能源作物的資源環(huán)境探討范文
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1能源作物對(duì)資源、生態(tài)及環(huán)境的影響
能源作物可根據(jù)其光合途徑（C3、C4）、利用和轉(zhuǎn)化物質(zhì)的化學(xué)組成（糖料、淀粉、油料和木質(zhì)纖維素）和其生長(zhǎng)習(xí)性（一年生、二年生和多年生）進(jìn)行分類。本研究主要討論能源作物對(duì)水土資源利用和保護(hù)的關(guān)系，根據(jù)植物的生長(zhǎng)習(xí)性和形態(tài)特征分為木本能源作物、草本能源作物，后者又進(jìn)一步分為一、二年生和多年生草本能源作物。與草本植物相比，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、防風(fēng)固沙能力比一年生、二年生植物強(qiáng)。
1.1能源作物種植對(duì)資源影響
1.1.1草原資源
草原是西、北部干旱地區(qū)維護(hù)生態(tài)平衡的主要植被，草原畜牧業(yè)是牧區(qū)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)（國(guó)發(fā)（2002）19號(hào)）。同時(shí)，草原是我國(guó)少數(shù)民族的主要聚居區(qū)，是牧民賴以生存的基本生產(chǎn)資料。農(nóng)業(yè)部《全國(guó)草原保護(hù)建設(shè)利用總體規(guī)劃》中提出，草原與耕地、森林、海洋等自然資源一樣，是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)累計(jì)開(kāi)墾草原約2000萬(wàn)hm2，其中近一半已被撂荒成為裸地或沙地（草原規(guī)劃）。因此，從保護(hù)草原資源角度，應(yīng)禁止在草原上種植一年生能源作物，可種植多年生草本能源植物。事實(shí)上，2003年1月1日施行的《中華人民共和國(guó)草原法》第四十六條明確規(guī)定禁止開(kāi)墾草原。草原的功能是發(fā)展畜牧業(yè)、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、保護(hù)生物多樣性。《草原法》第四十二條國(guó)家實(shí)行基本草原保護(hù)制度中劃定基本草原：重要放牧場(chǎng)；割草地；用于畜牧業(yè)生產(chǎn)的人工草地、退耕還草地以及改良草地、草種基地；對(duì)調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙具有特殊作用的草原；作為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)植物生存環(huán)境的草原。盡管某些能源作物也能實(shí)現(xiàn)草原的部分功能，但能源作物規(guī)模化發(fā)展從本質(zhì)上與草原的功能不同，因此，基本草原上應(yīng)禁止種植任何種類的能源作物。
1.1.2水資源
在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的行業(yè)中，農(nóng)業(yè)歷來(lái)是用水大戶，灌溉用取水量占全國(guó)用水總量的60％～70％。盡管甜高粱抗旱性較其他常見(jiàn)農(nóng)作物強(qiáng)，如果僅依賴大氣降水和地下水補(bǔ)充，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其需水要求，即使能勉強(qiáng)維持生命，也不能良好生長(zhǎng)，需要灌溉才能達(dá)到產(chǎn)業(yè)化所需的產(chǎn)量。中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所臨澤內(nèi)陸河流域研究站在河西走廊中部的沙地種植甜高粱試驗(yàn)，灌溉耗水量達(dá)9700m3／hm2，相當(dāng)于970mm降水，是干旱和半干旱區(qū)年降雨量的幾倍。邊際土地資源分布調(diào)查表明，一半以上的宜能邊際地位于新疆和內(nèi)蒙古干旱和半干旱區(qū)，可以種植能源作物甜高粱。由于天然降水不足，種植甜高粱要靠開(kāi)采地下水和利用地表水，在內(nèi)蒙古主要是黃河水。黃河是世界上開(kāi)采水量最多的河系之一，2010年流域內(nèi)總?cè)丝诩s11368萬(wàn)人，其中的半干旱區(qū)有1．1億人口依靠其生活。同時(shí)黃河作為聯(lián)結(jié)河源、上中下游及河口等濕地生態(tài)單元的“廊道”，是維持河流水生生物和洄游魚(yú)類棲息、繁殖的重要基礎(chǔ)。同時(shí)由于特殊的地理環(huán)境，黃河流域也是我國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)分布面積最大、脆弱生態(tài)類型最多、生態(tài)脆弱性表現(xiàn)最明顯的流域之一。自20世紀(jì)70年代早期開(kāi)始，大規(guī)模從黃河取水，導(dǎo)致“黃河斷流”，即黃河水在一年的大部分時(shí)間里無(wú)法到達(dá)入海口。盡管黃河水利委員會(huì)通過(guò)制定嚴(yán)格的省級(jí)水利用法規(guī)，自1999年起，黃河水每年都可以到達(dá)入海口。然而，黃河的流量仍然低于生態(tài)需求所必需的水平。根據(jù)《黃河流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》，黃河流域未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)之一是發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，形成以黃淮海平原主產(chǎn)區(qū)、汾渭平原主產(chǎn)區(qū)、河套灌區(qū)主產(chǎn)區(qū)為主的全國(guó)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。干旱和半干地區(qū)的旱生植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化與自然選擇過(guò)程中，形成了適應(yīng)大氣干旱與土壤干旱的機(jī)制。如沙拐棗（CalligonummongolicumTursz．）、梭梭（Haloxylonammodendron）葉退化或葉片縮小，有效降低蒸騰；針茅（Stipaspp．）、蒿（Artemisia）等植物發(fā)達(dá)、但分布淺的根系能及時(shí)吸收降水后土壤表層水分；駱駝刺（AlhagisparsifoliaShap．）扎根深度可達(dá)30m，根系吸收范圍超過(guò)地上部的幾千倍。旱生植物的這些抗旱機(jī)制，使其在充分吸收地下水的同時(shí)，減少蒸騰耗水。中生木本植物蒸騰量大，僅靠大氣降水不能滿足其水分需求。北方干旱和半干旱草原區(qū)干旱少雨，年降水量一般在400mm以下，降水分布不均，部分地區(qū)低于50mm。中生木本植物作為能源植物大面積種植，如無(wú)人工灌溉，會(huì)大量消耗地下水，導(dǎo)致旱生植物死亡。農(nóng)業(yè)部《全國(guó)草原保護(hù)建設(shè)利用總體規(guī)劃》中就指出，由于不合理開(kāi)采草原水資源，致使下游湖泊干涸，綠洲草原及其外圍植被不斷消失。農(nóng)業(yè)部在《全國(guó)草原保護(hù)建設(shè)利用總體規(guī)劃》中，根據(jù)我國(guó)草原的區(qū)域性特點(diǎn)、存在的主要問(wèn)題和保護(hù)建設(shè)利用的需要，將我國(guó)草原劃分為北方干旱和半干旱草原區(qū)、青藏高寒草原區(qū)、東北華北濕潤(rùn)半濕潤(rùn)草原區(qū)和南方草地區(qū)等4大區(qū)域。在北方干旱和半干旱草原區(qū)、青藏高寒草原區(qū)、東北華北濕潤(rùn)半濕潤(rùn)草原區(qū)，降水量不足支持森林，由于喬木類木本植物不但扎根深、而且耗水量大，大量消耗地下水，盲目種植會(huì)造成沙生植物死亡。在自然降水不足的干旱和半干旱地區(qū)，灌溉水是除土地外限制糧食生產(chǎn)的另一決定因素，規(guī)模化種植大量消耗水資源的植物，包括“非糧”能源植物，即便“不與民爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地”，也會(huì)通過(guò)“與糧爭(zhēng)水”，影響糧食安全，更何況在這些地區(qū)，由于缺水，有時(shí)連農(nóng)業(yè)用水都讓位于首先滿足人畜飲水。因此，從保護(hù)水資源，維持草原生態(tài)和草原的永續(xù)利用的角度，應(yīng)該禁止在草原上集約化、規(guī)模化種植一年生能源作物，利用這類地區(qū)的荒草地種植能源植物應(yīng)立足于包括多年生草本和灌木在內(nèi)的旱生植物。
1.2能源作物種植對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響
草原地區(qū)降水量小、多風(fēng)、蒸發(fā)量大。特別是土壤貧瘠的荒草地、沙地鹽堿地，植被覆蓋度低、植物生長(zhǎng)緩慢、生態(tài)脆弱、土壤風(fēng)蝕嚴(yán)重，是沙塵暴的主要原因。2007年農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)期《全國(guó)草原保護(hù)建設(shè)利用總體規(guī)劃》中指出，不合理的開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致草原不斷退化，沙塵暴、荒漠化、水土流失等危害日益加劇。國(guó)外學(xué)者Larsen也指出我國(guó)北方正在形成一個(gè)大的沙塵暴侵蝕區(qū)（SandBowl）。2003年1月1日施行的《中華人民共和國(guó)草原法》第四十六條規(guī)定對(duì)水土流失嚴(yán)重、有沙化趨勢(shì)、需要改善生態(tài)環(huán)境的已墾草原，應(yīng)當(dāng)有計(jì)劃、有步驟地退耕還草；《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)草原保護(hù)與建設(shè)的若干意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)（2002）19號(hào)）也要求，實(shí)施已墾草原退耕還草。“對(duì)有利于改善生態(tài)環(huán)境的、水土流失嚴(yán)重的、有沙化趨勢(shì)的已墾草原，實(shí)行退耕還草。”退耕還草重點(diǎn)放在江河源區(qū)、風(fēng)沙源區(qū)、農(nóng)牧交錯(cuò)帶和對(duì)生態(tài)有重大影響的地區(qū)。條例強(qiáng)調(diào)“要堅(jiān)持生態(tài)效益優(yōu)先，兼顧農(nóng)牧民生產(chǎn)生活及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快推進(jìn)退耕還草工作。”
1.2.1植被覆蓋
盡管荒草地、沙地等植被覆蓋度較低，但土壤表面由地衣、苔蘚細(xì)菌和土壤顆粒組成的土壤生物痂皮或沙殼，可以減少土壤風(fēng)蝕。這層沙殼和土壤生物痂皮很脆弱，在人畜踩踏、機(jī)械碾壓后破壞。一年生能源作物種植過(guò)程中，播種、收獲會(huì)造成土壤擾動(dòng)，破壞土壤表面的保護(hù)層和植被。《防沙治沙法》第十二條規(guī)定，“在規(guī)劃期內(nèi)不具備治理?xiàng)l件的以及因保護(hù)生態(tài)的需要不宜開(kāi)發(fā)利用的連片沙化土地，應(yīng)當(dāng)規(guī)劃為沙化土地封禁保護(hù)區(qū)，實(shí)行封禁保護(hù)”。新修訂的《中華人民共和國(guó)水土保持法》第十八條指出：“水土流失嚴(yán)重、生態(tài)脆弱的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)限制或者禁止可能造成水土流失的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)，嚴(yán)格保護(hù)植物、沙殼、結(jié)皮、地衣等”。同時(shí)，集約化、規(guī)模化的能源作物種植中，施用除草劑會(huì)破壞原生植被；作物收獲后土表裸露。
1.2.2生物多樣性和生物入侵
在千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估所列出的6項(xiàng)導(dǎo)致生物多樣性喪失的主因中，生物能源發(fā)展占了4項(xiàng)，如能源作物大面積單作、土地利用方式改變會(huì)導(dǎo)致生物物種棲息地破壞、入侵物種等。能源草有些已被列入入侵物種名錄，如芒草（Miscanthus）類中的中國(guó)芒（Miscanthussinensis）、虉草（Phalarisarundinacea）、蘆竹（Arundodonax）。這些禾本科（Gramineae）草為多年生植物，既可以通過(guò)無(wú)性繁殖在局部地區(qū)快速蔓延，又可以通過(guò)種子遠(yuǎn)距離傳播。它們可忍受各種惡劣的環(huán)境，包括土壤pH改變、土壤緊實(shí)、貧瘠、高溫及干旱，進(jìn)入農(nóng)田會(huì)成為惡性雜草。為避免象草（Miscanthusgiganteus）在密蘇里、俄亥俄、阿肯色州和賓夕法尼亞州成為入侵物種，美國(guó)農(nóng)業(yè)部生物質(zhì)作物資助項(xiàng)目（BiomassCropAssistanceProgram），規(guī)定在這些州種植象草，只能用不育品種伊利諾品系（“IllinoisClone”）的根狀莖。此外，發(fā)展生物質(zhì)燃料的熱門樹(shù)種，牧豆樹(shù)（Prosopisjuliflora）為速生灌木，營(yíng)養(yǎng)需求低，能在干旱和半干旱土地上良好生長(zhǎng)。但一旦定殖，很難甚至不可能移除。放任其繁殖，牧豆樹(shù)會(huì)發(fā)展成濃密的樹(shù)叢，讓原生種無(wú)立錐之地。能源作物大規(guī)模單作，土壤耕翻、無(wú)節(jié)制地施用殺蟲(chóng)劑、除草劑等也可能造成生物多樣性的喪失。
1.2.3土壤退化
荒草地土壤養(yǎng)分含量低，集約化種植需大量施用化肥，但這類土壤由于有機(jī)質(zhì)含量低、質(zhì)地粗、土壤保肥性差又容易造成N、P對(duì)地表水和地下水污染。灌溉不當(dāng)，會(huì)造成地下水位抬升，如地下水礦化度高，就可能引發(fā)土壤次生鹽漬化。因此從保護(hù)生態(tài)環(huán)境角度，在沙地、荒草地特別是已經(jīng)實(shí)施退耕還林還草地區(qū)，應(yīng)禁止種植一年生能源作物。
2結(jié)論和建議
種植能源作物不應(yīng)以威脅糧食安全、破壞草原資源、耗竭水、破壞或污染環(huán)境為代價(jià)。而規(guī)模集約化種植能源作物特別是一年生能源作物會(huì)占用破壞草原資源、消耗水資源，與畜牧業(yè)及防風(fēng)固沙、保持水土、保護(hù)生物多樣性生態(tài)發(fā)展?fàn)幍亍?zhēng)水。針對(duì)利用干旱和半干旱地區(qū)邊際土地大規(guī)模種植能源植物可能出現(xiàn)的問(wèn)題，建議國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)的生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入政策和技術(shù)規(guī)范，包括：
1）從保護(hù)草原資源出發(fā)，應(yīng)禁止在基本草原上種植能源作物，改變草原用途。禁止開(kāi)墾草原或荒草地，特別是在水土流失嚴(yán)重、有沙化趨勢(shì)的土地上種植一年生能源作物。種植多年生草本能源作物，最好選用能草兼用型的物種，以兼顧能源與飼料之用。
2）在干旱和半干旱草原和荒草地種植多年生草本能源作物，需盡量選用本土植物物種，避免引入的能源植物在當(dāng)?shù)爻蔀槿肭治锓N。
3）研究制定詳細(xì)的干旱和半干旱區(qū)能源作物種植技術(shù)規(guī)范，包括：能源作物種植應(yīng)采取的防風(fēng)固沙、節(jié)水灌溉、養(yǎng)分綜合管理、保護(hù)性耕作、病蟲(chóng)草害綜合防治技術(shù)規(guī)范。并出臺(tái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)刺激政策，鼓勵(lì)企業(yè)和種植戶自愿采用這些技術(shù)規(guī)范。
4）從水資源保護(hù)角度，應(yīng)限制或禁止在北方干旱和半干旱草原區(qū)種植耗水量大的喬木類木本能源作物如短輪伐周期的速生楊樹(shù)等和一年生草本能源植物。另外，產(chǎn)品水足跡（Waterfootprint）即產(chǎn)品全生命周期消耗的淡水總量分析表明，生物乙醇全生命周期耗水量很大。除在原料生產(chǎn)（農(nóng)業(yè)階段）直接消耗“綠水”和“藍(lán)水”外，還因施用化肥、農(nóng)藥及乙醇生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水體污染而產(chǎn)生“灰水”消耗。所謂“綠水”是指利用和結(jié)合入最終產(chǎn)品的自然降水量，如作物蒸騰耗水和作物體的水分，“藍(lán)水”是指消耗的地表水和地下水的量，“灰水”是產(chǎn)品全生命周期導(dǎo)致水體污染的指標(biāo)，相當(dāng)于將污染物稀釋到符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需的凈水體積。因此，建議對(duì)在干旱和半干旱地區(qū)發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)對(duì)水資源的消耗進(jìn)行系統(tǒng)的、定量化研究，為國(guó)家制定相應(yīng)的政策提供數(shù)據(jù)支持。
作者：張寶貴謝光輝單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院國(guó)家能源非糧生物質(zhì)原料研發(fā)中心
