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发展甜高粱，迎接本世纪粮食、能源 和环境问题的挑战
甜高粱也叫芦粟、甜秫秸、甜秆和糖高粱，为粒用高粱的一个变种，他同普通高粱一样，每亩地 也能结出150-500公斤的粮食，但它的精华不在于它的籽粒，而在于它那亩产4000-5000公斤的富含糖 分的茎秆，优良的甜高粱品种， 在北方，其含糖量可与甘蔗相媲美。由于它栽培容易，用途极广，因 而受到许多国家的重视。
令人赞叹的"高能作物"
种'雷伊'，从 7 月 20日至 26日间，平均每天长高12cm，其生长速度之快，实在令人赞叹！无愧于" 高能作物"的光荣称号。Knowles 的试验表明，每公顷甜高粱每年的酒精产量达6,106升，而号称太阳 能最有效转化器的甘蔗只有 4,680 升。中国科学院植物研究所植物园的试验也表明，甜高粱的酒精产 量每公顷可达 6,106升，鲜生物量可达10667公斤/亩。南斯拉夫联邦共和国的实验也表明，在水浇地 每公顷可产8,000升酒精。为什么甜高粱等四碳途径植物（C4）有如此高的光合速率呢？这是由于三碳 途径植物（C3, 如大豆、水稻、小麦等）和C4植物（如甜高粱、甘蔗等）的解剖构造、 生理功能、对 环境条件的反应各不相同所致。水稻、小麦等 C3 作物的光合速率只有10-34mg CO2 平方分米·小时， 甘蔗、甜高粱等C4植物则可达60-80 mg CO2 平方分米·小时，而 CAM植物只有 1-4 mg CO2 平方分 米·小时；甜粱CO2 浓度的补偿点为近乎 0，当空气中CO2浓度达到1 ppm时，便可积累光合产物，而 C3作物的补偿点一般为40-60 ppm，并且C3作物在较低的CO2浓度下（300 ppm）即可达到饱和，而C4 植物CO2浓度高达1000ppm时，光合作用仍在上升。大豆和甜菜的光呼吸分别消耗掉白天合成的光合产 物的47-75%和34-55%，而甜高粱的光呼吸几乎未能测出。C4植物在最大日照时仍达不到光饱和，并且 在高温条件下，C4作物的光合强度为C3作物的 2倍。因此甜高粱的光合效率为大豆、甜菜、小麦等作 物的2-3 倍。甜高粱之所以高产，并非多施肥、多浇水就能奏效的，这也是我们开发"高能作物"的理 论基础。
作物中的"骆驼"
之谓。它对土壤的适应能力很强，pH 值从5.0 - 8.5， 各品种均能很好生长。由于甜高粱具有若干 特有的生理结构和抗逆性，使它有更广泛的地理分布范围。首先，它有强大的根系，并且根的表皮层 存在着重硅酸，在根成熟时，形成一个完全的硅柱，使得它在干旱期间仍然有足够的机械强度以防止 根系的崩塌。加之茎的外皮覆盖着蜡粉，遇旱时叶片能自行卷缩以减少水分的蒸发；在干旱期间，它 能"休眠"，当水分重新供应时，植株又能很快恢复生长。甜高粱每生产 1公斤干物质需水分250-350 公斤，而小麦、大豆约需 500 - 700公斤。甜高粱也很耐涝， 特别在生长后期尤为显著，只要田间 的积水不淹没穗部，对其生长和发育的影响都不太大。一般说来，凡是可以栽培棉花的地区，都可以 栽培甜高粱。品种区域性试验表明，从海南岛至黑龙江，凡10℃以上的积温达 2600-4100 ℃的地区 均可栽培甜高粱；在我国长江、黄河流域，正当甜高粱旺盛生长、需水较多的时期适逢当地高温多雨 季节，恰好满足了甜高粱对温度和水分的要求。实践也表明，该地区最适于栽培甜高粱。
快、生物学产量高等优点，因而引起了许多国家的广泛重视、积极研究并大力推广。 甜高粱更适合我 国人多地少这一基本国情, 它对我国农业、畜牧业、能源、制糖、造纸等工业的发展， 将具有重大的 意义。
优良的饲料作物
1990年每年递增2.9%，1990至于1994年仅递增0.7%。1993年全国人民直接消费的口粮是2750亿公斤， 基本上是大米和小麦。年人均直接消费的口粮，已由1986年的人均253公斤迅速下降到 232 公斤，到 2000年，将降低到213 kg。口粮总量为2769亿 kg，占5000亿 kg粮食的55%。因此再增产500亿kg 粮 食，基本上就是增加饲料粮。我国人民由食物所提供的热量已接近于世界平均水平。 然而，来自动物 产品的蛋白质较少，1995年，我国奶制品总产量为605.2万吨，人均占有量 4.5 kg，尚不及世界人均 105 kg一个零头。我国人民每天所摄取的动物蛋白之所以较低，其主要原因是畜产品产量较低。 我国 养殖业的结构极不合理甚至畸形。突出表现是食粮畜禽比例过大。从肉类产量的构成看，1992 年，我 国猪肉的产量占猪、牛、羊肉总产的 89.6％，而澳大利亚只占 2.0％。1993 年，我国牛的头数仅占 世界128万头的6.47％。猪的饲料以粮食、蔬菜为主，而牛、羊则以吃草为主，牛、羊肉的成本较低且 饲料利用效率较高，因此，调整我国养殖结构，大力推广甜高粱，发展牛、羊、兔、鹅等草食和节粮型 家畜、家禽以提高我国肉类的总产，对于减少粮食压力并提供更多的肉食具有重大的意义。 目前，我国现有的5000亿kg的粮食中，有30%被用作了饲料。 若推广甜高粱，其经济效益比种玉 米、大麦等饲料作物高得多，而且食用甜高粱青贮饲料的奶牛平均每天还可增产800-1850克牛奶。
大有希望的糖料作物
829.31 万吨。1993 年，我国离心粗糖的总产量为803.5 吨，占世界总产量 110,725万吨的7.3％。甘 蔗的总产量达6841.9万吨，为1950年313.3万吨的22倍；但只占世界总产 111,199.5万吨的 6.6％；甜 菜总产量达 1210万吨，为 1950 年 24.5 万吨的 49倍，也只占世界总产 218,682 万吨的 4.3％。但 并非年年都有象1992 年这样的好收成。1994 年，我国食糖总产量降到 590.4万吨，1995年总产量又降 至 529.22万吨。多年来我国糖的产量都在 500－800万吨之间波动，而需求量却随着人民生活水平的迅 速提高而急剧增加，1987 年，全国食糖的消费量比 1980 年增加了85％。1991 年全世界人均产糖量为 20.8 公斤，而我国只有 5.6 公斤，只及泰国的7.9％，澳大利亚的3.5％。食品工业和饮食业的迅速发 展，对食糖的消费量还会继续增加。 如何解决我国食糖供需之间的矛盾？一是大量进口，但若遇到像 1973年那样，国际糖价一年之间 长了6.8倍，那我国食糖的供应将陷入困境。因此治本的办法是扩大我国糖料作物的播种面积、提高单 位面积产量并发展我国的制糖工业。应该肯定，增产甘蔗和甜菜还有一定的潜力，但甘蔗只能种在南方， 甜菜只能种于北方，这两种作物发展也受到气候条件的限制。我国糖料植物的分布极不合理，1993年我 国甘蔗总产量的 95.86％ 集中在广东、广西、海南、云南、四川 5省区，甜菜总产的81％集中在黑龙 江、内蒙、吉林、新疆 4省区，而黄河流域和长江流域等广大地区却是糖料作物的空白。而该地区却是 我国甜高粱的理想栽培区域，我国近期的试验也证明了这一点。根据二十来年的试验研究，我们认为： 发展既产粮食又产糖的高能作物甜高粱和甜高粱制糖工业，将是解决我国食糖问题的根本的有效途径， 它将是继甘蔗 、甜菜之后的一员糖厂新兵。 从我国的自然条件和实际情况看更适于发展甜高粱。特别在长江、黄河流域，当甜高粱旺盛生长、 急需水分的时候，恰逢高温、多雨季节，正好满足了甜高粱温度和水分的要求。我国甘蔗的单位面积产 量与世界平均产量大致相同，甜菜的平均产量还不及世界的一半，但高粱的单位面积产量却为世界平均 产量的2.9倍。 甜高粱对环境条件的要求与高粱差不多，因此，我国也将非常适于发展甜高粱。区域试 验表明，甜高粱茎秆的产量很高，'M- 81E'和'泰斯'这两个品种的平均产量都在 5,000 公斤以上，籽 粒的产量多在 300-450公斤之间。在内蒙古的实验表明，甜高粱的净收入为甜菜的的二倍，在伊朗也有 类似情况，甜菜和甜高粱的净收入分别为300,025 和664,880 Rials /公顷。 甜高粱茎秆汁液锤度一般在 17－22％之间。1991年江西第二糖厂分析结果表明，甜高粱品种 '雷 伊'汁的锤度、转光度、蔗糖分与当地的甘蔗不相上下。1987 年甘肃张掖地区农科所测定了 1,900 多 个甜菜样品的含糖量，汁的锤度平均 15.5％，而该所测定了2,000 个'BJK-37'甜高粱样品的汁的锤度 都在 16-27％之间。甜高粱品种'凯勒'和'BJK-37'的单位面积产糖量分别为甜菜的 257％ 和 277％。 四川简阳种子公司栽培的'凯勒'甜高粱经简阳糖厂质管科的化验，汁的锤度达21.10％，比'川蔗三号' 的 19.56％还高1.54％，而重力锤度相同，均为82.28％。河北乐亭县前沙铺大队糖厂曾用293,000公 斤甜高粱品种'丽欧'的茎秆生产 10,050 公斤 赤砂糖；江西省第二糖厂1988年8月23－30日的试验表 明，结晶黄砂糖的产糖率为11.4％。用加酶磷灰法者产糖率可达12.83％。 甜高粱生长期短，在热量充足的地区，每年可以收获 2次，而甘蔗只有1次；甘蔗用茎繁殖，亩用 种量达500-800公斤，不易机械化种植，而甜高粱用种子繁殖，每亩 0.3-0.5公斤种子即足，且很适于 机播；甜高粱比较耐旱，因此甜高粱的生产成本也远较甘蔗低。在我国发展甜高粱，具有以下有利条件： 第一，气候适宜。第二，甜高粱对水份的需要量比甜菜和其它作物均少，仅为甘蔗的三分之一。第三， 它茎秆中含有 18-24％的纤维，用高效率的锅炉，只要燃烧一半的秆渣即可完成加工自身的任务而无须 别的能源，另一半秆渣还可用以造纸。第四，用它作为甘蔗糖厂补充原料，在加工甘蔗之前加工 2-4个 月的甜高粱，夏季还可用工厂的设备加工籽粒或纤维生产酒、酒精或造纸，这对于延长榨季和提高设备 利用率都具有重大意义。早在七十年代末，轻工业部甘蔗糖业研究所就指出：" 着手发展以糖用高粱为 主的北缘蔗区糖业要有所准备， 把甜高粱的比例放在比甘蔗和甜菜更大的位置"，" 要充分利用这些设 备，逐步以甜高粱去代替大部分甘蔗"，现在应该是发展甜高粱制糖工业的时候了。
新的能源作物
危机使美国国内生产总值下降了4.7%，使西欧的增长下降了2.5%，日本则下降了7%。1979年伊朗爆发了 伊斯兰革命，石油生产急剧下降，伊朗的石油日产量每天下降了200至250万桶。1980年，伊朗和伊拉克 开战，伊朗的石油日产量又下降了60万桶，而伊拉克的日产量也下降了270万桶。两伊的石油产量锐减， 使国际石油市场价格骤升，每桶石油的价格从1978年的14美元涨到了1981年的35美元。两次石油危机给 人的启示是加快对可再生能源的开发与利用。 石油是一种非再生性的化学资源，据 1984 年欧洲共同体专家们的估计，三十年来消耗的能源同在 这以前的整个历史时期所消耗的能源一样多，石油和天然气的消耗速度比它们自然形成的速度要快大约 100 万倍。从能源的角度上看，估计全世界每年用固体燃料、 天然气、 油页岩、沥青砂等所发的电为 90,000亿度。1993年我国已经成为石油净进口国，到2005 年将达到 140万桶。解放以来，我国的能源 生产取得巨大成就，1998年，天燃气总产233亿立方米，原煤总产量达12.5亿吨，我国发电量 11670亿 千瓦小时，原油总产16,100万吨。由于汽车、机械等工业的迅速发展，使用油量急剧增加，供求矛盾日 深，农村用能更显短缺。现在已没有单项技术可以满足能源的需要，因此世界各国都在寻找新的能源， 其中有一项就是绿色能源的开发利用。光合作用是地球上最重要的生化过程，当初，它为石油、天然气 和煤的形成提供了原料。绿色植物是太阳能的主要收集者，每年由光合作用产生的生物质为 1,440～ 11,800 亿吨。在1980年美国科学基金会向总统提出的研究报告中，特定研究课题的首项即为：光合作 用 -- 发展有效利用太阳能的作物。在 1995年度联邦科学预算中，美国国会批准能源部有关 "生物环 境"投入的数额竟大于核物理和聚变，达4.45亿美元，而农业部的整个 "全国研究计划"仅1.03亿美元。 欧共体的试验表明，甜高粱投入和产出的比例为 1 ：5 ，因而被欧洲共同体认为是未来能源的希望所 在。目前美国正进行一项全国性宣传植物能源好处的示范计划，试验表明，这些植物提供可用的能源， 10倍于农户种植这些能源作物所用掉的能源。若再经10年的研究和实践，可能使该能源产出与投入比提 高到更高的水平。
件、既产粮食又产能源、产量最高的比较理想的作物在目前看来应数甜高粱。甜高粱的单位面积产量极 高，每亩甜高粱每天合成的碳水化合物可产3.2升酒精，而玉米只有1升，小麦为0.2升，粒用高粱才0.6 升。甜高粱茎秆的单位面积产量一般在4000-5000公斤，每亩地的茎秆用固体发酵法生产白酒可产400- 500公斤，据估计，一间年产万吨的酒精厂，若将玉米原料改为甜高粱秆作原料，工厂和附近的农民每年 将可增加6000万元的效益。用甜高粱秆生产酒精燃料作为汽车的原料可大大减低大气污染，其经济效益 和社会效益是显而易见的。 目前，已没有单一的技术能解决世界对能源的需要。因此，各国都在寻找新的能源。一些有识之士看 准了绿色能源的开发和利用。开发和利用生物量生产酒精燃料是重要的途径之一，而甜高粱无论种子还是 茎秆均可用以生产酒精，是一种非常理想的作物。美国的实验结果表明，每公顷甜高粱可产酒精 6106 升，而被称为太阳能最有效的转化器的甘蔗，每公顷仅产酒精 4680 升。 石油是一种不可再生的燃料, 联合国1994 年估计，世界蕴藏的石油将在 75年后用尽。据世界能源 理事会理事们的估计，全世界蕴藏的石油仅够开采 60 年。光明日报，2001年5月15日报道，全世界探明 的石油可采储量为1000至1409亿吨，按目前的开采速度，只能采40年。中国已探明的石油可采储量为62 亿吨，其中已累计采出34.6亿吨，剩余的27.4亿吨，按去年自采原油1.6亿吨计算，可供开采17年。目前 中国能源需求增长率为每年3.5%，预计在未来20年，这个数字将增加一倍，从而使中国成为与欧洲一样 的能源消耗大户。在二氧化碳的释放量上，仅次于美国，占世界的14%。英荷壳牌石油集团预计，由于汽 车使用量的增加，到2010年，中国石油消耗量将增加80%。为减少对石油的依赖，缓解石油紧缺的矛盾， 我国将推广车用乙醇汽油。根据国务院领导的指示精神，我国将大力推广使用车用乙醇汽油。我国决定 在"十五"期间推广使用这一成熟技术。为保证汽车行驶，国家把《变性燃料乙醇》和《车用乙醇汽油》 两项标准确定为强制性国家标准。国家计委、中国石化公司日前决定，从今年7月1日起，河南省郑州、 洛阳、南阳三市的24座加油站率先供应车用乙醇汽油，并逐步向全国推广。 目前，已没有单一的技术能解决世界对能源的需要。因此，各国都在寻找新的能源。一些有识之士看 准了绿色能源的开发和利用。开发和利用生物量生产酒精燃料是重要的途径之一，而甜高粱无论种子还是 茎秆均可用以生产酒精，是一种非常理想的作物。 环境问题已成为当今世界面临的重要问题之一，用汽油做燃料，即使再便宜也得不偿失。目前，全世 界每年由于燃烧矿物燃料排放出来的碳达60亿吨，成为大气中二氧化碳的主要来源，导致温室效应与酸 雨。空气污染已成为某些城市的一大问题，如伊朗的首都德黑兰，70万辆各类汽车每天排放出3,000吨一 氧化碳，450吨碳氢化合物，120吨二氧化氮，30吨氧化硫和 2吨铅，有毒气体遮住了奥尔伯兹山和德黑 兰市中心，该市居民人均每天要吸进 0.5克的铅，1000万人口正面临疾病和慢性死亡的威胁，受害最重 的是儿童，人体吸进铅的主要危险是损害大脑和大脑神经系统并引起呼吸系统疾病。矿物燃料的使用，使 人们付出了沉重的代价，即使价格低也得不偿失。发达国家前车之鉴，足以为戒。目前发展中国家的某些 大城市如新德里、北京和墨西哥城这样一些大城市也已经成为雾都了。1994年8月，美国政府做出决定， 赞成用乙醇作汽油更清洁的燃料添加剂。为降低矿物燃料所造成的污染，美国环保局规定，从1995年1月 1日起在美国空气污染最严重的 9 个城市和其他 14 个州的部分地区和哥伦比亚特区， 汽车所使用的燃 料油必需含有 1/3 的酒精，以减轻对大气的污染。甜高粱作为能源，硫的含量极低（≤0.01％），可大 大减少SO2的污染；种植甜高粱的最主要的优越性是极大地减少 CO2的量，因为将甜高粱作为能源燃烧时 所排出的 CO2与种植甜高粱时所吸收的 CO2是相等的。 用酒精作发动机燃料有许多优点，它不污染大气，发动机无须或稍加改动即可燃用汽油醇，并且酒精 各地均可生产，因此，许多国家都把酒精生产纳入能源计划的一部分。1972 年，巴西酒精的产量还不到 7亿升，石油危机以后从1975年开始执行酒精计划，到 1982年，酒精产量已达56亿升，600万辆汽车燃 用掺有20%酒精的混合燃料，100万辆汽车燃用纯酒精。1983年，酒精产量达80亿升，由于执行1983- 1993年的能源计划，使巴西全国各类汽车的35％使用纯酒精，其余使用掺入 20 -25％ 的酒精、汽油混 合燃料。80年代末，巴西生产用于内销的载重汽车有 85％是燃用酒精的。乌拉圭仿效巴西，每年种植65 万公顷甜高粱用于制作酒精燃料，平均每公顷产酒精2,500升。美国曾计划到2000年种植8,500万亩甜高 粱，生产315亿升酒精，使全国汽车使用掺有10％的酒精混合燃料。欧洲特别是北欧，气温低，甜高粱的 产量也低，但他们仍在作重大的努力培育耐寒品种，欧共体还成立了甜高粱协作网，并于1996年 4月召 开第一届欧洲甜高粱会议，并认为甜高粱是 2000年欧共体能源的希望所在。现在应该是发展中国的酒精 燃料工业的时候了。甜高粱的茎秆中含有 14-18%的纤维素，亩产可达 500-1000 公斤。纤维素能源是 一种至今尚未被充分开发利用的新能源。最近，日本通产省牵头组成的新燃料油开发技术研究组合，集中 了日本国内生物工程产业的技术和力量，成功地研制出一种从秆梢、蔗渣纤维素中提取汽车用酒精燃料的 生产新工艺。 他们用人工合成出具有耐高温、耐高酒精浓度并能大量生成强力消化酶特性的纤维素消化 酶，已在山口县建立一座实验工厂，预计每360公斤纤维素可提取100升乙醇，即每亩甜高粱秆渣可生产 100-105升酒精，并且使酒厂有周年生产的可能。
造纸工业的新原料
纸浆奇缺，已经成为一个世界性的问题，国际市场新闻纸的价格从1994上半年的400 多美元一吨, 上涨到1995年6月份的900美元一吨; 用于造纸的原材料优质漂白长纤维木浆的价格从1993年11 月份的 380美元上涨到1995年6月份的1,000多美元一吨。1995年美国中央报业公司的统计数字表明，新闻纸价 格在过去的9个月内上涨了近 4倍，达到近30年来的最高点。受国际市场影响，我国纸张市场也出现"纸 贵现象"，新闻纸价格从1994的4,000元左右一吨上升到1995年的7,000元一吨，大大地突破了国家实际 制定的 4,300元一吨的指导性价格。纸价的大幅度上涨严重威协着报业及出版界的生存，美国百年老报 "休斯敦邮报"、香港"华侨日报"、"现代日报"都因纸价的上涨而被迫停刊。 甜高粱含有14-18%的纤维素，其产量每公顷达7.5-15吨，是造纸的好原料。甜高粱的纤维结构具 有高的密度和产生同质片状物, 因此非常适于用作造纸的原料，在欧共体已经研究出一种特殊的工艺 技术，可以大大减少纸浆生产过程中对水的需求，并且没有生物质流出物，因此能够无污染地生产纸浆， 并且可以在水源缺乏的地方生产，用这种技术生产的高粱纸浆其水平超过了木质纸浆。 同木质纤维比 较，质量是很高的。这种纸浆的卡巴粒数很低，而纸浆的亮度很好， 可以不需要漂白就生产低亮度的 印刷纸。高粱纸浆的强度也很高，并且在完全无漂白过程中达到高的亮度。高粱纸浆的漂白也只有几个 步骤就可完成，与木质纸浆相比较，需要较少的化学物质，故高粱纸浆特别适于生产高质量纸浆。
可持续发展的甜高粱农业生态系统
甜高粱是一种既产糖或酒精，也产粮食的优良作物，而且两者之间并不矛盾，只有当籽粒成熟时，茎 秆中糖分的含量才达到最大值，这就使综合利用甜高粱成为可能。甜高粱籽粒可以食用、作酿酒原料或作 饲料，叶片富含蛋白，用以喂鱼、喂牛；茎秆富含糖分，可用以酿制酒或酒精燃料，减少大气污染； 酒 糟喂牛，不仅解决了饲料问题，而且奶牛食用酒糟以后还可增产牛奶；牛粪和城市垃圾用以生产沼气，沼 气用于发电、做饭、照明或用于塑料大棚中花卉或蔬菜的加光，一来可增强塑料大棚中的光照强度并提高 温度，二来燃烧释放出来的CO2可用以增加棚内空气中二氧化碳的浓度进而提高蔬菜或花卉的产量；沼肥 还田，从而形成我国农村能源自给，农业、畜牧业一起发展的甜高粱生态农业良性循环系统，这种模式对 于我国21世纪农业的发展将具有深远的意义。
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