非糧生物質能源植物“油莎豆”的產(chǎn)業(yè)化前景及對策

黃春榮 梁文章 孫祖東

（1.中國科技開發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西桂邦生物質能源有限責任公司，廣西 南寧 530001；3.廣西農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530001）

非糧生物質能源植物“油莎豆”的產(chǎn)業(yè)化前景及對策

黃春榮1梁文章2孫祖東3

（1.中國科技開發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530022；2.廣西桂邦生物質能源有限責任公司，廣西 南寧 530001；3.廣西農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530001）

油莎豆是一種莎草科多年生草本油料植物，全生育期110～130天，年可種兩季，具有抗逆性強、耐貧瘠、耐鹽堿、病蟲害少、喜陽光、容易裁培管理、不與糧爭地、可規(guī)模推廣種植等特點。油莎豆塊莖產(chǎn)量高且富含油脂、淀粉和糖，是目前發(fā)現(xiàn)的最理想的非糧生物質能源植物之一，除可加工成生物柴油外，還可制成乙醇，產(chǎn)業(yè)化前景非常廣闊。

非糧生物質能源；油莎豆；生物柴油；性狀；鹽堿地；采收機械；產(chǎn)業(yè)化開發(fā)；策略

今天，全世界每年能源消費是13太拉瓦（13萬億瓦），其中85%的能源來自于礦物燃料。據(jù)專家估計，到2050年，全球能源需求將達到43太拉瓦。因油價上漲，我們的社會將必須利用所有的替代性能源，才能防止文明白崩潰。生物柴油是一種重要的可再生能源。我國早在“八五”期間就已研發(fā)出生物柴油技術，并對小桐子、光皮樹、油桐等油料植物作為能源植物利用進行了相關試驗，研制出了以菜籽油、豆油等為原料生產(chǎn)生物柴油的工藝。目前，歐洲國家如德國、意大利、丹麥、捷克和奧地利等國主要以菜籽油為原料生產(chǎn)生物柴油；美國是以豆油為原料生產(chǎn)生物柴油的最大國家。盡管我國大量生產(chǎn)大豆和油菜籽，但食用油需求量較大，生物柴油原料嚴重不足。國務院于2006年12月發(fā)令，明令禁止用油菜子、花生、大豆、葵花子等食用油生產(chǎn)生物燃油，2007年6月9日又發(fā)布通知明令禁止發(fā)展糧食乙醇生物燃料項目，在建項目立即叫停。因此，尋找繁殖力強、生長周期短、生物量大、產(chǎn)油量高和對環(huán)境適應性強的非食用油料作物作為生產(chǎn)生物柴油的原料就成為植物育種、可再生能源等領域一個急需解決的戰(zhàn)略性問題。

油莎豆抗逆性強，對土壤條件要求不嚴，不與大豆、花生、油菜等草本油料作物及水稻、玉米等主糧食作物爭地，是理想的生物質能源原料。中華人民共和國國家標準:糧食、油料及其加工產(chǎn)品的名詞術語 GB8869-88中第 2.11條介紹“油莎豆 cyperus esculentus 亦稱“油莎草”、“地下扁桃”。莎草科草本植物栽培油莎豆的長圓形地下塊莖。含油約20%～30%?！蔽覈蜕褂?952年由中科院植物所北京植物園從蘇聯(lián)引種，1960年又從保加利亞引種。廣泛分布于廣東、黑龍江和新疆等地，作為一年生油料作物栽培，全生育期110～130天，3月初至7月均可播種?，F(xiàn)已在北京、甘肅、廣西、江西、四川、山東等20多個省市自治區(qū)種植。廣西種植油莎豆的時間也較早，1975年原廣西植物研究所鄧立杰等三人組成的科研小組，在靈川縣大面大隊的五個生產(chǎn)隊進行了40畝油莎豆豐產(chǎn)栽培試驗獲得成功，畝產(chǎn)由原來的200斤提高到700斤（干重），至1977年僅靈川縣油莎豆種植面積就達7000多畝，當年該縣外調(diào)的油莎豆種子50多萬斤（見廣西日報1978年1月30日第二版）。此后，油莎豆的命運與國內(nèi)其它地區(qū)一樣，都因缺少產(chǎn)品深加工導致原料收購價低而停止種植。時隔30年后，2007年廣西桂邦生物能源有限公司從湖南引種試種油莎豆 15畝獲得成功，最低畝產(chǎn)達到 602kg，最高畝產(chǎn)達到1050kg，平均畝產(chǎn)789kg。因此，廣西如能規(guī)模化推廣油莎豆為非糧生物質能源原料植物，將推動廣西非糧生物質能源的快速發(fā)展。

（一）植物學性狀

在我國，除北部寒冷地區(qū)外均能生長油莎豆，但在我國的氣候條件下，一般不開花或開花不結果，以塊莖繁殖為主。其植物學性狀如下：

1.生長周期短，生物量大。當氣溫穩(wěn)定在10～12℃時即可播種油莎豆。在廣西，從2月中旬到7月均可播種，年可種兩季，春播夏收，夏播秋收。因此，油莎豆比光皮樹、油桐、小桐子、黃連木等木本油料植物優(yōu)越。光皮樹種子發(fā)芽率低，實生苗造林需6～8 年開花結實，嫁接苗造林需2～3 年方結果；油桐不耐荒蕪，如不加管理則林內(nèi)雜草叢生，影響樹體生長，甚至導致全樹死亡；黃連木生長較慢，人工栽培10～12年結果；小桐子在 3年內(nèi)可長成3m高的植株，種子繁殖植株3～4 年結果，扦插繁殖植株1年左右結果。

2.繁殖力強，耐肥性強，適應性廣。油莎豆性喜溫濕氣候，耐旱、耐澇、耐貧瘠、抗干旱、耐鹽堿，在沙質土、白漿土、鹽堿地、黑土及荒地山坡等低、中、高肥力土地上均可種植，最適宜沙壤土。如土壤肥力中等，施足基肥，一般不需追肥，播種時用家肥和復合肥拌合做基肥；如肥力一般或較差，可追施尿素一次即可。中國農(nóng)科院油料所在湖北、河南、安徽等三地的荒山、灘涂等地試驗種植表明，油莎豆含油量高達20%以上，畝產(chǎn)四五百公斤，畝產(chǎn)油量均大于大豆、油菜等大田油料作物。

3.病蟲害少，可粗放管理。油莎豆以塊莖無性繁殖，因其塊莖營養(yǎng)豐富，芽眼多，只要溫濕度適宜均能萌發(fā)出土，保苗容易，生長勢強。生長期內(nèi)基本無病害，偶有危害莖葉的螟蟲、危害塊莖的黃絲蟻、危害地下根的蠐螬，用茶枯或農(nóng)藥防治即可。成熟期散發(fā)香味，注意田間觀察及時收獲即可避免鼠害。生長的前中期田間管理主要是松土及除草，以疏松土壤，提高地溫，鏟除雜草，促進分蘗。中后期當?shù)厣锨o葉覆蓋整個地表時就不需鋤草。但需刈割地上莖葉2～3次，每次刈割后要再拔除雜草。

4.可套種其它作物，充分利用土地資源。油莎豆地上莖葉含灰分10.9%、無氨浸出物7.86%，莖葉肥地增強地力。油莎豆地下須根較多，可肥地改土，在幼林果園套種，可疏松土壤、抗旱保墑，抑制雜草、提高果樹成活率、防止水土流失，生態(tài)效益良好。

5.地上莖葉豐富，再生力強。油莎豆地上莖葉再生能力強，經(jīng)廣西桂邦能源有限公司試種試驗，如任由地上莖葉長生，最高可長到130cm。為促進分蘗，每季需刈割地上莖葉兩次，第一次刈割后25天左右即長高達60cm。兩次刈割可得鮮草3500kg/畝。

6.品種分大粒和小粒兩種。小粒油莎豆含油較高，一般為25%～35%，塊莖有園、卵、橢園、棒、新月形等形，長1.0～2.7cm、寬0.6～1.2cm，褐色、具節(jié)和鱗片、芽端鱗片細密，塊莖表面有短線形不定根。大粒油莎豆塊莖較大、但含油較低（比小粒型低 5%～15%），形狀如小粒油莎豆、褐色、長1.3～3.6cm、寬 0.9～1.7cm。

（二）經(jīng)濟價值性狀

1.生物質能高。由于各地的土質、氣候、管理等條件的差異，油莎豆果實成份含量不盡相同。一般情況下，干油莎豆含脂肪20～32%（有的達36%）、淀粉25～45%、糖分15～20%。此外還有維生素A和微量元素，以及纖維素等。可見，油莎豆不但含油率高，而且淀粉和糖的含量也高，可加工成生物柴油和乙醇，生物質能豐富。

表1 油莎豆的生物組成

2.產(chǎn)量大。油莎豆平均株產(chǎn) 50～250個塊莖，但塊莖重2～2.6g，每千克約有2000～2600個塊莖，產(chǎn)量一般為800kg/畝，豐產(chǎn)的可達 1200kg/畝，產(chǎn)油 200kg/畝，其產(chǎn)量為油料作物中最高，被稱為“油料作物之王”。而小桐子畝產(chǎn)干果650kg，畝產(chǎn)油約180kg，光皮樹畝年產(chǎn)干果50～150kg。

3.出油率高。油莎豆出油率為32.5%～38.7%，是花生的2倍、油菜籽的4倍。而光皮樹出油率為25%～30%，黃連木種子出油率為22%～30%。因此，只要擴大油莎豆的種植規(guī)模，就可以發(fā)揮其作為主要能源油料植物開發(fā)的巨大潛力。

4.綜合利用價值高

（1）鮮草可做飼料。油莎豆分蘗多，無莖稈、葉細長，葉片平均長67cm，寬0.5cm，畝產(chǎn)鮮草3000kg，莖葉營養(yǎng)豐富，可直接或打漿后飼喂食草動物；干草可打成粉狀調(diào)配混合飼料，飼養(yǎng)家禽。一畝油莎豆可滿足2頭?；?0只羊或100只兔或500尾魚的青飼料。

表2 油莎豆莖葉（干基）成份檢驗結果

（2）餅粕用途廣。油莎豆榨油后的餅粕含淀粉、糖等營養(yǎng)物質。經(jīng)一定的理化和生物手段可提取其中的淀粉、糖等物質作食品加工原料使用。淀粉經(jīng)化學變性后，其衍生物有數(shù)百種，普遍用于各行業(yè)。油莎豆餅提取淀粉熬糖，出糖率20%～30%。油莎豆餅或糖渣可用來釀酒，出酒率32%。油莎豆淀粉含量高，經(jīng)羧甲基化后能較好地改善黏度性質，使油莎豆羧甲基淀粉糊具有很好的凍融穩(wěn)定性，可替代價格較高的果膠、卡拉膠等膠凝劑，廣泛應用于果凍及冷飲食品中。

（三）生物質性能

1.可制備生物柴油。目前，中國農(nóng)科院油料所已對 150余種草本和藤本油料植物的能源利用潛力進行了綜合評價，篩選確定油莎豆、續(xù)隨子等是發(fā)展生物柴油的理想原料。

生物柴油主要由C、H、O 三種元素組成，其主成分是軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等長鏈飽和或不飽和脂肪酸同甲醇或乙醇等醇類物質所形成的酯類化合物的混合物。油莎豆油脂的不飽和脂肪酸成分占83.6%，其中油酸71.6%，亞油酸11.2%，所含脂肪酸成分明顯優(yōu)于菜籽油，可用于制備生物柴油。

在江蘇首屆可再生能源展上，油莎豆與海濱錦葵、籽粒莧等高產(chǎn)含油耐鹽堿物種，經(jīng)南京大學科研人員十多年的研究，首次被加工成新型可再生能源——生物柴油。2004年湖南天然生物能源有限公司正式引種油莎豆，作為潤滑油和生物柴油生產(chǎn)原料進行開發(fā)。此外，何元漳測定了油莎豆的粘度、密度、熱值、碘值等參數(shù)，并與大豆油、油菜籽和2#柴油的相關參數(shù)進行對照。結果表明，油莎豆油的高粘度使其不能直接在柴油機上應用，但它可與大豆油和菜籽油一樣混合一定的柴油制備生物柴油。研究表明，油莎豆油和柴油以50∶50（體積比）或75∶25（體積比）的比例混合能產(chǎn)出比傳統(tǒng)燃料更高的十六烷值和更好的發(fā)動機性能。油莎豆油粘度比較高，在柴油中摻合適量油莎豆油能改善發(fā)動機的潤滑性能，有利于減輕機件的磨損。

表3 油莎豆油與其它油類的性能參數(shù)

2.可替代性。生物柴油在冷凝、閃點、燃燒功效、含硫量、含氧量、芳香烴含量、燃燒耗氧量、對水源的危害以及生物可降解性方面優(yōu)于石化柴油，而其他指標與石化柴油相當。盧碧林等將制備的油莎豆生物柴油進行蒸餾后檢測的主要性能見表4。

表4 油莎豆生物柴油和石化柴油的性能比較

可見，采用油莎豆油生產(chǎn)的生物柴油，其主要性能指標達到或超過石化柴油的相應性能指標，不含硫，更具環(huán)保性，是理想的石化柴油的可再生替代燃料。

（四）油莎豆產(chǎn)業(yè)化開發(fā)策略

1.進一步評估廣西的可利用土地資源，開展能源植物適應性種植研究

實踐表明，油莎豆和麻瘋樹、元寶楓、黃連木、文冠果、油桐等生物能源樹在“四荒地”（荒山、荒坡、荒溝、荒灘）間種較為有益。首先，油莎豆具有較強的耐寒冷、耐瘠薄、耐鹽堿、耐旱澇、易種好管，且能有效的利用荒漠化土地，這是它的共同特性。其次，在“四荒地”上種植能源樹從栽植到進入盛果期需要 6~8年，在此期間與油莎豆間作套種，既不影響幼樹生長，又可收到油莎豆果實。隨著能源樹苗逐年長大，油莎豆不換茬會逐年減產(chǎn)，但地上盛草部分每畝可收獲2000kg，可作牧草也可作肥料用，即使不收果實，僅地上鮮草收入也是很可觀的。退一步講，就是油莎豆草全爛到地里，也是能源樹木極好的有機肥料。如果采集油莎豆地下果實，則對能源樹林起到中耕松土的作用。

目前，廣西未利用土地面積為451.84萬公頃，其中可用來種植各種油料植物的土地面積達 233.08公頃，折合 3496萬畝，按利用50%來種植油料植物，6年后每畝可產(chǎn)出150kg生物柴油，總產(chǎn)量可達 260萬噸。如能對未利用土地進行分類評估，選擇可套種油莎豆的土地種植木本或其它油料作物，不用等到六年后，就可達到適當?shù)纳锊裼彤a(chǎn)量規(guī)模。

2.實施“公司帶動,合作社擔?！钡漠a(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略

即以公司為龍頭，按公司的要求組織生產(chǎn)。在適宜種植油莎豆的農(nóng)村經(jīng)聯(lián)社有意識地組織成立“油莎豆種植合作社”，并與公司簽訂“保底收購合約”，解決農(nóng)戶分散種植、抗風險能力弱、產(chǎn)銷易脫節(jié)、技術培訓不到位、信用社不敢貸款等瓶頸問題，公司通過合作社引入優(yōu)良種子和先進技術、信用社在公司和合作社的聯(lián)合擔保下給農(nóng)戶發(fā)出放貸款，促進農(nóng)戶生產(chǎn)積極性，大力發(fā)展油莎豆種植。

3.加強高產(chǎn)優(yōu)質栽培技術的研究

油莎豆含油量高、塊莖產(chǎn)量高、出油量大。但在不同種植條件下，含油量和產(chǎn)量均有變化。通過植物育種人員對現(xiàn)有油莎豆的資源進行種質改良工作，利用遠緣雜交、外源基因導人和多倍體誘變等手段培育高蓄能品種，使其塊莖不僅高產(chǎn)而且高含油量，并進行基地化、 規(guī)范化產(chǎn)業(yè)種植示范，制訂出整套適合廣西的高產(chǎn)優(yōu)質栽培技術。

4.研制油莎豆的播種機械和采收機械

雖然，油莎豆被稱為“生物能源之王”，但是，目前只能通過人工播種和采收，特別是其采收成本已占到油莎豆銷售價格的40%以上，嚴重地影響了廣大農(nóng)民種植油莎豆的經(jīng)濟效益。所以，有關科研院所的科研人員應從生產(chǎn)實際出發(fā)，盡快研制出適應南方土地特點的油莎豆點種機及采收機械。實現(xiàn)油莎豆播種、收獲機械化，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，這對發(fā)展油莎豆產(chǎn)業(yè)有著及其重要和深遠的意義，它標志著油莎豆能否大量地被使用在生物能源中的關鍵因素之一。

5.油莎豆產(chǎn)業(yè)化開發(fā)技術路線圖

油莎豆可謂全身都是寶。經(jīng)過幾年的實踐研究，我們認為，要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，帶動農(nóng)民致富，關鍵是要科學地整合油莎豆的產(chǎn)業(yè)鏈，只有加強綜合開發(fā)利用，提高油莎豆綜合效益，才能激發(fā)廣大農(nóng)民種植油莎豆的積極性，才能發(fā)揮其應有的作用。油莎豆產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的技術路線如下圖：

[1] (美)斯蒂芬·李柏,格倫·斯特拉西.即將到來的經(jīng)濟崩潰[M].李偉,譯.東方出版社,2008.1.1:127.

[2] 田春龍,郭斌,劉春朝.能源值物研究現(xiàn)狀和展望[J].生物加工過程,2005,3(1):14-19.

[3] 蘭維娟,魏世軍,夏朝風,等.生物柴油產(chǎn)業(yè)的研究[J].能源研究與利用,2005(3):29-30.

[4] 譚天偉,王芳,鄧利.生物能源的研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代化工,2003.29(3):8-16.

[5] 翟萍梅,程治英,龍春林,等.油莎豆資源的綜合開發(fā)利用[J].中國油脂,2007,32(9):61-63.

[6] 中國油脂植物編寫組.中國油脂植物[M].北京:科學出版社,1978:33-35.

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A

1008-1151(2011)05-0147-02

2011-02-28

廣西科技計劃項目（桂科攻0992021-5）研究成果之一

黃春榮（1963－），男，中國科技開發(fā)院廣西分院評估二部主任，經(jīng)濟師，從事科技評估、中介。