能源作物的资源环境探讨范文

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1能源作物对资源、生态及环境的影响

能源作物可根据其光合途径（C3、C4）、利用和转化物质的化学组成（糖料、淀粉、油料和木质纤维素）和其生长习性（一年生、二年生和多年生）进行分类。本研究主要讨论能源作物对水土资源利用和保护的关系，根据植物的生长习性和形态特征分为木本能源作物、草本能源作物，后者又进一步分为一、二年生和多年生草本能源作物。与草本植物相比，木本植物扎根深，耗水量大；木本植物和多年生草本保持水土、防风固沙能力比一年生、二年生植物强。

1.1能源作物种植对资源影响

1.1.1草原资源

草原是西、北部干旱地区维护生态平衡的主要植被，草原畜牧业是牧区经济的支柱产业（国发（2002）19号）。同时，草原是我国少数民族的主要聚居区，是牧民赖以生存的基本生产资料。农业部《全国草原保护建设利用总体规划》中提出，草原与耕地、森林、海洋等自然资源一样，是我国重要的战略资源。自20世纪50年代以来，我国累计开垦草原约2000万hm2，其中近一半已被撂荒成为裸地或沙地（草原规划）。因此，从保护草原资源角度，应禁止在草原上种植一年生能源作物，可种植多年生草本能源植物。事实上，2003年1月1日施行的《中华人民共和国草原法》第四十六条明确规定禁止开垦草原。草原的功能是发展畜牧业、调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙、保护生物多样性。《草原法》第四十二条国家实行基本草原保护制度中划定基本草原：重要放牧场；割草地；用于畜牧业生产的人工草地、退耕还草地以及改良草地、草种基地；对调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙具有特殊作用的草原；作为国家重点保护野生动植物生存环境的草原。尽管某些能源作物也能实现草原的部分功能，但能源作物规模化发展从本质上与草原的功能不同，因此，基本草原上应禁止种植任何种类的能源作物。

1.1.2水资源

在国民经济的行业中，农业历来是用水大户，灌溉用取水量占全国用水总量的60％～70％。尽管甜高粱抗旱性较其他常见农作物强，如果仅依赖大气降水和地下水补充，远远不能满足其需水要求，即使能勉强维持生命，也不能良好生长，需要灌溉才能达到产业化所需的产量。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所临泽内陆河流域研究站在河西走廊中部的沙地种植甜高粱试验，灌溉耗水量达9700m3／hm2，相当于970mm降水，是干旱和半干旱区年降雨量的几倍。边际土地资源分布调查表明，一半以上的宜能边际地位于新疆和内蒙古干旱和半干旱区，可以种植能源作物甜高粱。由于天然降水不足，种植甜高粱要靠开采地下水和利用地表水，在内蒙古主要是黄河水。黄河是世界上开采水量最多的河系之一，2010年流域内总人口约11368万人，其中的半干旱区有1．1亿人口依靠其生活。同时黄河作为联结河源、上中下游及河口等湿地生态单元的“廊道”，是维持河流水生生物和洄游鱼类栖息、繁殖的重要基础。同时由于特殊的地理环境，黄河流域也是我国生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的流域之一。自20世纪70年代早期开始，大规模从黄河取水，导致“黄河断流”，即黄河水在一年的大部分时间里无法到达入海口。尽管黄河水利委员会通过制定严格的省级水利用法规，自1999年起，黄河水每年都可以到达入海口。然而，黄河的流量仍然低于生态需求所必需的水平。根据《黄河流域综合规划（2012—2030年）》，黄河流域未来经济社会发展的重点之一是发展高效节水农业，形成以黄淮海平原主产区、汾渭平原主产区、河套灌区主产区为主的全国重要的农业生产基地。干旱和半干地区的旱生植物在长期的进化与自然选择过程中，形成了适应大气干旱与土壤干旱的机制。如沙拐枣（CalligonummongolicumTursz．）、梭梭（Haloxylonammodendron）叶退化或叶片缩小，有效降低蒸腾；针茅（Stipaspp．）、蒿（Artemisia）等植物发达、但分布浅的根系能及时吸收降水后土壤表层水分；骆驼刺（AlhagisparsifoliaShap．）扎根深度可达30m，根系吸收范围超过地上部的几千倍。旱生植物的这些抗旱机制，使其在充分吸收地下水的同时，减少蒸腾耗水。中生木本植物蒸腾量大，仅靠大气降水不能满足其水分需求。北方干旱和半干旱草原区干旱少雨，年降水量一般在400mm以下，降水分布不均，部分地区低于50mm。中生木本植物作为能源植物大面积种植，如无人工灌溉，会大量消耗地下水，导致旱生植物死亡。农业部《全国草原保护建设利用总体规划》中就指出，由于不合理开采草原水资源，致使下游湖泊干涸，绿洲草原及其外围植被不断消失。农业部在《全国草原保护建设利用总体规划》中，根据我国草原的区域性特点、存在的主要问题和保护建设利用的需要，将我国草原划分为北方干旱和半干旱草原区、青藏高寒草原区、东北华北湿润半湿润草原区和南方草地区等4大区域。在北方干旱和半干旱草原区、青藏高寒草原区、东北华北湿润半湿润草原区，降水量不足支持森林，由于乔木类木本植物不但扎根深、而且耗水量大，大量消耗地下水，盲目种植会造成沙生植物死亡。在自然降水不足的干旱和半干旱地区，灌溉水是除土地外限制粮食生产的另一决定因素，规模化种植大量消耗水资源的植物，包括“非粮”能源植物，即便“不与民争粮，不与粮争地”，也会通过“与粮争水”，影响粮食安全，更何况在这些地区，由于缺水，有时连农业用水都让位于首先满足人畜饮水。因此，从保护水资源，维持草原生态和草原的永续利用的角度，应该禁止在草原上集约化、规模化种植一年生能源作物，利用这类地区的荒草地种植能源植物应立足于包括多年生草本和灌木在内的旱生植物。

1.2能源作物种植对生态和环境的影响

草原地区降水量小、多风、蒸发量大。特别是土壤贫瘠的荒草地、沙地盐碱地，植被覆盖度低、植物生长缓慢、生态脆弱、土壤风蚀严重，是沙尘暴的主要原因。2007年农业部长期《全国草原保护建设利用总体规划》中指出，不合理的开发利用，导致草原不断退化，沙尘暴、荒漠化、水土流失等危害日益加剧。国外学者Larsen也指出我国北方正在形成一个大的沙尘暴侵蚀区（SandBowl）。2003年1月1日施行的《中华人民共和国草原法》第四十六条规定对水土流失严重、有沙化趋势、需要改善生态环境的已垦草原，应当有计划、有步骤地退耕还草；《国务院关于加强草原保护与建设的若干意见》（国发（2002）19号）也要求，实施已垦草原退耕还草。“对有利于改善生态环境的、水土流失严重的、有沙化趋势的已垦草原，实行退耕还草。”退耕还草重点放在江河源区、风沙源区、农牧交错带和对生态有重大影响的地区。条例强调“要坚持生态效益优先，兼顾农牧民生产生活及地方经济发展，加快推进退耕还草工作。”

1.2.1植被覆盖

尽管荒草地、沙地等植被覆盖度较低，但土壤表面由地衣、苔藓细菌和土壤颗粒组成的土壤生物痂皮或沙壳，可以减少土壤风蚀。这层沙壳和土壤生物痂皮很脆弱，在人畜踩踏、机械碾压后破坏。一年生能源作物种植过程中，播种、收获会造成土壤扰动，破坏土壤表面的保护层和植被。《防沙治沙法》第十二条规定，“在规划期内不具备治理条件的以及因保护生态的需要不宜开发利用的连片沙化土地，应当规划为沙化土地封禁保护区，实行封禁保护”。新修订的《中华人民共和国水土保持法》第十八条指出：“水土流失严重、生态脆弱的地区，应当限制或者禁止可能造成水土流失的生产建设活动，严格保护植物、沙壳、结皮、地衣等”。同时，集约化、规模化的能源作物种植中，施用除草剂会破坏原生植被；作物收获后土表裸露。

1.2.2生物多样性和生物入侵

在千年生态系统评估所列出的6项导致生物多样性丧失的主因中，生物能源发展占了4项，如能源作物大面积单作、土地利用方式改变会导致生物物种栖息地破坏、入侵物种等。能源草有些已被列入入侵物种名录，如芒草（Miscanthus）类中的中国芒（Miscanthussinensis）、虉草（Phalarisarundinacea）、芦竹（Arundodonax）。这些禾本科（Gramineae）草为多年生植物，既可以通过无性繁殖在局部地区快速蔓延，又可以通过种子远距离传播。它们可忍受各种恶劣的环境，包括土壤pH改变、土壤紧实、贫瘠、高温及干旱，进入农田会成为恶性杂草。为避免象草（Miscanthusgiganteus）在密苏里、俄亥俄、阿肯色州和宾夕法尼亚州成为入侵物种，美国农业部生物质作物资助项目（BiomassCropAssistanceProgram），规定在这些州种植象草，只能用不育品种伊利诺品系（“IllinoisClone”）的根状茎。此外，发展生物质燃料的热门树种，牧豆树（Prosopisjuliflora）为速生灌木，营养需求低，能在干旱和半干旱土地上良好生长。但一旦定殖，很难甚至不可能移除。放任其繁殖，牧豆树会发展成浓密的树丛，让原生种无立锥之地。能源作物大规模单作，土壤耕翻、无节制地施用杀虫剂、除草剂等也可能造成生物多样性的丧失。

1.2.3土壤退化

荒草地土壤养分含量低，集约化种植需大量施用化肥，但这类土壤由于有机质含量低、质地粗、土壤保肥性差又容易造成N、P对地表水和地下水污染。灌溉不当，会造成地下水位抬升，如地下水矿化度高，就可能引发土壤次生盐渍化。因此从保护生态环境角度，在沙地、荒草地特别是已经实施退耕还林还草地区，应禁止种植一年生能源作物。

2结论和建议

种植能源作物不应以威胁粮食安全、破坏草原资源、耗竭水、破坏或污染环境为代价。而规模集约化种植能源作物特别是一年生能源作物会占用破坏草原资源、消耗水资源，与畜牧业及防风固沙、保持水土、保护生物多样性生态发展争地、争水。针对利用干旱和半干旱地区边际土地大规模种植能源植物可能出现的问题，建议国家出台相应的生物质能源产业准入政策和技术规范，包括：

1）从保护草原资源出发，应禁止在基本草原上种植能源作物，改变草原用途。禁止开垦草原或荒草地，特别是在水土流失严重、有沙化趋势的土地上种植一年生能源作物。种植多年生草本能源作物，最好选用能草兼用型的物种，以兼顾能源与饲料之用。

2）在干旱和半干旱草原和荒草地种植多年生草本能源作物，需尽量选用本土植物物种，避免引入的能源植物在当地成为入侵物种。

3）研究制定详细的干旱和半干旱区能源作物种植技术规范，包括：能源作物种植应采取的防风固沙、节水灌溉、养分综合管理、保护性耕作、病虫草害综合防治技术规范。并出台相应的经济刺激政策，鼓励企业和种植户自愿采用这些技术规范。

4）从水资源保护角度，应限制或禁止在北方干旱和半干旱草原区种植耗水量大的乔木类木本能源作物如短轮伐周期的速生杨树等和一年生草本能源植物。另外，产品水足迹（Waterfootprint）即产品全生命周期消耗的淡水总量分析表明，生物乙醇全生命周期耗水量很大。除在原料生产（农业阶段）直接消耗“绿水”和“蓝水”外，还因施用化肥、农药及乙醇生产过程中对水体污染而产生“灰水”消耗。所谓“绿水”是指利用和结合入最终产品的自然降水量，如作物蒸腾耗水和作物体的水分，“蓝水”是指消耗的地表水和地下水的量，“灰水”是产品全生命周期导致水体污染的指标，相当于将污染物稀释到符合水质标准所需的净水体积。因此，建议对在干旱和半干旱地区发展能源产业对水资源的消耗进行系统的、定量化研究，为国家制定相应的政策提供数据支持。

作者：张宝贵谢光辉单位：中国农业大学资源与环境学院中国农业大学农学与生物技术学院国家能源非粮生物质原料研发中心