn)量達到了180萬(wàn)噸。
2007年，國家制定了《可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃》，提出的2020年生物質(zhì)發(fā)電目標是3000萬(wàn)千瓦，生物燃料乙醇的發(fā)展目標是1000萬(wàn)噸。不過(guò)業(yè)界認為，這個(gè)目標實(shí)現有著(zhù)客觀(guān)困難。主要就是，企業(yè)紛紛上馬生物發(fā)電項目，但是都遭遇了生物資源短缺的問(wèn)題。這是由生物質(zhì)資源的季節性、分散性與生物質(zhì)發(fā)電的連續性、集中性的矛盾引起的。
專(zhuān)家認為，將芒草發(fā)展為我國專(zhuān)業(yè)的能源作物可以解決這一難題，實(shí)現生物質(zhì)能規�；玫耐緩绞菍�(zhuān)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，作為最優(yōu)選擇，芒草可以擔此重任。
但是，當前芒草的研究也面臨一些困局。
首先，國家目前雖然十分重視生物能源研發(fā)，但我國的生物能源究竟有多大潛力和前景還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)科學(xué)評估。國內相關(guān)研究也比較薄弱和分散，科研資源尚未整合。
其次，由于我國能源作物的研究主要由植物研究機構承擔，能源植物科研項目多由我國能源方面專(zhuān)家評審，他們大多是石油、煤炭等化石能源方面研究出身的專(zhuān)家，由于對能源植物了解不多，在科研項目立項評審過(guò)程中，不利于能源作物的立項和資金爭取。
與美國對能源革命的高度重視相比，我國在能源產(chǎn)業(yè)特別是新能源產(chǎn)業(yè)方面的扶持和能源革命的推進(jìn)方面顯得相對滯后和力度不足。
桑濤告訴記者，實(shí)際上，對于第二代生物能源的研究，我國比美國等西方國家更加緊迫。我國每年有50%以上的石油依賴(lài)進(jìn)口，而美國石油儲備遠高于我國，并且有著(zhù)廣闊的閑置耕地和輪休耕地，第一代生物能源生產(chǎn)技術(shù)成熟，而且糧食安全壓力和耕地減少壓力沒(méi)有我國大。因此，我國更應該將第二代生物能源的研究提升至能源戰略的高度，迎頭追趕，方能占住先機。因為，我們有著(zhù)西方國家無(wú)法比擬的種質(zhì)資源優(yōu)勢。
桑濤呼吁，希望國家加大對第二代生物能源研究政策上和資金上的支持力度。
此外，目前芒草的研究處在人工馴化階段，要加快從研到產(chǎn)的進(jìn)程，還需要多學(xué)科合作、進(jìn)行整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的系統化研究。
研究小組認為，芒草不僅是能源作物，還是非常好的材料、涂料作物，建議國家有關(guān)部門(mén)整合科研資源，加強對芒草綜合開(kāi)發(fā)利用的重視和實(shí)際鼓勵。
另外，我國目前生物能源研究的主要力量集中在植物能源轉化方面，忽視了能源植物這一生物能源轉化的物質(zhì)基礎研究�，F階段，我國生物能源研究人員缺乏，人才隊伍建設與歐美相比之歐美差距還是很大。
針對以上問(wèn)題，專(zhuān)家建議，國家有關(guān)部門(mén)能夠加大對能源作物研究方面的投入，將生物能源提升到我國新時(shí)期可持續性發(fā)展的能源戰略高度，爭取早日實(shí)現芒草的人工馴化，為生物能源開(kāi)發(fā)提供優(yōu)質(zhì)、專(zhuān)業(yè)化、持續不斷的能源原料。
同時(shí)，對第二代能源作物從生物育種、種植推廣、能源轉化、生產(chǎn)機制和模式等進(jìn)行系統科學(xué)研究和試驗�！耙粭l龍的研發(fā)可加快芒草實(shí)現其在糧食、能源、生態(tài)三方面的綜合效益，最終使我國走在歐美前列，成為新一代能源作物的主產(chǎn)國和生物能源大國�！崩罱◤娬f(shuō)。
專(zhuān)家們還特別提出，目前我國擁有植物能源轉化技術(shù)，但是不夠優(yōu)化和高效，建議投資建立芒草生物能源轉化試驗廠(chǎng)，從而整體推進(jìn)我國生物能源研發(fā)和生產(chǎn)能力。
最后專(zhuān)家建議，國家應重點(diǎn)扶持我國生物能源相關(guān)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展，培養生物、環(huán)境、能源跨學(xué)科綜合人才。
鏈接：芒草——能源作物新秀強勢登場(chǎng)
