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        長(zhǎng)白山區(qū)生物柴油植物選擇探討

        2018-06-04 04:43:08劉建軍劉俊華劉玉波吉林市松花湖實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)吉林吉林吉林松花江三湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局吉林吉林吉林市林業(yè)科學(xué)研究院吉林吉林
        防護(hù)林科技 2018年5期
        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)白山區(qū)含油率文冠果

        劉建軍,劉俊華,劉玉波(.吉林市松花湖實(shí)驗(yàn)林場(chǎng),吉林 吉林 0;.吉林松花江三湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,吉林 吉林 0;.吉林市林業(yè)科學(xué)研究院,吉林 吉林 0)

        我國(guó)耕地資源匱乏,擴(kuò)大油料作物種植面積潛力非常有限,但我國(guó)林地資源豐富,選擇適宜在林地生長(zhǎng)的油料植物生產(chǎn)生物柴油切實(shí)可行。我國(guó)政府已將“林業(yè)生物柴油”列為今后生物液體燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域,并制定了相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)與激勵(lì)政策。進(jìn)入21世紀(jì),隨著生物柴油產(chǎn)業(yè)的不斷升溫,生物柴油植物的選育研究倍受重視。

        長(zhǎng)白山區(qū)位于吉林省東部,屬溫帶寒溫帶大陸性氣候,植物類型復(fù)雜多樣,具有重要的經(jīng)濟(jì)與科研價(jià)值,其中不乏開發(fā)生物柴油的植物。本文就長(zhǎng)白山區(qū)生物柴油植物選擇進(jìn)行探討,旨在為長(zhǎng)白山區(qū)生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

        1 我國(guó)生物柴油植物選擇

        我國(guó)系統(tǒng)的生物柴油研究始于中科院重點(diǎn)科研項(xiàng)目“燃料油植物的研究與應(yīng)用技術(shù)”,完成了對(duì)金沙江流域生物柴油植物資源的調(diào)查及栽培技術(shù)研究,建立了30 hm2小桐子栽培示范林。

        我國(guó)現(xiàn)已查明的油料植物有151科697屬1 554種,其中,種子含油量在40%以上的植物為154種;分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)、可用作建立生物柴油原料基地的植物近30種;分布集中成片,并能利用荒山、沙地等宜林地進(jìn)行造林建立起規(guī)?;牧挤N供應(yīng)基地的生物柴油植物有10種。

        在能夠建立起規(guī)?;挤N供應(yīng)基地的生物柴油10種植物中,最重要的有4種,即麻瘋樹(小桐子):大戟科,落葉灌木或小喬木,果仁含油率50%~80%;黃連木:漆樹科,落葉喬木,種子含油率35.05%,種仁含油率56.5%;文冠果:無患子科,落葉小喬木或灌木,種子含油率33.7%,種仁含油率56.36%~70%;光皮樹:山茱萸科,落葉喬木,果實(shí)含油率33%~36%。

        我國(guó)生物柴油原料基地建設(shè)以上述4種植物為主,其中,麻瘋樹基地已在云南、四川、重慶、貴州等地建立;黃連木基地已在河北、河南、陜西、安徽等地建立;文冠果基地已在內(nèi)蒙古、遼寧等地建立;光皮樹基地已在湖南、湖北、江西等地建立。

        2 長(zhǎng)白山生物柴油植物選擇

        適合作為生物柴油植物一般應(yīng)符合以下五條標(biāo)準(zhǔn):(1)果實(shí)或種子的含油率較高,一般要在35%以上;(2)結(jié)實(shí)量高,平均果實(shí)年產(chǎn)量在3 000~4 500 kghm-2以上;(3)結(jié)實(shí)早,實(shí)生苗一般為5~8 a結(jié)實(shí),嫁接苗3~5 a結(jié)實(shí),5~8 a進(jìn)入盛果期;(4)結(jié)實(shí)期長(zhǎng),一般為20 a以上;(5)對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)。

        在長(zhǎng)白山區(qū)選擇出完全符合上述標(biāo)準(zhǔn)的植物很難。本文針對(duì)長(zhǎng)白山植物特點(diǎn),以植物種子含油率為重要指標(biāo),兼顧種子千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)量、油脂特性、分布范圍、栽培難易等,在長(zhǎng)白山區(qū)選擇出生物柴油植物,按潛在種類與重點(diǎn)研發(fā)種類闡述。

        2.1 長(zhǎng)白山生物柴油植物——喬木選擇

        長(zhǎng)白山區(qū)是全國(guó)重點(diǎn)木材產(chǎn)區(qū),木本油料資源比較豐富,以紅松、胡桃楸最為著名。長(zhǎng)白山生物柴油喬木種類選擇見表1。

        由表1可見,長(zhǎng)白山生物柴油喬木選擇8科11種,其中潛在種類8種,重點(diǎn)研發(fā)種類3種。

        表1 生物柴油植物選擇——喬木種類

        紅松,種子粒大,含油率高,是很有價(jià)值的油料和保健食品??深A(yù)防心臟病,降低血脂,軟化血管,還具有防癌、抗癌之作用,并有滋顏美容之功能。長(zhǎng)白山區(qū)將紅松果實(shí)林作為林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn),隨著紅松資源的擴(kuò)大,紅松籽產(chǎn)量提高,在滿足食品、醫(yī)藥對(duì)紅松籽需求的前提下,可拿出一部分紅松籽開發(fā)生物柴油。

        油松、沙松種子含油率高,雖然種子千粒重小,但只要擴(kuò)大栽培規(guī)模,獲得可觀的種子量,生產(chǎn)生物柴油亦有可能。

        胡桃楸果實(shí)一直作為食品應(yīng)用,其藥用價(jià)值很高,有健胃、補(bǔ)血、潤(rùn)肺、養(yǎng)神等功效。長(zhǎng)白山為胡桃楸生長(zhǎng)最適應(yīng)區(qū),種群大、分布廣,在滿足食品需求的前提下,將其作為生物柴油植物,有開發(fā)前景。

        漆樹在我國(guó)分布廣泛,長(zhǎng)白山集安老嶺是其在國(guó)內(nèi)分布最北端。漆樹是我國(guó)重要的特用經(jīng)濟(jì)林,種子是生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)質(zhì)原料。因漆樹在長(zhǎng)白山天然分布狹窄,擴(kuò)大栽培范圍還應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)。

        水曲柳是長(zhǎng)白山鄉(xiāng)土樹種,資源分布廣泛,種子產(chǎn)量可觀,為開發(fā)生物柴油的潛在資源。

        大果榆作為生物柴油樹種,存在種子千粒重小等問題,但其分布廣泛,繁殖容易,是發(fā)展生物柴油的潛在資源。

        欒樹為長(zhǎng)白山區(qū)引進(jìn)的園林綠化樹種,成年樹木適應(yīng)長(zhǎng)白山區(qū)氣候,可作為發(fā)展生物柴油的潛在資源。

        文冠果為我國(guó)特有樹種,原產(chǎn)北部干旱寒冷地區(qū)。在長(zhǎng)白山區(qū)作為經(jīng)濟(jì)林引種營(yíng)造,始于20世紀(jì)50年代中期,吉林市林業(yè)科學(xué)研究院于20世紀(jì)70—80年代在吉林市進(jìn)行文冠果引種試驗(yàn)。文冠果油轉(zhuǎn)化成生物柴油的轉(zhuǎn)化率為95%以上,且油質(zhì)能量高,國(guó)家已把文冠果列為我國(guó)發(fā)展生物柴油的重要樹種之一。雖然長(zhǎng)白山區(qū)未在國(guó)家制定的文冠果能源林基地區(qū)域范圍內(nèi),但長(zhǎng)白山區(qū)引種栽培文冠果年限長(zhǎng),且保留了一些優(yōu)樹,長(zhǎng)白山區(qū)如能將保留的結(jié)實(shí)量大的優(yōu)樹培育成無性系擴(kuò)大栽培,將是對(duì)全國(guó)文冠果資源量的有益補(bǔ)充。

        皂角種子含油率雖低,但種子千粒重大,種子產(chǎn)量可觀,植株萌芽性強(qiáng),6~10年砍伐,根部還可再發(fā)。經(jīng)常受砍伐的植株呈灌木狀,不影響其結(jié)實(shí),采摘起來更方便。皂角的種子每年除少量用于播種外,大部分自生自滅,還未被應(yīng)用。皂角作為生物柴油植物,應(yīng)重點(diǎn)開發(fā),現(xiàn)階段應(yīng)研究其種子油生產(chǎn)生物柴油的可行性。

        元寶槭常被用作園林綠化樹種,廣為栽植。近年來,研究部門發(fā)現(xiàn)其種子含油率高,可提取工業(yè)用油。經(jīng)試驗(yàn),以元寶槭種子油制備的生物柴油主要性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)家0#柴油標(biāo)準(zhǔn)。作為生物柴油樹種,現(xiàn)階段應(yīng)對(duì)元寶槭進(jìn)行優(yōu)樹選擇,培育出結(jié)實(shí)量大、種子大的優(yōu)良個(gè)體進(jìn)行規(guī)?;耘?。

        2.2 長(zhǎng)白山生物柴油植物——灌木選擇

        灌木根系發(fā)達(dá),自我繁殖快,適應(yīng)性強(qiáng),具有很強(qiáng)的復(fù)壯更新和自然修復(fù)能力,更適合作為生物柴油原料植物。長(zhǎng)白山區(qū)灌木資源豐富,多年來進(jìn)行了不同層次的開發(fā)利用,取得了顯著成果。在生物柴油開發(fā)方面,處于探索階段。長(zhǎng)白山生物柴油灌木種類選擇見表2。

        表2列出,長(zhǎng)白山生物柴油灌木選擇9科12種,其中潛在種類7種,重點(diǎn)研發(fā)種類5種。

        毛榛適應(yīng)性強(qiáng),分布廣,種子含油率高,營(yíng)養(yǎng)豐富,多年來作為食品開發(fā)。發(fā)展生物柴油,毛榛同紅松、胡桃楸一樣面臨食用油與工業(yè)用油取舍的矛盾。

        鹽膚木為我國(guó)主要經(jīng)濟(jì)樹種,可供制藥和做工業(yè)染料的原料,種子可榨油。中國(guó)除黑龍江、內(nèi)蒙古和新疆外,其余各省區(qū)均有分布,在長(zhǎng)白山區(qū)僅見于集安老嶺山脈以南。鹽膚木在長(zhǎng)白山天然分布范圍狹窄,對(duì)其擴(kuò)大栽培范圍應(yīng)進(jìn)一步研究。

        白檀山礬在長(zhǎng)白山為稀有樹種,具有較高的觀賞價(jià)值,其種子生產(chǎn)生物柴油已有人研究,規(guī)模生產(chǎn)工藝處于完善階段。因白檀山礬在長(zhǎng)白山天然分布狹窄,擴(kuò)大栽培范圍還應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)。

        表2 生物柴油植物選擇——灌木種類

        雞樹條莢迷花和果均美,是優(yōu)良的觀賞灌木,育苗、良種選育等研究較多,在開發(fā)生物柴油方面還是空白。因其應(yīng)用范圍逐年擴(kuò)大,種子產(chǎn)量增多,開發(fā)生物柴油具一定潛力。

        紅瑞木老干暗紅色,枝丫血紅色,優(yōu)良的園林植物。耐寒、耐旱、耐修剪,園林中多叢植草坪上或與常綠喬木相間種植,得紅綠相映之效果。紅瑞木結(jié)實(shí)量大,種子含油率高,在開發(fā)生物柴油方面很有發(fā)展前景。

        苦參落葉半灌木,種子含油率雖偏低,但繁殖容易,易于擴(kuò)大規(guī)模栽培,為發(fā)展生物柴油的潛在資源。

        省沽油油脂分子與柴油分子相似,通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以生產(chǎn)生物柴油,是一種理想的生物柴油樹種,國(guó)內(nèi)有些省份以開發(fā)新能源為目的開展了“省沽油優(yōu)良無性系選育研究”,營(yíng)造省沽油能源林。省沽油是我國(guó)特有的鄉(xiāng)土油料樹種,分布區(qū)廣,生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng),南起廣東,北至黑龍江,西迄四川,東達(dá)沿海的廣大地區(qū)均能生長(zhǎng),推廣潛力巨大。種植后1~2年就開花結(jié)實(shí),第3年進(jìn)入盛果期,已選育的優(yōu)樹畝產(chǎn)種子可達(dá)200 kg以上,畝產(chǎn)油50 kg以上;繁殖容易,苗木繁殖成本低。長(zhǎng)春市區(qū)有引種,長(zhǎng)勢(shì)良好。

        紫穗槐原產(chǎn)北美,現(xiàn)在已發(fā)展到華北、華中、西北和長(zhǎng)江流域地區(qū)。是防風(fēng)固沙、保持水土的優(yōu)良綠化材料??癸L(fēng)力強(qiáng),生長(zhǎng)快。紫穗槐在長(zhǎng)白山區(qū)多數(shù)用于公路護(hù)坡,部分逸于野生狀態(tài),種子結(jié)實(shí)早,結(jié)實(shí)量大,產(chǎn)量可觀,作為生物柴油應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)。

        衛(wèi)矛為衛(wèi)矛科,衛(wèi)矛科種子平均含油為44%,是我國(guó)少有的木本富油科。衛(wèi)矛種子含油量高,以油酸、亞油酸、棕櫚酸為主要成分,可供生物柴油開發(fā)利用。

        南蛇藤植株姿態(tài)優(yōu)美,果具有較高的觀賞價(jià)值,是城市垂直綠化的優(yōu)良樹種。南蛇藤種子含油率較高,是適合發(fā)展生物柴油的植物資源,應(yīng)擴(kuò)大其栽培規(guī)模以獲得大量種子。

        烏蘇里鼠李生于針闊混交林及雜木林下或林緣,灌叢等處,分布范圍廣,結(jié)實(shí)量大。對(duì)烏蘇里鼠李種子除醫(yī)藥應(yīng)用外,其他很少應(yīng)用,作為生物柴油的原料,很有研發(fā)價(jià)值。

        2.3長(zhǎng)白山生物柴油原植物——草本植物選擇

        草本植物開發(fā)生物柴油,具生長(zhǎng)周期、育種改良周期短等優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)白山草本植物豐富,其中油料植物種類繁多。長(zhǎng)白山生物柴油植物草本植物種類選擇見表3。

        表3列出長(zhǎng)白山生物柴油草本植物選擇8科17種,其中潛在種類14種,重點(diǎn)研發(fā)種類3種。

        牛蒡、蒼耳分布廣泛,適應(yīng)性強(qiáng),資源豐富,綜合開發(fā)簡(jiǎn)便易行,一般土地均可栽培,適宜在邊際地種植,經(jīng)測(cè)種子油脂適合作生物柴油。

        藍(lán)萼香茶菜、香薷、野芝麻、益母草、毛水蘇資源分布廣泛,在中藥領(lǐng)域開發(fā)利用多年,已有人工栽培,種子含油率較高,開發(fā)生物柴油有一定潛力。

        野大豆為大豆的近緣種,我國(guó)油料作物之一。野大豆分布廣泛,抗逆性強(qiáng),是潛在的生物柴油原料資源。

        葶藶、薺菜、遏蘭菜、播娘蒿種子性狀接近,已有人以播娘蒿籽油為原料,通過脂交換反應(yīng)制備出的脂肪酸甲酯,其性能基本達(dá)到了生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。

        珍珠菜多年生,分布廣,全草入藥,種子脂肪油可生產(chǎn)生物柴油。

        馬藺多年生,生長(zhǎng)于荒地路旁、山坡草叢、鹽堿草甸中,具有獨(dú)特的生態(tài)特性和利用價(jià)值,被用作水保護(hù)坡、觀賞地被的優(yōu)良材料,在開發(fā)生物柴油方面亦具一定潛力。

        月見草別名夜來香、山芝麻,多年生,原產(chǎn)于北美洲,引入歐洲后傳入世界各地,長(zhǎng)白山區(qū)為野生狀態(tài)。種子可榨油,作為藥用油研究開發(fā)多年。為了滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)月見草油的需求,近年來月見草已進(jìn)行了大面積人工栽培,吉林、遼寧、內(nèi)蒙古地區(qū)有較大種植面積。高產(chǎn)量、高含油的月見草已經(jīng)培育成功。月見草油及其制成品已在醫(yī)療領(lǐng)域得到應(yīng)用,而在開發(fā)生物柴油方面還處于空白。因月見草資源豐富,栽培容易,種子含油量高,種子收集容易,開發(fā)生物柴油潛力很大。

        表3 生物柴油植物選擇——草本植物種類

        續(xù)隨子又稱千金子、小巴豆,為2年生草本,高50~100 cm。廣泛栽培于歐洲、美洲、北非、中亞和東亞。中國(guó)引種栽培已久,長(zhǎng)白山區(qū)于20世紀(jì)80年代引種,目前少有栽培或逸為野生??鼓嫘詮?qiáng),易于繁殖,生長(zhǎng)量大,一年一收,宜于山地種植。續(xù)隨子是最有發(fā)展前途的生物柴油草本植物之一,歐美對(duì)續(xù)隨子頗為重視,正在研究如何提高其產(chǎn)量。

        蓖麻,原產(chǎn)非洲東部,經(jīng)亞洲傳入美洲,再至歐洲,蓖麻油為重要工業(yè)用油,巴西的生物柴油原料之一就是蓖麻。在長(zhǎng)白山區(qū),蓖麻亦作為觀賞植物栽培。

        3 結(jié)語(yǔ)

        3.1 在長(zhǎng)白山區(qū),以植物種子含油率為重要指標(biāo),兼顧其他指標(biāo),選出生物柴油原料植物40種,其中喬木11種、灌木12種、草本植物17種。選出重點(diǎn)研發(fā)種類11種,即喬木有文冠果、皂角、元寶槭,灌木有省沽油、紫穗槐、衛(wèi)矛、南蛇藤、烏蘇里鼠李,草本植物有月見草、續(xù)隨子、蓖麻。

        3.2 我國(guó)液體燃料短缺,能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)性矛盾長(zhǎng)期存在,發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè),部分替代化石柴油,已成為當(dāng)前可再生能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。長(zhǎng)白山區(qū)生物柴油植物資源和山地資源都較為豐富,具發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì),在此領(lǐng)域應(yīng)深入研究。

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