傳統(tǒng)農業(yè)以種植業(yè)為主，即利用農作物進行光合作用，將水、二氧化碳等無機物合成為葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白質等有機物，為人類提供賴以生存的糧食。但在石油能源日益匱乏的今天，人們正在用全新的眼光重新審視種植業(yè)：植物能夠通過光合作用將太陽能轉化為化學能存儲在體內，形成可為人類利用的重要能源，這就是所謂的生物質能。研究表明，在植物進行光合作用的過程當中，太陽能的轉化效率較低。但通過收集、篩選和培育高效優(yōu)質的農作物品種，為植物生長創(chuàng)造良好的生產條件，可以使植物固定太陽能的效率大幅度提高。經測算，如在無人管理的自然條件下，植物光合作用的平均效率僅為0.1％～2％左右，在人工精心管理下的農田生態(tài)系統(tǒng)則有可能達到６％～８％，而在理論上，光合作用下太陽光能轉化率為18.7％到28％。顯然在技術上可挖掘的潛力非常大。因此，欲使生物質能替代化石燃料，成為新的能源資源，必須培育能源農業(yè)。在這一過程之中，傳統(tǒng)農業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)和希望，煥發(fā)出勃勃生機。
1.能源農業(yè)的任務
所謂能源農業(yè)，就是以生產生物質能源為目的的農業(yè)。生物質能源燃燒對環(huán)境造成的污染比礦物能源少，比核能安全，比風能、地熱使用廣泛，被譽為“綠色能源”。開發(fā)生物質能源，可有效地延長地球上石油資源的使用時間。在未來世界里，沼氣可能是天然氣的替代物，酒精可能是汽油的替代物。
我國政府非常重視生物質能源的發(fā)展，制定了明確的發(fā)展目標，預計未來幾年，乙醇的生產能力將達到年產1000萬噸。由于生物質能源需要大量的農作物做原料，因此生物能源的前端是能源農業(yè)。生物能源的大發(fā)展，必將改變中國農業(yè)的發(fā)展方向。因此，能源農業(yè)的任務是以生物質能源為主要開發(fā)對象，以生化轉化、物化轉換等方式利用生物能源，從而達到從“黑色能源”向“綠色能源”轉變的目的。
2.能源農業(yè)的發(fā)展方向
2.1大力發(fā)展能源作物
能源作物是指以提供燃料油為目的的栽培植物，可通過生化轉化等方法制造酒精和生物柴油。如以生產酒精為目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生產生物柴油為目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。據測算，每噸以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1噸燃料油，同時還能提高燃料的燃燒和動力性能。但是考慮到我國地少人多，糧食生產還沒有那么富裕，用玉米作為原料大量生產燃料乙醇在我國不現(xiàn)實。因此，培育具有高光合作用轉化率、綜合利用價值大的高產能源作物，是我國發(fā)展能源農業(yè)的最佳途徑。
2.1.1糧食類能源作物甜高粱
作為能源作物，甜高粱具有令人矚目的優(yōu)勢。其特點之一，甜高粱具有很高的光合效率，可產生五米高的莖葉，是目前世界上生物學產量最高的作物。甜高粱莖稈中含糖豐富，是糧食生產酒精的最好替代物。甜高粱每公頃可生產約7000升乙醇，生物質能的產量約為玉米、甜菜和小麥的2倍，比甘蔗還高1/4，具有“高能作物”之稱。特點之二，甜高粱的綜合利用價值大：籽粒既可食用，又可作飼料和工業(yè)原料。生產乙醇后的莖稈余渣有香味，易消化，營養(yǎng)好，可用于發(fā)展畜牧業(yè)；由于甜高粱莖稈是長纖維，生產乙醇的余渣造紙質量比優(yōu)質原料蘆葦還好，可以賣給造紙廠；另外，余渣還可以用于氣化發(fā)電和生產不用粘結劑的纖維板材。
特點之三，種植甜高粱的需水量僅為甘蔗的三分之一，而且對土壤條件具有廣泛的適應性，特別是其顯著的抗干旱和抗鹽堿性，被譽為“作物中的駱駝”。特點之四：紅高粱的生長期較短，一年可收獲兩季甚至三季。如我國農業(yè)部規(guī)劃設計研究院在“九五”和“十五”期間選育和生產的甜高粱雜交系列品種，能適應我國不同地域和不同環(huán)境條件，在荒灘地、干旱地和鹽堿地都能種，且一年三熟。種植甜高粱生產燃料乙醇，既不沖擊我國的糧食市場，也不占糧食耕地，還可大幅度增加農民收入。因此，甜高粱作為一種極有發(fā)展前景的能源作物，是我國干旱和鹽堿土壤農業(yè)區(qū)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種主要作物。目前我國已經在黑龍江省、內蒙古自治區(qū)、新疆維族自治區(qū)、遼寧省和山東省等地，建立了甜高粱種植、甜高粱莖稈制取燃料乙醇加工基地，總生產能力超過萬噸。
2.1.2木本類能源作物——小桐子
我國木本油料植物種類豐富，分布集中，能利用荒山沙地等宜林地進行造林、建立良種供應基地的油料植物有10種左右。如小桐子樹（又稱麻風樹）、黃連木、光皮樹、文冠果、油茶等，都可以用來制取生物柴油，其中以小桐子樹的含油量最高，提取最容易。
小桐子樹種子含油率高達40%～60%。其干果產量可達9噸/公頃，折合成產油量為1.5～3噸/公頃。小桐子油脂肪酸組成和菜籽油非常相似，是生物柴油的理想原料，被譽為“柴油樹”。所提煉出來的生物柴油，不僅爆發(fā)力強，而且燃燒時無黑煙、污染少，排放的二氧化碳和有害固體顆粒物明顯低于化石柴油。據悉，德國用“柴油樹”提取的柴油，已代替全國柴油用量的2%，且每年以1%的速度增長。我國云貴高原南部的干熱河谷地區(qū)是小桐子樹的世界原生地之一，當然也是小桐子的最佳生長區(qū)和理想的人工開發(fā)地。目前在上述地區(qū)有多達100萬畝以上的土地荒蕪，如能進行小桐子的規(guī)?；N植，不僅可以通過實現(xiàn)能源農業(yè)產生巨大的經濟效益，而且有利于干熱河谷森林景觀的恢復，促進區(qū)域性水、土、氣的良性循環(huán)，遏制水土流失，降低自然災害，具有顯著的生態(tài)效應。我國在“八五”期間完成了金沙江流域燃料油植物資源的調查及栽培技術研究，建立了30公頃的小桐子栽培示范區(qū)。目前四川大學生命科學院正建立利用小桐子為原料，年產2萬噸生物柴油的裝置。木本油料植物抗逆性強，管理粗放，不與糧食爭地，而且是栽種一次，收獲多年，采集時需要大量的勞動力，合乎我國國情，具有巨大的開發(fā)潛力和廣闊的發(fā)展前景。
2.1.3油料作物——油菜
油菜主要有白菜型油菜、芥菜型油菜和甘藍型油菜三大類。其中甘藍型油菜種子含油量較高，一般在42％左右，高的達50％以上。由于其化學組成與柴油很相似，是提煉生物柴油的理想原料，被稱為能源油菜。油菜抗性強，耐寒、耐濕、耐肥，適應范圍廣。我國黃淮流域、西北、東北等適宜種油菜區(qū)域的耕地面積在15億畝以上。長江流域和黃淮流域的油菜為冬油菜，僅利用耕地的冬閑季節(jié)生長，在品種改良后并不影響水稻包括雙季稻等主要糧食作物的生長，這樣適宜種油菜的冬閑田就有3億畝以上。據估計，在不與糧爭地的前提之下，我國有2670萬公頃耕地可用于發(fā)展能源油菜，按當前平均菜籽產量1.6噸/公頃，含油率40%計，每年通過能源油菜種植可為生產1700萬噸生物柴油提供原料。特別值得一提的是，油菜種植時，每生產1噸菜籽將產生2噸秸稈。規(guī)?；N植時，如果能結合微生物油脂發(fā)酵技術，充分利用油菜秸稈資源，不僅可以使單位耕地面積得油率提高70%以上，而且具有顯著的環(huán)境效益。
目前高蓄能能源油菜——中油036號含油量達51.97％在武漢培育成功，為我國大力發(fā)展能源農業(yè)，實施生產油菜生物柴油，建造永不枯竭的“綠色油田”計劃掃除了重要技術障礙。
2.2充分發(fā)展利用轉基因技術
轉基因技術應用在食物方面要求標識，受到很大限制；而應用在能源作物上，不受基因標識的限制，具有很大的發(fā)展空間。因此，轉基因技術在培育能源作物，發(fā)展能源農業(yè)方面將大有作為。針對我國人多地少的特點，只能在不與糧食爭地的前提之下發(fā)展能源農業(yè)。因此，利用轉基因技術培育新品種，開發(fā)耐鹽、抗旱、高產、高蓄能的能源植物是能源農業(yè)的發(fā)展方向。目前我國的轉基因技術研究已日趨成熟，具備了在能源農業(yè)上大顯身手的能力。如薛紅衛(wèi)研究員課題組在油菜種子發(fā)育及其脂肪酸代謝的功能基因組學方面開展了大量研究工作，通過EST鑒定和分析以及cDNA芯片制備、雜交分析等，鑒定了和油菜種子發(fā)育以及脂肪酸代謝相關或參與其調控的基因，并開展了轉基因工作，構建油菜突變群體獲得了含油量及油份組成改變的突變株系，為生物柴油研究及進一步的育種提供新的基因和種子資源。陳錦清率領的14人研究小組正在開展如何通過轉基因技術提高油菜中的油脂含量的研究。在我國長江流域，油菜含油量基本在37%至43%之間徘徊，而陳錦清研究小組利用堵住光合產物向蛋白質、淀粉等其他代謝途徑的分配，使更多的底物(即生物合成各種成分的原材料)用于油脂合成，提高油脂含量，以及防止裂角、延長油脂合成時間來提升油脂含量的研究思路，培育出的第二代轉基因油菜“超油2號”，含油量達到54.8%。
3.在我國發(fā)展能源農業(yè)的意義
大自然通過光合作用每年產生大量生物質，但是目前世界上生物質的利用率還不到7%。要真正取代化石能源還需要改進技術，降低生產成本，大力發(fā)展能源農業(yè)。生物質液化燃料對于歐洲許多國家來說，限于國土面積的狹小，發(fā)展的余地有限。而對于中國這樣幅員遼闊的大國來說，只要充分利用現(xiàn)有農林業(yè)用地和宜耕土地后備資源，合理開發(fā)宜林荒山荒地和易改造的鹽堿化耕地，就有發(fā)展能源農業(yè)的廣闊前景。
以能源農業(yè)和能源林業(yè)為基礎的生物燃油產業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，不僅可以解決我國化石能源匱乏這一制約我國經濟發(fā)展的瓶頸難題，還可以產生良好的生態(tài)效應。如可以有效地綠化荒山荒地，減輕土壤侵蝕和水土流失，促進生態(tài)良性循環(huán)。此外，與化石燃料相比，生物燃油的使用很少產生二氧化硫等大氣污染物。同時，由于生物質對二氧化碳的吸收和排放在自然界形成碳循環(huán)，其能源利用導致的二氧化碳排放量遠低于常規(guī)能源。大量使用生物燃油對我國未來的二氧化碳減排有著突出的意義。到2050年生物燃油開發(fā)量如果能達到1.05億噸，則可綠化約3000萬公頃荒山荒地，減排約3.1億噸二氧化碳。同時，大力發(fā)展能源農業(yè)還可以為我國農業(yè)生產開辟一條新的發(fā)展思路，成為促進農業(yè)生產、農民增收的新亮點。如能夠抓住這個契機，提出能源農業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，并把它發(fā)展成為一個大產業(yè)，就有可能使我國從一個農業(yè)大國轉化為能源大國。這一美好前景就在我們面前。
