控制化石能源消耗，減少溫室氣體排放、尋找可再生清潔能源已是全世界共識。對生物質能的研究，吸引大批科研人員目光。然而，第一代能源作物玉米、水稻、甘蔗、大豆等在給人類贏得替代能源希望的同時，也隨之帶來凈能量產出少、與糧食作物爭搶耕地等一系列負面效應。于是，尋找第二代能源作物成為生物質能領域重要課題，一種叫芒草的能源作物聚集了人們的目光……
第二代生物能源研發的“中國優勢”
我國是芒草自然資源最為豐富的國家。近期，由中科院植物所、中科院武漢植物園、上海生命科學研究院等單位合作展開的新一代能源作物研究取得關鍵性突破。經過三年來的種植試驗發現，原產我國的芒草具備豐富的遺傳多樣性，人工馴化后將對我國土地資源利用、能源格局產生革命性影響。然而，由于我國第二代能源作物研究處于起步階段，在科研立項和轉化研究方面存在體制機制矛盾，有關研究人員建議，國家應對第二代能源作物研究進行重點立項，加強產學研結合。
試驗讓科研人員驚喜
在全世界14個野生芒草種類中，中國擁有七個種，分布幾乎貫穿了我國整個氣候帶，而且擁有生物質產量最高的四個種類，是芒草自然資源最為豐富的國家。
2008年，中科院植物所、上海生命科學研究院、中科院武漢植物園組成芒草研究小組，項目得到中科院知識創新工程重要方向項目的資助。當年秋天，啟動了全國范圍野生芒草收集工作。2009年，中科院武漢植物園研究員李建強等人把收集到的約100個芒草自然居群，分別種在了內蒙古錫林郭勒國家草原生態站、黃土高原上的甘肅省慶陽，另外一部分種在武漢作為對照。
“我們選了三個生物量最大而花期又大致相同的野生種，種植后的第二年開始就不澆水、不施肥，完全靠天吃飯。”李建強說，不知道芒草的生物性能和遺傳特性在國內這幾個地方有何表現，內心期待。
經過2009年、2010年兩個生長季，李建強他們驚喜地發現，一部分芒草可以在寒冷的錫林郭勒生長，另外一些在較為干旱的慶陽則長勢喜人，而且在甘肅慶陽的芒草生物質含量高過芒草的原生地武漢江夏地區。
李建強說，這說明芒草種類具有豐富的遺傳變異和很強的適應性，可供培育耐冷、耐旱和耐貧瘠的高產能源作物。
這一結果讓科研人員非常興奮。經過多次分析總結，今年5月份，研究小組將研究成果在線發表于《全球變化生物學生物質能源》(Global Change Biology Bioenergy)雜志上。同時，該雜志以“適者為芒”(Miscanthus Adapts)為題，對此成果進行了新聞發布，迅速受到國際上廣泛關注，美國科學促進會新聞網站(AAAS EureAlert)、歐洲科學新聞(Alpha Galileo)、每日科學(Science Daily)、細胞出版社新聞(Cell Press News Aggregator)、科學新聞在線(Science Newsline)等都進行了轉載報道。
可“點綠”我國干旱半干旱地區
研究小組對我國黃土高原地區進行了考察，根據芒草在我國的產量，保守地進行了一個效益測算。
除開耕地以及不宜種植土地，黃土高原有43萬平方公里可以用于種植芒草，根據甘肅慶陽試驗基地的產量，保守估計以每公頃年產芒草干重11噸計算，總產量為五億噸。這些產量如果全部轉化成乙醇，大致相當于我國2010年消耗的汽油總量。
再進一步推算，如果在集中分布于中國北方和西北的貧瘠、退化土地上種植一億公頃(100萬平方公里)芒草，以平均每公頃干重10噸計算，總產量為10億噸，可發電1458萬億千瓦時，減排二氧化碳16億噸，相當于中國2007年總用電量的45%和二氧化碳總排放量的28%；用其中的一半作為原料轉化出的乙醇，大致相當于我國2010年消耗的汽油。
中科院武漢植物園系統與進化植物學學科首席研究員李建強總結認為，對芒草作為第二代能源作物研發可以實現三大功能：
一是糧食安全。芒草可取代糧食、經濟作物成為新一代能源作物，緩解糧食危機。
二是能源獨立。我國有大面積的干旱、半干旱無法耕種的邊際性土地，如果這部分土地能夠作為生物能源的生產地，將改變能源依賴進口的格局。
三是生態保護。芒草極強的環境適應性可以改善干旱、半干旱非耕地的植被狀況，同時保持水土和防止土地荒漠化。
“荒蕪的干旱、半干旱地區，如果種上芒草，想象一下都很激動。綠了、亮了，老百姓還可以從中發家致富。”中科院植物研究所資源植物研發重點實驗室主任桑濤對芒草也抱著巨大的希望。
進入人工馴化階段
要使上述一切變為現實，對芒草的研究還有不短的路要走。桑濤說，目前的研究結果已經證明，芒草是我國最優的第二代能源作物選擇，接下來要突破的是進行人工馴化。
所謂人工馴化就是將野生的作物種子通過人工選育、雜交等方式轉變為可以人為育種、種植的作物。“完成芒草從野生植物到作物的轉變就是人工馴化的目標”，桑濤說。
其實，人們對人工馴化并不陌生。桑濤告訴記者，我們吃的大米、小麥都是經過人工馴化得來的，始于大約一萬年前的糧食作物馴化奠定了人類文明的基礎。比如水稻就是野生稻經過人類逐漸移栽、選育、培育的漫長過程形成的。
據了解，根據研究小組的安排，接下來要完善芒草基因組學平臺的建設。明年開始篩選出在干旱、貧瘠、退化土地和鹽堿地上的高產芒草株系，開展雜交試驗。2013年到2014年，對芒草的抗逆性和產量性狀進行數量遺傳學分析；通過模擬分析，評估芒草能源植物在我國的生產潛力以及大規模種植的環境生態效應。
作為植物馴化領域的專家，桑濤表示，根據現有的遺傳基因技術，芒草的基礎馴化只需要幾年時間。據他介紹，今年研究小組在山東東營的鹽堿地和甘肅環縣更加干旱的地區進行了試驗，選取30萬個基因個體，從中挑出更加耐旱、耐寒、抗鹽堿的種質資源，進行人工雜交和育種，然后做基因遺傳學分析。
“這個過程不會很長，而且這件事情全世界目前都沒有做過，因為歐美國家不是芒草原產地，沒有種質資源。另外，歐美國家耕地眾多，不需要馴化在干旱、貧瘠土地上生長的能源作物。但是他們最終也需要遺傳多樣性高的作物，這樣很可能要依賴我們的馴化育種。”桑濤說。
資金和政策支持還要更“給力”
當前，我國正大力發展生物能源，但是因生物資源問題遭遇瓶頸，而對第二代能源作物研究起步較晚，在能源作物研究上也遇到一些體制上的制約。科研工作者們建議國家提高對第二代能源作物研究的重視，增加投入，掃除科研機制上和產學研上存在的一些障礙，加快芒草從研到產的進程。
中科院植物所、上海生命科學研究院、中科院武漢植物園組成的芒草研究小組認為，節能減排是我國經濟發展方式轉型的內在壓力，而科學發展成為發展生物能源的內在動力。近年來我國生物能源的發展成就斐然。到2010年底，全國生物質直燃發電裝機已達200萬千瓦，以糧食為原料的生物燃料乙醇產量達到了180萬噸。
2007年，國家制定了《可再生能源中長期發展規劃》，提出的2020年生物質發電目標是3000萬千瓦，生物燃料乙醇的發展目標是1000萬噸。不過業界認為，這個目標實現有著客觀困難。主要就是，企業紛紛上馬生物發電項目，但是都遭遇了生物資源短缺的問題。這是由生物質資源的季節性、分散性與生物質發電的連續性、集中性的矛盾引起的。
專家認為，將芒草發展為我國專業的能源作物可以解決這一難題，實現生物質能規模化利用的途徑是專業化和產業化，作為最優選擇，芒草可以擔此重任。
但是，當前芒草的研究也面臨一些困局。
首先，國家目前雖然十分重視生物能源研發，但我國的生物能源究竟有多大潛力和前景還沒有進行過科學評估。國內相關研究也比較薄弱和分散，科研資源尚未整合。
其次，由于我國能源作物的研究主要由植物研究機構承擔，能源植物科研項目多由我國能源方面專家評審，他們大多是石油、煤炭等化石能源方面研究出身的專家，由于對能源植物了解不多，在科研項目立項評審過程中，不利于能源作物的立項和資金爭取。
與美國對能源革命的高度重視相比，我國在能源產業特別是新能源產業方面的扶持和能源革命的推進方面顯得相對滯后和力度不足。
桑濤告訴記者，實際上，對于第二代生物能源的研究，我國比美國等西方國家更加緊迫。我國每年有50%以上的石油依賴進口，而美國石油儲備遠高于我國，并且有著廣闊的閑置耕地和輪休耕地，第一代生物能源生產技術成熟，而且糧食安全壓力和耕地減少壓力沒有我國大。因此，我國更應該將第二代生物能源的研究提升至能源戰略的高度，迎頭追趕，方能占住先機。因為，我們有著西方國家無法比擬的種質資源優勢。
桑濤呼吁，希望國家加大對第二代生物能源研究政策上和資金上的支持力度。
此外，目前芒草的研究處在人工馴化階段，要加快從研到產的進程，還需要多學科合作、進行整個產業鏈的系統化研究。
研究小組認為，芒草不僅是能源作物，還是非常好的材料、涂料作物，建議國家有關部門整合科研資源，加強對芒草綜合開發利用的重視和實際鼓勵。
另外，我國目前生物能源研究的主要力量集中在植物能源轉化方面，忽視了能源植物這一生物能源轉化的物質基礎研究。現階段，我國生物能源研究人員缺乏，人才隊伍建設與歐美相比之歐美差距還是很大。
針對以上問題，專家建議，國家有關部門能夠加大對能源作物研究方面的投入，將生物能源提升到我國新時期可持續性發展的能源戰略高度，爭取早日實現芒草的人工馴化，為生物能源開發提供優質、專業化、持續不斷的能源原料。
同時，對第二代能源作物從生物育種、種植推廣、能源轉化、生產機制和模式等進行系統科學研究和試驗。“一條龍的研發可加快芒草實現其在糧食、能源、生態三方面的綜合效益，最終使我國走在歐美前列，成為新一代能源作物的主產國和生物能源大國。”李建強說。
專家們還特別提出，目前我國擁有植物能源轉化技術，但是不夠優化和高效，建議投資建立芒草生物能源轉化試驗廠，從而整體推進我國生物能源研發和生產能力。
最后專家建議，國家應重點扶持我國生物能源相關專業的發展，培養生物、環境、能源跨學科綜合人才。
鏈接：芒草——能源作物新秀強勢登場
