我國(guó)小桐子產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探析

王 輝 杜官本

(西南林業(yè)大學(xué)；云南省木材膠黏劑及膠合制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650224)

小桐子，為大戟科麻瘋樹(shù)屬，學(xué)名麻瘋樹(shù)(JatrophacurcasL.)，又名膏桐、小油桐、臭油桐、青桐木、黑皂樹(shù)、木花生、老胖果等，具有較強(qiáng)的耐旱、耐瘠能力，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，是干旱地區(qū)理想的造林樹(shù)種。小桐子種子具有較高的含油率，一般在38%～41%，而種仁含油在50%～62%[1-3]，為理想的生物能源植物，而且小桐子的根、莖、葉均含有多種生物活性成分、蛋白質(zhì)、多肽等，是一種典型的多用途植物，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景及綜合利用價(jià)值。

1 小桐子生物學(xué)特性及資源分布概況

1.1 小桐子生物學(xué)特性

小桐子株高 2～5 m，樹(shù)皮光滑，蒼白色；枝粗壯，圓柱形，具凸起的葉痕，綠色無(wú)毛，單葉互生，葉柄為 8～18 cm，幼葉背面脈上有柔毛。5月開(kāi)花，花單性，雌雄同株，聚傘花序腋生，花淡綠色或綠白色，花期4-5月，果期9-10月，一年中可多次開(kāi)花結(jié)果，具有較高的產(chǎn)量。肉質(zhì)蒴果卵形，長(zhǎng)3～4 cm，果實(shí)幼時(shí)綠色，成熟時(shí)變?yōu)樽厣?，干時(shí)為黑棕色。種子橢圓形，干時(shí)黑色，平滑[4-6]。

1.2 小桐子資源分布

小桐子主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，常生于海拔 200～1 600 m的平地、丘陵、坡地、河谷和荒山。在我國(guó)主要分布于云南、貴州、四川、廣東、廣西、福建、重慶、海南、臺(tái)灣等地，品種以小桐子(J.curcasL.)、棉葉小桐子(J.gossypifoliaL.)、佛肚樹(shù)(J.podagricaHook)和珊瑚花(J.multifidaL.)為主[7]。小桐子的資源分布范圍較廣，種植區(qū)域主要集中在云南、四川、貴州、海南、廣西、福建等，尤以云南的資源產(chǎn)量最多，位居國(guó)內(nèi)之首，分布于金沙江、瀾滄江、紅河、怒江等干熱河谷區(qū)海拔500～1 200 m的河岸，包含了15個(gè)地州的81個(gè)縣。其次為四川，集中于金沙江、雅礱江、安寧河等干熱河谷地帶，包含了4個(gè)地州的20多個(gè)縣。在貴州省，小桐子集中在南盤(pán)江、北盤(pán)江、紅水河流域等干熱河谷地區(qū)，包含4個(gè)地州市的19個(gè)縣。海南的中、西線區(qū)域小桐子較多，在三亞市、東方市、五指山市、瓊海市、儋州市、文昌市、?？谑械?7個(gè)縣均有小桐子的分布。在廣西壯族自治區(qū)，小桐子集中分布于西南部，以紅水河上游的南盤(pán)江兩岸較多，包含了10個(gè)地州的30多個(gè)縣。還有福建、廣州等也有不同程度的分布[8-12]。

據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，自然分布(野生)的小桐子資源約為50萬(wàn)畝，主要分布在云貴川地區(qū)，其中，四川有近30萬(wàn)畝，分布于攀枝花市和涼山州；云南有近18萬(wàn)畝，分布于楚雄州和紅河州；貴州有近2萬(wàn)畝，分布于黔西南州和黔南州[13，14]。而人工栽培種植的小桐子資源，絕大部分是在2006—2009年間由地方政府支持，以收獲種子制取柴油為目的，由企業(yè)完成種植的小桐子資源林，種植面積約為250～300萬(wàn)畝[15-17]，其中云南明港生物能源發(fā)展有限公司、英國(guó)陽(yáng)光集團(tuán)、云南神宇新能源有限公司等20多家企業(yè)在云南省10多個(gè)州市完成種植小桐子150多萬(wàn)畝。中海油基地公司、美國(guó)BECOO公司等在四川攀枝花等地投資建設(shè)小桐子種植基地50多萬(wàn)畝，計(jì)劃在2015年建成550多萬(wàn)畝小桐子良種繁育基地。2005年貴州金桐福生物柴油產(chǎn)業(yè)有限公司在貴州立項(xiàng)發(fā)展小桐子原料林基地30萬(wàn)畝。

目前，規(guī)劃種植的小桐子都已達(dá)到了豐產(chǎn)期，按照平均產(chǎn)量200～300 kg/畝進(jìn)行估算，人工種植資源總量可達(dá)到90萬(wàn)t。其中，根據(jù)《全國(guó)林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》，云南小桐子每年果實(shí)產(chǎn)量可達(dá)到1.4～2萬(wàn)t[18]。但由于受種質(zhì)資源質(zhì)量、立地生長(zhǎng)條件等影響，資源總產(chǎn)量可能會(huì)有所偏低。根據(jù)國(guó)家林業(yè)局“十一五”發(fā)展規(guī)劃、國(guó)家發(fā)改委《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》等，到2016年，全國(guó)計(jì)劃種植小桐子規(guī)模達(dá)到約2 000萬(wàn)畝，到2020年實(shí)現(xiàn)生物柴油生產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn)t/年[19]。雖然目前資源總量還遠(yuǎn)低于發(fā)展規(guī)劃數(shù)量，但隨著已規(guī)劃種植小桐子的不斷成熟，小桐子的資源儲(chǔ)備展現(xiàn)出了巨大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力。

2 小桐子資源利用現(xiàn)狀

2.1 能源原料

小桐子種子具有極高的含油量，最高可達(dá)到60%以上，遠(yuǎn)超油菜和大豆等油料作物，小桐子種子油料經(jīng)過(guò)加工可制成生物柴油，油的流動(dòng)性好，可與工業(yè)柴油、汽油、酒精相互摻合，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不分離，適用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)，并在閃點(diǎn)、凝固點(diǎn)、硫含量、一氧化碳排放量等關(guān)鍵技術(shù)上均優(yōu)于國(guó)內(nèi)零號(hào)柴油，與傳統(tǒng)柴油相比，具有更加環(huán)保、高效和可再生的優(yōu)勢(shì)，因此，被認(rèn)為是一種極為適宜和具有發(fā)展前景的生物質(zhì)能源[20]。

利用小桐子種子油料制備生物柴油，在美國(guó)、歐洲、印度等具有較長(zhǎng)的研究歷史，已形成比較成熟的年產(chǎn)萬(wàn)噸的生物柴油加工廠，生物柴油銷量占柴油銷售市場(chǎng)5%的份額。相比國(guó)外發(fā)展，我國(guó)在生物柴油方面的研究起步較晚，2010年起具備一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，基本以民營(yíng)企業(yè)為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年我國(guó)生物柴油的產(chǎn)量可達(dá)到100多萬(wàn)t，但基本以廢棄油脂生產(chǎn)的生物柴油為主[21]，而以小桐子種子生產(chǎn)生物柴油的應(yīng)用報(bào)道還比較有限，其中，具有里程碑意義的是2011年11月由云南神宇新能源公司與中石油、美國(guó)UOP公司合作生產(chǎn)的航空煤油，通過(guò)波音747型飛機(jī)在首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)試飛成功。之后，四川長(zhǎng)江造林局、四川大學(xué)和四川林科院聯(lián)合研究的小桐子B-15混合生物柴油完成了1.5萬(wàn)km柴油機(jī)行車試驗(yàn)，研發(fā)的B-20型小桐子生物柴油，在成都公共交通公司的柴油公交汽車上使用運(yùn)行，達(dá)到了0號(hào)柴油的標(biāo)準(zhǔn)。貴州大學(xué)研發(fā)提煉的小桐子生物柴油通過(guò)了德國(guó)有關(guān)汽車公司的測(cè)試，可以在普通柴油中添加5%～10%比例進(jìn)行混合使用[22]。

經(jīng)過(guò)多年的研究，雖然在小桐子資源培育、遺傳改良、加工設(shè)備和加工工藝等方面取得了一定成果，具備了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的良好基礎(chǔ)，但由于受國(guó)際原油價(jià)格波動(dòng)和相關(guān)政策引導(dǎo)的影響，導(dǎo)致小桐子生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴(yán)重滯后，一直處于研發(fā)和小規(guī)模生產(chǎn)階段，尚未形成規(guī)?；⊥┳由锊裼彤a(chǎn)業(yè)。因此，未來(lái)發(fā)展空間尚待深入開(kāi)發(fā)。另外，小桐子油中含有21%的飽和脂肪酸和79%的不飽和脂肪酸[23]，常用于制造油漆、潤(rùn)滑油、硬化油、肥皂染料、化妝品等產(chǎn)品。

2.2 藥用價(jià)值

小桐子的有效成分分布于種子、莖、葉、樹(shù)皮、根和乳汁中，目前，已從小桐子中分離得到的物質(zhì)有萜類、黃酮類、香豆素類、脂肪類、甾醇類和生物堿、蛋白質(zhì)以及多肽類等[24，25]，目前在萜類、黃酮類及蛋白質(zhì)方面的研究較多。

從小桐子中分離得到的萜類物質(zhì)主要是二萜和三萜類，二萜化合物是天然藥物化學(xué)中研究較為活躍的領(lǐng)域，具有多種生物活性，尤其在抗腫瘤和治療老年癡呆癥方面具有良好的活性，該活性成分的成功提取對(duì)于低毒高效藥物的合成具有重要指導(dǎo)作用[26]。而黃酮類物質(zhì)在散瘀消腫、止血、止癢方面具有顯著效果，主要從小桐子新鮮葉中分離得到，在人類許多疾病的治療方面有著廣泛用途。小桐子中分離得到的蛋白質(zhì)具有一定毒性，對(duì)整體動(dòng)物如牲畜、人等具有致死作用，但也具有良好的抗病和殺蟲(chóng)效果，是用于研制無(wú)公害和生態(tài)農(nóng)產(chǎn)品用生物農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑、殺菌劑等很有價(jià)值的候選植物。目前，已研究的蛋白質(zhì)只有二種，一種是curcain，從小桐子乳汁中分離得到的一種蛋白酶；另一種是curcin，從小桐子種子中分離得到的毒蛋白。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，curcin的毒性與蓖麻毒蛋白相似，可用于真菌抑制、腫瘤治療，雖然相關(guān)研究還處于起步階段，未來(lái)有望成為人類向腫瘤挑戰(zhàn)的有力武器之一[27，28]。

2.3 餅粕利用

小桐子種仁榨油后，剩余餅粕中含有豐富的蛋白質(zhì)和粗脂肪、纖維素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分，是一種極具開(kāi)發(fā)潛力的副產(chǎn)物。目前，對(duì)小桐子餅粕的利用主要分為以下幾個(gè)方面：1)動(dòng)物飼料。據(jù)測(cè)試，經(jīng)過(guò)完全脫脂的小桐子餅粕中含有40%～63%粗蛋白質(zhì)，其中90%是真蛋白質(zhì)，遠(yuǎn)高于大豆餅粕和棉籽餅粕中的蛋白含量，由于小桐子餅粕中的蛋白具有較強(qiáng)毒性，不能作為動(dòng)物飼料直接飼用，而經(jīng)過(guò)脫毒處理后的餅粕可以粗加工作為植物蛋白飼料應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域，有效解決養(yǎng)殖業(yè)蛋白質(zhì)飼料供不應(yīng)求的局面。研究發(fā)現(xiàn)[29]，經(jīng)過(guò)脫毒處理后的小桐子餅粕所含脂肪量、鈣磷等微量元素量均有不同程度的提高，遠(yuǎn)高于豆粕、棉粕、菜籽粕，因此，也被認(rèn)為是一種優(yōu)良的豆粕取代品。2)農(nóng)業(yè)肥料。利用小桐子餅粕中高營(yíng)養(yǎng)含量的特點(diǎn)生產(chǎn)高品質(zhì)有機(jī)肥是對(duì)小桐子餅粕利用的又一重要途徑[30]。為了避免餅粕中毒性成分對(duì)環(huán)境、人體、生態(tài)、水體造成污染，通常采用發(fā)酵方式進(jìn)行有機(jī)肥的制備，可有效脫除餅粕中的毒性成分，通過(guò)有機(jī)肥的制備銷售，不僅可以實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，還可有效解決大量的餅粕剩余物造成的環(huán)境污染。發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)來(lái)生產(chǎn)安全、無(wú)公害的綠色食品是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)，其中，使用有機(jī)肥代替化肥是發(fā)展綠色食品最為關(guān)鍵的措施之一，因此，將小桐子餅粕用于有機(jī)肥的生產(chǎn)將具有廣闊的市場(chǎng)前景。3)工業(yè)原料。蛋白基膠黏劑的研發(fā)和應(yīng)用，可以從根本上解決甲醛造成的危害性。大豆蛋白是蛋白基膠黏劑生產(chǎn)常用原料，而由于大豆蛋白屬于食用性植物蛋白，會(huì)造成與人爭(zhēng)糧的不良后果，影響其工業(yè)化進(jìn)程。小桐子作為一種“不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地”的優(yōu)勢(shì)植物，不僅可以提供豐富的蛋白質(zhì)資源，還可有效解決與人爭(zhēng)糧的矛盾。利用小桐子餅粕蛋白制備木材用蛋白基膠黏劑，已有相關(guān)報(bào)道[31-33]，盡管還有許多技術(shù)問(wèn)題有待解決，但小桐子所能提供的充足蛋白資源為膠黏劑的工業(yè)化生產(chǎn)提供了支撐，同時(shí)進(jìn)一步拓展了小桐子餅粕的利用價(jià)值。

2.4 生態(tài)效應(yīng)

小桐子樹(shù)根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)迅速，具有頑強(qiáng)的生命力，具備較強(qiáng)的耐干旱瘠薄能力，是干熱河谷、荒山、坡地等地區(qū)造林的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，大力推廣種植可使貧瘠土地得到優(yōu)化和改善，具有較高的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。小桐子林枯枝落葉量大，有利于改善貧瘠土壤結(jié)構(gòu)，使土地變得肥沃，防止水土流失，提高土地利用率。小桐子是理想的綠色能源樹(shù)種，發(fā)展小桐子林，可顯著減少燃燒污染物和溫室氣體的排放，調(diào)節(jié)區(qū)域環(huán)境氣候。對(duì)于水土流失嚴(yán)重的區(qū)域，引種種植小桐子可起到保水固土，增強(qiáng)土壤的抗沖蝕能力，利于植被恢復(fù)，促使水、土、氣的良性循環(huán)，有利于生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和改善，是干旱地區(qū)理想的環(huán)境綠化樹(shù)種[34，35]。

3 小桐子產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在問(wèn)題及建議

在我國(guó)，小桐子資源總量較為可觀，但綜合利用產(chǎn)業(yè)化程度很低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在較大差距。在小桐子資源的開(kāi)發(fā)利用中仍存在諸多問(wèn)題[36-38]，主要表現(xiàn)為：1)優(yōu)質(zhì)資源儲(chǔ)量不足。雖然小桐子資源總量數(shù)目巨大，但存在分布范圍散、密度低、優(yōu)質(zhì)資源缺乏等問(wèn)題，導(dǎo)致作為油料資源時(shí)，生產(chǎn)成本過(guò)高，油品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)力不高，缺乏足夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2)副產(chǎn)物加工利用效率低。由于小桐子餅粕中含量豐富的蛋白質(zhì)具有較強(qiáng)毒性，極大地限制了其工業(yè)化應(yīng)用，雖然具有廣闊的開(kāi)發(fā)潛力，但受目前技術(shù)水平的限制，利用率并不高，大量的餅粕還將給環(huán)境造成一定負(fù)擔(dān)。3)缺乏政策引導(dǎo)與保障。長(zhǎng)期以來(lái)，小桐子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直存在規(guī)劃大于落實(shí)的問(wèn)題，導(dǎo)致小桐子的發(fā)展時(shí)而熱、時(shí)而冷，其潛在價(jià)值未能得到充分開(kāi)發(fā)。

針對(duì)小桐子產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的問(wèn)題，特做如下建議：1)加快優(yōu)質(zhì)資源培育?！爱a(chǎn)業(yè)發(fā)展、良種先行”，良種選育在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有基礎(chǔ)性的引領(lǐng)作用[39]，因此，要加快對(duì)現(xiàn)有小桐子資源的普查、篩選，建立優(yōu)質(zhì)資源庫(kù)，并通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)手段，創(chuàng)育出具有符合生態(tài)特性的優(yōu)質(zhì)品種。通過(guò)合理規(guī)劃種植，為工業(yè)化原料供應(yīng)提供優(yōu)質(zhì)資源儲(chǔ)量。2)加大科技研發(fā)投入。建議組織相關(guān)科研單位開(kāi)展對(duì)小桐子油及其副產(chǎn)物的深入利用研究，對(duì)小桐子油、餅粕、殼中的有效成分和利用價(jià)值進(jìn)行充分挖掘。不斷加大科技投入，建立小桐子系列產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)體系，加強(qiáng)小桐子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)力度，為小桐子的綜合利用提供科技支持和技術(shù)保障。3)加強(qiáng)政府引導(dǎo)和政策落實(shí)。為保障小桐子產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展，離不開(kāi)國(guó)家層面的積極引導(dǎo)與規(guī)劃。“十一五”期間，國(guó)家財(cái)政部、發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、稅務(wù)總局等就發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)能實(shí)施各種補(bǔ)助進(jìn)行財(cái)稅扶持政策的出臺(tái)[40]，但由于各種原因，很多優(yōu)惠政策未能及時(shí)落實(shí)到位。因此，要結(jié)合企業(yè)發(fā)展，出臺(tái)更加優(yōu)惠和切實(shí)可行的減免政策，從戰(zhàn)略高度重新認(rèn)識(shí)小桐子發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，使其真正發(fā)展為兼顧生態(tài)效益、農(nóng)民增收、新藥開(kāi)發(fā)的一種綠色能源植物。

4 結(jié)語(yǔ)

具有較高含油量的小桐子，被認(rèn)為是生物質(zhì)能源未來(lái)發(fā)展的主要能源植物。小桐子優(yōu)良的生物學(xué)特性決定了其不僅可以用于生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)，而且在生物醫(yī)藥和農(nóng)藥、工業(yè)原料、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面均具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。經(jīng)過(guò)多年積累，目前國(guó)內(nèi)已具備一定的資源量，同時(shí)隨著在小桐子種質(zhì)資源優(yōu)化改良、高產(chǎn)栽培、生物柴油轉(zhuǎn)化、活性成分及藥用開(kāi)發(fā)等方面研究的不斷推進(jìn)和技術(shù)的突破，將為小桐子綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈的建立提供可靠支撐。

盡管小桐子具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)效應(yīng)，但小桐子的應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)滯后于規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，除了部分因技術(shù)瓶頸制約外，政府規(guī)劃與政策引導(dǎo)是推動(dòng)小桐子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障，只有出臺(tái)更多更好、切實(shí)可行的政策，發(fā)展小桐子能源產(chǎn)業(yè)才能盡快落地生根，小桐子產(chǎn)業(yè)鏈的建立和發(fā)展才具有現(xiàn)實(shí)意義。