全 文 ：书能源作物柳枝稷研究进展
刘吉利１，朱万斌２，谢光辉１，２，林长松１，程序１，２
（１．中国农业大学农学与生物技术学院，北京１０００９４；２．中国农业大学生物质工程中心，北京１０００９４）
摘要：目前，可再生能源特别是能源作物成了能源研究的新热点。柳枝稷适应性强，产量潜力大，且对环境友好，是
理想的能源作物。本研究从生物学特性、生态适应性、柳枝稷能源生产管理措施等方面综述了能源作物柳枝稷的
研究进展，讨论了柳枝稷能源生产利用方式与存在的问题，分析了柳枝稷在我国的发展潜力。认为现阶段我国柳
枝稷能源利用应以固体成型燃料与小型生物质发电为主，将来最有发展潜力的利用方式之一为第二代燃料乙醇。
关键词：能源作物；柳枝稷；可再生能源；燃料乙醇
中图分类号：Ｑ９４９．９　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２００９）０３０２３２０９
　 随着人类社会的发展，全世界对能源的需求节节攀升。我国能源资源人均拥有量只有世界人均拥有量的
１／１０，能源形势十分严峻［１］，此外化石能源的大量使用导致了大气污染、全球气候变暖等一系列的环境问题［２］，所
以寻找新的可再生替代能源成为摆在人类面前的一件迫在眉睫的工作。
生物质能源是可再生能源，具有可贮藏性及连续转化能源的特征，成为最有前景的替代能源［３］。能源作物是
重要的生物质资源，它是指那些一年生和多年生植物，其栽培目的是生产固体、液体或气体能源材料；能源作物应
具备以下特征：高效太阳能转化，高效水分利用，高效能量产出，高抗逆能力，低生产成本，并且环境友好［４］。
柳枝稷（犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿），属于禾本科（Ｇｒａｍｉｎｅａｅ）黍属（犘犪狀犻犮狌犿），是起源于北美洛基山脉以东、北纬
５５°以南大草原的高秆多年生草本Ｃ４ 植物，通常被用于放牧、水土保持以及生态建设等［５，６］。由于柳枝稷适应性
强，具有较高的产量潜力和较强的耐旱耐脊能力，对环境友好，能够用于生产能源，因此国内外许多学者认为柳枝
稷是一种具有较大发展潜力的能源作物［７，８］，在美国，柳枝稷作为一种模式能源作物，其研究方兴未艾、蓬勃发
展。本研究从生物学特性、生态适应性、能源生产栽培管理措施等方面综述了能源作物柳枝稷的研究进展，并分
析了柳枝稷能源转化利用中存在的问题和柳枝稷在我国的发展潜力。
１　柳枝稷的生物学特性
１．１　形态特性
柳枝稷是多年生草本Ｃ４ 植物，它植株高大、根系发达，在美国南部地区柳枝稷株高可以超过３００ｃｍ，根深可
达３５０ｃｍ［７］，生物产量可达２０ｔ／ｈｍ２ 以上［９，１０］；柳枝稷叶型紧凑，叶子正反两面都有气孔［１１］；柳枝稷具有根茎，
可以产生分蘖，在条件适宜的情况下大多数分蘖均可成穗；圆锥状花序，１５～５５ｃｍ长，分枝末端有小穗［７］；种子
坚硬、光滑且具有光泽，新收获的种子具有较强的休眠性，品种间千粒重变化较大，为０．７～２．０ｇ［１２］。柳枝稷寿
命较长，一般在１０年以上，如果管理较好可达１５年以上。
１．２　遗传特性
柳枝稷是异花授粉作物，具有较强的自交不亲合性；其基本染色体数为９，大部分品种为四倍体、六倍体和八
倍体［１３］；柳枝稷可以分为低地和高地２种生态型，低地生态型茎秆较高、较粗，适应于温暖潮湿的环境，主要分布
在美国南部地区，高地生态型茎秆稍细矮，且生长较慢，主要分布在美国中部和北部地区［７］；低地生态型品种基本
都是四倍体，高地生态型品种多为六倍体或八倍体［１４］，研究表明无论生态型是否相同，只要染色体倍数相同就可
以杂交［１５］，这为２种生态型品种之间进行杂交，培育新品种创造了条件。
２３２－２４０
２００９年６月
　　　草　业　学　报　　　
　　　ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ　　　
第１８卷　第３期
Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．３
 收稿日期：２００８０１２８；改回日期：２００８０９１９
基金项目：９７３课题（２００６ＣＢ１００２００）资助。
作者简介：刘吉利（１９８２），男，山东聊城人，博士。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｊｉｌｉ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｘｕ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１．３　温度及光周期反应
柳枝稷为Ｃ４ 植物，与Ｃ３ 植物相比，它对生长温度要求较高。Ｈｓｕ等［１６］研究发现，柳枝稷萌发的最低温度为
１０．３℃，当土壤温度低于１５．５℃时，种子萌发很慢；柳枝稷生长的最适温度在３０℃左右。不同的品种对温度要求
不同，起源于低纬度地区的品种对温度要求较高［１７］。柳枝稷在每个生长季节结束时都要经历寒冷的冬天，品种
的抗寒性直接决定了其能否顺利越冬，从而影响其种植范围。Ｈｏｐｅ和 ＭｃＥｌｒｏｙ［１８］研究表明，柳枝稷经抗寒锻炼
后可以忍受－２２～－１９℃的低温。柳枝稷的抗寒性存在差异，并且有遗传变异发生，说明可以通过育种途径筛选
抗寒性强的品种，从而扩大柳枝稷的种植范围，这对于提高生物质能源产量具有重要意义。
柳枝稷具有明显的光周期特性，它是短日植物，短日照条件下才可开花［１２］。柳枝稷的光周期特性群体间存
在遗传变异，此性状可以选育。Ｅｓｂｒｏｅｃｋ等［１９］研究表明，从Ａｌａｍｏ种质资源中筛选出的后代可以比父母本提前
１０ｄ或推迟１２ｄ开花。同一品种如果种植在不同的纬度，其光周期反应不同，低纬度起源的品种如果种植在高
纬度地区，开花会延迟，因为高纬度地区达到其临界日长的时间较晚［７，２０］。在柳枝稷能源生产系统中，可以充分
利用其光周期特性，在保证柳枝稷能够顺利越冬的情况下尽量推迟其开花期以延长营养生长期，从而获得较高的
生物质产量。
２　柳枝稷的适应性
能源作物选择的一个重要标准就是适应性要广，从这一点考虑柳枝稷是能源作物的首选［２１］。柳枝稷具有很
强的适应性，这种适应性来源于其丰富的基因型，可能是柳枝稷在长期的进化过程中，与不同环境相互作用的结
果［２２］。柳枝稷的适应性主要表现在２个方面，一是地理分布范围广，二是能够适应多种土壤环境。
柳枝稷地理分布范围广，它起源于北美，在美国大部分地区均可种植，此外阿根廷、英国、中国、印度、日本、希
腊、意大利等许多国家都开展了引种试验，结果表明柳枝稷在这些国家也可以种植［２２］。２种生态型的柳枝稷地理
分布不同，低地生态型喜欢温暖潮湿的环境，宜于在低纬度地区种植，高地生态型则喜欢稍微干燥环境，适宜于中
高纬度地区种植，这主要是由于２种生态型的柳枝稷起源地理位置不同［７］。不同起源的柳枝稷品种只有种植在
与其起源位置相近的地区才能表现出较高的产量和生态适应性［２３］。例如起源于北美东部地区的品种种植到西
部地区产量就会降低，反之亦然［２４］。
柳枝稷可适应砂土、粘壤土等多种土壤类型，且具有较强的耐旱性，甚至在岩石类土壤中亦能生长良好，其适
宜生长的土壤ｐＨ值为４．９～７．６［２５］，在中性条件下生长最好。柳枝稷能够适应苛刻的土壤条件，并且有较高的
水肥利用效率，其原因是柳枝稷根系与真菌互惠共生形成菌根，菌根可以调节柳枝稷对干旱、养分贫瘠、病原菌、
重金属污染等不良环境的反应［２６，２７］。盆栽试验和大田试验都证明菌根有利于养分吸收，可以提高柳枝稷的产量
和抗性，减少生产过程中的化肥投入，这对以能源为目标的柳枝稷生产非常有利［２６～２８］。
３　以生产能源为目标的柳枝稷栽培管理措施
以收获能源为目标的柳枝稷生产管理措施与以收获牧草为目标的生产管理措施有所不同，影响其能源生产
及利用品质的栽培管理措施主要包括柳枝稷品种选择、种植技术、杂草防治、肥料管理、收割时间与收割次数等。
３．１　品种选择
目前大多数商业柳枝稷品种都是以牧草生产为目标选育出来的，直到最近育种家们才开始注重能源柳枝稷
品种的选育。在选择柳枝稷品种时，应综合考虑其生态适应性与用途，以能源为目标的柳枝稷生产应选择那些能
够适应种植地区生态条件，并能获得较高的生物质产量与品质的品种。Ｅｌｂｅｒｓｅｎ等［２９］研究表明，决定品种适应
性与产量的主要因素是品种的起源，所以应选择起源地与种植地域相近的品种，这样更容易发挥品种的适应性和
产量潜力。此外，还要考虑品种的光周期特性。可以选择起源于南方的品种种植在北方，这样可以延长其营养生
长期，获得较高的产量，但是南方品种不能北移太远，以免影响正常越冬［３０］。
３．２　柳枝稷种植技术
柳枝稷基本上都是通过种子种植的，柳枝稷在种植当年如不能建成较好的植被群体，就会提高生产成本，降
低其作为生物质能源原料生产的经济可行性。种子休眠、播种方式、播种时期、播种密度等都将影响柳枝稷的建
植过程。
３３２第１８卷第３期 草业学报２００９年
３．２．１　打破种子休眠　柳枝稷种子具有较强的休眠特性，且品种间有差异，有些品种在刚收获时大约９０％的种
子休眠［３１］。种子在储藏过程中休眠性逐渐减弱，２～４年的储藏才能完全打破柳枝稷种子休眠性，柳枝稷种子休
眠还可以通过低温湿层积（４～１０℃）和化学方法（硫酸处理、激素处理等）打破［３２］。冬末至春初大田里可以形成
低温潮湿的环境，层积作用可自然发生，因此可以在冬末播种柳枝稷，利用自然层积作用打破种子休眠，不过出苗
期易受杂草影响，应注意杂草防治［２５］。此外，种子休眠问题还可以通过遗传育种方法解决。例如，据 Ｍｃｌａｕｇｈｌｉｎ
和Ｋｓｚｏｓ报道［３３］，Ａｌａｍｏ新收获种子通过几轮筛选，所得种子的休眠性仅为原来的１／７。
利用自然储藏、物理方法和化学方法打破柳枝稷种子休眠比较费时、费工，一次处理种子量较小，不能满足大
面积种植柳枝稷进行能源生产的需要，从长远考虑，选育无种子休眠特性的品种才是从根本上解决问题的办法。
３．２．２　播种方式　柳枝稷播种主要采用传统牧草播种和免耕播种２种方式。传统牧草播种方式是小粒种子牧
草播种的常用方法，柳枝稷可以撒播或条播，播种深度１～２ｃｍ，播种后最好进行镇压，以保证种子和土壤充分接
触［３４］；免耕播种深度宜为０．５～１．３ｃｍ，以保证正常出苗［２５］。Ｈａｒｐｅｒ等［３５］比较传统播种与免耕播种的效果，试
验结果表明免耕播种的出苗率比传统播种高５０％～１５０％。虽然人们已习惯于传统播种方式，但免耕播种要优
于传统播种，因为免耕播种效果优于传统播种，并且免耕法有利于水土保持，所以柳枝稷能源生产模式最好采用
免耕播种。
３．２．３　播种时期　许多学者研究了柳枝稷的播种时期。Ｍｏｎｔｉ等［３６］比较了柳枝稷春播与秋播，认为春播效果
较好；Ｈｓｕ和Ｎｅｌｓｏｎ［３７］于４－６月每隔２周种植１次柳枝稷，结果表明，随着播期推迟，出苗时间逐渐缩短，但最
终出苗率与播期关系不大；Ｖａｓｓｅｙ等［３８］研究表明柳枝稷萌发率年际间差异远大于年内播期处理，他认为影响最
终萌发率的主要因素应该是降水量而不是温度。Ｈｓｕ等［１６］试验表明，柳枝稷萌发的最低温度为１０．３℃，２０～
３０℃萌发效果最好；Ｔｅｅｌ等［３１］建议在冬末或春初播种休眠的柳枝稷种子，这样可以利用自然低温打破种子休眠。
Ｄａｖｉｄ和Ｊｏｈｎ［２２］比较了众多学者的研究结果，他们建议当土壤温度稳定为１５～２０℃时，并且降水比较合适时为
柳枝稷的最佳播种时间。
３．２．４　播种密度　柳枝稷一般播种量为４～１０ｋｇ／ｈｍ２［３１，３９］。柳枝稷种植密度比较宽泛，在一定密度范围内柳
枝稷产量变化不大。Ｍｕｉｒ等［４０］研究表明，柳枝稷在不同种植密度下均可获得相当的产量，这说明柳枝稷具有较
强的可塑性或补偿生长能力。在实际生产中我们可以根据目标群体大小估算播种量。此外，播种行距对柳枝稷
也有一定影响，Ｓｌａｄｄｅｎ等［４１］研究结果表明，宽行距较好，行距８０ｃｍ的产量明显高于行距为２０ｃｍ的产量。
３．３　柳枝稷杂草防治
柳枝稷播种当年由于尚未建成冠层，杂草竞争激烈，化学除莠必不可少，第２年以后就基本不再需要。杂草
竞争是柳枝稷建植的主要障碍之一，有些杂草可以在较低的温度下萌发，对柳枝稷出苗造成很大威胁［４２］。Ｈｓｕ
和Ｎｅｌｓｏｎ［３７］研究了温度对杂草萌发与苗期生长的影响，发现马唐（犇犻犵犻狋犪狉犻犪狊犪狀犵狌犻狀犪犾犻狊）不但可以与柳枝稷一
起萌发出苗，而且比柳枝稷幼苗生长更快，马唐的生物量是柳枝稷的４～２０倍，对柳枝稷幼苗生长造成了严重影
响。
柳枝稷杂草防治主要采用化学方法。阿特拉津、甘草膦、甲咪唑烟酸、２，４Ｄ等多种除草剂都能有效控制杂
草［４３～４５］。阿特拉津通常能够较好的防治杂草，提高柳枝稷建植成功率，但是Ｂｏｖｅｙ和 Ｈｕｓｓｅｙ［４６］研究发现阿特
拉津对柳枝稷也有一定的毒害作用，特别是在用量超过１ｋｇ／ｈｍ２ 时。Ｗａｓｈｂｕｒｎ等［４５］采用甲咪唑烟酸控制高羊
茅（犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪）杂草，取得了较好的建植效果，但是最近的研究表明甲咪唑烟酸对柳枝稷有较大的毒害
作用［３５］。因此，在使用除草剂时一定要考虑其毒害作用和使用量，尽量选择那些对柳枝稷无毒害作用的除草剂，
并严格控制使用量，以达到较好的杂草控制效果。
３．４　柳枝稷肥料管理
柳枝稷对氮肥反应因地而异，不同地区施肥效果差异较大。柳枝稷对氮肥不敏感，氮肥年施用量为５０
ｋｇ／ｈｍ２时即可获得最高产量；美国南部地区的研究表明随施氮量提高柳枝稷产量不断提高，氮肥年施用量为２００
ｋｇ／ｈｍ２ 时，柳枝稷产量仍能有所响应［７，４７］；Ｗｏｌｆ和 Ｆｉｓｋｅ［２５］认为氮肥宜在晚春施用，播种时不要施氮肥；
Ｗｒｉｇｈｔ［４８］经过研究得出结论，在肥力较差的土地上施用少量的氮肥是有效的，在肥力较好的土地上，施用氮肥没
４３２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．３
有效果，甚至会有副作用，他认为要获得经济上可行的产量，氮肥的施用量每年应为５０～１００ｋｇ／ｈｍ２。
大多数氮肥研究都是以牧草生产为目标的，但是能源生产与牧草生产的氮肥管理应有所不同。据
Ｍａｄａｋａｄｚｅ等［４９］报道，柳枝稷生物质中的氮素含量春季为２５ｇ／ｋｇ，到生长季节结束时仅为５ｇ／ｋｇ。不同的收获
时间及收获次数对柳枝稷氮肥管理影响很大。高质量的牧草要求蛋白质含量较高，所以柳枝稷作为牧草生产时，
宜在早期生物质氮素含量较高时收获，并且可以多次收获［３９］；但是作为能源，生物质氮素含量越低越好，柳枝稷
生产能源时，应该在生长季末期生物质氮素含量较低时一次收获［２２］。在季末一次收获能源生产模式下，柳枝稷
茎叶中的氮素可以通过体内循环转移到根茎中，从而提高了氮素的利用效率，减少了氮肥施用量［４８］。由此可以
得出结论，当进行牧草生产时，柳枝稷每年要从土壤中转移大量的氮素，为了补充土壤损失的氮素，必须施用大量
氮肥，而进行能源生产时，柳枝稷氮素利用比较节约，可以少施或不施氮肥。
柳枝稷的磷、钾肥利用效率较高，通常对增施磷、钾肥反应很小，甚至没有反应［３９，５０］。Ｈａｌ等［５０］发现在低磷
土壤中使用磷、钾肥对柳枝稷没有影响。Ｍｕｉｒ等［４０］在德克萨斯进行了多点研究，结果表明在每年一次收获的能
源柳枝稷生产模式下，施磷肥对柳枝稷Ａｌａｍｏ的产量没有影响。柳枝稷对磷的高效利用可能与菌根存在有关，
尤其是在酸性土壤条件下［５１，５２］。Ｂｅｎｔｉｖｅｎｇａ和Ｈｅｔｒｉｃｋ［５１］利用杀菌剂杀除土壤中的真菌，结果表明，杀菌剂减缓
了柳枝稷生长速度，但是这种现象在施用磷肥时没有发生，可见菌根在柳枝稷磷肥吸收利用中有重要作用。
化肥的施用量直接关系到柳枝稷能源生产的生物质产量、品质和生产成本。从上面的分析可以看出，柳枝稷
具有高效的肥料利用效率，在柳枝稷能源生产模式下，基本不用施磷、钾肥，氮肥可根据种植地区的土壤养分条件
适量少施，以获取高产、优质的生物质原料。
３．５　收获次数与收获时间
目前已有较多试验研究了收获次数及收获时间对柳枝稷产量和品质的影响。Ｍｕｌｋｅｙ等［５３］在达科他州的试
验结果表明随收割次数的增加，柳枝稷产量减少。Ｄａｖｉｄ和Ｊｏｈｎ［２２］发现每年只收获１次能获得最大产量，多次
收获明显降低了柳枝稷产量［２２］。Ｔｕｒｎｅｒ等［５４］认为频繁收割会影响柳枝稷的产量潜力与持续性。Ｍａｄａｋａｄｚｅ
等［５５］对３个柳枝稷品种进行了研究，结果表明１次收获产量高于２～３次收获。Ｒｅｙｎｏｌｄｓ等［５６］对６个柳枝稷品
种进行了长达５年的研究，结果也是１次收获优于２次收获。大多数情况下，一次性收获的柳枝稷生物量产出最
高，过多的收获频次容易导致柳枝稷立地的衰退［５７］，只有在夏季水分比较充足的情况下，年收割２次才能获得较
高的干物质产量，但是２次收割增加的成本与其所增加的产量相比是不经济的［７，５６，５８］。
研究表明，柳枝稷进行能源生产时最佳收获时间应为生长季节末期地上部衰亡后。生长末期地上部衰亡后
收获，产量会比刚成熟时有所降低，Ｐａｒｒｉｓｈ和 Ｗｏｌｆ［５９］研究表明，１１月份收获比９月产量低１９％，ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ［９］
研究表明，第１次霜后收割大约会降低２０％的产量，但是这样能够提高下个生长季节的产量和生物质品质。柳
枝稷充分成熟并干燥后收获有利于养分向地下部转移，减少干物质养分含量，并能降低生物质的含水量，这些都
有利于保持柳枝稷生产的可持续性，提高生物质的品质［４８］。因此在柳枝稷能源生产模式下，最佳的收获管理措
施为在生育季节末期柳枝稷地上部衰亡后一次收获。
３．６　柳枝稷种子生产
当柳枝稷作为一种能源作物大面积种植时，将需要大量的种子供给，收获生物质进行能源生产会影响种子生
产，种子不足和种子成本过高可能会成为柳枝稷大面积种植的限制因子。因此必须建立专门的柳枝稷种子生产
基地，并按照柳枝稷播种面积的扩大比例增加种子基地面积，以保证充足可靠的种子供给。目前，美国柳枝稷种
子商业化生产基地的种子产量一般为２２０～１０００ｋｇ／ｈｍ２，这样算来１ｈｍ２ 种子基地生产的种子可以满足２５～
９０ｈｍ２ 柳枝稷生产需要［２２］，可见柳枝稷的繁殖系数较高，只要建立一定数量的种子生产基地，就能较快繁育出
生产所需的种子数量。此外，可以通过育种途径进一步提高种子产量和质量，以降低柳枝稷能源生产的种子成
本。
４　柳枝稷转化利用与存在的问题
国外柳枝稷能源利用方式主要有以下几种：１）压制固体成型燃料，此技术已比较成熟；２）直接燃烧或与煤共
燃用于发电或供暖；３）转化成气体或液体燃料［６０］。生物质可以通过热化学方法和生物化学方法转化成气体或液
５３２第１８卷第３期 草业学报２００９年
体燃料，热化学方法主要包括气化和高温热解，生物化学方法主要包括发酵和厌氧消化［６１］。
在美国和欧盟等发达国家已建设一定数量的生物质与煤混燃发电示范工程，装机容量为５０～７００ＭＷ［６２］。
生物质与煤混燃发电技术建立在充分利用现有技术与设备的基础上，在现阶段是一种低成本可再生能源利用方
案，可以实现生物质的大规模利用［６２］，生物质与煤混燃发电还可以减少ＣＯ２，ＳＯ２，ＮＯｘ 等有害气体排放量［６３］。
但是也存在一些问题，由于生物质资源能量密度低，且相对比较分散，在生物质与煤共燃中所需的大量生物质在
收集、运输过程中需要较多的化石能源［６４］；由于生物质热值相对较低，导致生物质与煤共燃锅炉输出功率投入偏
低［６５］；生物质中的Ｓｉ，Ｎａ，Ｋ等矿质元素在燃烧时容易结渣，堵塞锅炉，并对设备造成一定的腐蚀性［６６］，柳枝稷适
当的氮肥管理以及推迟收获有利于降低生物质中矿质元素含量，能在一定程度上解决此问题［６７］。
柳枝稷生物质的主要成分为木质纤维素，包括纤维素、半纤维素和木质素３种，纤维素和半纤维素经过水解
和发酵可转化为乙醇，而木质素不能被水解，且在纤维素周围形成保护层，影响纤维素水解。纤维素水解方法主
要有酸水解和酶水解２种，酸水解工艺能够获得较高的糖转化率，但是对设备要求较高，并且会产生大量废
液［６８］。酶水解的条件温和（ｐＨ值为４．８，温度为４５～５５℃）、能量消耗小、糖转化率高，无腐蚀、环境污染和发酵
抑制物等问题。酶水解存在的问题是反应速率慢、生产周期长、酶成本高，而且由于构成生物质的纤维素、半纤维
素和木质素互相缠绕，形成晶体结构，会阻止酶接近纤维素表面，故生物质直接酶水解的效率很低，因此必须采用
预处理的方式以降低纤维素结晶度和聚合度［６９，７０］。
目前酶用量过大和酶生产成本过高是限制纤维素乙醇大规模商业化生产的主要障碍。很多研究集中在增加
酶的产率和提高酶的活性，通过重组ＤＮＡ技术提高微生物产酶量以及采用固定化酶技术等，这都为低成本生产
纤维素酶开辟了新的途径［７１～７３］。从长远考虑，柳枝稷生物转化生产第２代燃料乙醇应是一种理想的能源转化利
用方式。
５　柳枝稷在我国的发展潜力分析
５．１　我国可再生能源发展目标宏大
目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，从２００３年开始我国已成为仅次于美国的世界第二大石油消费
国。化石能源资源日益枯竭，生态环境不断恶化，大力发展可再生能源，有助于逐步缓解能源供需矛盾，减轻环境
压力。为了加快可再生能源发展，我国制定了可再生能源中长期发展规划，规划指出２０１０年可再生能源消费量
要达到能源消费总量的１０％，到２０２０年达到１５％。生物质能利用方面，重点发展生物质发电、沼气、生物质固体
成型燃料和生物液体燃料。到２０１０年，生物质发电总装机容量达到５５０万ｋＷ，生物质固体成型燃料年利用量
达到１００万ｔ，增加非粮原料燃料乙醇年利用量２００万ｔ。到２０２０年，生物质发电总装机容量达到３０００万ｋＷ，
生物质固体成型燃料年利用量达到５０００万ｔ，生物燃料乙醇年利用量达到１０００万ｔ。这无疑给能源作物柳枝
稷带来了巨大的发展空间。
５．２　我国宜能边际土地资源丰富
柳枝稷适应性强，对自然条件要求不高，可以在不适宜其他作物生长的边际土地生长并获得较高的产量。利
用柳枝稷进行能源生产不仅不会占用耕地，还能充分利用边际土地，增加农民收入。我国耕地面积有限，但是目
前我国尚有相近于现耕地面积的，约１亿多ｈｍ２ 不宜垦为农田，但可种植高抗逆性能源植物的边际性土地，如果
开发其中５％，约５５０万ｈｍ２ 边际性土地种植柳枝稷，那么将会生产出约２０亿升燃料乙醇（柳枝稷生产乙醇的转
化效率是０．３２９Ｌ／ｋｇ，柳枝稷产量按１２ｔ／ｈｍ２ 计算［７４］），可见潜力之大。
５．３　国内许多学者看好柳枝稷
美国率先把柳枝稷作为一种模式能源作物进行系统研究，此后国际上掀起了柳枝稷研究热潮，关于柳枝稷的
报道越来越多，研究认为柳枝稷具有较好的生态效益，其根系发达能固定土壤Ｃ、增加土壤有机质含量、保持水
土、提高土壤生产力，用柳枝稷生产燃料乙醇替代化石燃料可以减少温室气体ＣＯ２ 的排放［７５］；此外，种植柳枝稷
进行能源生产还能增加农民收入，促进农村经济发展。因此，柳枝稷逐渐引起了国内有关专家的重视，考虑在中
国发展柳枝稷能源生产。中国农业大学程序教授于２００５年专程赴美国考察能源作物柳枝稷，引进了Ｓｈａｗｎｅｅ
和Ｔｒａｉｌｂｌａｚｅｒ两个品种，并在我国北方开始了试种［４，８］。中国科学院水土保持研究所在黄土高原地区开展了柳
６３２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．３
枝稷的适应性与生理生态方面的研究［５］。武汉大学生命科学学院李立家教授认为柳枝稷是生物能源转化的理想
作物［７６］。我国的柳枝稷研究刚刚起步，还有很多问题要研究解决，要在我国利用柳枝稷进行商业化能源生产还
有很长的路要走。
５．４　我国柳枝稷研究与能源利用发展方向
由于我国对能源作物柳枝稷的研究刚刚起步，柳枝稷能源利用应合理规划，循序渐进。当前的首要任务是积
极开展柳枝稷引种、栽培与育种试验研究，提高柳枝稷产量与生物质品质，努力扩大柳枝稷种植面积；然后，结合
生物质转化利用研究，逐步推进柳枝稷能源生产商业化发展。
基于我国的国情，现阶段柳枝稷利用方式应为生物质固体成型燃料和小型生物质发电，充分发挥生物质能作
为农村补充能源的作用，为农村提供清洁的能源，改善农村生活环境及提高人民生活条件。第二阶段是在第一阶
段基础上进行大规模生物质发电项目的试验与示范，逐步实现商业化生产。第三阶段是进行生物燃料乙醇生产
试验与示范，稳步推进纤维素燃料乙醇产业化发展。纤维素乙醇产业化，对根本解决能源和环境的制约，真正促
进农村经济发展与繁荣，实现我国经济社会的可持续发展意义重大。
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ＬＩＵＪｉｌｉ１，ＺＨＵ Ｗａｎｂｉｎ２，ＸＩＥＧｕａｎｇｈｕｉ１，２，ＬＩＮＣｈａｎｇｓｏｎｇ１，ＣＨＥＮＧＸｕ１，２
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｅｎｔｅｒｏｆＢｉｏｍａｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｉｎｔｅｒｅｓｔｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｎｅｒｇｙ．Ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｗｉｌｂｅａｎｉｄｅａｌ
ｅｎｅｒｇｙｃｒｏｐｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｔｒｏｎｇａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｔｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｉｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｙｉｅｌｄ，ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｉ
ｎｅｓｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｎｅｅｄｓ，ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｓｗｉｔｃｈ
ｇｒａｓｓａｓａｎｅｎｅｒｇｙｃｒｏｐ．Ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｕｓｅｐａｔｔｅｒｎｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄａｎａｌｙｚｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎＣｈｉｎａ．Ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｔｈｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｕｓｅａｎｄ
ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｕｓｅｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｗｉｌｂｅｆｏｒｐｅｌｅｔｆｕｅｌａｎｄｓｍａｌｂｉｏｍａｓｓｐｏｗｅｒｐｌａｎｔａｔｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｉｎ
ｔｈｅｎｅａｒｆｕｔｕｒｅ．Ａｓａｓｅｃｏｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｆｕｅｌ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｔｈａｎｏｌｍａｙｈａｖｅｔｈｅｍｏｓｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｅｎｅｒｇｙｃｒｏｐ；ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ（犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿）；ｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ；ｆｕｅｌｅｔｈａｎｏｌ
０４２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２００９） Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．３