黃山市能源植物資源及利用

張慧沖，潘文婷，裘長海

（1.黃山學院生命與環(huán)境科學學院，安徽黃山245041；2.休寧縣山斗林業(yè)站，安徽休寧245421）

黃山市能源植物資源及利用

張慧沖1，潘文婷1，裘長海2

（1.黃山學院生命與環(huán)境科學學院，安徽黃山245041；2.休寧縣山斗林業(yè)站，安徽休寧245421）

調查表明，黃山市能源植物資源豐富，有175種，隸屬于158屬，64科，主要分為油脂植物和產(chǎn)乙醇植物二大類。在此基礎上分析了能源植物特點及利用的優(yōu)點，提出幾點開發(fā)利用的建議。

黃山市，能源植物，開發(fā)利用

石油是不可再生能源，故它的枯竭是不可避免的。隨著石油能源的不斷面臨枯竭，人們開始在世界范圍內(nèi)尋找替代能源。所以許多國家都在進行替代能源的研究，能源植物（energy plants）的研究便應運而生了?？勺鳛槟茉吹闹参锓N類很多，主要是某些農(nóng)作物及有機殘留物，林木、森林工業(yè)殘留物，藻類、水生植物也是有待開發(fā)的能源植物。使用植物作為能源，可以作為固體燃料，或借助科學方法轉換為炭、可燃氣或生物原油等。林業(yè)能源方面，培植生長快、光合作用效率高、繁殖力強的植物在國外已受到重視。森林能源的利用方法有兩種，一是通過干餾來提取煤氣、焦油和炭；二是直接進行燃燒，石油植物也是近年來開辟的一個新領域。美國諾貝爾獎獲得者卡爾教授，早在1984年首次開發(fā)出了人工石油植物，得到每公頃120-140桶原油的收成。美國現(xiàn)已種植石油植物達幾百萬畝之多，英國也開發(fā)了150萬畝，而瑞士更制訂計劃利用植物石油取代全國半數(shù)石油消耗量。[1~3]

能源植物通常指那些具有合成較高還原性烴的能力、可產(chǎn)生類似石油成分可替代石油使用或作為石油補充產(chǎn)品的植物，以及富含油脂、淀粉的植物。其主要包括富含碳氫化合物植物（即烴類成分的能源植物）和富含碳水化合物植物（即經(jīng)加工處理后得到燃料乙醇的能源植物）。能源植物的開發(fā)利用具有以下優(yōu)點：1.能源植物資源是綠色潔凈資源，不會污染環(huán)境；2.它屬于可再生資源，能有計劃地種植和開采；3.能源植物分布面積廣，成本低廉，易于普及推廣；4.植物能源使用安全。發(fā)展能源植物符合當前國際低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，有利于提高山區(qū)農(nóng)民的收入，對發(fā)展地方經(jīng)濟具有重要意義。[1~7]

因此，對綠色能源植物資源進行普查是一項很有必要的工作，本文主要調查了黃山市的能源植物資源現(xiàn)狀（不包括燃料發(fā)電植物），并進行了初步的分析研究，旨在為黃山市能源持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 黃山市自然概況

黃山市位于安徽省最南端，東南與浙江省接壤，西南與江西毗連，東北和西北分別為該省的宣州市和池州市。介于29°24′-30°31′N、117°12′-118°53′E之間，面積9807km2，占安徽省面積的7.54%。包括三區(qū)（屯溪區(qū)、徽州區(qū)、黃山區(qū)）四縣（歙縣、休寧縣、黟縣、祁門縣）及黃山風景區(qū)。境內(nèi)海拔最高為黃山的蓮花峰1873m，最低為歙縣街口90m，其群峰聳立,丘谷錯列，河溪迥環(huán)。由多條溪流匯集成的新安江自東向西經(jīng)休寧、屯溪、歙縣至千島湖入錢塘江,流域面積5000km2,西北部和北部的溪水則流入長江。丘陵山地土壤以紅黃壤為主，隨海拔升高，依次分布有山地黃壤和灌叢草甸土，沿河洲地分布著沖積性潮土、砂土。

黃山市屬中亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫15.4℃-16.8℃，年日照時數(shù)1731-1922h，無霜期為230d，年降雨量1295-1702mm，年蒸發(fā)量1400mm，相對濕度為78%。植被主要是中亞熱帶常綠闊葉林與落葉闊葉混交林，也有針闊混交林和山地灌叢草甸。全市植被覆蓋率高達75%，境內(nèi)有牯牛降國家級自然保護區(qū)，清涼峰、休寧嶺南和六股尖、黃山區(qū)十里山和九龍峰、黟縣五溪山、祁門查灣、徽州區(qū)天湖8個省級自然保護區(qū)，黃山、齊云山、徽州3個國家森林公園,如此復雜多樣的生態(tài)環(huán)境為生物的生存創(chuàng)造了條件，也為能源植物的多樣性創(chuàng)造了條件。[8]

2 調查方法

在黃山風景區(qū)生物多樣性調查（《黃山風景區(qū)生物多樣性本底調查》和多年黃山市野生動植物資源調查的基礎之上，主要調查黃山市能源植物資源的種類、可利用部分及其主要成分，并查閱相關文獻資料，統(tǒng)計表明，黃山市能源植物資源，有175種（包括種以下分類單位），隸屬于158屬，64科,見表1。

表1 黃山市能源植物種類及作用

科名屬名（種數(shù)）作用胡桃科山核桃屬Carya（1）種子油青錢柳屬Cyclocarya（1）樹皮可發(fā)酵胡桃屬Juglans（1）果實可榨油楓楊屬Pterocarya（1）果實可發(fā)酵樺木樹榿木屬Alnus（1）樹莖可發(fā)酵樺樹屬Betula（1）樹莖可發(fā)酵鵝耳櫪屬Carpinus（1）種子油榛屬Corylus（1）果實可榨油殼斗科栗屬Castanea（3）果實可發(fā)酵栲屬Castanopsis（3）果實可發(fā)酵石櫟屬Lithocarpus（2）果實可發(fā)酵麻櫟屬Q(mào)uercus（8）果實可發(fā)酵榆科糙葉樹屬Aphananthe（1）果實可榨油樸屬Celtis（1）種子油刺榆屬Hemiptelea（1）種子油青檀屬Pteroceltis（1）莖、皮可發(fā)酵山黃麻屬Trema（1）莖、皮可發(fā)酵櫸屬Zelkova（1）樹莖可發(fā)酵?？茦嫎鋵貰roussonetia（1）種子油葎草屬Humulus（1）種子油桑屬Morus（1）莖可發(fā)酵蕁麻科苧麻屬Boehmeria（1）種子油鐵青樹科青皮木屬Schoepfia（1）樹莖可發(fā)酵檀香科米面翁屬Buckleya（1）果實可發(fā)酵百蕊草屬Thesium（1）葉可發(fā)酵商陸科商陸屬Phytolacca（1）根可發(fā)酵粟米草科粟米草屬Mollugo（1）全草可發(fā)酵毛茛科烏頭屬Aconitum（1）根可發(fā)酵銀鏈花屬Anemone（1）全草發(fā)酵升麻屬Cimicifuga（1）莖可發(fā)酵木通科木通屬Akebia（2）種子可榨油、果實可發(fā)酵貓兒屎屬Becaisnea（1）果實可發(fā)酵、種子可榨油鷹爪楓屬Holboellia（2）果實可發(fā)酵、種子可榨油野木瓜屬Stauntonia（2）果實可發(fā)酵、種子可榨油防己科木防己屬Cocculus（1）根含淀粉可發(fā)酵大血藤科大血藤屬Sargentodoxa（1）根莖可發(fā)酵小蘗科南天竹屬Nandina（1）根枝可發(fā)酵木蘭科八角屬Illicium（1）果葉可發(fā)酵南五味子屬Kadsura（1）根、莖、葉、果可作工業(yè)原料木蘭屬Magnolia（1）花可提取芳香油含笑屬Michelia（1）花可提取芳香油五味子屬Schisandra（1）種子油樟科樟屬Cinnamomum（1）種子油山胡椒屬Lindera（1）種子油木姜子屬Litsea（1）提取檸檬醛潤楠屬Machilus（1）種子油新木姜子屬Neolitsea（1）果實可榨油檫木屬Sassafras（1）葉和根可提取黃樟油罌粟科紫堇屬Corydalis（1）種子油博落逥屬Macleaya（1）全草可發(fā)酵虎耳草科冠蓋藤屬Pileostegia（1）根藤可發(fā)酵薔薇科桃屬Amygdalus（1）果仁可榨油

續(xù)表

注：（）內(nèi)數(shù)字代表種數(shù)

3 調查結果的分析

黃山市能源植物資源的種類組成為：豆科（Leguminosae）13屬13種，禾本科(Popaceae)10屬10種，薔薇科（Rosaceae）7屬7種，榆科(Ulmaceae)、樟科(Lauraceae)、大戟科(Euphorbiaceae)各6屬6種，傘形科(Umbelliferae)、胡桃科(Juglandaceae)、桑科(Moraceae)、蕓香科(Rutaceae)各5屬5種，殼斗科（Fagaceae）4屬16種，木通科(Lardizabalaceae)4屬7種，松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)、漆樹科(Anacardiaceae)、菊科（Compositae）各4屬4種，杉科、葡萄科（Vitaceae）各3屬3種。含3屬及以上的科有18科98屬113種，分別占黃山市能源植物總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)的28.1%、62.0%、64.9%；其他46科都只有1或2屬。種的組成為：麻櫟屬（Quercus）8種，栲屬（Castanopsis）和栗屬（Castanea）各3種，紅豆杉屬（Taxus）、石櫟屬（Lithocarpus）、木通屬（Akebia）、野木瓜屬（Stauntonia）、鷹爪楓屬（Holboellia）各2種，其他150個屬都為1種，說明屬內(nèi)種數(shù)分散，富有多樣性。

黃山市175種能源植物資源中，有裸子植物5科13屬15種，占黃山市能源植物資源總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)分別為7.8﹪、8.2﹪和8.6﹪；被子植物59科145屬160種，占黃山市能源植物資源總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)分別為：92.2﹪、91.4﹪和91.4﹪，說明黃山市能源植物資源以被子植物為主。被子植物中草本植物只有29屬29種，說明黃山市能源植物資源以木本植物為主。

黃山市具有優(yōu)越自然條件,蘊孕著豐富的森林資源,已知高等植物就有222科827屬1800余種[9],其中種子植物134科655屬1483種,蕨類植物31科58屬131種,能源植物占黃山市現(xiàn)有種子植物科數(shù)、屬數(shù)和種數(shù)分別為47.8﹪、24.1﹪和11.8﹪，說明黃山市能源植物資源較為豐富。主要以種子和果實為產(chǎn)油部位提取油料的植物有81種，占總數(shù)的46.3﹪，如漆樹科和大戟科等，其中又以漆樹科黃連木（Pistacia chinensis）的種子含油率為最高，達40%，果實含油率為13.3%-37.8%，2.5t黃連木種子可生產(chǎn)1t燃油。大風子科（Flacourtiaceae）山桐子(Idesia polycarpa)的種子含油率在30%左右；大戟科烏桕(Sapium sebierum)最為有名。主要以果實、塊根、塊莖為發(fā)酵原料生產(chǎn)乙醇的植物有86種占總數(shù)的49.1﹪，如殼斗科（Fagaceae）的果實富含淀粉，可通過發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。種子可榨油、果實可發(fā)酵的植物有8種，占總數(shù)的4.6﹪，如木通科4屬7種。

黃山市能源植物資源中國家保護植物11屬12種，即金錢松（Pseudolarix kaempferi）、南方鐵杉（Tsuga chinensis）、華東黃杉（Pseudotsuga gaussenii）、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、紅豆杉（Taxus chinensis）、南方紅豆杉（Taxus chinensis）、榧樹（Torreya grandis）、青檀(Pteroceltis tatarinovii)、櫸（Zelkova schneideriana）、樟（Cinnamomum camphora）、黃山木蘭（Magnolia cylindrica）、紫莖（Stewartia sinensis），說明黃山市能源植物的保護種類比較豐富。

另外能源植物除了可作為能源，許多植物種類可作為觀賞植物，如金錢松、青錢柳（Cyclocarya paliurus）、紫莖、樟、南天竹等；有的種類可作為野生果品，如山核桃（Carya cathayenis sary）、華東野胡桃（Juglans cathayensis）、栗屬、木通屬、貓兒屎屬、鷹爪楓屬、野山楂（Crataegus cuneata）、掌葉覆盆子（Rubus chingii）、南酸棗（Choerospondias axillaris）；有的種類則為藥用植物，如掌葉覆盆子、紅豆杉屬、博落逥（Macleaya cordata）。

4 能源植物開發(fā)利用的優(yōu)點

能源植物是新一代的綠色潔凈能源，作為未來的新能源，與其他能源相比，具有許多優(yōu)點。[1~3]

4.1 不污染環(huán)境

能源植物是環(huán)保型生物反應器，產(chǎn)能過程不污染環(huán)境。利用光合作用固定太陽能作為能源的方法是環(huán)保、科學的，是可持續(xù)發(fā)展的。據(jù)研究，生物柴油不含硫化物，不產(chǎn)生酸雨。另外，它可以生物分解，避免對土壤、地下水的污染。

4.2 再生能力強

可持續(xù)生產(chǎn)能源植物對環(huán)境適應性強，生長迅速，而且是一種可再生的種植能源，而非一次能源。一年生的能源作物可連年種植收獲，多年生的木本植物可維持數(shù)十年的經(jīng)濟利用期。

4.3 分布廣、種類多

能源植物是綠色植物，原料來源廣泛，能保證生物能源原料來源充足，若能因地制宜地進行種植便能就地取木成油，同時得到經(jīng)濟價值較高的副產(chǎn)品，以供化工、醫(yī)藥等市場。

4.4 安全性高

植物能源使用起來要比核電等能源安全得多。貯存、運輸和使用過程都很安全，它不腐蝕溶器，也非危險品，不會發(fā)生爆炸、泄漏等安全事故，且熱值高，一般可達石化燃料油的80%。

5 可持續(xù)利用的建議

能源植物是生物多樣性的重要組成成分，為使黃山市能源植物資源得到永續(xù)利用，特提出以下建議。

5.1 制定科學發(fā)展規(guī)劃

開展能源植物能源規(guī)劃，不僅可以提供豐富的清潔能源，減少環(huán)境污染，還可以構建具有多種功能的森林生態(tài)系統(tǒng)，為改善生態(tài)環(huán)境做出積極貢獻。規(guī)劃中應注意保護自然植被，從生產(chǎn)、加工等協(xié)同一致的觀點出發(fā)，正確制定發(fā)展規(guī)模。黃連木、梧桐科（Sterculiaceae）梧桐（Firmiana simplex）、山桐子為壽命長、經(jīng)濟效益高的燃料油樹種，對氣候和土壤有較強的適應能力。黃山市能源植物資源較為豐富，但經(jīng)營粗放，產(chǎn)量較低，如能進一步加強管理，生長和結實量便可明顯增長。黃山市的各個自然保護區(qū)是保護現(xiàn)有能源植物一個重要的種質資源基地，絕大多數(shù)地區(qū)都適宜燃料油能源植物的生長，發(fā)展?jié)摿Υ?。發(fā)展燃料油能源植物可以在自然保護區(qū)的周邊地區(qū)進行大量的人工栽培，使其成為能源植物的重要基地，為山區(qū)農(nóng)民脫貧致富奔小康提供條件，所以在山區(qū)造林和荒山綠化中應考慮為主要規(guī)劃能源樹種。

5.2 清查木本燃料油林木資源現(xiàn)狀

黃山市能源植物眾多，以木本能源植物為主，雖然黃山市生物資源進行過大量的調查研究，但沒有進行過系統(tǒng)全面的能源植物資源調查，因此需要對全市能源植物資源進行全面普查，查清燃料油能源植物資源家底，查清能源植物資源的種類、貯量和分布規(guī)律；進行不同能源樹種不同器官的含油種類、含油量、化學形態(tài)、品質、可利用性和生物制油成本的測定、分析,比較不同能源樹種的能源品質和能源成分差異,從中篩選出優(yōu)質的生物能源樹種;同時進行油脂植物活性成分、結構、作用機理和功能性評價研究,對其油料性能、生產(chǎn)工藝、技術、設備進行系統(tǒng)配套,以推動生物燃料油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為合理開發(fā)利用與保護能源植物資源，發(fā)展生物工業(yè)和多種經(jīng)濟提供科學依據(jù)。

5.3 開展引種馴化，選育木本能源林木良種

積極開展能源植物矮化、早實性品種選育研究，逐步實現(xiàn)良種化，提高燃料油能源植物產(chǎn)量和質量。有計劃地建立良種繁育基地，運用引種、馴化、組培等常規(guī)和生物技術手段，迅速增加數(shù)量，提高質量。對可利用的外來能源植物資源，應加強引種馴化，并遵循引種氣候相似、北種南引容易成功、草本植物比木本植物容易引種成功的原則，多渠道引進并推廣前景廣闊的能源植物。

5.4 加強現(xiàn)有林木管理，實現(xiàn)對資源的永續(xù)利用

應根據(jù)當?shù)亓⒌貤l件、樹種生物學特性、林分狀況進行管理，新造林面積中要提高能源林木比例。對野生資源有計劃的合理采收的同時，實施能源林營造和低產(chǎn)林改造，變野生燃料油能源植物為優(yōu)質人工栽培，通過提取、加工、精制等工業(yè)途徑，使植物資源按市場需要形成名優(yōu)新產(chǎn)品，變資源優(yōu)勢為商品優(yōu)勢，保持野生資源永續(xù)利用。

6 結語

能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基礎，更是國家戰(zhàn)略安全保障的基礎。能源植物的利用是建立一個以太陽能驅動的全面循環(huán)的生態(tài)社會的基礎。能源植物資源的開發(fā)和研究是一個系統(tǒng)工程，需要生物學家和工程學家緊密協(xié)作才能完成。

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責任編輯：胡德明

Abstract:The investigation indicates that energy plant resources are rich in Huangshan with 174 species belonging to 158 genera,64 families and they mainly fall into oil plants and ethanol producing plants.Inthispaper,thecharacteristicsandadvantagesofenergyplantsareanalyzedandseveral suggestions about their exploitation are given.

Key Words:Huangshan City;energy plant;exploitation

Energy Plants in Huangshan and Their Exploitation

Zhang Huichong1,Pan Wenting1,Qiu Changhai2
(1.School of Life&Environment Sciences,Huangshan University,Huangshan245041,China;2.Shandou Forestry Station of Xiuning,Xiuning245421,China)

S216.2

A

1672-447X（2012）03-0066-005

2010-09-26

安徽省自然科學基金（05023127）；黃山市科技項目（2009ZW-10）

張慧沖（1962-），安徽歙縣人，黃山學院生命與環(huán)境科學學院副教授，研究方向為植物資源。