生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性的影響

程勛松

（合肥汽車機(jī)械技術(shù)學(xué)校，安徽合肥 231137）

隨著化石燃料不斷減少以及各種燃料燃燒排放的溫室氣體不斷增加，氣候變暖以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題也層出不窮，為了能夠更好地解決這些問題，各個(gè)國(guó)家都開始重視開發(fā)新型能源，以緩解全球能源短缺問題，渡過全球生態(tài)環(huán)境危機(jī)[1]。生物質(zhì)能源作為一種可再生資源，有著資源豐富、污染小以及持續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，已逐漸成為煤、石油和天然氣之后的第四大能源，在全球占據(jù)主導(dǎo)地位[2]。由于各國(guó)對(duì)生物質(zhì)能源植物種植的深入研究，植物種植面積在不斷擴(kuò)大、種植種類在不斷增加的同時(shí)，也為滿足各國(guó)日益增長(zhǎng)的能源需求作出了巨大貢獻(xiàn)。發(fā)展至今，人們對(duì)于生物質(zhì)能源的探索主要?dú)v經(jīng)三代：第一代是對(duì)以燃料乙醇和生物柴油為主的生物質(zhì)能源的開發(fā)，其主要原料為玉米等糧食作物；第二代是以秸稈、草和木材等農(nóng)林廢棄物為主要原料的生物燃料開發(fā)；第三代則是以微藻為主要原料的生物燃料的提煉[3]。但是第二代和第三代生物質(zhì)能源開發(fā)技術(shù)尚未成熟，存在技術(shù)成本高、生物燃料提煉難度大等問題，因此關(guān)于生物質(zhì)能源的開發(fā)主要還集中在對(duì)第一代生物質(zhì)能源的種植上。

種植大面積的生物質(zhì)能源帶來對(duì)生物多樣性影響的問題引起了人們的廣泛關(guān)注[4]。生物質(zhì)能源植物的大面積種植需要大量的土地，而且如果處理不好會(huì)造成生物入侵，加之對(duì)荒地的開墾會(huì)破壞當(dāng)?shù)厣锒鄻有?，易引起水土流失，最終破壞生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)能源植物在生長(zhǎng)過程中會(huì)吸收土壤中大量的營(yíng)養(yǎng)元素，且植物的秸稈和種子等會(huì)直接被用作生產(chǎn)乙醇和生物柴油的原料，難以返田，造成了土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的流失，降低了土壤肥力[5]。為了提高生物質(zhì)能源植物的產(chǎn)量，人們?cè)诜N植植物時(shí)會(huì)過度依賴化學(xué)肥料和農(nóng)藥，這極易造成環(huán)境的污染和土壤的硝化，進(jìn)而對(duì)地下水資源造成污染。大規(guī)模地在同一區(qū)域種植單一植物容易降低對(duì)蟲害的防御能力，增加蟲害威脅。因此，科學(xué)種植生物質(zhì)能源植物具有十分重要的意義，在減少對(duì)生物多樣性所產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，還可以為各國(guó)發(fā)展提供可持續(xù)、充足的能源供給。

1 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能源植物種植的現(xiàn)狀

一般來說，生物質(zhì)能源植物往往被人們稱為生物燃料植物，包括木本植物、草本植物和各種水生植物[6]。生物質(zhì)能源植物既可以直接燃燒產(chǎn)生熱量為人們供暖、供電，又可以通過生化技術(shù)轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料供交通運(yùn)輸使用。生物質(zhì)能源植物多種多樣，一般可分為三大類：淀粉和糖類能源植物、油脂植物和木質(zhì)纖維類植物，可分別用來生產(chǎn)燃料乙醇、生物柴油和固體顆粒燃料。

首先，在國(guó)外，很多國(guó)家都對(duì)生物質(zhì)能源植物的種植通過立法和財(cái)政補(bǔ)貼的措施給予支持和鼓勵(lì)，進(jìn)而促使生物質(zhì)能源更好地生產(chǎn)和消費(fèi)。除此之外，各國(guó)在種植生物質(zhì)能源植物時(shí)均會(huì)根據(jù)因地制宜的原則，分析植物適宜生長(zhǎng)的環(huán)境，并格外關(guān)注成本效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等指標(biāo)。因此，各國(guó)在生物質(zhì)能源植物的物種選擇上存在較大的差異。其中，歐洲主要以菜籽為原料、東南亞國(guó)家主要以油脂類植物為原料、美國(guó)主要以玉米和大豆為原料。隨著生物質(zhì)能源需求的增大，生物質(zhì)能源植物的種植面積也快速增加，不但占用了大量的農(nóng)業(yè)用地，而且造成了大量原始森林面積的減少。

其次，我國(guó)地方各級(jí)政府均對(duì)生物質(zhì)能源植物的種植給予了高度重視。我國(guó)很多省份都制定了生物質(zhì)能源的發(fā)展規(guī)劃，政府和相關(guān)企業(yè)均投入了大量的資金用于生物質(zhì)能源的種植及開發(fā)，生物柴油產(chǎn)業(yè)的格局也由此初步形成。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境不受破壞，我國(guó)在發(fā)展生物質(zhì)能源植物種植的同時(shí)，提出了一系列保護(hù)生物多樣性和生態(tài)環(huán)境的措施，以合理使用土地。

2 生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性的影響

生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性的影響可從種植的土地類型、選擇種植的物種和種植的方式3 個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 侵占并破壞了物種生存的環(huán)境

生物質(zhì)能源植物種植對(duì)物種的生存環(huán)境的侵占和破壞，主要體現(xiàn)在2 個(gè)方面：一是直接侵占，二是間接改變和破壞。

首先，直接侵占物種的生境。近年來，人們對(duì)于生物質(zhì)能源的需求越來越高，在這樣的背景下，糧食安全問題以及農(nóng)業(yè)用地問題越來越嚴(yán)重，所以將會(huì)占用大量的土地來種植生物質(zhì)能源植物，尤其在熱帶地區(qū)的一些國(guó)家表現(xiàn)更甚，如印度尼西亞、巴西、馬來西亞等。這些國(guó)家憑借身處熱帶森林的優(yōu)勢(shì)，大面積種植油棕類植物，給本地物種造成了嚴(yán)重的威脅，如燒毀荒林導(dǎo)致荒林中的動(dòng)物遷移或死亡等。同樣，在其他國(guó)家和地區(qū)也存在此類問題，如巴西和拉丁美洲的國(guó)家和地區(qū)，因大面積開墾原始森林用來種植提煉乙醇的甘蔗和提取柴油的大豆，侵占了生物賴以生存的棲息地，威脅了物種的生存；在美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，不斷開墾休耕土地，使得生態(tài)環(huán)境中的哺乳類動(dòng)物和鳥類動(dòng)物的生存地遭到破壞等等。

其次，間接改變和破壞物種的生境。將生物質(zhì)能源植物種植于農(nóng)業(yè)用地上時(shí)，因占用了原有農(nóng)業(yè)作物的種植地，會(huì)促使原有農(nóng)業(yè)作物被迫轉(zhuǎn)移至其他土地進(jìn)行種植，從而間接地改變自然生態(tài)系統(tǒng)。例如巴西，人們將甘蔗種植于大豆或原有畜牧場(chǎng)的農(nóng)業(yè)用地上，迫使大豆的種植和放牧轉(zhuǎn)移至位于亞馬孫河流域的熱帶雨林，從而間接地造成了熱帶雨林的破壞和減少。

2.2 加劇了環(huán)境污染

生物質(zhì)能源植物的種植面積不斷擴(kuò)大，造成農(nóng)業(yè)邊界不斷擴(kuò)展，墾荒毀林等措施引發(fā)的生物多樣性直接減少、水土流失概率增加的問題在所難免。與此同時(shí)，單一種類的生物質(zhì)能源植物的種植使得農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物控制能力大幅度降低，且增加了蟲害發(fā)生的概率，這隨即導(dǎo)致了農(nóng)藥施用量的明顯上升。由于大量地使用農(nóng)藥整治蟲害，以及對(duì)種植地施用化學(xué)肥料以提高產(chǎn)量，加劇了環(huán)境的污染，使得生物賴以生存的棲息地遭到破壞，抵抗力差的生物種群因不能適應(yīng)惡劣的生活環(huán)境，數(shù)量逐漸減少乃至滅絕。例如，在美國(guó)的生物質(zhì)能源植物的種植區(qū)中，由于大量使用氮肥和磷肥提高植物產(chǎn)量，化學(xué)肥料施用量明顯超出正常水平，致使?jié)竦睾秃恿魉蛑泻写罅康挠泻υ?，出現(xiàn)水中缺氧和河道污染加劇的問題，對(duì)水生生物的多樣性造成了嚴(yán)重影響。

2.3 改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

大面積開墾荒地、荒山，需要清除雜草和樹木等原生植被，以及平整土地，導(dǎo)致原有生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被破壞。除此之外，大面積地種植同一種類的生物質(zhì)能源植物，會(huì)大大減少局部區(qū)域的物種豐富度，降低其生態(tài)功能。例如，在北美農(nóng)作區(qū)，玉米等用于提煉生物燃油的單一化作物被大面積種植，造成了該地區(qū)中生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，不僅引起了農(nóng)田節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量減少，而且侵占了農(nóng)田的邊緣草地，形成大規(guī)模的蟲害；在巴西，大量種植甘蔗作物，使得復(fù)雜的濕地系統(tǒng)逐漸被取代，導(dǎo)致在濕地系統(tǒng)與熱帶雨林交錯(cuò)地帶棲息的動(dòng)物逐漸消失，降低了生態(tài)系統(tǒng)的生物控制功能。

2.4 增加了外來物種入侵風(fēng)險(xiǎn)

生物質(zhì)能源植物的開發(fā)和種植引入了外來物種，由此也加劇了外來物種入侵的風(fēng)險(xiǎn)。例如，原產(chǎn)于亞洲的雜交草本植物被美國(guó)作為生物質(zhì)能源植物引進(jìn)，這種雜交草本植物通過花粉對(duì)本地相近物種造成污染，產(chǎn)生的新雜交物種表現(xiàn)出光合作用和生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)本地物種造成了威脅，并破壞了原有的生態(tài)系統(tǒng)。

然而，目前我國(guó)種植的生物質(zhì)能源植物大多是從外部引進(jìn)，不乏存在一些引進(jìn)物種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，使得當(dāng)?shù)匚锓N和種群遭到排擠，如果管理不當(dāng)則會(huì)造成引種地生物多樣性的降低和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。生物質(zhì)能源植物的種植對(duì)生物多樣性有著多方面的影響，大多是人類對(duì)能源植物進(jìn)行不合理的開發(fā)和種植造成的。如果一味追求提高生物質(zhì)能源產(chǎn)量，而不注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境和生物多樣性，生物質(zhì)能源也得不到長(zhǎng)久的使用。各個(gè)國(guó)家應(yīng)積極探討實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源和生物多樣性和諧共生的發(fā)展方法。

3 減少生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性影響的措施

科學(xué)種植生物質(zhì)能源植物，減少其對(duì)我國(guó)生物多樣性的影響，是我國(guó)開發(fā)和利用生物質(zhì)能源需要解決的重要問題，下面提出了3 點(diǎn)解決措施。

3.1 制定生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性影響的評(píng)估制度

目前，世界各國(guó)對(duì)于外來入侵物種缺乏成功控制的方法，制定生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生物多樣性影響的評(píng)估制度和監(jiān)督體系至關(guān)重要。在生物質(zhì)能源植物的引入和種植前，需要評(píng)估其對(duì)生物多樣性產(chǎn)生的影響，并限制可能影響生物多樣性的生物質(zhì)能源植物的開發(fā)活動(dòng)，以最大限度地保護(hù)生物多樣性，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源供給和生態(tài)系統(tǒng)安全的雙贏。除此之外，政府和相關(guān)部門應(yīng)研究、制定可持續(xù)發(fā)展的生物質(zhì)能源植物種植管理規(guī)范，限制在抵御外界能力差的地區(qū)種植生物質(zhì)能源植物，通過規(guī)劃和法律強(qiáng)制規(guī)范來確保生物質(zhì)能源的長(zhǎng)期發(fā)展。與此同時(shí)，明確生物質(zhì)能源植物的物種選擇和種植區(qū)域通過法律的形式，以減少生物質(zhì)能源植物種植對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，充分保護(hù)生物多樣性。

3.2 改變傳統(tǒng)的種植模式，合理規(guī)劃種植區(qū)域

改革生物質(zhì)能源植物種植模式，以及科學(xué)地管理和規(guī)劃種植區(qū)域，不但可以提高土地利用效率，提高產(chǎn)量，而且可以改善生物的生存環(huán)境，增加生物多樣性。為此，可以利用農(nóng)業(yè)廢棄地種植生物質(zhì)能源植物，以減少對(duì)糧食種植地的占用，也可以采用多種生物質(zhì)能源植物混合種植的模式，以當(dāng)?shù)匚锓N為主要種植物，外來物種為輔，改善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加生態(tài)系統(tǒng)抵御蟲害的能力，繼而減少使用農(nóng)藥化肥，減少對(duì)地表和地下水資源的危害，增加生物多樣性。

在大規(guī)模地引入外來物種時(shí)，可先進(jìn)行小規(guī)模的試驗(yàn)，觀察其是否會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)和生物生存造成破壞。在同一區(qū)域采用多種生物質(zhì)能源植物同時(shí)種植的模式，可明顯增加單位土地面積的利用率，提高土壤的固碳能力，減少碳排放，增加生物多樣性。除此之外，可合理利用農(nóng)作物和生物質(zhì)能源植物的廢棄物，廢棄物中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，可作為無公害肥料返田，從而提高土壤肥力。值得注意的是，要對(duì)生物質(zhì)能源植物的種植區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，建立生物多樣性保護(hù)區(qū)，不對(duì)生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行開墾種植。

3.3 開發(fā)新技術(shù)，提高生物質(zhì)能源植物的利用效率

目前，生物質(zhì)能源的開發(fā)主要通過分解提煉淀粉和糖類能源植物、油脂植物和木質(zhì)纖維類植物，從而生產(chǎn)出乙醇類和生物柴油類的燃料。為了提高原材料的利用率，制造出更多的能源物質(zhì)，全球各地廣泛應(yīng)用先進(jìn)的轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)植物進(jìn)行分解提煉，我國(guó)也大力支持并積極研發(fā)相關(guān)技術(shù)，以適應(yīng)生物質(zhì)可再生能源不斷發(fā)展的趨勢(shì)。研發(fā)先進(jìn)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能源，從而減少對(duì)荒地和原始森林的開墾需求。與此同時(shí)，合理利用城市和工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，可以將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料，對(duì)其合理利用不僅可以制造出更多的生物質(zhì)燃料，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染，為生物多樣性提供良好的條件。

4 結(jié)語

綜上所述，與其他可再生能源相比，生物質(zhì)能源具有資源豐富、易運(yùn)輸和可持續(xù)性的優(yōu)點(diǎn)。大規(guī)模種植生物質(zhì)能源植物，雖然可以緩解能源短缺的問題，但生物質(zhì)能源植物的種植會(huì)對(duì)生物多樣性造成負(fù)面影響。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，在能源使用方面有著巨大的需求，因此需要科學(xué)規(guī)劃和評(píng)估生物質(zhì)能源植物種植，從而促進(jìn)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生物多樣性保護(hù)雙贏。