作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式探究

??侯新村，范希峰，朱毅，岳躍森，武菊英

（北京市農(nóng)林科學(xué)院北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心/農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097）

摘要：為闡明作物秸稈作為生物質(zhì)原料的可持續(xù)利用潛力，基于可持續(xù)發(fā)展理論，構(gòu)建了以生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式，并分析了中國作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用潛力。在中國現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，需要控制作物秸稈生物質(zhì)原料利用比例整體上不超過25%，即使部分適宜規(guī)?；_發(fā)利用地區(qū)亦不應(yīng)該超過35%；生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)該兼顧生物質(zhì)原料需要與傳統(tǒng)利用方式需要之間的平衡，尤其是要滿足作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)的需要。

0引言

可持續(xù)發(fā)展一般是指自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展^[1]，具有極為豐富的內(nèi)涵^[2]。可持續(xù)發(fā)展理論源于人類對(duì)自身生存與社會(huì)發(fā)展以及與之相關(guān)的資源、環(huán)境、能源、糧食等問題的逐步認(rèn)識(shí)與不斷思考^[2-4]，由世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)于1987年在《我們共同的未來》^[5]一書中系統(tǒng)論述：可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害的發(fā)展。這一論述強(qiáng)調(diào)了可持續(xù)發(fā)展理論的時(shí)間維內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，中國學(xué)者補(bǔ)充了其空間維內(nèi)容：既滿足本部門的需要，又不危害全球滿足需要能力的發(fā)展^[6]；既滿足本地人口的需要，又不危害全球人口滿足其需要能力的發(fā)展^[6]；在滿足人類需要的同時(shí)，不危害其他物種滿足其需要的能力的發(fā)展^[2]。可持續(xù)發(fā)展理論的實(shí)質(zhì)在于科學(xué)認(rèn)識(shí)和調(diào)控人與自然、人與人之間的關(guān)系?？沙掷m(xù)發(fā)展理論已經(jīng)成為21世紀(jì)“自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)”復(fù)雜巨系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則^[3]，同時(shí)，作為科學(xué)思想與研究方法，可持續(xù)發(fā)展理論廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)^[7-16]、能源科學(xué)^[17-22]等諸多科學(xué)研究領(lǐng)域。

在傳統(tǒng)石化資源日益匱乏、環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重的今天，現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展關(guān)乎經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，與全球可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)^[23]。在全球生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，國際可持續(xù)生物燃料圓桌會(huì)議于2008年發(fā)布了《生物燃料可持續(xù)生產(chǎn)國際準(zhǔn)則》，對(duì)生物燃料可持續(xù)生產(chǎn)進(jìn)行了原則性的規(guī)范^[24]，旨在促進(jìn)全球生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國內(nèi)外學(xué)者亦針對(duì)生物質(zhì)原料^[23,25-26]與生物質(zhì)能源^[27-29]的可持續(xù)性開展了相關(guān)研究工作。

生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)^[23]。木質(zhì)纖維素是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的統(tǒng)稱，是全球最為豐富的可再生資源和生物質(zhì)原料^[30-33]，有望成為未來大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分^[34]。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料分為草本類與木本類2類，主要來源于木質(zhì)纖維素植物與農(nóng)林廢棄物，木質(zhì)纖維素植物主要包括木質(zhì)纖維素木本植物與木質(zhì)纖維素草本植物2類^[35-40]，農(nóng)林廢棄物則主要包括作物秸稈、林業(yè)廢棄物、農(nóng)林產(chǎn)品加工副產(chǎn)物等^{[31,33,41-42]}。

作物秸稈是優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料，是現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要原料來源。然而，作為重要的生物資源，作物秸稈的傳統(tǒng)利用方式依然長(zhǎng)期存在，以保證農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、維護(hù)資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性。在生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，對(duì)作物秸稈進(jìn)行開發(fā)利用滿足生物質(zhì)原料需要的同時(shí)，應(yīng)該保證作物秸稈傳統(tǒng)利用方式的需要，現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展不宜影響作物秸稈傳統(tǒng)利用方式的需要。本研究擬基于可持續(xù)發(fā)展理論構(gòu)建生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式，進(jìn)而構(gòu)建作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式，旨在闡明作物秸稈作為生物質(zhì)原料的可持續(xù)利用潛力，明確兼顧作物秸稈生物質(zhì)原料需要與傳統(tǒng)利用方式需要之間平衡的必要性。

1生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式

生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈涉及生物質(zhì)原料生產(chǎn)和供應(yīng)、生物質(zhì)原料收集儲(chǔ)存運(yùn)輸、生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品生產(chǎn)和利用等環(huán)節(jié)^[23]，相應(yīng)地，生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式由生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)系統(tǒng)、生物質(zhì)原料可持續(xù)收集儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)、生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)和利用系統(tǒng)3個(gè)部分構(gòu)成（圖1）。

生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)系統(tǒng)包括生物質(zhì)原料的生長(zhǎng)發(fā)育或生產(chǎn)過程以及收獲過程，是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的基礎(chǔ)，決定著后面2個(gè)系統(tǒng)以及生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性；生物質(zhì)原料可持續(xù)收集儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)包括生物質(zhì)原料的收集、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程以及必要的預(yù)處理過程，是連接前后2個(gè)系統(tǒng)的紐帶和保持生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性的關(guān)鍵；生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)和利用系統(tǒng)包括固體、液體、氣體等不同形態(tài)生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品的生產(chǎn)和利用過程，是前面2個(gè)系統(tǒng)以及生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本目標(biāo)。

生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的基本要求是，通過構(gòu)建生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式、生物質(zhì)原料可持續(xù)收集儲(chǔ)存運(yùn)輸模式、生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)和利用模式，應(yīng)用相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈與各系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系與相互促進(jìn)，共同保持協(xié)調(diào)統(tǒng)一的可持續(xù)性，同時(shí)不危害農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性。其中，生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式是指，基于可持續(xù)發(fā)展理論，在保證生物質(zhì)原料滿足農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要、資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性需要的同時(shí)，滿足現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)生物質(zhì)原料的需要。

生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的實(shí)質(zhì)是，基于可持續(xù)發(fā)展理論，科學(xué)認(rèn)識(shí)和調(diào)控現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性之間的關(guān)系，既要滿足現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈以及各系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的需要，又不對(duì)農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要、資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性構(gòu)成危害，旨在促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展乃至全球可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮積極作用。

2作物秸稈作為生物質(zhì)原料的主要生物質(zhì)品質(zhì)與資源潛力

2.1主要生物質(zhì)品質(zhì)

作物秸稈一般為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)收獲作物主產(chǎn)品（包括作物籽實(shí)和其他主產(chǎn)品）以后殘留的莖、葉等副產(chǎn)品^[43-44]，亦包括玉米芯、稻殼、甘蔗渣、花生殼等作物主產(chǎn)品加工過程中的剩余物，與木質(zhì)纖維素草本植物同屬于草本類木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料。

玉米秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈等3種作物秸稈^[30,45]與柳枝稷^[37]、蘆竹^[37]、荻^[37]、雜交狼尾草^[40]等4種木質(zhì)纖維素草本植物的主要生物質(zhì)品質(zhì)比較如表1所示。

2.1.1木質(zhì)纖維素生物質(zhì)含量

（1）纖維素含量。3種作物秸稈中，以小麥秸稈最高，玉米秸稈次之，水稻秸稈最低；小麥秸稈高于4種木質(zhì)纖維素草本植物；玉米秸稈低于柳枝稷和荻，高于蘆竹和雜交狼尾草；水稻秸稈低于柳枝稷、荻和雜交狼尾草，高于蘆竹。

（2）半纖維素含量。3種作物秸稈中，以小麥秸稈最高，玉米秸稈次之但是與小麥秸稈接近，水稻秸稈最低；小麥秸稈和玉米秸稈低于蘆竹和荻，高于柳枝稷和雜交狼尾草；水稻秸稈低于4種木質(zhì)纖維素草本植物。

（3）木質(zhì)素含量。3種作物秸稈中，以水稻秸稈最高，小麥秸稈次之，玉米秸稈最低；3種作物秸稈高于4種木質(zhì)纖維素草本植物。

（4）木質(zhì)纖維素含量（其數(shù)值等于纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量之和）。玉米秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈分別為79.50%、79.60%、90.10%，小麥秸稈最高，水稻秸稈次之，玉米秸稈最低但是與水稻秸稈接近；柳枝稷、蘆竹、荻、雜交狼尾草的木質(zhì)纖維素含量分別為69.76%、71.03%、71.40%、66.08%，3種作物秸稈高于4種木質(zhì)纖維素草本植物。

2.1.2熱值3種作物秸稈中，以玉米秸稈最高，小麥秸稈次之，水稻秸稈最低；3種作物秸稈低于4種木質(zhì)纖維素草本植物，但是玉米秸稈與雜交狼尾草接近。

2.1.3灰分含量和灰熔融性

（1）灰分含量。3種作物秸稈中，以小麥秸稈最低，玉米秸稈次之，水稻秸稈最高；小麥秸稈低于4種木質(zhì)纖維素草本植物；玉米秸稈和水稻秸稈低于雜交狼尾草，高于柳枝稷、蘆竹和荻。生物質(zhì)原料的灰熔融性以變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動(dòng)溫度表征[43]。

（2）變形溫度。3種作物秸稈中，以玉米秸稈最高，水稻秸稈次之，小麥秸稈最低；3作物秸稈低于柳枝稷、蘆竹和荻，高于雜交狼尾草。

（3）軟化溫度。3種作物秸稈中，以玉米秸稈最高，水稻秸稈次之，小麥秸稈最低；玉米秸稈低于柳枝稷，高于蘆竹、荻和雜交狼尾草；水稻秸稈低于柳枝稷、蘆竹和荻，高于雜交狼尾草；小麥秸稈低于4種木質(zhì)纖維素草本植物，但是與雜交狼尾草接近。

（4）半球溫度。3種作物秸稈中，以水稻秸稈最高，玉米秸稈次之，小麥秸稈最低；水稻秸稈高于4種木質(zhì)纖維素草本植物；玉米秸稈低于柳枝稷，高于蘆竹、荻和雜交狼尾草；小麥秸稈低于柳枝稷、蘆竹和荻，高于雜交狼尾草。

（5）流動(dòng)溫度。3種作物秸稈中，以玉米秸稈最高，水稻秸稈次之，小麥秸稈最低；玉米秸稈和水稻秸稈低于柳枝稷，高于蘆竹、荻和雜交狼尾草；小麥秸稈低于柳枝稷、蘆竹和荻，高于雜交狼尾草。

作物秸稈的主要生物質(zhì)品質(zhì)與木質(zhì)纖維素草本植物之間有一定的差異，但是，總體來說，二者的生物質(zhì)品質(zhì)接近，作物秸稈是優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料。

2.2資源潛力

全球作物秸稈資源極為豐富，玉米秸稈、大麥秸稈、燕麥秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈、甜高粱秸稈、甘蔗渣等7種主要作物秸稈每年的可收集資源總量約為1.5Pg，其中，可收集資源量最多的3種作物秸稈是水稻秸稈(731.3Tg)、小麥秸稈(354.4Tg)、玉米秸稈(203.6Tg)^[46]。

理論上，全球作物秸稈可以轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物乙醇442.0GL，可以替代317.7GL汽油，約相當(dāng)于當(dāng)前全球汽油年消耗量的28.8%^[46]。作物秸稈作為生物質(zhì)原料的資源潛力巨大。

關(guān)于中國作物秸稈資源潛力，不同年份有差異，不同學(xué)者的研究結(jié)論亦有不同，2009年為7.48億t^[47]，2014年為8.97億t^[48]。同時(shí)，全國作物秸稈資源分布差異亦較大，以河南最為豐富，緊隨其后的為黑龍江、山東、河北、安徽、吉林和江蘇^[48]。

3作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式的主要內(nèi)容

作物秸稈是以生產(chǎn)作物主產(chǎn)品為主要目標(biāo)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程是基于耕地的。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)管理中開展環(huán)境整治、推行輪作休耕、實(shí)施用養(yǎng)結(jié)合、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)^[16]，而不是作物秸稈可持續(xù)生產(chǎn)與利用。作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用（圖2）是指在保證作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)有效收集與生物質(zhì)原料的科學(xué)供應(yīng)；其基本要求是在可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕作管理?xiàng)l件下從田間收集最大可能數(shù)量的作物秸稈資源，在此基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)控作物秸稈生物質(zhì)原料需要與肥料還田、傳統(tǒng)農(nóng)村生活能源、飼料原料、工業(yè)原料、食用菌基料等傳統(tǒng)利用方式需要之間的適宜比例；其技術(shù)關(guān)鍵在于科學(xué)分析作物秸稈理論資源量、可收集資源量、作物秸稈生物質(zhì)原料與傳統(tǒng)利用方式之間的適宜比例，尤其是保證可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕作管理所需要的作物秸稈還田比例，旨在闡明作物秸稈生物質(zhì)原料以及傳統(tǒng)利用方式的可持續(xù)利用潛力。作物秸稈理論資源量是指收獲成熟作物主產(chǎn)品以后的植株生物量，可由作物產(chǎn)量與草谷比系數(shù)相乘得到^[47]；作物秸稈可收集資源量是指在可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕作管理?xiàng)l件下從田間收集的作物秸稈資源的最大可能數(shù)量^[47-48]，可由作物秸稈理論資源量與可收集系數(shù)相乘得到^[47]；作物秸稈可收集資源量可以用來表征其可持續(xù)利用潛力。

作物秸稈是物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的重要載體^[50]，作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用關(guān)乎現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展^[51]。作物秸稈富含有機(jī)碳、氮、磷、鉀以及中微量元素^[52]，是廉價(jià)、優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料^[51,53]，同時(shí)，作物秸稈還田還可以有效減少地表徑流氮磷鉀的流失量^[54]。因此，是維持土壤肥力質(zhì)量的最主要方式之一，亦是當(dāng)前作物秸稈的重要用途^[50]。

因此，在作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式中，為促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕作管理，首先需要保證較高的作物秸稈還田比例，加拿大農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)食品部學(xué)者GuyLafond認(rèn)為這個(gè)比例不應(yīng)該低于60%^[53]。作物秸稈還田主要通過作物秸稈肥料還田和作物秸稈其他利用方式的副產(chǎn)物還田2種方式實(shí)現(xiàn)，前者包括機(jī)械粉碎還田、翻壓還田、高留茬還田等直接還田和堆漚還田等間接還田^[51]，后者包括用作傳統(tǒng)農(nóng)村生活能源過程中產(chǎn)生的灰分還田即燒灰還田^[51]、用作飼料原料過程中產(chǎn)生的畜禽糞便還田即過腹還田^[51]以及用作工業(yè)原料、食用菌基料、生物質(zhì)原料過程中產(chǎn)生的各類副產(chǎn)物還田。

在作物秸稈可持續(xù)利用模式實(shí)證分析方面，蔡亞慶等^[47]的研究較為系統(tǒng)和科學(xué)，其研究結(jié)果和主要參數(shù)受到后人相關(guān)研究的多次引用和參考^[48-49]。中國作物秸稈還田、傳統(tǒng)農(nóng)村生活能源、飼料原料、工業(yè)原料、食用菌基料、生物質(zhì)原料等利用方式之間的適宜比例分別為14.6%、30.7%、24.5%、3.9%、2.3%、23.9%，也就是說，中國將作物秸稈用作生物質(zhì)原料的比例整體上不宜超過25%；相同利用方式不同區(qū)域之間的可持續(xù)利用比例有差異，黃土高原區(qū)、蒙新區(qū)、青藏區(qū)、華北區(qū)、東北區(qū)、西南區(qū)、長(zhǎng)江中下游區(qū)、華南區(qū)作物秸稈肥料還田可持續(xù)利用比例分別為20.0%、20.0%、20.0%、14.1%、15.0%、15.0%、12.0%、12.0%，生物質(zhì)原料可持續(xù)利用比例分別為7.0%、21.1%、4.8%、21.2%、33.3%、10.0%、30.4%、31.9%，在中國東北區(qū)、長(zhǎng)江中下游區(qū)、華南區(qū)，適宜將作物秸稈可收集資源量的30%用作生物質(zhì)原料進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)利用，但亦不應(yīng)該超過35%，而在黃土高原區(qū)、青藏區(qū)、西南區(qū)等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)則不宜將作物秸稈用作生物質(zhì)原料進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)利用^[47]。

4討論

4.1作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用比例

作物秸稈是優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)原料，全球作物秸稈的資源潛力巨大，但是，作物秸稈的這種資源潛力不應(yīng)該視為作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用潛力。將大量作物秸稈用作生物質(zhì)原料，看似可以在“不與民爭(zhēng)糧”的原則促進(jìn)現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但是，如果必要的作物秸稈還田比例得不到保證而導(dǎo)致土壤肥力質(zhì)量下降，將會(huì)間接地影響作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)，就難以實(shí)現(xiàn)糧食安全生產(chǎn)與生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間的雙贏^[53]。

在現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，需要控制作物秸稈生物質(zhì)原料利用比例，須兼顧作物秸稈傳統(tǒng)利用方式的需要，尤其是保證作物秸稈還田比例以促進(jìn)養(yǎng)分資源循環(huán)利用、促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成和保水保肥能力提高，進(jìn)而滿足作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)的需要，這樣才符合作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式的基本要求。

4.2草本類木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式

生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式是可持續(xù)發(fā)展理論在生物質(zhì)原料生產(chǎn)和供應(yīng)領(lǐng)域的科學(xué)應(yīng)用，有利于促進(jìn)生物質(zhì)原料的可持續(xù)生產(chǎn)。木質(zhì)纖維素草本植物與作物秸稈同屬于草本類木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料，木質(zhì)纖維素草本植物可持續(xù)生產(chǎn)模式^[23]與作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式構(gòu)成草本類木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式的主要內(nèi)容。

與作物秸稈不同，木質(zhì)纖維素草本植物屬于以生產(chǎn)植物莖、葉等為主要目標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)體農(nóng)業(yè)^[55-56]，其生長(zhǎng)發(fā)育過程是基于邊際土地的^[23]。木質(zhì)纖維素草本植物可持續(xù)生產(chǎn)是指在長(zhǎng)期規(guī)模化種植過程中，在能源與資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境友好的前提下實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素草本植物的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)與生物質(zhì)原料穩(wěn)定供應(yīng)；其基本要求是通過實(shí)施生態(tài)調(diào)控與栽培管理，適當(dāng)控制木質(zhì)纖維素草本植物生長(zhǎng)發(fā)育過程的能源與資源投入，維持或提高木質(zhì)纖維素草本植物的生產(chǎn)潛力，同時(shí)維持或提高邊際土地的土壤肥力質(zhì)量、保護(hù)或豐富邊際土地的生態(tài)環(huán)境多樣性與生物多樣性；其技術(shù)關(guān)鍵在于在木質(zhì)纖維素草本植物生長(zhǎng)季或生命周期的不同階段科學(xué)應(yīng)用種類篩選、保護(hù)性耕作、混合種植、水肥管理、雜草控制、生物質(zhì)收獲等可持續(xù)生產(chǎn)技術(shù)，旨在解決木質(zhì)纖維素草本植物邊際土地長(zhǎng)期規(guī)?；N植過程的可持續(xù)性問題^[23]。

木質(zhì)纖維素草本植物可持續(xù)生產(chǎn)模式的實(shí)質(zhì)是，基于可持續(xù)發(fā)展理論，科學(xué)認(rèn)識(shí)和調(diào)控生物質(zhì)原料生產(chǎn)與邊際土地資源可持續(xù)利用、環(huán)境可持續(xù)性之間的關(guān)系，既要滿足生物質(zhì)原料的需要，又不對(duì)木質(zhì)纖維素草本植物的生產(chǎn)功能與生態(tài)功能、邊際土地的生態(tài)環(huán)境多樣性與生物多樣性構(gòu)成危害；作物秸稈生物質(zhì)原料可持續(xù)利用模式的實(shí)質(zhì)是，基于可持續(xù)發(fā)展理論，科學(xué)認(rèn)識(shí)和調(diào)控作物秸稈理論資源量、可收集資源量、各種利用方式之間的關(guān)系，既要滿足生物質(zhì)原料的需要，又不對(duì)作物秸稈傳統(tǒng)利用方式，尤其是作物主產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)的需要構(gòu)成危害。

4.3今后需要開展的研究工作

今后，可以基于可持續(xù)發(fā)展理論探究其他木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式，探究、完善生物質(zhì)原料可持續(xù)生產(chǎn)模式，為中國生物質(zhì)原料的可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)提供理論支持與技術(shù)支撐，亦可以探究生物質(zhì)原料可持續(xù)收集儲(chǔ)存運(yùn)輸模式以及生物質(zhì)能源與生物基產(chǎn)品可持續(xù)生產(chǎn)和利用模式，從而不斷完善生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式。

生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式是可持續(xù)發(fā)展理論在生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)應(yīng)用，有利于促進(jìn)現(xiàn)代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)林業(yè)和相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展，有利于維護(hù)資源可持續(xù)利用和環(huán)境可持續(xù)性，其主要內(nèi)容來源于生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，又指導(dǎo)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，隨著生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展而不斷發(fā)展，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的理論探索與實(shí)踐工程。隨著生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要針對(duì)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)中不斷出現(xiàn)的新問題，補(bǔ)充發(fā)展新的內(nèi)容，逐步完善生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式，促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展乃至全球可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]中國社會(huì)科學(xué)院語言研究所.現(xiàn)代漢語詞典(第6版)[M].北京：商務(wù)印書館，2012：733.

[2]趙士洞，王禮茂.可持續(xù)發(fā)展的概念和內(nèi)涵[J].自然資源學(xué)報(bào)，1996，11(3)：288-292.

[3]牛文元.中國可持續(xù)發(fā)展總論[M].北京：科學(xué)出版社，2007：4-7，14-21.

[4]石元春.決勝生物質(zhì)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2011：58-59.

[5]世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì).我們共同的未來[M].王之佳，柯金良，等譯.長(zhǎng)春：吉林人民出版社，1997：52.

[6]楊開忠.一般持續(xù)發(fā)展論(上)[J].中國人口·資源與環(huán)境，1994，4(1)：11-15.

[7]辛嶺，胡志全.中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平評(píng)價(jià)[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2015，17(4)：135-142.

[8]羅錫文，廖娟，胡煉，等.提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(1)：1-11.

[9]張燦強(qiáng)，王莉，華春林，等.中國主要糧食生產(chǎn)的化肥削減潛力及其碳減排效應(yīng)[J].資源科學(xué)，2016，38(4)：790-797.

[10]黃興成，石孝均，李渝，等.基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50(8)：1476-1485.

[11]方精云，白永飛，李凌浩，等.我國草原牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)與實(shí)踐[J].科學(xué)通報(bào)，2016，61(2)：155-164.

[12]蔣高明，鄭延海，吳光磊，等.產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益共贏的高效生態(tài)農(nóng)業(yè)模式：以弘毅生態(tài)農(nóng)場(chǎng)為例[J].科學(xué)通報(bào)，2017，62(4)：289-297.

[13]鄺遠(yuǎn)華，汪麗娜，陳曉宏，等.水資源可持續(xù)性的參數(shù)敏感性分析[J].地理科學(xué)，2016，36(6)：910-916.

[14]徐明崗，周世偉，張文菊，等.我國長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)[J].中國科學(xué)院院刊，2015，30(Z1)：141-149.

[15]徐鐿欽，陸雅海.水稻農(nóng)業(yè)增產(chǎn)減排可持續(xù)發(fā)展的生物工程技術(shù)[J].科學(xué)通報(bào)，2016，61(1)：122-124.

[16]黃國勤.中國南方農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題及對(duì)策[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，25(1)：13-18.

[17]趙晶，郭放，阿魯斯，等.未來航空燃料原料可持續(xù)性研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，42(11)：2378-2385.

[18]陶彬，李林，常波濤，等.應(yīng)對(duì)成熟油田可持續(xù)開發(fā)的地質(zhì)導(dǎo)向革新策略[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，39(2)：62-70.

[19]于汶加，陳其慎，張艷飛，等.世界新格局與中國新礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略觀[J].資源科學(xué)，2015，37(5)：860-870.

[20]王云，朱宇恩，張軍營(yíng)，等.中國煤炭產(chǎn)業(yè)生命周期模型構(gòu)建與發(fā)展階段判定[J].資源科學(xué)，2015，37(10)：1881-1890.

[21]韓雅文，王安建，周鳳英，等.基于全生命周期的褐煤制氣與發(fā)電溫室氣體排放對(duì)比研究[J].地球?qū)W報(bào)，2017，38(1)：54-60.

[22]丁寧，逯馨華，楊建新，等.煤炭生產(chǎn)的水足跡評(píng)價(jià)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36(11)：4228-4233.

[23]侯新村，范希峰，陳龍池，等.木質(zhì)纖維素草本植物邊際土地可持續(xù)生產(chǎn)模式探究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，19(2)：14-20.

[24]李哲，楊海芳.《生物燃料可持續(xù)生產(chǎn)國際準(zhǔn)則》解讀及其對(duì)我國生物燃料發(fā)展的啟示[J].中國生物柴油，2010(2)：1-5.

[25]李欣，婁世玲，楊麒，等.基于生命周期能值分析的秸稈能源化利用方式的對(duì)比評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，10(8)：4607-4614.

[26]Dauber J，Jones M B，Stout J C.The impact of biomass crop cultivation on temperate biodiversity[J].Global Change Biology Bioenergy，2010，2(6)：289-309.

[27]霍麗麗，趙立欣，孟海波，等.秸稈類生物質(zhì)氣炭聯(lián)產(chǎn)全生命周期評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(Supp.1)：261-266.

[28]Consuelo L F Pereira，Enrique Ortega.Sustainability assessment of large-scale ethanol production from sugarcane[J].Journal of Cleaner Production，2010，18(1)：77-82.

[29]王明新，姚靜波，孫向武.不同施肥模式下甘薯乙醇生命周期能效與環(huán)境影響分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2017，32(2)：245-254.

[30]余強(qiáng)，莊新姝，袁振宏，等.木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)制取燃料及化學(xué)品的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2012，31(4)：784-791.

[31]袁正求，龍金星，張興華，等.木質(zhì)纖維素催化轉(zhuǎn)化制備能源平臺(tái)化合物[J].化學(xué)進(jìn)展，2016，28(1)：103-110.

[32]楊越，劉琪英，蔡熾柳，等.木質(zhì)纖維素催化轉(zhuǎn)化制備DMF和C5/C6烷烴[J].化學(xué)進(jìn)展，2016，28(2/3)：363-374.

[33]謝光輝.論我國非糧生物質(zhì)原料的非糧屬性[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，18(6)：1-5.

[34]趙其國，黃季焜.農(nóng)業(yè)科技發(fā)展態(tài)勢(shì)與面向2020年的戰(zhàn)略選擇[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21(3)：397-403.

[35]國家能源局.NB/T 34029―2015，非糧生物質(zhì)原料名詞術(shù)語[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2016.

[36]Zhenying Wu，Yingping Cao，Ruijuan Yang，et al.Switchgrass SBP-box transcription factors PvSPL1 and 2 function redundantly to initiate side tillers and affect biomass yield of energy crop[J].Biotechnology for Biofuels，2016，9：101-115.

[37]范希峰，侯新村，左海濤，等.三種草本能源植物在北京地區(qū)的產(chǎn)量和品質(zhì)特性[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(16)：3316-3322.

[38]Davey C L，Jones L E，Squance M.Radiation capture and conversion efficiencies of Miscanthus sacchariflorus，M.sinensis and their naturally occurring hybrid M.× giganteus[J].Global Change Biology Bioenergy，2017，9(2)：385-399

[39]Gaurav Sablok，Yuan Fu，Valentina Bobbio，et al.Fuelling genetic and metabolic exploration of C3 bioenergy crops through the first reference transcriptome of Arundo donax L.[J].Plant Biotechnology Journal，2014，12(5)：554-567.

[40]范希峰，侯新村，朱毅，等.雜交狼尾草作為能源植物的產(chǎn)量和品質(zhì)特性[J].中國草地學(xué)報(bào)，2012，34(1)：48-52.

[41]謝光輝.非糧生物質(zhì)原料體系研發(fā)進(jìn)展及方向[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，17(6)：1-19.

[42]石元春.中國生物質(zhì)原料資源[J].中國工程科學(xué)，2011，13(2)：16-23.

[43]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 1915―2010，生物質(zhì)固體成型燃料術(shù)語[S].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.

[44]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50762―2012，秸稈發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

[45]樂園，李龍生.秸稈類生物質(zhì)燃燒特性的研究[J].能源工程，2006(4)：30-33.

[46]Seungdo Kim，Bruce E Dale.Global potential bioethanol production from wasted crops and crop residues[J].Biomass and Bioenergy，2004，26(4)：361-375.

[47]蔡亞慶，仇煥廣，徐志剛.中國各區(qū)域秸稈資源可能源化利用的潛力分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2011，26(10)：1637-1646.

[48]張崇尚，劉樂，陸岐楠，等.中國秸稈能源化利用潛力與秸稈能源企業(yè)區(qū)域布局研究[J].資源科學(xué)，2017，39(3)：473-481.

[49]崔蜜蜜，蔣琳莉，顏廷武.基于資源密度的作物秸稈資源化利用潛力測(cè)算與市場(chǎng)評(píng)估[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，21(6)：117-131.

[50]湯宏，沈健林，劉杰云，等.稻秸的不同組分對(duì)水稻土甲烷和二氧化碳排放的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，25(7)：1125-1133.

[51]高利偉，馬林，張衛(wèi)峰，等.中國作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(7)：173-179.

[52]代文才，高明，蘭木羚，等.不同作物秸稈在旱地和水田中的腐解特性及養(yǎng)分釋放規(guī)律[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，25(2)：188-199.

[53]Duncan Graham- Rowe.Agriculture： Beyond food versus fuel[J].Nature，2011，474(7352)：S6-8.

[54]劉紅江，鄭建初，陳留根，等.秸稈還田對(duì)農(nóng)田周年地表徑流氮、磷、鉀流失的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21(6)：1031-1036.

[55]程序，朱萬斌.北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶以開發(fā)能源作物促生態(tài)重建的前景[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21(6)：1-7.

[56]任繼周，胥剛，李向林，等.中國草業(yè)科學(xué)的發(fā)展軌跡與展望[J].科學(xué)通報(bào)，2016，61(2)：178-192.