工業(yè)大麻繁殖田莖稈高效利用

郭麗，李澤宇，王明澤，車野，張玲，王殿奎

（1.黑龍江省農業(yè)科學院大慶分院，黑龍江大慶163316；

2.東北林業(yè)大學，哈爾濱150040）

工業(yè)大麻傳統(tǒng)上稱漢麻，又稱火麻、線麻、寒麻、白麻等，是我國傳統(tǒng)的天然纖維作物。工業(yè)大麻具有種植簡便、適應性強、用途廣泛、產值高等特點，有著巨大的開發(fā)潛力和發(fā)展空間。特別是近幾年來受農業(yè)種植結構調整的影響，工業(yè)大麻作為一種高值特色的生物資源，越來越受到高度的重視，工業(yè)大麻產業(yè)發(fā)展迅速。

黑龍江省地域廣闊、土地資源豐富，所處地理位置、氣候生態(tài)條件適宜大麻作物生長，同時有著悠久的種植大麻歷史、豐富的利用大麻經驗以及大規(guī)模的初深加工條件，具備得天獨厚的工業(yè)大麻產業(yè)發(fā)展優(yōu)勢［1］。當前黑龍江省政府高度重視大麻產業(yè)的發(fā)展，計劃在未來3年內，工業(yè)大麻種植面積擴大到200萬公頃。纖維大麻的生產必須在種子還未形成的工藝成熟期收獲（即田間50%～75%雄株已過花期，花粉大量散落，雌株開始結實，莖上部葉片黃綠色，下部1/3葉片凋落時收獲），因此必須建立專門的良種繁育基地進行種子繁殖才能保證快速發(fā)展的大麻產業(yè)對生產用種的需求。按照15∶1的比例繁育大麻良種，預計年需要種植種子田13.33萬公頃，一般大麻種子田麻稈產量為每公頃3750 kg左右，13.33萬公頃將獲得籽麻莖稈50萬噸。籽麻田莖稈由于收獲晚，不能采用雨露漚制技術進行脫膠，以往都做薪柴利用，造成了資源的巨大浪費。因此合理有效的利用工業(yè)大麻種子田莖稈，對提高工業(yè)大麻綜合利用價值，增加種麻收入具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工業(yè)大麻種子田莖稈纖維的高效利用

工業(yè)大麻種子田收獲較晚，韌皮纖維成熟老化，可以通過微生物堆漚脫膠技術進行脫膠后加工短纖維。相關研究［2］表明從實驗室保存的菌種中篩選出一株大麻脫膠能力強的菌株Bacillus sp.2A，經測試得出其產果膠酶優(yōu)勢明顯，同時將生物酶脫膠工序作為化學煮練前的預處理環(huán)節(jié)，并通過測試比較脫膠后的莖稈麻殘膠率和木質素殘余率，最終得出大麻生物酶的最佳工藝條件及參數［3］（表1）。通過加工后的短纖維可被廣泛應用于紡織、造紙、軍需用品、新型建筑材料等方面。

表1 大麻生物酶的最佳工藝條件及參數Tab.1 Optimal technological conditions and parameters of hemp biological enzyme

1.1 種子田短纖維在紡織產業(yè)中的應用

大麻纖維具有良好的防霉、防臭、抗菌、防腐蝕、防紫外線、耐高溫等功效，是一種高檔的紡織原料，主要產品有服裝內衣、床上用品、裝飾用布、軍用制服、靜電防護服、高溫作業(yè)服等［4－7］。通常利用大麻種子繁殖田莖稈加工短纖維，可以制作混紡地毯、工業(yè)用布、有機麻繩、汽車內飾、麻纖維木質陶瓷等產品。經研究發(fā)現(xiàn)，大麻纖維是最適合用來制造汽車的材料，以大麻纖維作為增強體制成的復合材料質地輕、強度高、抗沖擊性強，并且成型時間短、廢料可回收利用，使用在汽車上可有效減輕汽車自重、降低制造成本、提高車輛抗撞擊能力［8］。加拿大卡爾加里Motive Industries公司利用大麻纖維開發(fā)出首輛生物材料為車身的新型環(huán)保電動車Kestrel，成為汽車領域創(chuàng)造性的革命。隨著工業(yè)大麻綜合開發(fā)利用的不斷發(fā)展，利用大麻短纖維作為骨架加工制成麻地膜，同時配合附著不同的肥料或天然抗蟲抑菌物質，可使麻地膜具備培肥土壤、防治病蟲害、易降解的特性［4］。最近幾年國內麻地膜在水稻機插育秧上的應用比較廣泛，水稻麻育秧膜充分起到了保水、保肥、保溫的作用，達到了育壯秧、不散秧、增產幅度大的效果。麻地膜的應用極大的促進了我國農作物產量的提高，同時保護生態(tài)環(huán)境，有利于農業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。另外利用大麻短纖維為原料制成的麻纖維無紡布，具有天然抗菌、生物可降解、隔音隔熱等特點，被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生用品、電氣絕緣材料、裝飾建筑材料等方面。2008年北京奧運會，運動員和國際奧林匹克委員會官員的休息室就是以大麻纖維為原料的非織造布作為裝飾材料，充分體現(xiàn)了“綠色奧運、環(huán)保奧運”的健康環(huán)保理念。

1.2 種子田短纖維在造紙上的應用

大麻纖維組織中空，天然抗菌，并且含有大量的纖維素，是制漿造紙的優(yōu)質原料。利用大麻代替木材進行造紙，可以有效的保護森林資源，有利于可持續(xù)發(fā)展。利用工業(yè)大麻短纖維可以生產卷煙紙、過濾紙、圣經紙、鈔票紙、證券紙、電容器絕緣紙、防偽紙、特殊用途美術紙及手工紙等。由于大麻紙張無毒、無污染、易降解，經常用來作為食品、藥品、化妝品等的的包裝材料。研究表明利用全麻桿可以制造新聞紙、衛(wèi)生紙、飯盒紙、嬰兒尿布等。山西省農科院經濟作物研究所與山西梓古軒水墨印有限公司合作，通過生物脫膠技術利用籽麻莖稈，手工制作麻紙用于水墨印刷［9］。大麻短纖維還可以和聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等人造纖維或化學纖維混合制造各種復合包裝材料。

1.3 新型材料上的應用

工業(yè)大麻種子田莖稈加工的短纖維不但可以用于傳統(tǒng)的紡織、造紙工業(yè)，還是現(xiàn)代生物質產業(yè)最具發(fā)展?jié)摿Φ幕A材料。大麻纖維能夠替代污染嚴重、能耗極高的玻璃纖維，制成各種復合建筑材料；以籽麻田莖稈脫膠后獲得的短纖維為原料可以制成大麻纖維板、絕緣材料、大麻水泥磚等，材料耐用、環(huán)保。通過在大麻纖維中添加各種不同植物纖維和粘合材料可以制成環(huán)保美觀的墻布等裝飾產品。

2 工業(yè)大麻種子田莖稈麻屑的高效利用

2.1 麻屑制炭

工業(yè)大麻種子田莖桿經剝制纖維后的麻屑可以用于制炭。種子田大麻莖稈因成熟度好，密度大，成為高質量炭粉的首選原料。但是，利用原稈或者未經脫膠機械生剝的麻屑由于纖維含量高，燒制的炭粉碳含量低，嚴重影響了炭粉的產量和品質。黑龍江省農業(yè)科學院大慶分院利用微生物堆漚脫膠技術進行脫膠處理后，最大限度的提高了莖稈出麻率的同時，有效解決了麻稈炭粉含碳量低的技術問題。工業(yè)大麻種子田莖稈脫麻后的麻屑通過不同的工藝可以加工成高質量的鞭炮引線、無煙燃料、活性炭等等。大麻炭粉是制作煙花鞭炮、軍工火藥的上等原料。大麻稈芯具有十分發(fā)達的微孔結構，經高溫炭化、加工成型后，具有吸附功能，對特定的分子具有良好的選擇吸附性，能夠凈化空氣、水質，可以作吸附劑、食品防腐劑、高檔防毒面具等，并在軍隊和地方核生化防護方面得到廣泛應用。

2.2 復合環(huán)保材料

隨著材料技術的發(fā)展和環(huán)保意識的增強，新應用領域將不斷擴大，變性材料有望發(fā)展成為一個新興行業(yè)，市場潛力巨大。利用大麻屑粉碎生產的生物復合材料是一種新型的環(huán)保建筑材料，被廣泛應用到室內外建筑、軍用設備、汽車內飾等，材料強度高、防水、防火、絕緣性強、耐腐蝕［10］。目前已研制出了中密度壓縮板材防火板材、原生態(tài)裝飾板材，汽車用復合材料等。英國巴斯大學建筑研究建設中心的新型建筑材料研究小組在克拉弗頓校區(qū)建成一座大麻屋，英國Lhoist集團發(fā)明出一種大麻磚技術（Hemcrete）。用大麻莖稈代替木材和塑料制品，可為國家節(jié)約大量的森林資源，消除白色污染。同時，可避免因大量秸稈的焚燒對大氣造成的嚴重污染。軍工上大麻桿心粉碎可以制作新一代木質防彈頭盔，也可用于加固軍用裝甲防彈車。

2.3 營養(yǎng)基質

國內外相關研究表明：工業(yè)大麻桿芯粉碎可以用作栽培食用菌的基質，可以栽培雙孢菇、香菇、雞腿菇、大球蓋菇等。大麻屑中的纖維素含量豐富，物理性狀好，疏松透氣，利于菌絲的快速生長［11］。利用大麻屑栽培食用菌在合理利用大麻產業(yè)副產物的同時，有效解決了栽培食用菌碳源不足的問題。黑龍江省農業(yè)科學院大慶分院多年致力于大麻屑栽培食用菌的研究，嘗試利用大麻屑做培養(yǎng)基質栽培姬松茸、紫花臉等名貴菇種試驗成功［12］。

工業(yè)大麻用途廣泛、經濟附加值高，近年來我國大麻種植面積在不斷的增大，農業(yè)供給側結構調整為大麻產業(yè)提供了更為廣闊的發(fā)展空間。因此對工業(yè)大麻種子田莖稈的高效合理利用，可以有效提高大麻種子田的綜合效益，最大限度的發(fā)揮工業(yè)大麻的綜合利用價值。

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