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生物能源树种石栗在我国的研究现状及应用探讨



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2011. 6 总第43期
石栗[Aleurites moluccana(linn.)Willd ]属于大戟科,
石栗属,又名烛果树和黑桐油树,英文名Candlenut
Tree,是一种野生的阔叶常绿多年生树木,主要分布在
中国、印度、新西兰等国。我国境内广西、广东、云南
及海南等地有分布和少量人工种植[1]。石栗种仁含油率
高,可开发作为工业用途;树皮含有丰富的鞣质,具有
收敛、结痂、抗菌作用;核仁和叶子也均有一定的药用
功能,可止血,减轻痢疾,也可用于头痛、溃疡和关节
肿大的药方;树干也可作木材用[2]。近年来,随着全球
经济的飞速发展,能源消耗量不断增加,石油、天然气
等常规能源日趋紧缺,石油危机导致价格暴涨,严重威
胁着世界各国的能源安全。石栗作为一种油料树种,国
家越来越重视对其的开发利用,其地位也日益凸显。
1 我国生物能源研究现状
随着石油资源的日益枯竭及石油化工制品对环境
污染的加剧,寻求石油替代品,开发新能源、新材料的
任务迫在眉睫,清洁可再生能源的开发成为各国研究的
重点,对中国这样人均资源占有量很低,而且分布极不
均匀的发展中国家来说显得尤为重要。据计算,全球每
年由光合作用产生而储存于各种植物体中的碳多达2×
1011t,含能量多达3×1018t,可开发的能量大约相当于
目前全世界总能耗的10倍。据统计,2010年我国秸秆量
达到7.26亿t,扣除一部分做饲料和其他原料,其生物
质能源达3亿t。随着农业和林业的发展,特别是随着速
生物能源树种石栗
在我国的研究现状及应用探讨
郭容琦 刘光华 张林辉 刘 倩 严 炜 李月仙 段春芳 娄予强
(云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所 云南保山 678025)
生薪炭林的开发推广,中国的生物质资源将越来越多,
有非常大的开发和利用潜力[3]。
1.1 生物质能源的概念和特点
生物质能源包括自然界可用作能源用途的各种植
物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源,如薪
柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农
作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生
植物等[4]。生物质能有3个显著特点:清洁性、充足性
和可再生性[5]。其中清洁性是生物质能最突出的优点。
植物合成的有机物有秸秆和种子,一部分被人和动物直
接利用,而另一部分在自然界中被自然氧化掉。目前只
有很少一部分被人工转化成能源使用,在这一过程中都
是消耗氧气释放出二氧化碳。理论上,消耗的氧气和释
放的二氧化碳的量,与生成生物质过程中释放氧气及消
耗的二氧化碳量相等,因此,生物质的循环过程几乎实
现了对地球环境系统的零排放。据国际能源机构统计,
地球上每年能形成的生物质能总量相当于目前全世界1
年需要消耗能源总量的20倍以上。在现有地球环境条件
下,与石化石油相比较生物质能源可循环再生性显现出
相对的优势。
1.2 生物能源的开发和利用现状
能源安全是国家战略安全保障基础之一。我国2001
年原油加工量为2.1亿t,原油产量为1.65亿t。2010年我
国的原油加工量达到2.7亿t,而原油产量不会超过1.7
基金项目:农业部热带作物种质资源保护项目“云南热带特色经济作物种质圃”(10RZZY-24)。
作 者 简 介 : 郭 容 琦 ( 1 9 8 5 — ) , 女 , 研 究 实 习 员 , 主 要 从 事 热 带 能 源 作 物 资 源 研 究 。 联 系 电 话 :
0875-2811194;E-mail:qiqiguo5477@163.com。
通讯作者:刘光华(1970—),男,研究员,主要从事热带能源作物资源与育种研究。联系电话:
0875-2811124;E-mail:rjslgh@126.com。
摘 要 : 石栗是一种在我国分布较广的木本油料植物,由于自身特性被广泛应用于
园林绿化、医药及化妆品开发等领域。近年来,因其果实含油量高、油脂组成与麻疯树
果实油相似,将其作为生物柴油原料的研究越来越多,但是相关工作尚处于起步阶段。
本文对石栗作为一种能源植物的研究进展及应用进行了分析与探讨。
关 键 词 : 生物能源;石栗;研究进展;应用探讨
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亿t,所以我国的能源问题相当严重,每年原油进口量
相当大。有限储量的化石燃料的减少,能源需求的不断
增长以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应,使
21世纪的能源面临巨大挑战,可再生能源将成为未来可
持续发展能源系统的主体[6]。据专家预计,如果按照当
前的水平来开采世界的能源,煤炭资源可开采100a,天
然气50~60a,石油在100a后将被耗尽[7],加上化石能
源的不可再生性和对环境的恶化效应,这些迫使寻找替
代能源已成各国头等重要的战略决策。为了应对能源危
机,发展包括生物柴油在内的生物质能源产业已成为我
国能源安全的重要战略。目前世界各国都加大了对生物
质能方面的研究,特别对“石油植物”的研究出现了前
所未有的高潮,其中,以光皮树、麻风树、油棕、黄连
木、石栗等“石油植物”和“能源树种”为原料的生物
柴油技术也出现了研究高潮,这将减少人类对石化石油
的强烈依赖,缓解石油枯竭带来的危机[8]。所谓“石油
植物”,系对可以直接用在生产工业用“燃料油”,
或经发酵、提炼等加工后可生产“燃料油”的植物的
总称[9,10]。利用非粮食作物和开发林木、草本油料植物
生产生物质能源是我国已确立的粮食、能源安全策略和
倡导的重要能源发展方向之一。
2 国内能源植物的开发和利用
2.1 研究现状
在生物质能源利用领域中,生物质热裂解液化技
术是目前世界上生物质能源研究开发的前沿技术。相对
而言,我国在该技术领域的研究开发活动很少。但最近
几年,国内很多大学都在这方面进行机理试验研究和分
析[11]。燃料乙醇、生物柴油等能源产品都要依托能源作
物的大面积种植,这会造成能源作物与粮食作物争地、
争政策、争资源的局面。如何保持能源作物与粮食作物
的平衡,既保证国家粮食安全,又促进能源农业发展是
一个难点[12]。因此,我国政府当前提出发展生物质燃料
要按照“不与人争粮,不与粮争地”的原则进行。以非
粮食作物为原料生产燃料乙醇,木本油料植物为原料生
产生物柴油将是今后生物能源发展的方向。但是,要做
到这一点尚有大量的研发工作要做[13]。我国幅员辽阔,
地域跨度大,水热资源分布多异,能源植物资源种类丰
富多样,主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃
科、菊科、豆科、山茱萸科、大风子科和萝摩科等。为
了研究利用方便,这里按其使用的功能和转化为替代能
源化学成分将能源植物主要分为4类。分别是富含类似
石油成分的能源植物;富含高糖、高淀粉和纤维素等碳
水化合物的能源植物;富含油脂的能源植物;用于薪炭
的能源植物[14]。
2.2 开发利用前景
按我国目前的消耗量(每年消费柴油6000~7000
万t),如果在石化柴油中添加10%体积的生物柴油,
则每年应配套生产生物柴油600~700万t。随着我国的
经济水平不断提高,对能源的需求会有增无减,生物质
能源的开发和应用将成为我国乃至世界各国的重要战
略,因此只要把关于生物柴油的研究成果转化为生产
力,形成产业化,则其在柴油引擎、柴油发电厂、空
调设备和农村燃料等方面的应用是非常广阔的[4]。我国
能源植物的研究与开发起步比较晚,但发展速度还比较
快,一部分科研成果已达到国际先进水平。研究内容涉
及到油脂植物的分布、选择、培育、遗传改良等及其加
工工艺和设备。可以预计,在未来几年内,我国在该领
域的研究将会有突破性进展并达到实用水平。生物能源
的开发利用领域很广,特别是林木生物能可以做到不与
粮食争地,木本能源的研究取得了很好的成果,例如四
川麻风树生物柴油项目的建设。木本生物质能源的利用
可以减少将粮食作为能源的部分,达到粮食和能源安全
的双赢效果[15]。
3 石栗的研究现状
3.1 石栗的植物学和生态学特性
石栗是一种多年生常绿阔叶野生树木,树高可达
15m,树皮灰色,具浅纵裂,幼枝被星状短柔毛;叶卵
形至心形,长10~20cm,宽5~17cm,有时掌状3裂,
两面被锈色星状短柔毛,叶柄长6~12cm,顶端有2枚
小腺体。石栗花期4—7月,果期9—11月。圆锥花序
生于枝顶或近顶叶腋,长10~15cm,花序分枝及花梗
均被稠密的短柔毛及混杂的锈色星状毛;花萼不规则3
裂,裂片镊合状,花瓣5;雄花有雄蕊15~20枚;花丝
在花芽内弯曲;雌花子房2室。花后结核果,果实卵形
或球形具木质种皮,十分坚硬,直径5cm,被锈色星状
毛,内藏种子1~2粒[16,17]。石栗是深根性树种,喜光,
喜温热气候,适宜热带和南亚热带种植,萌芽力强、速
生[17]。多以单株群生或带状分布在海拔30~900m的坡
地,酸性土、中性土和石灰岩土等均适宜石栗生长[18]。
3.2 石栗在我国的分布及种植情况
石栗树原产于马来西亚及夏威夷群岛,广泛分布
于西南太平洋诸岛及大洋洲等热带地区,现在大多数热
带国家均有种植。石栗在我国是一个外来种,引种的具
体年份不详,广东、海南、广西及云南等地均有栽培。
如在广西大致以北回归线和红水河一线以南为界,即桂
东南至桂西南和桂西等绝大部分县市均有石栗栽培和分
布,分布海拔在30~900m,多以群生或带状分布的形
式分布在公路、街道、庭院、村旁以及一些平缓荒坡地
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上,重要的伴生树种有东京桐、人面子、山石榴、秋
枫、山黄皮、火果等[19]。
3.3 石栗综合利用研究
石栗生长迅速,对市区环境适应性强,加上其树
干挺直,树冠浓密,有很好的遮荫效果,是绝佳的城市
行道树,华南地区多作庭院树栽植。其树干伐下可用作
木材。种子外形似贝壳化石,可做装饰品。同时,石栗
也是重要的药用植物,其果核或油可作缓泻剂;果核和
果肉可制成外敷止痛膏;叶外敷可治疗关节肌肉酸痛;
树皮可治疗哮喘;花或果壳制活性炭可治疗咽喉肿痛,
但也有一定的副作用,比如致泻、对皮肤和内脏有刺激
等[19]。早期人们就发现石栗的生理指标可随大气中二氧
化硫的含量发生变化,因此可用来监测大气中二氧化硫
的污染程度[20,21]。此外,石栗还是重要的高档化妆品原
料,如石栗提取物制成的化妆品,具有抑制蛋白酶或弹
性蛋白酶活性的功效,能防止皮肤衰老,使皮肤光亮,
还能抑制黑色素的产生,可用于皮肤护理。与其他物质
一起配制成的洗发水则具刺激头发生长的作用。石栗种
子油的提取物与其他原料制成的唇膏,具有抗干裂、柔
软的特点。石栗树果实所榨的油可用作油漆、肥皂、蜡
烛等工业的原料,更可用作生物柴油原料油[22]。
4 石栗作为能源树种的应用探讨
4.1 石栗作为能源树种的优势
石栗生态适应性强,适宜种植的荒坡地面积较
大,因此,石栗作为生物能源树种的开发潜力极大。
石栗是一种在我国分布较广的木本油料植物,其果实
含油量达到56%~70%,高于目前我国干热河谷地带大
力推广栽种的麻风树果的含油量, 且结实期长达30年,
综合考虑,将其用作生物柴油生产原料比麻风树具有
更大的优势。以石栗油作为原料油制备生物柴油的研
发还处于起步阶段。中国农业科学院已经对石栗油作
了初步的研究,研究表明,石栗仁的粗脂肪含量高达
66.22%,粗蛋白含量达21.66%,蛋白质高,其中蛋氨
酸为3.95mg/100mg,赖氨酸为2.15mg/100mg。石栗油的
不饱和脂肪酸含量高,亚油酸含量为34.6%,亚麻酸为
22.8%,其油脂组成与麻风树果实油相似[17]。此外,石
栗果壳的热值高,可代替煤用于火电厂发电或作其他热
能,因此,石栗亦是具有兼产“油”和“煤”的优质生
物柴油树种。以现有研究开发为基础,选育出早实、高
含油、矮化优良无性系,实现石栗矮化密植栽培,建立
石栗能源林,其应用前景十分广阔[19]。
在原料生产方面,现有的一种植物非试管高效快
繁技术,采用一叶一芽技术,克服了常规技术的全部缺
点。该技术适应性极广,操作简单,成活率高,大规
模生产成本低,繁殖系数高,一年四季都可进行连续快
繁。而且对于繁殖石栗树而言,不用种子,极大的节约
了生物柴油的生产原料,节约了成本。投资者可以通过
运用植物非试管高效快繁技术大规模繁殖石栗树种苗,
在短期投资内得到几何数量增长的苗木,使国际对生物
柴油市场的需求得以保障。
4.2 石栗发展生物柴油的应用探讨
随着石油等矿物资源的不断枯竭,人们把注意力转
向可以再生的资源——森林,除利用其薪材外,正加快
开发“石油人工林”——直接能代替石油的烃类和油脂
类的树种,它生产的液汁甚至不用加工就可以用作汽车
的燃料。石油植物的发现,为人类解决能源危机提供了
新的方法,更何况与其他能源相比,有显著的优点:首
先,它是绿色植物,不会污染环境;其次,它属于可
再生资源,能有计划地种植和开采;再者,较之于核
能等能源要安全得多。虽然已经发现石栗树、核桃、
油茶、续随子等都是含油量较高的树种。但是目前只
有油茶、油桐、核桃等少量油料树种资源已开发食用或
工业利用,大多数油料植物包括石栗树基本上没有被开
发利用,所以发展石栗树作为生物柴油的潜力很大。采
用石栗树果实种籽生产石栗油生物柴油,大大提高了
石栗树的价值,其资源丰富,生产工艺简单,得油率
高,可调配成优质的成品生物柴油。程树棋[23]等研究开
发了以石栗种子油为原料制取生物柴油的化学催化转化
方法,即以重量百分比石栗籽油40%~80%、甲醇(乙
醇)10%~30%、碱性或酸性催化剂10%~30%进行配
比,在45~160℃的温度下进行酯交换,反应生成脂
肪酸甲酯或脂肪酸乙酯生物柴油;也可是0#、10#生
物柴油以1∶9或2∶8比例,将生物柴油与石化柴油混合
获得B10、B20生物柴油。开发生产石栗油生物柴油的
工作具有投资少、生产成本低的优势,有很好的社会和
经济效益。
参考文献
[1] 蔡金标,丁建祖,陈必勇.中国油桐品种、类型的分类[J].经济林
研究,1997,15(4):47-50
[2] 余琼青,张智耀.复方石栗喷雾剂的研制及疗效观察[J].广东药
学,1999,9(4):41
[3] 刘晓娟,殷卫峰.国内外生物质能开发利用的研究进展[J].洁净
煤技术,2008,14(4):7-9
[4] 万泉.能源植物的开发和利用[J].福建林业科技,2005,32(2):1-5
[5] Novizar Nazir,Nazaruddin Ramli,Djumali Mangunwidjaja eta1.
Extraction,transesterification and process control in biodiesel
production from Jatropha CllFCaS.Eur.J.Lipid Sci.Techn
01.2009,111:1185-1200
[6] 谭天伟,王芳,邓利.生物能源的研究行政及展望[J].现代化工,
2003,23(9):8-12
[7] 吴鹏飞,马祥庆,王平.我国发展生物能源树种原料林的潜力
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为了了解广东、广西地区的椰子种质资源分布情
况,以及椰子的生长状况及适应性,我们对广西、广东
的椰子植区进行了调查,并加以总结,为椰子在两广地
区的适应性栽培提供科学依据。
1 调查地点及方法
1.1 调查地点
广西椰子植区:防城港东兴市(马路镇吊应村、大
旺村、马路村,广西农垦国有火光农场苗圃场,东兴市
区,东兴市江平镇万尾村、南闸村、京岛风景区)
和北海市(驿马镇北海大道海枫和苑,侨港镇亚平
村,咸田镇海滩公园、银滩风景区、白虎头村,涠洲镇
盛塘小学、竹蔗寮村、南海西部石油公司涠洲岛基地、
涠洲岛老码头、新寮村)共18个调查点。
广东椰子植区:湛江市市区及郊区(霞山区海滨大
道、观海长廊、海滨公园,湖光镇湖光路)、雷州市市
区及郊区(市区新城大道、西湖大道、宾合村,英利镇
广西、广东椰子种质资源调查
陈豪军1 李和帅2 周全光1 王春田1
(1广西壮族自治区亚热带作物研究所 广西南宁 530001
2中国热带农业科学院椰子研究所/海南省热带油料作物生物学重点实验室 海南文昌 571737)
那停村、十丈村)、徐闻县(城北乡,下桥镇桥南村、
马林村、儒家井村,海安镇白沙湾村、红坎村、杏磊
村,五里乡三塘村、西港村、南山下村、大汉三墩风景
区)等共20个调查点。
1.2 调查方法
通过对各产区访问调查和田间调查相结合的方
法,记录调查地点和生长环境,用GPS仪定位其海拔高
度与经纬度,用红油漆标记各调查椰子树,记录各调查
点椰子生长情况,收集椰子种果及图片,对标记的椰子
树根据植株性状确定种质资源的类型。
1.3 调查内容
主要是调查椰子的分布、株数、生长状况、产量及
种质类型,采集椰子果样品,收集有关图片资料。对椰
子果型、果色等方面进行登记。
2 结果与分析(光、温、水、气)
2.1 分布及产量
摘 要 : 调查了椰子在广西、广东两省区的分布、生长适应性状况,了解到广西区
防城港市、北海市,广东省湛江市均有椰子分布,总的分布特点是零星而分散,部分地
区相对集中;主要分布于海拔2m至50m的海边、平地、丘陵地区,种质类型有绿椰、黄
矮、红矮、马哇、黄椰、褐椰、红椰等;大部分椰子生长状况良好,部分地区的椰子肉
厚度达1.0cm。这为椰子优良品种在广西、广东两省区的推广提供了依据。
关 键 词 : 椰子;种质资源;调查
和对策[J].亚热带农业研究,2007,3(2):125—128
[8] 高荫榆,陈文伟,阮榕生,等.生物柴油的研究进展[J].可再生能
源,2004,115:6-10
[9] 王涛.中国主要生物质燃料油木本能源植物资源概况与展望
[J].科技导报,2005,23(5):12-14
[10] 梁磊.能源植物的开发和利用[J].宁夏农林科技,2006,(5):75-76
[11] 石元春.发展生物质产业[J].农机科技推广,2005,(4):6
[12] 唐卫军,肖波,杨家,等.生物质转化利用技术研究进展[J].再生
资源研究,2003,(3):30-31
[13] 王贤清.关于发展生物质能源应注意的几个问题[J].石油科技
论坛,2008,27(1):29-30
[14] 任春洁,覃荣明.能源植物的开发和利用[J].中国科技纵横,
2010(6):240
[15] 张正斌,徐萍.科学发展生物能源的若干问题探讨[J].中国能源,
2007,2(8):13-16
[16] 中国科学院植物研究所.中国高等植物图鉴(第2册)[M].北京:
科学出版社,1980:595
[17] 刘昌盛,黄凤洪,李重屹等.木本油料石栗的初步研究[J].中国油
料作物学报,2008,30(1):106-107
[18] 吕仕洪,李先琨,何成新等.广西6种木本油料植物的资源概况
及其在岩溶山区的开发前景[J].广西农业科学,2009,40(4):395-399
[19] 马倩,蒋丽娟,李昌珠.生物柴油原料植物—石栗[J].2009(11):
13-14
[20] 颜丽英,朱天现.利用植物监测、评价广州市大气中二氧化硫
的污染程度[J].植物生态学与地植物学丛刊,1983,7(4):265-272
[21] 连玉武,林率煌,黄道营.几种植物对大气中S02暴露的生理特
性研究[J].污染防治技术,1994,7(4):59-62
[22] 曹晖,肖艳华,王绍云.石栗属和油桐属的化学成分和生物活性
[J].凯里学院学报,2007,25(6):43-45
[23] 程树棋.以石栗树、白檀、灯台树、猴欢喜树籽油为原料制
取生物柴油及制配方法[P].中国专利:CN200610031383.4,
2006,10,11