論湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源的開發(fā)

陳加蓓， 王冰清， 向曉媚， 陳功錫

(吉首大學(xué) 植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點實驗室，湖南 吉首 416000)

非糧柴油能源植物通常指不是糧食作物或主要含油部位不被用作糧食或食用油的能源植物.由于其栽植地區(qū)為非農(nóng)耕地，故不與糧食作物競爭農(nóng)業(yè)資源，可以幫助解決我國生物柴油產(chǎn)業(yè)原料短缺問題.我國政府自“十五”以來就開始提出相應(yīng)政策，將生物質(zhì)能開發(fā)提高到國家戰(zhàn)略層面[1-3]，各省積極響應(yīng)，開展生物質(zhì)燃料研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)，取得了顯著成績[4].據(jù)不完全統(tǒng)計，2012年中國涉及非糧生物質(zhì)原料研究的高等院校和科研院所已超過100家，研發(fā)隊伍人數(shù)約2 000人[5].經(jīng)過多年努力，我國在生物質(zhì)能源的部分研究領(lǐng)域中也占據(jù)國際領(lǐng)先或齊平的地位[6].由于我國各地自然條件差異較大，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)條件參差不齊，必需結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H開展相應(yīng)研究和發(fā)展產(chǎn)業(yè).

湘西地區(qū)作為武陵山區(qū)生物多樣性的核心區(qū)域，植物資源十分豐富，但湘西地區(qū)可用耕地面積十分有限，非糧柴油能源植物開發(fā)是必然選擇.湘西非糧柴油能源植物資源開發(fā)潛力巨大，但目前對該地區(qū)非糧柴油能源植物的研究尚處于調(diào)查篩選層面[7，8]，僅涉及少數(shù)物種的含油量、具體的油脂成分分析等[9-12]，且開發(fā)重點偏向于生物質(zhì)能，其他方面價值重視不夠，以致湘西地區(qū)大部分非糧柴油能源植物至今未被開發(fā)與利用.本文在前文[7，8]的基礎(chǔ)上擬對含油量大于等于30%的90種非糧柴油植物開發(fā)進(jìn)行綜合分析，闡述可能的開發(fā)途徑，旨在為湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源開發(fā)利用提供參考.

1 湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源概況

“湘西”有狹義與廣義之分，狹義的湘西地區(qū)僅指湘西自治州，廣義的湘西地區(qū)包括湘西自治州、張家界市、懷化市以及邵陽市西部諸縣在內(nèi)的整個湖南西部地區(qū)，本文采用狹義概念.湘西位于湖南省西北部，酉水中游和武陵山脈中部，處湘鄂渝黔四省市交界之地，處于東經(jīng)109°10′～110°22.5′，北緯27°44.5′～29°38′之間.地勢由西北向東南傾斜，海拔800 m～1200 m，州內(nèi)最高點為西北邊境龍山縣的大靈山海拔1 736.5 m，州內(nèi)最低點為瀘溪縣上堡鄉(xiāng)大龍溪出口河床海拔97.1 m.全州屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，有明顯的大陸性氣候特征，既水熱同季，暖濕多雨，又冬暖夏涼，四季分明，孕育了豐富的植物資源，同時也是非糧柴油能源植物的重要產(chǎn)區(qū).

據(jù)初步統(tǒng)計，湘西共擁有非糧生物柴油能源植物73科，161屬，262種，非糧柴油能源植物種類繁多，通過進(jìn)一步調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)含油量大于等于30%的植物有90種，本文對這90種非糧柴油能源植物資源的開發(fā)利用途徑進(jìn)行分析，其中涉及的植物拉丁名以《中國植物志》為準(zhǔn)[7，13].

2 湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源開發(fā)途徑

2.1 生物質(zhì)能開發(fā)

2.1.1 生物柴油開發(fā)

生物柴油開發(fā)作為非糧柴油能源植物資源開發(fā)的核心，可緩解人類對石油的依賴，是一種可再生能源，其相關(guān)研究涉及油脂植物的調(diào)查、加工工藝和設(shè)備等[14-19].湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源豐富，最具開發(fā)潛力的有湖南山核桃、算盤子、猴歡喜、華榛、蠟梅、貓兒屎、尖連蕊茶、復(fù)羽葉欒樹、白檀、山橿、牛蒡子等11種[8].以湘西地區(qū)的優(yōu)選物種之一的猴歡喜來看，程樹棋等[20]以湘西地區(qū)的優(yōu)勢物種猴歡喜作為研究對象，就其果實種子油為原料制取生物柴油，將生物柴油與石化柴油生成混合柴油獲得B10、B20生物柴油.

2.1.2 生物乙醇開發(fā)

生物乙醇作為一種清潔環(huán)保的可再生能源，正受到越來越多國家的關(guān)注和積極扶持[21].但生產(chǎn)生物乙醇的原料主要是糧食，存在成本高、與民爭糧(爭地)等問題，所以生產(chǎn)生物乙醇的根本出路在于用農(nóng)作物秸稈、木屑等纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇(可稱為二代生物燃料乙醇)，目前纖維素乙醇在預(yù)處理工藝和酶解工藝已經(jīng)有了突破，并建立了示范項目，可見該舉措對于改變能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境切實可行且具有深遠(yuǎn)意義[22-23].因此，湘西地區(qū)大部分非糧柴油能源植物可用于生物乙醇生產(chǎn).

2.2 食品開發(fā)

隨著人們生活水平的提高，人們對食品的品質(zhì)需求逐年遞增，尤其對具備功能性食品的需求更加突出，要求盡量采用天然原料，少用或不用合成原料，以減少毒副作用或增加產(chǎn)品的天然風(fēng)味.我國豐富的植物資源為開發(fā)各種食品提供了廣闊天地，不少非糧柴油能源植物可作為區(qū)域特色食品原料.據(jù)統(tǒng)計，湘西地區(qū)具有食用價值的非糧柴油能源植物主要有槐、常春油麻藤、杜仲、胡桃、湖南山核桃、栝樓、華榛等21種.它們或可直接食用，絕大多數(shù)可以用于開發(fā)功能食品或者是食品添加劑(表1).這21種植物，根據(jù)其可食情況大致可區(qū)分為食用油、果蔬、飲品、調(diào)味品四大類別，其中杜仲、胡桃、湖南山核桃、栝樓、華榛等15種植物可作食用油開發(fā)；胡桃、湖南山核桃、栝樓等10種植物可作干果(蔬)開發(fā)；槐、杜仲、牛蒡子等7種植物可作飲品開發(fā)；華山松、野花椒、小花花椒3種非糧柴油能源植物可作調(diào)料品開發(fā).

表1 湘西地區(qū)主要非糧柴油能源植物可食用植物情況

2.3 藥物開發(fā)

隨著社會的進(jìn)步和人民生活水平的提高，人們的健康意識逐漸增強(qiáng)，越來越多的人投入到植物藥用功能的研究.據(jù)統(tǒng)計，在湘西地區(qū)的非糧柴油能源植物資源中能作為藥用植物的有栓葉安息香、蓖麻、算盤子、山烏桕、烏桕、油桐、槐、常春油麻藤、杜仲、胡桃、化香樹、南赤瓟、王瓜、栝樓、虎皮楠、西域旌節(jié)花等49種(表2).這些非糧柴油能源植物在藥物開發(fā)方面均有一定程度的研究與應(yīng)用，具備相當(dāng)廣闊的前景，其中杜仲在藥物開發(fā)的研究就相當(dāng)多，如其對骨的保護(hù)作用機(jī)制研究、蒙藥二味杜仲膠囊治療PMOP的臨床觀察研究、“杜仲—牛膝”藥對治療腰痛機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討研究等[24-26].

這49種植物，根據(jù)其藥用功效大致可分為清熱解毒、止血止痛、祛濕、活血化瘀消腫、消炎、祛蟲殺蟲、瀉下、抗腫瘤等8大類，其中烏桕、化香樹、南赤瓟、王瓜、虎皮楠、西域旌節(jié)花、輪葉沙參等22種植物可作清熱解毒功效開發(fā)；栓葉安息香、山烏桕、槐、化香樹、栝樓、深山含笑等19種植物可作止血止痛功效開發(fā)；栓葉安息香、蓖麻、常春油麻藤、杜仲、蠟梅等16種植物可作祛濕功效開發(fā)；蓖麻、算盤子、油桐、常春油麻藤等12種植物可作活血化瘀消腫功效開發(fā)；山烏桕、烏桕、油桐等9種植物可作消炎功效開發(fā)；蓖麻、烏桕、苦樹等7種植物可作祛蟲殺蟲功效開發(fā)；蓖麻、算盤子、川桂3種植物可作瀉下開發(fā)；槐、三尖杉、篦子三尖杉3種植物可作抗腫瘤功效開發(fā).

2.4 動物飼料開發(fā)

現(xiàn)今，功能性飼料具有某些特定功效，逐漸受科研人員關(guān)注和大眾歡迎，越來越多的功能性飼料系利用功能性植物原料研制而成.據(jù)統(tǒng)計，在湘西地區(qū)非糧柴油能源植物中有蓖麻、槐、黃連木、白檀等可以應(yīng)用于飼料開發(fā).其中蓖麻飼料經(jīng)由脫毒的蓖麻餅粕制成，蓖麻餅粕中粗蛋白37.6%、粗脂肪5.4%、粗纖維30.13%、灰分6.29%、鈣0.61%、磷為0.54%，與米糠、花生仁粕、大豆粕以及玉米粕等飼料相比，上述各成分含量相對較高，而鐵、銅、錳和鋅等各種微量元素含量相近，尤其是醇溶蛋白含量較少，可被動物較好的吸收，符合作為農(nóng)業(yè)飼料的標(biāo)準(zhǔn)[27].將脫毒的蓖麻餅粕進(jìn)行家畜飼養(yǎng)試驗，在豬、魚和牛的飼料中加入不同比例的蓖麻餅粕飼料，均有較好效果[28-31].

表2 湘西地區(qū)主要非糧柴油能源植物可藥用植物情況

表內(nèi)信息根據(jù)《中藥大辭典》江蘇新醫(yī)學(xué)院1985與《中國植物志》整理獲得[32，13]

2.5 其他工業(yè)用品開發(fā)

2.5.1 材用開發(fā)

隨著天然林保護(hù)工程的實行，我國優(yōu)質(zhì)材用供求矛盾日益突顯，非糧柴油能源植物作為材用植物大家庭之一，其中不少屬于可以直接應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)材用植物.據(jù)統(tǒng)計，湘西地區(qū)可用于材用開發(fā)的非糧柴油能源植物主要有野茉莉、栓葉安息香、山烏桕等26種(表3).根據(jù)材用類別大體可劃分為建筑、家具、器具和紙材用材四類，其中槐、日本杜英、猴歡喜等15種植物可用作建筑用材；栓葉安息香、槐、日本杜英等17種植物可用作家具用材；野茉莉、栓葉安息香、山烏桕等20種植物可用作器具用材；常春油麻藤可用作紙材.

表3 湘西地區(qū)主要非糧柴油能源植物可材用植物情況[13]

2.5.2 橡膠開發(fā)

非糧柴油能源植物是重要的工業(yè)用物質(zhì)來源，大量的工業(yè)用潤滑油、纖維、橡膠、色素都來源于植物尤其是非糧柴油能源植物.我國每年需要消耗大量橡膠，而我國自然產(chǎn)橡膠較少，大量依賴進(jìn)口.為從其他植物尋找新的資源，經(jīng)過數(shù)十年的努力，發(fā)現(xiàn)其他部分植物中也含有橡膠成分.據(jù)統(tǒng)計，湘西地區(qū)可作橡膠資源開發(fā)的非糧柴油能源植物有油桐、杜仲、貓兒屎、馬尾松等，其中杜仲是湘西最具特色的資源之一.杜仲樹皮、葉及果實中所含的杜仲膠具有許多優(yōu)良的特殊性能，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，效果顯著，比如航空輪胎、汽車扭力梁鉸接、抗沖擊減震材料等方面的應(yīng)用[33-35].

2.5.3 皂品開發(fā)

據(jù)統(tǒng)計，湘西地區(qū)共有15種非糧柴油能源植物中可用于開發(fā)皂制品，更有研究表示肥皂原本是一種植物果莢[13，36].其中虎皮楠、厚樸、凹葉厚樸、小蠟、三尖杉、油茶、花椒簕、毛黑殼楠、黑殼楠、綠葉甘橿10種植物用種子油，烏桕用種子外被白色之蠟質(zhì)層(假種皮)，白檀用心材揮發(fā)油，梾木用果實油，馬尾松用松針揮發(fā)油，川桂用枝葉和果芳香油[37-38].湘西是少數(shù)民族集中的地區(qū)，湘西人民在長期的歷史進(jìn)程中形成了使用油料植物進(jìn)行洗滌去污的習(xí)慣.比如，利用榨油后集束的茶枯餅洗頭、洗衣物等.

2.6 其他開發(fā)

2.6.1 旅游觀賞

湘西植物資源豐富，又是著名的風(fēng)景旅游區(qū)，可將旅游與非糧柴油能源植物結(jié)合開發(fā).據(jù)統(tǒng)計，非糧柴油能源植物也具有一定植物旅游價值，部分植物可用于園林綠化觀賞旅游開發(fā)，如野茉莉、油桐、木油桐、烏桕、常春油麻藤、槐、猴歡喜、胡桃、蠟梅、白蘭等29種植物可用于觀賞開發(fā)(表4)，如蠟梅為片狀栽植，形成蠟梅花林，可用于香化、彩化和綠化，一般以南天竹等搭配種植于庭前、窗外及假山等視野開闊之處，也可盆栽、切花.

表4 湘西地區(qū)主要非糧柴油能源植物可用于觀賞的植物情況[13]

2.6.2 園林綠化

湘西地區(qū)非糧柴油能源植物中的優(yōu)良園林樹種可供行道樹、公園及機(jī)關(guān)單位等配置景觀用.比如常春油麻藤、茶梅、小蠟、深山含笑、樂昌含笑、白蘭花、厚樸、蠟梅、猴歡喜、復(fù)羽葉欒樹等植物可用于園林綠化開發(fā).其中蠟梅花香宜人、艷而不俗，易與其他植物搭配設(shè)計，深受傳統(tǒng)園藝青睞.茶梅樹形優(yōu)美、花葉茂盛，作為一種優(yōu)良的花灌木，在園林綠化中有廣闊發(fā)展前景，可于孤植或?qū)χ灿谕ピ汉筒萜?白蘭花株形直立有分枝，落落大方，在南方可露地庭院栽培，是南方園林中的骨干樹種；北方盆栽，可布置庭院、廳堂、會議室，中小型植株可陳設(shè)于客廳、書房.

3 結(jié)語

湘西地區(qū)可供生物柴油開發(fā)的原料植物種類繁多，具有非糧柴油能源植物開發(fā)優(yōu)勢，是研究與開發(fā)非糧柴油能源植物的理想?yún)^(qū)域.湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源開發(fā)途徑眾多，除生物柴油開發(fā)外，還涉及其他能源開發(fā)與藥物開發(fā)、食品開發(fā)、飼料開發(fā)等諸多方面，是未來進(jìn)行產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重要基礎(chǔ).因此，應(yīng)抓住當(dāng)前的大好時機(jī)，發(fā)揮資源優(yōu)勢，開發(fā)湘西地區(qū)非糧柴油能源植物.在思想層面上，應(yīng)樹立可持續(xù)發(fā)展理念，遵循生態(tài)文明建設(shè)規(guī)律，結(jié)合湘西地區(qū)文化與地域?qū)嶋H，有選擇有重點、因地制宜、科學(xué)規(guī)劃開發(fā)，努力做到保護(hù)與開發(fā)并重；在開發(fā)戰(zhàn)略層面上，要堅持多層次、多途徑、多領(lǐng)域開發(fā)[39]，尤其注重對湘西地區(qū)非糧柴油能源植物資源的綜合利用，結(jié)合生物柴油開發(fā)、藥物開發(fā)、食品開發(fā)等多途徑產(chǎn)業(yè)開發(fā)基礎(chǔ)繼續(xù)開展多項研究，并及時將研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，促使湘西特色植物資源產(chǎn)業(yè)更好、更快發(fā)展；在技術(shù)層面上，要充分利用現(xiàn)代多學(xué)科知識原理和高新技術(shù)著力解決產(chǎn)業(yè)開發(fā)中的突出問題，重點突破生物柴油開發(fā)、藥物開發(fā)等亟待解決的技術(shù)瓶頸，切實為湘西地區(qū)非糧柴油能源植物產(chǎn)業(yè)開發(fā)提供保障.