能源草培育工作

原由20世紀(jì)石油工業(yè)的發(fā)展極度擠縮了以生物質(zhì)為基礎(chǔ)的能源載體和原材料的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)代的能源生產(chǎn)中大約90%是使用地下采掘出來的化石能源，造成大氣成份的失衡和惡化。近150年來空氣中的二氧化碳增加了28%，甲烷濃度增加了50%，二氧化氮增加了13%。大氣的惡化和煤、原油、天然氣和鈾

儲量的減少引起人們要求迅速改變能源結(jié)構(gòu)的要求。現(xiàn)在關(guān)心的最大問題是以生物質(zhì)能源為載體的再生能源在多大程度上替代化石性能源載體。歐盟在這個問題上訂出的目標(biāo)是，到2010年使用的能源中可再生能源達到21%，而在電能生產(chǎn)中要達到22%?？稍偕茉粗猩镔|(zhì)能源會占據(jù)重要角色，因為他具有環(huán)保優(yōu)勢，有潛力解決地區(qū)，特別是偏遠農(nóng)村發(fā)展中的尖銳問題。鑒于對生物質(zhì)能源的認識，匈牙利薩爾瓦什研究所自上世紀(jì)90年代就開始用于能源和工業(yè)方面草種的培育工作，在歐洲是最早的單位。

蘆竹- 培育出能生產(chǎn)能源與生產(chǎn)牧草的二個品種、能源品種干草產(chǎn)量高的、適用于能源、造紙、木材、紡織和建筑工業(yè)用的新草種。從土地使用、經(jīng)濟性能和環(huán)境觀點看，它為改善環(huán)境，提供新的市場開發(fā)和就業(yè)問題提供機會。

蘆竹- 植物學(xué)特征 多年生，有主干、匍匐莖、強有力扎入土壤1.8~2.5米，具有大叢根系。其莖為灰綠色，葉高180~220厘米，葉稀疏、平直而堅硬、莖上有節(jié)2~4個，灰綠葉子挺拔，葉面稍有凹凸不平，花簇勻直，長20~30厘米，成穗串狀。4月中旬發(fā)芽，6月底7月初開花，7月底8月初顆粒成熟。種子顆粒是柳葉狀，長0.8~1.2厘米，千粒重為2.8~3.8克。

蘆竹環(huán)境適應(yīng)能力很差，在鹽堿性、紅壤荒山、缺水缺肥的土地上都不能生長。其抗旱、抗鹽堿、抗寒性能都一般。

農(nóng)田肥水充足的情況下頭一茬干草產(chǎn)量為10~15噸/公頃，燃燒值為14~17兆焦?fàn)?公斤干草，接近和超過楊樹、柳樹、槐樹、與匈牙利的褐煤相當(dāng)。全纖維素含量超過松樹，是多年生植物中相當(dāng)高的。

多年生品種，一次播種之后可連續(xù)生產(chǎn)10~15年，若在春季播種，則從第二年起就可以達到滿產(chǎn)。

蘆竹從匈牙利小平原鹽堿土壤地區(qū)及中亞干旱地區(qū)采集多種植物材料，通過雜交方法培育出大變異特性的育種材料。

這種具有典型特征的品種是經(jīng)過10年培育的結(jié)果。

能源草 - 育種人Dr.亞諾夫斯基.業(yè)諾什（60%）

亞諾夫斯基.柔爾特（40%）

能源草高產(chǎn)的巨菌草

一、巨莖草的生物學(xué)特性

1. 名稱及分類地位：

中文名：巨菌草

分類地位：隸屬被子植物門，單子葉植物綱，禾本科，狼尾草屬。原產(chǎn)地在北非，由福建省農(nóng)林大學(xué)菌草研究所所長林占熺研究員引進改良培育，在中國大面積獲得成功。

這是一種適宜在熱帶生長和人工栽培的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)菌草，離開熱帶冬天不能越冬并全部枯死。

2. 生物學(xué)特性

巨菌草在熱帶地區(qū)為多年生植物。植株高大，抗逆性強，農(nóng)田產(chǎn)量高，粗蛋白和糖分在株高1米含量高，直立、叢生，根系發(fā)達。在福建省農(nóng)田生長半年，莖粗可達3.5厘米，節(jié)間長9～15厘米，15個有效的分蘗，每節(jié)著生一個腋芽，并由葉片包裹，葉片互生，長60～132厘米，葉片寬3.5~6厘米，8個月共生長35片葉。

巨菌草的光合作用的最初產(chǎn)物為4－碳酸－羥基丁=酸和天門冬氨酸等四碳雙羧酸產(chǎn)物，即光合作用生化途徑為C－4途徑。屬典型的四碳植物，具有較高的光合速率。

據(jù)測定光合速率為50～70毫克CO2/分米2/小時，（cooper 1970）。在熱帶地區(qū)高水肥種植，一般每公頃年產(chǎn)鮮草可達300噸以上，在中溫帶紅壤荒山上難成活產(chǎn)量非常低。

巨菌草光合與蒸騰之比較低，因此，巨菌草的生長除需高溫外，還需濕潤的土壤條件。巨菌草能耐受短期的干旱，但不耐澇。

二、巨菌草的應(yīng)用范圍

巨菌草雖是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的菌草，用巨菌草作為培養(yǎng)料的很少，已知可栽培香菇、靈芝等49種食用菌、藥用菌。除了作為菌料外，還可做飼料，同時還是水土保持的優(yōu)良草種。08年開始應(yīng)用于生物質(zhì)發(fā)電最終因發(fā)電成本比煤高而放棄、纖維板、制造燃料乙醇等成本更高。

三、巨菌草栽培方法

第一種是短莖扦插。土地深耕，畝施有機肥3噸，復(fù)合肥100公斤，機械起壟，當(dāng)氣溫穩(wěn)定在15度以上，用刀把6個月以上巨菌草種莖切成有一到兩個節(jié)的莖段，每畦種兩行，株行距0.5米×0.5米左右。莖節(jié)腋芽朝上，斜插與地面成45度角，一個節(jié)插入土中，一個節(jié)在地表面，周圍用土壓實。干旱季節(jié)或土壤干燥時扦插后須連續(xù)澆水3～5天。在雨季栽培可用單節(jié)法繁殖，出苗中耕除草追肥，每次收獲后施入植株從土壤中帶走的各種肥料的3倍，化肥的利用率一般只有30%，霜凍前人工將老莖桿入窖以便來年種植或培土蓋薄膜。

第二種繁殖方法是分株法。具體做法是，春天先割去植株上端后把根頭挖出，分成單株后種植，其余同上。

第三種繁殖方法是全株條栽法，即把整株的巨菌草埋入土中，覆蓋土厚2～3厘米，尾端留少量葉片露在地表，適宜季節(jié)栽種7～10天就可發(fā)芽，其余同第一種。

能源草含水量低的巨能草

形態(tài)特征：多年生草本。具粗壯的根狀莖。稈直立，有分枝。1年期株高5米左右，直徑最大2.5公分。是福建省菌草開發(fā)工程協(xié)會近年引進培育的品種，適合在中國熱區(qū)種植。生長環(huán)境：年降雨量在500mm以上溫度在15度以上則生長旺盛。不耐寒，零度以下則全部凍死。

生物量：人工種植，熱帶高水肥每畝產(chǎn)量干草2噸左右，鮮草水分45%左右。

適合用途：作為菇類培養(yǎng)料；直接收割可以燃燒發(fā)電；纖維長、強度好，適合做纖維板、燃料乙醇。是作為能源草的好草種。干旱、寒冷地方、沙地都不能種植。是水土保持的好草種。 由于含水量高，必須曬干送進生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐燃燒。

栽培方法

適宜在候平均氣溫大于12℃的季節(jié)種植或雨季開始時種植。短桿扦插：采用腋芽進行無性繁殖。方法是用修剪刀剪帶有兩個節(jié)的莖，扦插桿的周圍用土壓實。栽后澆水至土壤濕透。全株條栽法：把整株巨菌草埋入土中，覆土2～4厘米。

能源草柳枝稷

名稱: 柳枝稷

英文名: Versatile switch grass

學(xué)名: Panicum virgatum

科屬: 禾本科稷屬

類別: 多年生草本

主要性狀: 多年生叢生型禾草，根莖和種子繁殖，根深，株高l~2米。

分布地區(qū): 美國大平原及東部大部分地區(qū)的土生種。

習(xí)性特點: 耐旱，耐排水不良的土壤。

繁殖方法: 種子

栽培管理: 種苗建植緩慢。4-5月播種，播量為6-7千克/公頃的純、活種子。根莖和種子繁殖，根深，株高l-2M。

柳枝稷現(xiàn)在的新用途：柳枝稷能從中提煉出酒精，又有“能源草”的稱謂。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授胡林等專家完成的一份未經(jīng)驗證的研究報告顯示，未被利用的荒草地是中國最重要的保留土地資源之一，如果把其中能適合種植的361萬公頃荒草地種植生物乙醇能源植物，每年潛在的生物乙醇產(chǎn)量達1100萬噸，可替代當(dāng)今中國汽油消費的23%。 經(jīng)實驗，柳枝稷草種在荒山上產(chǎn)量很低畝主1噸左右，種在農(nóng)田畝產(chǎn)4噸左右，作牧草都嫌產(chǎn)量低，適口性差，冬季枯萎。

做固體燃料

在歐洲和世界各地用木質(zhì)纖維燃燒供熱和發(fā)電越來越具有現(xiàn)實意義不具有經(jīng)濟意義。能源草在開花期

干草產(chǎn)量為15.82噸/公頃，而在同樣雨量條件下樹木的年產(chǎn)量為12噸/公頃。測試表明，能源草的燃燒值為14.968~15.981兆焦?fàn)?公斤干草，褐煤為14.9~20兆焦?fàn)?公斤，槐樹為16.8兆焦?fàn)?公斤，楊樹為15.9兆焦?fàn)?公斤，柴油為41.6兆焦?fàn)?公斤。匈牙利蘆竹畝生產(chǎn)成本：農(nóng)田租金每畝500元，有機肥3噸1000元，化肥200公斤900元，機械費600元，人工800元，種植成本可以買10噸煤，顯然沒有經(jīng)濟效益。能源草用于燃燒時需經(jīng)過擠壓、分段等處理，做成草餅、草柱還需花錢。每公斤干草高溫分解過程中可產(chǎn)生197.5牛頓升草瓦斯。用能源草生產(chǎn)沼氣時發(fā)酵時間為15~20天，所產(chǎn)的瓦斯超過0.5立方米/公斤這更需花錢。

做造紙和工業(yè)纖維原料

能源草制作各向同性平面的平面成型特性非常好，拉伸、斷裂和波紋形成可行性指標(biāo)也優(yōu)于傳統(tǒng)造紙工業(yè)的各種纖維，在硬壁包裝材料生產(chǎn)中很有優(yōu)勢。對與100%的草纖維板，以及草、木纖維按不同比例制成的纖維板（320公斤/立方米）。混合比例的纖維板在建筑業(yè)、家具業(yè)、裝修業(yè)和車輛制造業(yè)中是不可缺少的基本材料。如果造紙廠、纖維板廠建在能源草基地，除了原料供應(yīng)以外，還可以提供工廠所需的能源，減少運輸距離，增強產(chǎn)品的競爭能力。

做飼料

蘆竹飼用品種15米高以內(nèi)收割的做飼料用，營養(yǎng)價值較高。

用于土壤保護和改良

能源草收割帶走大量的肥料，使土壤越來越貧瘠，種過能源草的土地如不使用大量有機肥很快變成荒地。

用于紡織工業(yè)

能源草纖維素含量高、質(zhì)量好，把它與工業(yè)用的纖維合理搭配，將有可能用于紡織工業(yè)，這方面的工作正在實驗中。

種植能源草要消耗的能源主要是機械耕作運輸裝卸用油，而要使用大量化肥及有機肥才能高產(chǎn)，能源轉(zhuǎn)化能量的損失，總的來說，轉(zhuǎn)化的能量略大于消耗的能量，在油價達到150元/桶有生產(chǎn)價值。

能源草園林價值

多年生競爭力，種子借助風(fēng)力、動物傳播，列入入侵生物目錄，有造成生態(tài)災(zāi)難的巨大風(fēng)險。多用于城市局部封閉式使用。

能源草能源價值

產(chǎn)量太低沒有能源價值，北方用來做牧草。2100433B

本書是一部關(guān)于能源草研究的專著。本書在全面綜合整理國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究進展和成果基礎(chǔ)上，吸收國內(nèi)外先進技術(shù)和最新的科研成果，從基本概念、主要能源草、利用技術(shù)、政策法規(guī)等方面對能源草及主要能源植物進行較為詳盡的介紹。本書具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性、指導(dǎo)性和普及性，力求將能源草最新研究進展及前沿動態(tài)呈現(xiàn)給讀者。本書可作為大專院校選修課參考教材，也可供草業(yè)、生物質(zhì)能等相關(guān)專業(yè)學(xué)者閱讀參考，同時可作為相關(guān)企業(yè)進行培訓(xùn)的指導(dǎo)用書。

第一章緒論/1

第一節(jié)生物能源相關(guān)概念1

第二節(jié)能源草概念及基本特征1

一、生物質(zhì)資源和能源植物分類1

二、能源草基本概念2

三、能源草基本特征2

第三節(jié)發(fā)展生物能源的意義2

一、緩解能源危機2

二、促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化3

三、保護生態(tài)環(huán)境3

四、推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)3

五、提高土地利用率4

第四節(jié)國內(nèi)外生物能源的發(fā)展及現(xiàn)狀4

一、國內(nèi)外沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀4

二、國內(nèi)外燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀12

三、生物質(zhì)成型燃料技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀16

第五節(jié)能源草的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景18

一、國際上能源草發(fā)展現(xiàn)狀18

二、中國能源草發(fā)展現(xiàn)狀19

三、能源草產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題20

四、未來能源草發(fā)展重點與發(fā)展前景21

五、加快我國能源草科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)、發(fā)展的建議22

參考文獻22

第二章主要能源草/24

第一節(jié)柳枝稷24

一、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特性24

二、遺傳育種研究30

三、生理生化特征37

四、栽培及管理技術(shù)43

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景47

第二節(jié)狼尾草屬能源草57

一、雜交狼尾草57

二、象草62

三、生理生化特征66

四、遺傳育種研究67

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景67

第三節(jié)芒屬能源草70

一、種類及生態(tài)分布71

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征72

三、生理生化特征84

四、栽培及管理技術(shù)86

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景89

第四節(jié)荻屬能源草96

一、種類及生態(tài)分布97

二、形態(tài)學(xué)及生物學(xué)特征98

三、生理生化特征102

四、栽培及管理技術(shù)104

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景107

第五節(jié)草屬能源草109

一、種類及生態(tài)分布109

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征109

三、生理生化特征111

四、遺傳育種研究113

五、栽培及管理技術(shù)114

六、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景115

第六節(jié)甘蔗屬能源草117

一、割手密117

二、斑茅120

三、種質(zhì)資源收集和新品種培育122

四、栽培與管理技術(shù)126

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景126

第七節(jié)蘆竹屬能源草128

一、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征128

二、生理生化特征131

三、栽培及管理技術(shù)133

四、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景136

第八節(jié)芨芨草屬能源草139

一、種類及生態(tài)分布139

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征139

三、遺傳多樣性研究140

四、栽培及管理技術(shù)140

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景141

參考文獻142

第三章其他主要非糧能源植物/179

第一節(jié)富糖能源植物179

一、甜高粱179

二、甘蔗197

三、甜菜201

第二節(jié)富淀粉能源植物204

一、葛根204

二、木薯211

三、甘薯214

四、菊芋218

第三節(jié)富烴能源植物221

一、文冠果221

二、光皮樹225

三、黃連木228

四、山蒼子231

五、山桐子233

六、無患子236

七、小桐子239

八、鹽膚木242

九、油棕243

第四節(jié)富木質(zhì)纖維能源植物246

一、楊樹246

二、速生柳248

三、桉樹251

四、櫟樹254

五、檉柳257

六、錦雞兒260

七、沙柳263

八、羊柴264

九、胡枝子266

十、梭梭268

參考文獻271

第四章能源草開發(fā)利用技術(shù)/284

第一節(jié)生物燃氣制備284

一、發(fā)酵產(chǎn)沼氣的基本原理284

二、木質(zhì)纖維素類原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣的工藝流程285

三、制備生物燃氣的影響因素289

第二節(jié)液體燃料制備293

一、發(fā)酵乙醇轉(zhuǎn)化過程的基本原理293

二、木質(zhì)纖維素類原料乙醇的工藝流程293

三、能源草制備燃料乙醇的影響因素297

第三節(jié)成型燃料制備302

一、木質(zhì)纖維素原料制備成型燃料的基本原理302

二、木質(zhì)纖維素類原料制備成型燃料的工藝流程303

三、能源草制備成型燃料的影響因素305

第四節(jié)能源草本植物在能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)306

一、燃燒技術(shù)306

二、熱裂解制生物油技術(shù)307

三、生產(chǎn)生物航空燃料308

參考文獻308

第五章生物能源政策法規(guī)及規(guī)劃/311

第一節(jié)生物能源法律法規(guī)311

一、可再生能源法311

二、節(jié)約能源法312

三、循環(huán)經(jīng)濟促進法312

四、其他相關(guān)法律312

第二節(jié)生物能源戰(zhàn)略規(guī)劃312

一、國民經(jīng)濟與社會發(fā)展規(guī)劃312

二、可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃313

三、生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃315

四、專項與地方規(guī)劃315

第三節(jié)生物能源行政監(jiān)管316

一、燃料乙醇316

二、生物柴油317

三、生物質(zhì)發(fā)電317

四、沼氣318

五、固體成型燃料318

第四節(jié)生物能源財稅扶持318

一、綜合政策318

二、生物液體燃料320

三、生物質(zhì)發(fā)電321

四、沼氣322

五、固體燃料322

第五節(jié)國際生物液體燃料政策323

一、美國323

二、歐盟325

三、巴西326

四、加拿大327

五、日本327

參考文獻330

能源問題已成為當(dāng)今世界面臨的主要問題之一。隨著現(xiàn)代社會對于化石能源高度依賴和大量消耗，能源短缺成為經(jīng)濟發(fā)展的重大潛在風(fēng)險，也使人類社會面臨戰(zhàn)爭和饑荒等重大威脅。生物質(zhì)能源與核能、風(fēng)能、太陽能共同構(gòu)成新能源的初步格局，其總量已成為世界第四大能源，排位僅次于煤炭、石油和天然氣，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位，是替代化石能源的主力軍之一。

在眾多的生物質(zhì)原料中，草本能源作物以其獨特優(yōu)勢占據(jù)重要地位。能源草不僅具有高光效、高生物產(chǎn)量，相對于其他生物質(zhì)原料，能源草更易于在種植、收獲、運輸、儲藏等生產(chǎn)過程中實現(xiàn)全程機械化操作，達到常年連續(xù)生產(chǎn)。此外，能源草品種多具有較強的抗逆性，可在邊際和荒棄土地種植，在土地利用上同樣擁有較大優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，我國仍屬于發(fā)展中國家，能源發(fā)展需完全建立在糧食安全的基礎(chǔ)上，能源草作為非糧能源作物保證了“不與人爭糧、不與糧爭地”的發(fā)展前提。種植能源草還可減少土壤侵蝕，增加貧瘠土壤有機成分，提高天然有機碳儲量，吸收空氣中的CO2，直接影響氣候變化。

能源草作為第二代新型能源作物，已在世界各國能源發(fā)展計劃中占據(jù)重要部分。目前，能源草的利用形式主要包括生物液體燃料、生物燃氣、成型燃料以及直接燃燒利用?，F(xiàn)階段，我國對能源草的研究開發(fā)利用，包括品種選育、邊際土地適應(yīng)性、穩(wěn)定性、種植示范、田間管理與收集運輸、燃料開發(fā)示范等方面，仍處于初始或空白階段，企業(yè)及社會對能源草的了解也非常有限。

本書編寫是在“十二五”國家863計劃課題“邊際土地能源草分子育種與新種質(zhì)創(chuàng)制(2012AA101801)”及“能源草高效制備生物天然氣關(guān)鍵技術(shù)研究(2012AA101802)”，“十二五”國家973計劃項目“草本能源植物培育及化學(xué)催化制備先進液體燃料的基礎(chǔ)研究(2012CB215300)”，國家自然科學(xué)基金“割手蜜蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)的克隆與表達調(diào)控研究(31272493)”、“斑茅關(guān)鍵木質(zhì)素合成酶基因克隆、RNA干擾及抗逆性表達研究(31302026)”及“十一五”國家科技支撐計劃課題“耐鹽堿能源草篩選與新品種培育(2009BADA7B04)”等項目課題的研究基礎(chǔ)上，不斷吸收國內(nèi)外先進技術(shù)和最新的科研成果，從基本概念、主要草種、利用技術(shù)、政策法規(guī)等方面對能源草及主要能源植物進行較為詳盡的介紹，確保全書各章節(jié)的相關(guān)性，知識點清晰，重點內(nèi)容論述全面。

本書共分五章，即緒論、主要能源草、其他主要非糧能源植物、能源草開發(fā)利用技術(shù)、生物能源政策法規(guī)及規(guī)劃。本書由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所、四川省草原科學(xué)研究院等單位的專家學(xué)者共同完成。第一章由馬隆龍、楊富裕、孫永明、王亞梅和田雪編寫，第二章由張?zhí)N薇、白史且、鄢家俊、楊富裕、劉斯佳、李洪超、徐然、龐帝瓊、吳春會、黃艷華、汪輝、張妍娜、高鳳芹編寫，第三章由高鳳芹、張妍娜、杜娟、林炎麗編寫，第四章由袁振宏、孫永明、李連華、孔曉英、施晨璐編寫，第五章由康利平編寫。本書可作為大專院校選修課參考教材，也可供草業(yè)、生物質(zhì)能等相關(guān)專業(yè)學(xué)者閱讀參考，同時可作為相關(guān)企業(yè)進行培訓(xùn)的指導(dǎo)用書。

本書力求立論準(zhǔn)確，語言流暢，但編者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請讀者見諒并不吝賜教，使得本書日臻完善，造福行業(yè)。

編著者

2014年2月