当前世界环境

介绍

一些国家及其领导人因“石油与政治”混为一谈而受到批评，这并不常见。石油、煤炭和天然气供应了全球88%的能源需求。随着化石储量的减少和全球需求的增加，特别是亚洲和拉丁美洲新兴经济体的需求增加，原油价格可能会在长期内上涨。鉴于人们对可再生能源的兴趣日益浓厚，从植物油中生产液体生物能源是减少温室气体排放和应对气候变化的可能选择之一。2004-2005年期间，全球植物油生物柴油产量估计为236万吨。其中，欧盟国家(193万吨)预计年增长率为30%，美国(14万吨)占88%，世界其他地区(29万吨)占12%。¹生物燃料生产还通过其对水资源和生物多样性的影响影响环境。灌溉用水的减少，特别是在印度和中国，需要使用最节水的生物燃料作物和长期可持续性的种植系统。使用退化土地、对土壤干扰最小的保护性农业技术和永久土壤覆盖、间作和农林业系统将减轻对环境的负面影响。全球生物柴油产量将以略高于生物乙醇的速度增长，并将在2017年达到240亿升，成为最大的份额。²然而，生产生物柴油的原料短缺是一个主要的制约因素。^3.含油树种总数在100 ~ 300种之间，其中30个植物科的63种具有生产生物柴油的潜力。⁴自从2004- 2005年对液体化石燃料的可再生能源替代品的兴趣激增以来，这种可能性在不断增长麻风树以生产生物燃料为目的的生物燃料已经引起了全球投资者和决策者的关注。麻疯树的种子含有非食用油，具有非常适合生产生物柴油的特性;此外，无毒的麻疯树品种可能是人类消费的潜在油源，其种子饼可以是人类和牲畜的良好蛋白质来源。

当今世界的能源需求增长了许多倍。因此，2008年全球麻风树的种植面积估计为90万公顷，其中76万公顷(85%)在亚洲，其次是非洲的12万公顷和拉丁美洲的2万公顷。85%以上的麻疯树种植在亚洲，主要是缅甸、中国、印度尼西亚和印度。亚洲最大的生产国是印度尼西亚。在非洲，加纳和马达加斯加将是最大的生产国。巴西将成为拉丁美洲最大的石油生产国。印度政府发起了“国家生物柴油任务”，以期找到一种以植物油为基础的廉价可再生液体燃料。⁵麻风树的种植面积预计到2015年将增长1280万公顷。⁶关于最佳生产实践以及对环境的潜在利益和风险，存在许多知识缺口。同样令人不安的是，这种植物还处于驯化的早期阶段，几乎没有改良品种。识别麻疯树的真正潜力需要将证据与夸大的说法和半真半假的事实分开。保持这些观点，我们试图讨论麻疯树作为能源植物的重要性以及它的其他可持续用途。

麻疯树:起源与分类学

物理坚果树(麻疯树curcasL。)，起源于中美洲，今天在世界各地的热带地区都有发现。它属于大戟科，对气候和土壤的要求非常低。它因其耐寒、易繁殖、耐旱、含油量高、种子成本低、孕育期短、生长快、适应广泛的农业气候条件、灌木性和不同植物部位的多重用途而超越了原来的分布范围。⁷林奈⁸是第一个给物理坚果命名的人吗麻风树属名麻疯树来源于希腊单词jatr´os(医生)和troph´e(食物)，这暗示了它的药用价值。根据Dehgan和Websterand schultz - motel的研究，麻疯树属属于大戟科Crotonoideae Joannesieae部落，已知约有175种。^{9 - 10}Dehgan和Webster修改了Pax的细分¹¹现在区分麻疯树属的两个亚属(麻疯树和麻疯树)，有10个科和10个亚科，以适应旧世界和新世界的物种。这种树的最高高度为5米，需要500到600毫米的降雨量。然而，最小值高度依赖于当地条件。在干旱的时候，为了减少水分的流失，植物会脱落大部分叶子。开花发生在雨季¹²通常有两个花期，即夏季和秋季。花单性，单卵生，黄绿色的顶生长，花序梗圆锥状聚伞花序。在开放授粉条件下的高坐果表明该植物能够通过自交和异花授粉产生结果。这种繁殖系统代表兼性异花授粉。¹³

当前使用的

在20世纪上半叶，物理坚果的出口占佛得角出口总额的很大一部分。今天，麻疯树在任何一个国家都没有经济意义，但它被用于许多传统目的:

土壤稳定

它是一种对环境要求很少的抗旱植物，能固定土壤的微环境

圈地

这种坚果在非洲和亚洲都被种植，作为花园和田野周围的主要树篱

传统的人类和动物医学

油和植物部位用于伤口消毒，泻药，风湿和对抗皮肤病等。

生物农药

还使用杀虫剂和杀软体剂来控制虫害。

肥皂生产

从籽油中提取

肥料

压榨饼可用作高氮肥料

充满活力地使用物理坚果

作为燃料的物理螺母油(马达、灯、炊具油);整株植物尤其是果实可作为生物固体燃料，也可作为马达的润滑液

减少水土流失

种植它可以减少水和/或风造成的侵蚀，也可以划定田地和家园的边界

遮阳和支撑

在古巴，麻疯树被用作咖啡树遮荫的来源;而在科摩罗群岛、巴布亚新几内亚和乌干达被用作香草植物的辅助植物。

人类和动物的潜在饲料

墨西哥麻疯树无毒品种可作为有毒麻疯树品种的合适替代品。这可能是供人类食用的潜在油源，而种子饼对人类和牲畜来说都是很好的蛋白质来源。¹⁴通常生长在非洲和亚洲的品种的种子对人类和动物有毒，而在墨西哥和中美洲发现的一些品种则是无毒的。考虑到这些无毒品种的种子已送往尼加拉瓜、津巴布韦、墨西哥和印度，通过传统和组织培养技术进行种植，并与该区域的有毒品种进行产量、抗病性、存活率和营养需求的比较。对物理坚果压榨饼作动物饲料进行了研究，证明其不可取。¹⁵

潜在的药用价值

麻疯树具有药用价值，用于便秘(种子)、伤口愈合(汁液);预防疟疾(树叶);等。

木材的使用是有限的，因为麻疯树提供的木材质量很差。因为它非常柔软，所以被用作编织材料。它也可以在处理土地改良的减轻贫穷方案下种植。

遗传改良现状

已知麻风菌属之间的遗传变异可能比以前认为的要小，培育种间杂交可能为作物改良提供一条有希望的途径。人们对麻风树的基因组知之甚少。染色体的大小非常小(二价长度1-3.67 lm)，大多数物种有2n = 22，碱基数x = 11。¹⁶它是具有吸引力的候选基因组测序，基因组大小(1C)为416 Mbp。¹⁷2004 - 2005年，人们对麻疯树的兴趣激增，这一努力主要由私营部门主导，通过培育来提高油料产量成为一个重点研究领域。考虑到有希望的品种成熟和评估所需的时间，很明显，通过育种提高产量的工作还处于非常早期的阶段，目前的种植园充其量只是略微改良的野生植物。提高石油产量必须是一个优先事项，这是私营企业最近才开始着手的目标。作物遗传改良的目标应以雌花或雌蕊植株数量多、种子产量高、含油量高、早熟、抗病虫害、耐旱/抗旱、株高降低和枝条自然分枝高为目标。除了这些目标，遗传改良的一般特性和甲酯组成，使其更适合生物柴油的生产¹⁸麻疯树的遗传改良和驯化应遵循与蓖麻相同的过程(萝藦)属于同一个家族。蓖麻已从多年生野生品种改良为一年生驯化品种，具有短节间和不同的花性比例，从完全雌蕊型到以雄性为主。¹⁹

关于种质的生长、形态、种子特性和产量性状的收集、鉴定和评价的综合工作仍处于起步阶段。无论使用的接入数量、引物的鲁棒性和标记数据点数量如何，所有来自印度的接入都聚集在一起。总体而言，对当地种质资源的多样性分析显示印度的遗传基础狭窄^20.华南地区，²¹这表明需要通过引进具有更广泛地理背景的材料和通过突变和杂交技术创造变异来扩大麻疯树的遗传基础。因此，对麻风树种质资源的大规模收集、保护和评价是了解麻风树变异模式的必要条件。分子多样性估计与其他农艺性状的数据集相结合，将对选择合适的材料非常有用。尽管有许多有利的特性，但由于缺乏有计划的培育新品种和改良品种的计划，这种作物的全部潜力尚未实现。已经鉴定出一些遗传上独特的品种，这些品种将成为在不同气候条件下种植麻疯树和通过育种开发新品种的重要来源。分子育种可以作为监测变异序列的有用工具，通过引入陆地种族和近缘种的新的有利性状来创造新的遗传变异。提高产量的特定育种目标需要考虑;改善干物质分布，更重视果实而不是营养部分，同步成熟，增加开花、分枝、果数、种子重、种子含油量和无毒品种的发育。

使用传统育种方法的遗传改良必须在更多的地方开始，并与最新的生物技术相结合，以减少育种时间和提高育种效率。开发的新品种的潜力必须通过多地点试验来进一步测试它们的性能。应重点发展支持植物育种活动的体细胞无性系变异、突变、双单倍体和基因转移等技术。

生物燃料促进能源安全和环境影响

传统化石燃料的稀缺、燃烧产生的污染物排放量的增加及其成本的增加将使生物质能源更具吸引力。²²由于食用油的需求高于其国内产量，因此不可能将其用于生产生物柴油。生物柴油作为汽车发动机的混合燃料或柴油的直接替代品，正日益受到世界各国的关注。石油柴油的替代燃料必须在技术上可行，经济上有竞争力，环境上可接受，并且容易获得。目前的替代柴油可以称为生物柴油。生物柴油可以提供其他好处，包括减少温室气体排放、区域发展和社会结构，特别是对发展中国家。²³

有许多树种的种子含油丰富。其中一些有前途的树种已经被评估，并发现有许多树种，如麻风树和蓬贾(' Honge '或' Karanja ')，将非常适合我们的条件。然而，麻疯树被发现是最适合的。麻疯菜籽生物柴油的副产物是油饼和甘油，具有良好的商业价值。这些副产品将降低生物柴油的成本，这取决于这些产品的价格。生物柴油的成本构成包括种子价格、种子采集和榨油价格、油的反式酯化价格、种子和油的运输价格。麻风相籽油的反式酯化生产生物柴油的成本将非常接近生产生物柴油所需的种子成本，因为提取油及其加工成生物柴油的成本在很大程度上可以从副产品油饼和甘油的收入中收回。使用来自墨西哥的无毒品种可以更好地利用这种潜在的有价值的副产品，但即使是这些品种也可能需要治疗，以避免长期用麻风树种子饼喂养牲畜可能产生的亚临床问题。²⁴麻疯树种植园的碳固存效应似乎在这些大型项目的融资中发挥了重要作用。此外，与矿物柴油相比，生物柴油产生的微粒、碳氢化合物、氮氧化物和二氧化硫更少，因此减少了对人体健康有害的燃烧和汽车尾气污染物。减缓或扭转全球变暖的必要性现在已被广泛接受。这需要减少温室气体(GHG)的排放，特别是减少二氧化碳的排放。使用栽培和非驯化的植物来满足能源需求，而不是使用矿物油和煤等化石植物遗骸，可以减少大气中二氧化碳的净排放量。此外，与矿物柴油相比，生物柴油产生的微粒、碳氢化合物、氮氧化物和二氧化硫更少，因此减少了对人体健康有害的燃烧和汽车尾气污染物。Fargione等研究发现，将雨林、泥炭地、稀树大草原或草原转化为种植生物燃料作物所释放的二氧化碳，是这些生物燃料取代化石燃料所减少的二氧化碳的17至420倍。²⁵这强调了这样一个事实，即在退化的荒地上种植麻风树，使用最少的肥料和灌溉，将对环境产生最积极的影响。

影响驯化和改进的限制

农民或任何组织大规模种植麻疯树都面临着许多制约因素，这些制约因素影响了麻疯树产业的发展，并导致麻疯树产业的商业化。这里指出了一些约束条件:

• 高产品种有待开发
• 植株间产量、含油量和油质的差异
• 缺乏可靠产量的一揽子农艺实践信息
• 环境风险效益潜力评价不到位
• 成熟期比一年生油料作物高3-5年
• 有毒基因型作为原料不安全
• 燃烧和建筑用的木材质量很差
• 不能忍受霜冻和涝灾
• 在一定的气候条件下，它可以变成杂草植物
• 关于麻疯树的遗传和农艺资料有限
• 缺乏全球性的有计划的改进方案
• 目前的重点是该物种的驯化
• 缺乏关于遗传变异、环境影响和基因型与环境(G x E)相互作用的基准描述符和信息。²⁶
• 麻疯树油比矿物柴油具有更高的粘度，尽管在热带国家的高温环境中使用时，这不是一个问题。

研究麻疯树的植物育种家现在正在使用现代遗传标记技术来加快筛选过程，但是这些选择仍然需要生长到成熟才能进行验证。

结论

迫切需要更多地了解麻疯树的总体情况及其在大型人工林中的应用和性能。这需要一种跨学科的方法，涵盖麻疯树系统及其决定和限制因素。此外，还需要制定育种计划和选择工具，为不同的农业生态系统提供合适的植物材料。在全球层面，有必要协调生物燃料的发展和国际粮食储备系统，以保护脆弱的穷人。开发无毒品种应该是一个优先事项。整合现有的关于不同种源、不同环境和管理干预下作物生产性能的分散知识和经验至关重要。麻疯树可以显著替代石油进口的期望仍然是不现实的，除非石油产量的遗传潜力得到改善，生产实践可以利用这种改善的潜力。虽然麻疯树具有广泛的适应性和丰富的用途，但它的全部潜力还远远没有实现。在特定的生长条件下，没有具有理想性状的改良品种，这使得种植麻风树成为一项有风险的生意。因此，麻风树可以通过评估野生来源的变异和选择优越/精英基因型属性来改进，再加上使用可再生燃料来源的好处，可以为保护环境做出更大的贡献。

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