能生产出柴油的树—文冠果 生物柴油生产工艺

能生产出柴油的树—文冠果

曹振岭

黑龙江省牡丹江师范学院 (邮箱czl288@163.com)

（本文发表在凯丰黑龙江科普园地2014年6月18日）

地下的石油越采越少，天然气、煤炭每日都在减少，这些不能再生的矿物资源，对国家的建设，人民生活的需求都离不了。全世界各国都面临着能源危机，中国同样如此。有朝一日地下的能源枯竭了，我们如何去应对？如何减轻我们对石油的依赖？

当前，生物产业正逐渐成为全球主导产业，而我国也正处于生物产业发展的关键时期。

实验研究证明，我国植物种子中含油量在40%以上的木本油料树种有百种之多，每年还有大量枝桠剩余物，发展林业生物质能源的前景十分广阔。现在许多科研部门都在寻找能够替代石油的、一次性投入、还可再生的、多年受益的植物，有人用杏仁、橡子、文冠果等种子提取生物质能源燃料试验。

用文冠果种子替代柴油的实验研究现已获得突破性的进展。文冠果符合现行理想柴油指标。通过生物工程生产绿色环保燃料，可替代煤炭、石油、天然气等矿物燃料，每年将节约大量的地下资源，它的副产品还可以制造肥皂、高级润滑油、油漆、增塑剂等多种化工产品。这对解决当前资源枯竭、能源匮乏，保障国民经济健康顺利发展、维护国家能源安全有着非常巨大的现实意义和长远意义。

生物燃油是21世纪最有希望的可再生的绿色清洁能源。它污染少，可取代汽油、柴油而节约大量的不可再生的石油资源，对减轻空气污染，保证人民生命安全，意义重大，市场开发前景非常广阔。

人类要不断发现、研究、培育、利用新型环保能源，让它为人类服务。利用文冠果种子生产提取生物能源柴油产品的工作越来越受到人们的关注，它是目前符合绿色环保、低排放、无污染、低碳、能替代矿物柴油的优良树种，因此要加大生物能源林建设力度。种好管好文冠果，使文冠果年年高产、年年丰产。

走科技产业化的发展路子，是我国未来生物能源事业发展的推进能源革命的必由之路。2014年4月18日，国务院总理李克强主持召开了新一届国家能源首次会议，强调指出：“能源是现代化的基础和动力，是国际政治、金融、安全博弈的焦点，是关系到我国现代化建设的全局。提倡能源绿色，低碳、质能发展水平。加强生态环保节能减排措施，走清洁、高效、安全、可持性的发展道路”。会议为我国今后执行低碳、绿色、清洁、节能、高效、安全的去发展，指明了前进的方向。

1、文冠果树的分布

在我国的北方生长着一种树，叫文冠果。文冠果又名木瓜、文灯果、崖木瓜、山木瓜等名。

文冠果（Xanthoceras sorbifoliaBunge）为无患子科，文冠果属，落叶大灌木或乔木。全属仅一种，生长在我国，为我国特产，被列入我国生物质能源油料优异绿色生态经济树种。它适应性强，抗寒、耐旱、耐瘠薄、不耐涝。在历史上，江苏北部、山东、河南、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、西藏、吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古等地均有野生或人工栽培分布。从淮河、秦岭以北，至北纬46°的广大地区均能种植并能生长发育。

2、文冠果树的特征特性

在牡丹江地区经对文冠果10—30年生树10年来的观察，文冠果树的叶是奇数羽状复叶互生。叶柄总长12～32㎝，小叶最少9片，15片，最多19片，多披针形，长2～6㎝，顶端尖，边缘有锯齿，叶色较淡绿。每年枝的生长长度多在20～45㎝，5～15㎝长的占总枝数的15%，16～20㎝长的占总枝数的50%，21～25㎝长的占总枝数的30%，30㎝以上的占总枝数的5%。最长枝80㎝。落叶后枝顶端着生饱满花芽一个。树皮灰褐色，扭曲状不甚规则，纵裂。当年新枝皮光滑，枝中上部芽大于中下部，每枝8～15芽，每节间一芽，节间长3～6.5㎝。皮色绿或呈褐色，2年生枝皮表面着生众多微小斑点，3年生枝皮开始裂，枝条有柔性。

经对生长20多年的文冠果树调查，树高4.5—5.6m，干围55㎝，中心干高165㎝，分枝14个。

在当地于4月中旬芽开始膨大萌发，开花与长叶基本同时，从叶芽开始萌动至生长需7～12天的时间。生长的快慢主要由当时温度的高低所控制。5月10日开始见花，因春季温度高低不一，每年的开花期可提早10～15天的时间。从开花至盛花期需5～8天。一个长花絮从开花至全部开放完了需10天，最多需20天的时间，低温时含苞不放。经对一长花絮开花全过程的跟踪观察记录，提供以下数据：

一长花絮开花记录(共41朵花)

文冠果总状花絮长15～20㎝，共着生30～46朵小花，花柄长1～2㎝（图片1）。开花顺序从基部开始逐渐向上，而后花絮分枝逐渐开花，直至全花絮开放完了（图片2）。花掰5片，偶有6片者，中上部呈淡白色，中下部呈淡黄色，2～3天后逐渐变成紫红色，并能清晰见到3条紫红色脉。全花期花至少可变3次不同颜色。开花期温度越高，开放时间越集中，时间越短。落日后至第二天清晨无一朵花开放。花有雄蕊8个，有的花8个雄蕊平齐，有的则是3个在下，5个在上。5个花掰基部着生5个各长0.5㎝的黄色柱物。最底端被8个雄蕊花丝包裹，肉眼需仔细方能辩清（图片3）。

文冠果树属杂性花。虽每一个花芽形成一个总状花絮，能开放30～46朵小花不等，但经多年的观察认为：结实率不甚高，一个长花序可结果最多达20多个小果，最后只剩1～3个果实，多数花不结实。结果的花多在花序轴的中上部，果实采收后花序軸逐渐干枯，果台无再结果能力，于冬季渐渐枯死。经观察，开花时期虽然花粉量很大，有众多蜜蜂、各种小昆虫媒介传粉机率甚多，但结果量较少，有的整个花絮不结一实（原因仍在研究）。有的花絮结果少许几个，当幼果如同种子般大小时，不知何因幼小果实却又脱落（原因在研究）。短中长枝均能结果，结果枝全是上一年生新枝，占全树总枝数量的95%以上。树龄越大，中上部花芽开花习性越明显突出。随着树龄的增长，短枝花芽也在增多，如果需要修剪，修剪时一定要注意留足花芽的质量和数量。

一些蒴果干枯后，可在树上长期滞留，不开裂、不脱落，种子在其中包裹直至3月份。一些蒴果自然开裂种子脱落地上，果皮仍着在树上。

经室内考种，蒴果成熟后果皮成木栓状态，果皮坚硬。蒴果三开裂，3心室，果形类似桃样。每开裂有2～4排种子，共有种子4～8粒，全果实最多有种子24粒。种脐白色，种皮褐色或黑色，种子形状圆而不规则。千粒重800～1150g，单果之间的产量10～19g（图片4）。

文冠果的品种比较单一，它不像玉米、黄豆品种那么繁多。从果实外观看，可分为3开裂果实和4开裂果实。4开裂果实的种子略比3开裂的种子多几粒。

经试验，当年新种子在28℃恒温箱中经72小时便可发芽，幼根长2～3㎜。

在牡丹江从9月25日～10月15日，树叶经重霜后逐渐干枯脱落，从芽膨大开始至停止生长全生育期150天左右。

3、文冠果抗寒、抗旱适应性强文冠果从自然分布的区域内各地条件差异非常大，说明文冠果有很强的抗逆性、适应性。从温度条件看，最高气温4l℃（黄河等地）。在牡丹江地区经受了2001年1月份的-35.3℃低温而无冻害，与文冠果比邻50米远的15年生的绿化杨树冻死了很多；与文冠果树相距40米远的梨树、苹果树冻死了很多；绿化栽培的龙须柳树冻死了很多，而文冠果，树体无冻害，枝条无冻伤，安全度过了-35.3℃的低温年头。据有关资料介绍，在气温-41.4℃的地方能安全越冬。说明它有极强的抗热、耐寒能力。从降水条件看，从新疆、内蒙古等地的140mm能够生长，说明它具有极强的抗旱能力，难怪有人说，“凡是能落住雨点儿的地方，文冠果都能生长”。从海拔高度来看，从江苏、山东的130m到西藏的2300m，说明文冠果的垂直分布范围也是一般树种望尘莫及的。从土壤条件来看，也是非常耐瘠薄的。

在牡丹江地区，经对7处文冠果树栽植地土壤的察看，生长树对土质要求不甚严，山区中的退耕还林地、废弃荒地、建筑垃圾平整后以及村屯周边的各种土壤地、丘陵、山坡石砾地，粘土地、黄土地，黑土地、沙荒地、黄土山沙地均可栽培并能生长。低湿地不宜栽配。经试验证明，在低洼地、容易积水的地方，繁育苗木，幼苗极容易死亡。说明耐干旱而不耐水渍，属喜光树种。

据2012年观察，在当地7—8月的三伏天中连续43天不雨，与文冠果比邻50米远处的落叶松，8月下旬叶子便开始枯黄了，第二年春季有1/4落叶松树死掉（10年生）。而文冠果树下的杂草好多都枯萎发黄，文冠果树却安然无恙。具有抗旱、耐瘠薄特性。它的根系入土深，主根发达，生长速度快，在撂荒地、沙荒地、粘土地上栽培都能生长。一年生苗主根长1米左右，有较大的侧根多条，在土壤疏松的地方根扎得更深，能够吸收土壤深层水分。所以，它能在年降水量仅100毫米的沙漠戈壁地区生存，是名副其实的水土保持先锋树种。但以肥沃、土层深厚、疏松、沙壤土、黑色土、湿润通气良好的土壤里生长为佳。海拔高度在700～1800米、背风向阳、光照充足，是文冠果的最佳生长环境，果实体积大，产量较高。

在牡丹江市利用蔬菜地栽培文冠果树（黑土），4年生时，就开始结果，产量使人感到非常乐观。而同期栽培在黄山沙地的4年生文冠果与其无法相比。植株矮小，没有结果。

文冠果由于适应性强，抗寒耐旱、耐瘠薄、生长寿命可达几十年，上百年，上千年。是栽一次多年受益的树种，在我国许多地方至今仍生长着百年、三百年、五百年、千年古文冠果树。

4、文冠果的利用价值

文冠果是我国北方适宜发展的生物质能源油料树种之一。据有关部门检测结果表明：文冠果种子含油率为30%—36%，种仁含油率为55%—67%。其中不饱和脂肪酸中的油酸占52.8%—53.3%，含蛋白质25.75%，仅次于大豆，粗纤维1.6%，非氮物质3.73%，油份中不饱和脂肪酸含量高达94%（其中亚油酸占36.9%，油酸占57.1%），其中含有人体所需19种氨基酸，还含有钙、钾、铁、钠、镁、锌等9种矿物质元素和维生素B1、B2、A、C、E、胡萝卜素等多种维生素。

有人研究证明，“文冠果油性甘、平，无毒，符合国家Ⅰ级食用油标准”，属上等食用油。文冠果的种仁提取物是非常重要的改善脑功能的药物。其作用是：“提高脑功能、增加记忆力。可以治疗遗尿症、智力低下和痴呆症等以及由于脑功能低下所引起的病症”。上个世纪90年代，有人从文冠果种子中发现10个结构特异的皂苷类新化合物，用于治疗小儿尿床、老人尿滴沥、尿不净、尿等待等病症，治疗有明显效果。

文冠果油中不饱和脂肪酸易被人体消化吸收。油和花粉可制成高级美容护肤品。

根据国家“十一五”发展规划，2007年全国已推广种植了能源林100万亩。

从文冠果油中提取生物质能源柴油，供机械作动力用，具有污染少，升值途径多，开发潜力大，经济效益高的优点。

国家林业局制定“国家能源林建设规划”2020年全国将种植能源林2亿亩，可生产生物柴油600万吨。随着树龄的增长，果实产量也年年增加，生产生物柴油的数量也在不断增多。生物质能源柴油的大量供给，将逐步改变我国的能源结构，减少对石油的依赖

有人测算，我国现有木本粮油8000万亩，适宜发展木本粮油的土地1.6亿亩，如果全部开发出来，相当于近1亿亩耕地的粮油产量，可以大大增加我们解决粮油问题的回旋余地。

有人测算，高产期文冠果亩产种子约产油1吨。目前我国每年将消耗大量的粮食生产生物燃料，使用原料数量惊人。改用文冠果种子提取生物柴油，每年将节省大量的粮食，这对备战备荒，满足人民生活需求，具有现实意义和长远战略意义。

用文冠果种子提取的生物柴油是绿色环保、低碳排放，具有污染少的特点。

5、文冠果的栽培发展前景

“我国山区面积占国土总面积的69%，有近8亿亩宜林荒山荒地，发展木本粮油潜力巨大”。

文冠果树全身是宝，种仁营养成分极为丰富，值得开发利用，且具有独特优点。

国务院已分别于2006年12月发令，明令禁止用油菜子、花生、大豆、葵花子等食用油生产生物燃油和2007年6月9日发布通知，明令禁止发展粮食乙醇生物燃料项目。由于文冠果种子含油量高，可生产低碳、绿色环保、生物能源柴油，它的地位突然间提高了许多，备受人们的重视，许多科研部门都在做着针对文冠果的抗寒、抗旱、丰产栽培、优良品种的选育以及组培（图片5、6）等多方面多学科的科学研究，并已取得了许多重大科研成果。

黑龙江省双丰林业局的“生物能源林基地”现已栽植文冠果4000亩，育苗面积60亩。成为中石油在我省最大的一处生物能源林基地。栽植地主要利用低质低效地块，双丰局的发展目标是：5年内栽植文冠果15万亩，并形成以双丰局为中心辐射周边地区的生物质能源生产加工基地，上马提炼厂使文冠果项目形成产业链（张斐，张平双丰建成我省最大生物能源林基地黑龙江日报2009. 7. 10 . 1.）。

黑龙江省低效经济林面积颇多，只要合理开发利用土地，使栽培、收购、加工形成“一条龙”，落施责任制管理，就能获得绿色洁净能源原料，是利国、利民、有利子孙的大事业。

在牡丹江地区，经多年观察，文冠果在2300—2400℃积温区9月3～6日开始收获果实；在2600～2700℃积温区于8月5～10日收获果实，与农作物收获期不发生矛盾。.

18大报告中提出“建设生态文明，是关系人民福祉，关乎民族未来的长远大计”。随着文冠果栽培面积的不断增加，产量不断提高，生物质能源燃料将逐步改变我国的能源结构，减少对石油的依赖。

文冠果作为我国北方最重要的能源林树种，是一次性投资长久受益，具有广阔的开发前途。

设想，如果能将文冠果树栽植在铁路、公路两侧，那些适宜文冠果树生长的地方，替代那些功能少的树种，同样能起到绿化大地、美化环境、防风阻雪、防止水土流失、挡沙、观光、采蜜、净化空气的功能。土地得到了从分的发挥利用，人们从闲置土地上得到了实惠。栽后3～4年即可开花结果，产量逐年提高，可给栽培者带来数年颇丰的经济收入。

再加文冠果的花美、量多、色艳、变化大、叶奇、枝瘦、果香，适合在庭院、公园、风景区栽植，更适宜行道树，近瞧远看都非常美丽壮观，开花期花粉、流蜜量大，是蜜蜂采蜜和园林绿化观赏的好树种（图片7、8）。

6、高寒地区栽培文冠果要注意以下几点：

1、在高寒地区栽培文冠果，首先要考虑品种一定要抗寒，树木在冬季必须能耐当地最低温度界限。所选用的苗木必须在当地最低温度条件下，根系无冻害，树体、树枝无冻伤的品种方能引进栽培。否则这个品种在好，产量在高，都不适宜栽培。

2、苗木从原栽植地引入到新的栽植地时，南北的距离不能过远，纬度不能跨越过多，纬度跨越的大，距离越远，引种成功的机率越低。将低纬度的品种引到高纬度栽培种植，品种不但不抗寒，而且，抗逆性能大大降低，由于植物生长所需要的温度发生了变化和生育天数不足，品种表现极晚熟或不能正常成熟。植株自身夏季由于贪长营养物质积累不足，花芽不易形成，树体难以越冬。

3、将高纬度的品种向低纬度引进时，因两地温度相差甚大，光照时数长短、自然气候因素等条件发生了变化，再加低纬度温度高，降雨量集中偏多等许多因素，使品种出现早熟、产量低、品质差，生长早衰等现象不利大面积栽培。

4、引种的最佳地里位置条件是，在同一纬度里由于光照时数、温度、生育天数相差较小，引种时东西不限距离远近，成功率最高。同时必须要了解引种地的自然气候条件，尤其是年有效积温多少？生育无霜期天数和冬季最低气温温度多少？与引进栽植地的生育期天数、温度高低等自然条件进行大致比较。自然条件相差的小，引进栽培成功的机率就高。

5、有些品种刚引进时，会出现许多不适现象，甚至会死亡，经过多年的淘劣存真，驯化适应，逐渐繁衍生存，也会成为当地一新种。凡经历了多年的栽培驯化，度过特殊低温气候条件而生存下来的品种，用其繁殖进行扩大栽培，成功机率都高

这是牡丹江师范学院院中的一个花芽可开放20—46多花，

文冠果树（图片1）从基部开始开花（图片2）

花瓣5—6片，以5片为多（图片3）果实与种子（图片4）

组培苗（图片5）组培苗图片6）
（组培苗由牡丹江师范学院生命科学与技术学院的任如意、曹振岭做）

盛开中的文冠果花（图片7）开放第4—10天时，花的颜色（图片8）

以上8张照片均由作者拍照

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