控制化石能源消耗,，減少溫室氣體排放、尋找可再生清潔能源已是全世界共識,。對生物質(zhì)能的研究,，吸引大批科研人員目光。然而,，第一代能源作物玉米,、水稻、甘蔗,、大豆等在給人類贏得替代能源希望的同時,，也隨之帶來凈能量產(chǎn)出少,、與糧食作物爭搶耕地等一系列負面效應(yīng)。于是,，尋找第二代能源作物成為生物質(zhì)能領(lǐng)域重要課題,，一種叫芒草的能源作物聚集了人們的目光……
第二代生物能源研發(fā)的“中國優(yōu)勢”
我國是芒草自然資源最為豐富的國家。近期,，由中科院植物所,、中科院武漢植物園、上海生命科學(xué)研究院等單位合作展開的新一代能源作物研究取得關(guān)鍵性突破,。經(jīng)過三年來的種植試驗發(fā)現(xiàn),，原產(chǎn)我國的芒草具備豐富的遺傳多樣性，人工馴化后將對我國土地資源利用,、能源格局產(chǎn)生革命性影響,。然而，由于我國第二代能源作物研究處于起步階段,，在科研立項和轉(zhuǎn)化研究方面存在體制機制矛盾,，有關(guān)研究人員建議，國家應(yīng)對第二代能源作物研究進行重點立項,，加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,。
試驗讓科研人員驚喜
在全世界14個野生芒草種類中，中國擁有七個種,，分布幾乎貫穿了我國整個氣候帶,，而且擁有生物質(zhì)產(chǎn)量最高的四個種類，是芒草自然資源最為豐富的國家,。
2008年,，中科院植物所、上海生命科學(xué)研究院,、中科院武漢植物園組成芒草研究小組,，項目得到中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目的資助。當(dāng)年秋天,，啟動了全國范圍野生芒草收集工作,。2009年，中科院武漢植物園研究員李建強等人把收集到的約100個芒草自然居群,，分別種在了內(nèi)蒙古錫林郭勒國家草原生態(tài)站,、黃土高原上的甘肅省慶陽，另外一部分種在武漢作為對照,。
“我們選了三個生物量最大而花期又大致相同的野生種,，種植后的第二年開始就不澆水、不施肥,，完全靠天吃飯,�,！崩罱◤娬f，不知道芒草的生物性能和遺傳特性在國內(nèi)這幾個地方有何表現(xiàn),，內(nèi)心期待,。
經(jīng)過2009年、2010年兩個生長季,，李建強他們驚喜地發(fā)現(xiàn),，一部分芒草可以在寒冷的錫林郭勒生長，另外一些在較為干旱的慶陽則長勢喜人,，而且在甘肅慶陽的芒草生物質(zhì)含量高過芒草的原生地武漢江夏地區(qū),。
李建強說，這說明芒草種類具有豐富的遺傳變異和很強的適應(yīng)性,，可供培育耐冷,、耐旱和耐貧瘠的高產(chǎn)能源作物。
這一結(jié)果讓科研人員非常興奮,。經(jīng)過多次分析總結(jié),，今年5月份，研究小組將研究成果在線發(fā)表于《全球變化生物學(xué)生物質(zhì)能源》(Global Change Biology Bioenergy)雜志上,。同時,，該雜志以“適者為芒”(Miscanthus Adapts)為題,，對此成果進行了新聞發(fā)布,，迅速受到國際上廣泛關(guān)注，美國科學(xué)促進會新聞網(wǎng)站(AAAS EureAlert),、歐洲科學(xué)新聞(Alpha Galileo),、每日科學(xué)(Science Daily)、細胞出版社新聞(Cell Press News Aggregator),、科學(xué)新聞在線(Science Newsline)等都進行了轉(zhuǎn)載報道,。
可“點綠”我國干旱半干旱地區(qū)
研究小組對我國黃土高原地區(qū)進行了考察，根據(jù)芒草在我國的產(chǎn)量,，保守地進行了一個效益測算,。
除開耕地以及不宜種植土地，黃土高原有43萬平方公里可以用于種植芒草,，根據(jù)甘肅慶陽試驗基地的產(chǎn)量,，保守估計以每公頃年產(chǎn)芒草干重11噸計算，總產(chǎn)量為五億噸,。這些產(chǎn)量如果全部轉(zhuǎn)化成乙醇,，大致相當(dāng)于我國2010年消耗的汽油總量。
再進一步推算,，如果在集中分布于中國北方和西北的貧瘠,、退化土地上種植一億公頃(100萬平方公里)芒草,，以平均每公頃干重10噸計算，總產(chǎn)量為10億噸,，可發(fā)電1458萬億千瓦時,，減排二氧化碳16億噸，相當(dāng)于中國2007年總用電量的45%和二氧化碳總排放量的28%,；用其中的一半作為原料轉(zhuǎn)化出的乙醇,，大致相當(dāng)于我國2010年消耗的汽油。
中科院武漢植物園系統(tǒng)與進化植物學(xué)學(xué)科首席研究員李建強總結(jié)認為,，對芒草作為第二代能源作物研發(fā)可以實現(xiàn)三大功能：
一是糧食安全,。芒草可取代糧食、經(jīng)濟作物成為新一代能源作物,，緩解糧食危機,。
二是能源獨立。我國有大面積的干旱,、半干旱無法耕種的邊際性土地,，如果這部分土地能夠作為生物能源的生產(chǎn)地，將改變能源依賴進口的格局,。
三是生態(tài)保護,。芒草極強的環(huán)境適應(yīng)性可以改善干旱、半干旱非耕地的植被狀況,，同時保持水土和防止土地荒漠化,。
“荒蕪的干旱、半干旱地區(qū),，如果種上芒草,，想象一下都很激動。綠了,、亮了,，老百姓還可以從中發(fā)家致富�,！敝锌圃褐参镅芯克Y源植物研發(fā)重點實驗室主任桑濤對芒草也抱著巨大的希望,。
進入人工馴化階段
要使上述一切變?yōu)楝F(xiàn)實，對芒草的研究還有不短的路要走,。桑濤說,，目前的研究結(jié)果已經(jīng)證明，芒草是我國最優(yōu)的第二代能源作物選擇,，接下來要突破的是進行人工馴化,。
所謂人工馴化就是將野生的作物種子通過人工選育、雜交等方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢匀藶橛N、種植的作物,�,！巴瓿擅⒉輳囊吧参锏阶魑锏霓D(zhuǎn)變就是人工馴化的目標(biāo)”，桑濤說,。
其實,，人們對人工馴化并不陌生。桑濤告訴記者,，我們吃的大米,、小麥都是經(jīng)過人工馴化得來的，始于大約一萬年前的糧食作物馴化奠定了人類文明的基礎(chǔ),。比如水稻就是野生稻經(jīng)過人類逐漸移栽,、選育、培育的漫長過程形成的,。
據(jù)了解,，根據(jù)研究小組的安排，接下來要完善芒草基因組學(xué)平臺的建設(shè),。明年開始篩選出在干旱,、貧瘠、退化土地和鹽堿地上的高產(chǎn)芒草株系,，開展雜交試驗,。2013年到2014年，對芒草的抗逆性和產(chǎn)量性狀進行數(shù)量遺傳學(xué)分析,；通過模擬分析,，評估芒草能源植物在我國的生產(chǎn)潛力以及大規(guī)模種植的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)。
作為植物馴化領(lǐng)域的專家,，桑濤表示,，根據(jù)現(xiàn)有的遺傳基因技術(shù)，芒草的基礎(chǔ)馴化只需要幾年時間,。據(jù)他介紹，今年研究小組在山東東營的鹽堿地和甘肅環(huán)縣更加干旱的地區(qū)進行了試驗,，選取30萬個基因個體,，從中挑出更加耐旱、耐寒,、抗鹽堿的種質(zhì)資源,，進行人工雜交和育種，然后做基因遺傳學(xué)分析,。
“這個過程不會很長,，而且這件事情全世界目前都沒有做過，因為歐美國家不是芒草原產(chǎn)地，沒有種質(zhì)資源,。另外,，歐美國家耕地眾多，不需要馴化在干旱,、貧瘠土地上生長的能源作物,。但是他們最終也需要遺傳多樣性高的作物，這樣很可能要依賴我們的馴化育種,�,！鄙f。
資金和政策支持還要更“給力”
當(dāng)前,，我國正大力發(fā)展生物能源,，但是因生物資源問題遭遇瓶頸，而對第二代能源作物研究起步較晚,，在能源作物研究上也遇到一些體制上的制約,。科研工作者們建議國家提高對第二代能源作物研究的重視,，增加投入,，掃除科研機制上和產(chǎn)學(xué)研上存在的一些障礙，加快芒草從研到產(chǎn)的進程,。
中科院植物所,、上海生命科學(xué)研究院、中科院武漢植物園組成的芒草研究小組認為,，節(jié)能減排是我國經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)型的內(nèi)在壓力,，而科學(xué)發(fā)展成為發(fā)展生物能源的內(nèi)在動力。近年來我國生物能源的發(fā)展成就斐然,。到2010年底,，全國生物質(zhì)直燃發(fā)電裝機已達200萬千瓦，以糧食為原料的生物燃料乙醇產(chǎn)量達到了180萬噸,。
2007年,，國家制定了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，提出的2020年生物質(zhì)發(fā)電目標(biāo)是3000萬千瓦,，生物燃料乙醇的發(fā)展目標(biāo)是1000萬噸,。不過業(yè)界認為，這個目標(biāo)實現(xiàn)有著客觀困難,。主要就是,，企業(yè)紛紛上馬生物發(fā)電項目，但是都遭遇了生物資源短缺的問題,。這是由生物質(zhì)資源的季節(jié)性,、分散性與生物質(zhì)發(fā)電的連續(xù)性、集中性的矛盾引起的。
專家認為,，將芒草發(fā)展為我國專業(yè)的能源作物可以解決這一難題,，實現(xiàn)生物質(zhì)能規(guī)模化利用的途徑是專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化,，作為最優(yōu)選擇,，芒草可以擔(dān)此重任。
但是,，當(dāng)前芒草的研究也面臨一些困局,。
首先，國家目前雖然十分重視生物能源研發(fā),，但我國的生物能源究竟有多大潛力和前景還沒有進行過科學(xué)評估,。國內(nèi)相關(guān)研究也比較薄弱和分散，科研資源尚未整合,。
其次,，由于我國能源作物的研究主要由植物研究機構(gòu)承擔(dān)，能源植物科研項目多由我國能源方面專家評審,，他們大多是石油,、煤炭等化石能源方面研究出身的專家，由于對能源植物了解不多,，在科研項目立項評審過程中,，不利于能源作物的立項和資金爭取。
與美國對能源革命的高度重視相比,，我國在能源產(chǎn)業(yè)特別是新能源產(chǎn)業(yè)方面的扶持和能源革命的推進方面顯得相對滯后和力度不足,。
桑濤告訴記者，實際上,，對于第二代生物能源的研究,，我國比美國等西方國家更加緊迫。我國每年有50%以上的石油依賴進口,，而美國石油儲備遠高于我國,，并且有著廣闊的閑置耕地和輪休耕地，第一代生物能源生產(chǎn)技術(shù)成熟,，而且糧食安全壓力和耕地減少壓力沒有我國大,。因此，我國更應(yīng)該將第二代生物能源的研究提升至能源戰(zhàn)略的高度,，迎頭追趕，方能占住先機,。因為,，我們有著西方國家無法比擬的種質(zhì)資源優(yōu)勢。
桑濤呼吁，希望國家加大對第二代生物能源研究政策上和資金上的支持力度,。
此外,，目前芒草的研究處在人工馴化階段，要加快從研到產(chǎn)的進程,，還需要多學(xué)科合作,、進行整個產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)化研究。
研究小組認為,，芒草不僅是能源作物,，還是非常好的材料、涂料作物,，建議國家有關(guān)部門整合科研資源,，加強對芒草綜合開發(fā)利用的重視和實際鼓勵。
另外,，我國目前生物能源研究的主要力量集中在植物能源轉(zhuǎn)化方面,，忽視了能源植物這一生物能源轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)研究。現(xiàn)階段,，我國生物能源研究人員缺乏,，人才隊伍建設(shè)與歐美相比之歐美差距還是很大。
針對以上問題,，專家建議,，國家有關(guān)部門能夠加大對能源作物研究方面的投入，將生物能源提升到我國新時期可持續(xù)性發(fā)展的能源戰(zhàn)略高度,，爭取早日實現(xiàn)芒草的人工馴化,，為生物能源開發(fā)提供優(yōu)質(zhì)、專業(yè)化,、持續(xù)不斷的能源原料,。
同時，對第二代能源作物從生物育種,、種植推廣,、能源轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)機制和模式等進行系統(tǒng)科學(xué)研究和試驗,�,！耙粭l龍的研發(fā)可加快芒草實現(xiàn)其在糧食、能源,、生態(tài)三方面的綜合效益,，最終使我國走在歐美前列，成為新一代能源作物的主產(chǎn)國和生物能源大國,�,！崩罱◤娬f,。
專家們還特別提出，目前我國擁有植物能源轉(zhuǎn)化技術(shù),，但是不夠優(yōu)化和高效,，建議投資建立芒草生物能源轉(zhuǎn)化試驗廠，從而整體推進我國生物能源研發(fā)和生產(chǎn)能力,。
最后專家建議,，國家應(yīng)重點扶持我國生物能源相關(guān)專業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)生物,、環(huán)境,、能源跨學(xué)科綜合人才。
鏈接：芒草——能源作物新秀強勢登場
