综述：欧洲可持续能源中的生物质作物：对生物能源、环境与能源安全的贡献

本综述系统阐述了欧洲生物质作物在可持续能源生产中的关键作用，重点探讨了芒草（Miscanthus）、巨型芦苇（Arundo donax）和柳枝稷（switchgrass）等多年生作物通过利用边际土地、增强碳汇（CO2固定）和耐受非生物胁迫（如干旱、重金属污染）的特性，推动生物能源（如生物乙醇、沼气）生产与气候减缓和能源安全的协同发展。文章深入分析了作物耐受机制（如渗透调节、抗氧化酶SOD/CAT）、欧盟政策框架（如RED III、CAP）及生物经济转型路径，为可再生能源战略提供了科学依据。

　　

引言

全球人口增长与能源过度消耗已引发严重的能源危机和气候变化问题。为应对这一挑战，可再生能源的开发利用成为关键策略。生物质作物因其能够利用边际土地生产生物能源、减少温室气体排放并增强碳汇能力，在欧洲能源转型战略中占据核心地位。欧盟政策明确强调可再生能源的重要性，将生物质作物定位为实现能源与环境可持续性目标的焦点。

生物质作物类型及其特性

芒草与巨型芦苇

芒草（Miscanthus× giganteus）原产于亚洲，是一种高大的C₄多年生作物，具有高生物量产量和低投入需求的特点。其二氧化碳固定能力有助于欧盟实现气候目标（如2030年温室气体减排40%）。巨型芦苇（Arundo donaxL.）则是一种非木材多年生作物，能在干旱、盐碱和重金属污染土壤中生长，还具有植物修复功能，可吸收土壤中的重金属污染物。这两种作物在温带边际土地上表现出卓越的光合作用效率和抗逆性。

柳枝稷

柳枝稷（Panicum virgatumL.）是北美本土的C₄多年生草种，适应性强，可在寒冷、炎热和湿润环境中生长。其高生物量产量和低环境影响使其成为生物质燃料、纤维和热电生产的理想原料。此外，柳枝稷还能通过富集锌、镉、铬等重金属参与污染土壤的修复。

工业大麻

工业大麻（Cannabis sativaL.）是一种生长迅速的草本植物，其纤维可用于纺织、造纸和生物复合材料制造。大麻对重金属（如铬、铅、镍）具有高富集能力，且能在低投入条件下实现可持续生物质生产，符合欧洲生物经济战略方向。

竹子与杨树

竹子（Bambusa arundinacea）以其快速生长和高生物量产量成为欧洲生物能源生产的新兴作物，其木质部可用于发电和热力供应。杨树（Populusspp.）则通过短轮伐期（SRC）种植模式提供木质纤维素原料，用于生物精炼和碳封存，同时具备植物修复潜力。

甘蔗与荨麻

甘蔗（Saccharumspp.）是热带地区重要的生物乙醇原料，其纤维部分可用于第二代乙醇生产。荨麻（Urtica dioicaL.）则是一种多年生草本植物，能在氮富集和重金属污染环境中生长，其茎秆可作为生物乙醇的补充原料。

生物质作物在生物能源生产中的作用

欧洲已识别26种适用于温带和地中海气候的生物质作物，包括固体生物燃料作物（如芒草、柳枝稷）、淀粉作物和油料作物。欧盟计划到2030年每年生产10亿吨木质纤维素生物质，以支持可再生能源目标（如RED III要求的运输部门可再生能源占比10%）。多年生作物如芒草和巨型芦苇在南欧地区表现出最高生物量潜力（如意大利巨型芦苇产量达21–51 t ha^?1），而柳枝稷和中欧地区的荨麻则为生物乙醇和沼气生产提供多样化原料。

环境可持续性与气候减缓

生物质作物通过碳封存、土壤质量改善和水资源管理贡献于环境可持续性。例如，芒草种植可增加土壤有机碳储量（每年1.2吨/公顷），而巨型芦苇的植物修复功能可减少重金属污染风险。然而， monoculture种植可能降低生物多样性（如鸟类巢穴减少15%），需通过混合种植和生态管理平衡生产与生态效益。这些作用直接支持联合国可持续发展目标（SDG），包括SDG 7（可负担清洁能源）、SDG 13（气候行动）和SDG 15（陆地生物）。

能源安全与可再生热能生产

生物质作物在 rural 地区能源自主中发挥关键作用，通过生物质颗粒、区域供热（BDH）和沼气技术减少对化石燃料的依赖。欧盟的“20-20-20”气候能源包要求温室气体减排20%、可再生能源占比20%，生物质作物为实现这些目标提供了技术路径。例如，克罗地亚的柳树短轮伐期项目通过碳税补贴降低生产成本18%，而地中海地区的巨型芦苇种植则需注意农村就业和社会经济平衡。

挑战与未来展望

尽管生物质作物前景广阔，但其发展仍面临政策壁垒（如CAP对边际土地使用的限制）、资金分配不均（72%资金流向藻类和森林生物质）以及生态风险（如入侵性物种问题）。未来需通过多学科研究（如组学技术分析胁迫响应基因SaNRT2.5）、基因编辑（如CRISPR增强ZmNF-YA1转录因子耐热性）和政策整合（如CAP生态计划与生物质认证结合）推动可持续发展。新型技术如生物质碳捕集与封存（BECCS）和酶催化转化将进一步提升生物能源效率。

结论

生物质作物是欧洲能源转型的核心要素，其多功能性（能源生产、环境修复、碳汇）与耐受性（干旱、盐碱、重金属）为生物经济提供了坚实基础。通过优化作物品种、政策支持和技术创新，生物质作物将在实现欧盟2050年气候中和目标中发挥不可替代的作用。