意大利纖維作物開發(fā)利用現(xiàn)狀及對我國的啟示

劉志遠(yuǎn)，鄧 欣，廖麗萍，馬 蘭

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長沙 410205)

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意大利纖維作物開發(fā)利用現(xiàn)狀及對我國的啟示

劉志遠(yuǎn)，鄧 欣，廖麗萍，馬 蘭

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長沙 410205)

介紹了意大利麻類等纖維作物生產(chǎn)情況，闡述了近年來意大利在麻類等纖維作物開發(fā)利用方面取得的重要進(jìn)展，并借鑒意大利的纖維作物生產(chǎn)和發(fā)展經(jīng)驗，對我國麻類作物生產(chǎn)提出了一些建議：重視纖維作物生物質(zhì)能源技術(shù)的研究和開發(fā)；加強(qiáng)與意大利等歐盟農(nóng)業(yè)科技發(fā)達(dá)國家的合作。

意大利；纖維作物；生產(chǎn)；開發(fā)利用

意大利是世界上從事麻類科研及生產(chǎn)的重要國家，擁有(意大利)國家研究委員會(CNR)、博洛尼亞大學(xué)等多家從事麻類等天然纖維作物研究機(jī)構(gòu)。意大利的麻類等天然纖維作物的栽培、收獲機(jī)械、生物技術(shù)以及綜合利用研究在國際上具有重要地位。我國是世界上麻類資源最為豐富的國家之一，也是世界上主要的產(chǎn)麻國[1]。麻類作物作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，曾是我國繼糧食、棉花、油料作物和蔬菜之后的第五大作物群[2]。但近年來，我國麻類生產(chǎn)受國內(nèi)外各種因素影響而墜入低谷[3]。因此，了解和學(xué)習(xí)意大利麻類科研及生產(chǎn)現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)其先進(jìn)的種植、種質(zhì)創(chuàng)新以及綜合利用技術(shù)對發(fā)展我國麻類產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

1　意大利農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

意大利農(nóng)業(yè)產(chǎn)值約占該國國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.5%[4]。意大利首都羅馬擁有眾多的國際農(nóng)業(yè)研究組織和科研機(jī)構(gòu)，包括聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)、聯(lián)合國世界糧食計劃署(WFP)、國際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會(IFAD)等國際組織的總部以及國際植物遺傳資源研究所(IPGRI)等，這也彰顯了意大利農(nóng)業(yè)在國際上的重要性以及高度發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)科研水平。

意大利農(nóng)業(yè)以種植農(nóng)業(yè)為主，種植業(yè)的產(chǎn)值占農(nóng)牧業(yè)總產(chǎn)值的60%。全國大大小小的農(nóng)場超過200萬個，但平均規(guī)模偏小，不足10 hm2。谷物、水果、蔬菜和花卉等是種植業(yè)的主要組成結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)作物以以葡萄和橄欖為特色，葡萄酒和橄欖油產(chǎn)量分別排世界第l位和第2位，大麻、紅麻等纖維作物則是經(jīng)濟(jì)作物的重要補(bǔ)充部分。

2　意大利纖維作物生產(chǎn)情況

纖維作物在意大利農(nóng)業(yè)中所占比重不大，但卻是極具特色的產(chǎn)業(yè)。1961～2013年意大利纖維作物生產(chǎn)情況見圖1。由圖1可知，20世紀(jì)60年代為意大利纖維作物生產(chǎn)最好的時期，種植面積和產(chǎn)量達(dá)到歷史最高水平，面積達(dá)到43 370 hm2，產(chǎn)量達(dá)到19 820 t。20世紀(jì)70年代起，受勞動力成本及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型影響，意大利纖維作物生產(chǎn)逐漸跌落。進(jìn)入到21世紀(jì)以來，纖維作物生產(chǎn)又逐漸有所恢復(fù)并快速發(fā)展，年產(chǎn)量近5 000 t。

注：數(shù)據(jù)來源于FAO。Note：Data are from FAO.圖1　1961～2013年意大利纖維作物生產(chǎn)情況Fig.1　The production of fiber crops in Italy during 1961-2013

意大利種植的纖維作物主要是工業(yè)大麻，20世紀(jì)90年代以來，又逐漸開始種植紅麻，并在品種選育、栽培技術(shù)以及收獲機(jī)械等方面開展了一些研究。

纖維作物具有生物量大、碳儲存能量強(qiáng)的特點，可以作為碳匯植物和能源植物，在當(dāng)前面臨嚴(yán)重的環(huán)保壓力和能源危機(jī)的條件下具有重要的研究和開發(fā)利用價值。近年來，意大利一些研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)了對其他纖維作物的研究，并篩選出了一些優(yōu)良品種。

2.1蘆竹(Arundo donax)蘆竹生物質(zhì)產(chǎn)量巨大，干物質(zhì)產(chǎn)量可達(dá)30～40 t/hm2，且其生產(chǎn)力可保持10～15年，而且生長適應(yīng)性較強(qiáng)，能適應(yīng)邊際土壤等條件惡劣環(huán)境，可作為玉米的有效替代物。意大利比薩圣安娜高級學(xué)校的的研究人員經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，蘆竹可用來生產(chǎn)沼氣，對環(huán)境的影響很小，因此可被用于生產(chǎn)發(fā)動機(jī)生物燃料。意大利國家委員會經(jīng)濟(jì)作物研究中心(CREA)、博洛尼亞大學(xué)(UNIBO)等研究機(jī)構(gòu)都保存了相當(dāng)多的蘆竹種質(zhì)資源，并開展了適宜生物質(zhì)能源用途的品種選育工作。

2.2柳枝稷(Panicum virgatum)柳枝稷是近年來被重點研究的能源工程植物。柳枝稷為C4植物，生物量大，能量利用效率高，同時其適應(yīng)性強(qiáng)，可在貧瘠、鹽堿、干旱等邊際土壤生活。柳枝稷作為多年生植物，生長期很長，一次種植，可以連續(xù)收獲10年。此外，柳枝稷木質(zhì)素含量僅為6%～9%，遠(yuǎn)低于玉米秸稈和甘蔗，因此其蘊(yùn)藏的能量容易被加工處理和利用，同時其纖維素含量豐富。目前，柳枝稷全基因組測序完成，已經(jīng)成為生物能源開發(fā)的模板植物。

2.3芒草(Miscanthus)芒草是一類多年生高大草本植物，生物質(zhì)產(chǎn)量高，壽命一般為18～20 年，且適應(yīng)力強(qiáng)，收割處理容易。芒草礦物質(zhì)含量低，燃燒充分，CO2凈效應(yīng)為0，無有害氣體釋放，有利于緩解溫室效應(yīng)，這些優(yōu)勢使得芒草已成研究人員開發(fā)替代能源的較理想植物。芒草屬纖維素類能源作物，自20世紀(jì)80年代開始，意大利研究人員就把芒草作為能源植物進(jìn)行利用和研究。通過壓縮成型、直接燃燒( 或與煤混燃)、生產(chǎn)纖維乙醇、沼氣發(fā)酵等多種途徑加以利用。

2.4甜高粱(Sorghum bicolor var.dulciusculum)甜高粱為C4植物，光合效率很高，生物量高，被譽(yù)為“生物能源系統(tǒng)中的最有力競爭者”。甜高粱莖稈中含有豐富的糖分，可以加工發(fā)酵生成乙醇，混入汽油中成為汽車燃料。1 hm2甜高粱可折產(chǎn)酒精5 265 L。目前，意大利正在積極開展甜高粱的引種栽培及加工工藝的研究，以解決食糖和能源問題。

3　意大利纖維作物開發(fā)利用情況

近年來，意大利纖維作物研究開始轉(zhuǎn)向多用途研究，在可降解麻地膜生產(chǎn)技術(shù)、纖維燃料乙醇技術(shù)以及多用途利用等方面取得了重要進(jìn)展。

3.1液態(tài)可降解麻地膜生產(chǎn)技術(shù)意大利國家研究委員會高分子化學(xué)與技術(shù)研究所在可降解地膜的基礎(chǔ)上研制出了液態(tài)噴灑式可降解地膜。以植物纖維和可溶性多糖為基本原料，輔以添加黏合劑，再根據(jù)不同需要加入染料或其他物質(zhì)，制成了可降解液態(tài)纖維地膜。該地膜全部采用純天然物質(zhì)為原料，在土壤中可被完全降解，對環(huán)境沒有任何污染。該液態(tài)地膜初始產(chǎn)品為粉末狀，易于保存與運(yùn)輸，將該液態(tài)地膜粉末用水稀釋后，可直接噴灑于土塊上用水稀釋后，就可形成模塊。該方法制備的液態(tài)地膜已形成了國際專利技術(shù)。另外，而且該液態(tài)纖維地膜的價格相比其他類型的地膜(塑料、紙等)的生產(chǎn)成本都要低，并且減少了鋪膜、回收處理費用(相比塑料地膜)。

該液態(tài)地膜的生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：①主要生產(chǎn)原料為植物纖維和可溶性多糖，尤其是采用來取代熱塑料增強(qiáng)液態(tài)地膜的植物纖維和可溶性多糖。用于該液態(tài)纖維地膜的植物來源非常廣泛，如麻類、棉花、竹甚至是來自制漿的紙或板；可溶性多糖則主要為淀粉等。這些原料都是純天然物質(zhì)，在土壤中可被完全降解對環(huán)境沒有任何污染。②可以取代塑料地膜直接噴灑于稍微平整的土壤表面，然后只需幾十分鐘即可進(jìn)行播種或移栽，能播種或移栽，廣泛適用于田間、溫室等不同環(huán)境條件。③可進(jìn)行機(jī)械化操作，簡單易行。采用噴灑農(nóng)藥或除草劑的噴霧器即可進(jìn)行小規(guī)模操作，亦可采用機(jī)械化大規(guī)模施，相比之塑料地膜的覆蓋更簡單、省時省工。④在作物的整個栽培期間內(nèi)，該液態(tài)纖維地膜不會出現(xiàn)碎片紛飛的現(xiàn)象，并可通過翻耕措施埋入土壤內(nèi)自然降解，完全環(huán)保無污染。

3.2纖維素燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)在石油資源日益減少的今天，纖維素燃料乙醇成為石油替代能源的重要選擇。作為植物的主要組成部分，纖維素成分是世界上最豐富的可再生資源之一，將其作為原料生產(chǎn)燃料乙醇的產(chǎn)出比可達(dá)20%。第二代生物燃料乙醇——纖維素燃料乙醇以農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，以及蘆竹等邊際土地作物為生產(chǎn)原料，改變了此前以玉米、甘蔗等糧食作物為原料的局面。意大利都靈理工大學(xué)等多家研究機(jī)構(gòu)長達(dá)5年的探索，成功破解了纖維素提取的工藝難題，纖維素燃料乙醇工廠由理論變?yōu)楝F(xiàn)實。從原料中提取出纖維素后，加入生物酶進(jìn)行水解發(fā)酵，不僅避免了對糧食的消耗，還有效利用大量農(nóng)業(yè)廢棄物，且纖維素燃料乙醇的二氧化碳總排放量比石油產(chǎn)品減少了80%以上。2013年意大利首座纖維素燃料乙醇工廠在克雷申蒂諾正式投產(chǎn)。該工廠由意大利M&G集團(tuán)推動，并聯(lián)合美國得克薩斯州太平洋投資集團(tuán)以及丹麥生物酶生產(chǎn)企業(yè)諾維信公司共同投資興建，前期研發(fā)及建設(shè)投入總計約1.5億歐元，預(yù)計年產(chǎn)量將達(dá)7 500萬L。

4　意大利纖維作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗及對我國的啟示

4.1發(fā)展經(jīng)驗意大利發(fā)展纖維作物除了用于傳統(tǒng)上的紡織用途外，近年來逐漸轉(zhuǎn)向作為生物質(zhì)能源作物。政府非常重視生物質(zhì)能源技術(shù)研發(fā)，不斷擴(kuò)大生物質(zhì)能源技術(shù)的應(yīng)用范圍，而生物質(zhì)能源技術(shù)的廣泛應(yīng)用也帶動了纖維作物的發(fā)展。同時，政府為推動生物制能源技術(shù)的研究、開發(fā)和利用，制定了一整套科學(xué)合理的政策和研發(fā)體系[5]。

4.1.1制訂具體而嚴(yán)格的發(fā)展目標(biāo)。意大利作為歐盟成員國，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源消費水平比較高，但能源利用技術(shù)先進(jìn)。根據(jù)《歐盟戰(zhàn)略和行動白皮書》《促進(jìn)可再生能源電力生產(chǎn)指導(dǎo)政策》《歐盟交通部門替代汽車燃料使用指導(dǎo)政策》等系列政策要求，意大利政府規(guī)定生物柴油和乙醇等可再生能源要在汽車燃料消費中的比例要求達(dá)到：2005年為2%；2010年為5.57%；2015年為8%。這些政策有效推動了生物質(zhì)能源技術(shù)以及作為能源植物的纖維作物的發(fā)展。

4.1.2采取積極有效的鼓勵政策。生物質(zhì)能源技術(shù)研究與開發(fā)的成本比較高，需要政府提供強(qiáng)有力的政策支持。為了促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，意大利根據(jù)自身的實際情況采取了積極和務(wù)實的政策和措施，包括高價收購、投資補(bǔ)貼、減免稅費和配額制度等。在高價收購方面，意大利規(guī)定生物質(zhì)電廠的上網(wǎng)電價為17.25歐分/kW·h；在投資補(bǔ)貼方面，意大利從1991年開始，對生物質(zhì)利用項目提供了30%～40%投資補(bǔ)貼；在減免稅費方面，意大利對可再生能源的利用免征各類能源稅，其中最重要的政策措施就是免征燃料稅，而對其他能源消費征收較高的稅費；在配額制度方面，意大利已經(jīng)推行了可再生能源配額制，且配額比例要求逐年增加，早在2000年就規(guī)定了發(fā)電企業(yè)或電力進(jìn)口企業(yè)，必須至少有2%的電力來自可再生能源發(fā)電，到2007年達(dá)到3.1%。

4.1.3高度重視生物質(zhì)能技術(shù)研發(fā)。意大利非常重視生物質(zhì)能源技術(shù)研發(fā)，設(shè)有國家研究委員會(CNR)、國家新技術(shù)能源與環(huán)境委員 會(ENEA)、意大利農(nóng)業(yè)研究理事會(CRA)等研究機(jī)構(gòu)從事相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作。意大利對生物能源產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的研究也非常重視，建立起了從固體顆粒燃料到生物柴油和燃料乙醇的完善和嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；同時也對使用生物質(zhì)能源產(chǎn)品的燃燒器(鍋爐)、汽車等進(jìn)行研究、改造和示范，建立起較完善的生物質(zhì)能源產(chǎn)品市場服務(wù)體系，有力地促進(jìn)了生物質(zhì)能源的推廣使用。

4.2對我國纖維作物發(fā)展的建議

4.2.1重視纖維作物生物質(zhì)能源技術(shù)的研究和開發(fā)。當(dāng)前我國麻類等纖維作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨困境，發(fā)展多用途利用技術(shù)是當(dāng)前振興麻類產(chǎn)業(yè)的有效途徑。麻類等纖維作物生物量巨大，非常適合作為生物質(zhì)能源的材料，因此發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前直接解決我國麻類等纖維作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展難題的最有效方法。意大利等發(fā)達(dá)國家把生物質(zhì)能作為重要的能源，并把利用生物質(zhì)能作為可再生能源的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，取得了重大研究進(jìn)展。我國可借鑒意大利等歐盟國家在發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)方面一些好的做法和措施，重視纖維作物生物質(zhì)能源技術(shù)的研究和開發(fā)。

4.2.2加強(qiáng)與意大利等歐盟農(nóng)業(yè)科技發(fā)達(dá)國家的合作。歐洲是全球工業(yè)大麻、纖維作物利用開發(fā)做得最好的地方，歐盟第七框架計劃是歐盟投資最多且由官方組織的、可以有外國參與的重大科技合作計劃，加入該計劃有利于我國深入了解歐洲各國在麻類作物研究開發(fā)方面的好的經(jīng)驗、做法，引進(jìn)我國需要的技術(shù)、設(shè)備，培養(yǎng)研究開發(fā)類人才；通過與全球纖維作物方面的科研及企業(yè)進(jìn)行深入交流，尋找合作機(jī)會，實現(xiàn)共贏。經(jīng)過前期和歐盟麻類研究相關(guān)機(jī)構(gòu)的溝通，F(xiàn)P7麻類研究項目正式將中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所定為中方協(xié)調(diào)單位，并列入項目合作伙伴，推動雙方麻類等纖維作物的發(fā)展。

[1]熊和平.麻類作物育種學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2008：333-334.

[2]彭定祥.我國麻類作物生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國麻業(yè)科學(xué)，2009，31(S1)：72-79.

[3]劉志遠(yuǎn)，唐守偉，孫進(jìn)昌，等.我國麻類作物的生產(chǎn)現(xiàn)狀、問題及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)科技管理，2014，33(3)：86-89.

[4]張曼婕.意大利農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及其主要措施分析[J].世界農(nóng)業(yè)，2014(7)：162-165.

[5]史立山． 瑞典、丹麥、德國和意大利生物質(zhì)能開發(fā)利用考察報告[J]．陽光能源，2005(5)：64-66.

Present Situation of Fiber Crops Exploitation and Utilization in Italy and the Enlightenment to China

LIU Zhi-yuan,DENG Xin,LIAO Li-ping et al

(Institute of Bast Fiber Crops,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Changsha,Hunan 410205)

The fiber crops production situation of Italy was introduced,as well as the important progress of development and utilization of fiber crops in Italy in recent years was expounds.Besides,some suggestions were put forward to fiber crops production in China according to the experience of production and development in Italy: pay attention to the research and development of biomass energy technology of fiber crops;strengthen cooperation with Italy and other EU agricultural science and technology developed countries.

Italy;Fiber crops;Production;Development and utilization

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程(ASTIP-IBFC08)；國家外國專家局出國培訓(xùn)項目(P153020020)。

劉志遠(yuǎn)(1983-)，男，湖南邵陽人，助理研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)科技管理研究。

2016-07-11

S-9

A

0517-6611(2016)25-211-03