生物燃料与食物、能源和环境的关系

-18-生物燃料与食物、能源和环境的关系DavidTilmanRobertSocolowJonathanA近期，有关能源的替代品——生物燃料引起了广泛的争论。目前，我们正在寻找能够解决能源、环境和食物危机的办法，当生物燃料被正确使用时，社会不能忽视其带来的积极作用，如减少温室气体排放，产生环境和社会效益。当然，社会也不能接受生物燃料所带来的负面影响。生物燃料可由很多原料制成。需要说明的是，这些原料必须对人类食品供给不构成威胁，并且制成的生物燃料比传统化石燃料排放的温室气体少，这些原料主要有：1长期生长在废弃土地上的植物一般来说，这种废弃土地上不适合农作物生长，用这种土地种植制造生物燃料的植物时，对食品供给的威胁很小。在废弃土地上种植这种作物，可以直接或间接地减少由于种植生物燃料作物而开垦的土地量，避免生物多样性损失。而且，如果管理得当的话，采用废弃土地种植生物燃料作物还能够增加野生动物的栖息地，改善水环境质量，增加土壤碳储量。碳捕获的关键技术最初是利用那些碳储量很少的土壤，主要是因为这种土壤能够种植作物，产生大量的生物量。通过对全球废弃土地的初步分析显示，它们生产的生物燃料作物能够满足目前世界上对液体运输燃料的需求。2作物残株玉米秸秆，稻草和小麦秸秆中含有丰富的碳、氮、磷元素，对土壤肥力和碳储量保持非常重要，防止土壤受到侵蚀。近期研究表明，将这些作物残株留在农田里对农民非常有益。然而，即使保守地使用这些作物残株，生产出的生物燃料也与废弃土地上长期生产的生物量差不多。3林业废料另外一个充足的原料来源是林木修剪产生的废料，包括枝干，也就是没有树叶和针叶的树枝。在树木砍伐与造纸时，这些枝干常常作为无用的废品丢弃。林木修剪能够预防火灾，并且可以让林木按照要求更快地生长。42期作物与混合种植方式2期作物方式是指中耕作物与生物燃料作物轮种，一般来说，中耕作物春季播种，夏季生长，在春季播种前可以收获生物燃料作物。这是一种典型的生物原料种植方式，这种方法不会影响农业生产，也不会影响土壤肥力。混合种植方式是指农作物与生物燃料作物同时种植生长。5市政工业废弃物市政工业废弃物含有丰富的有机物，如纸、硬纸板、庭院落叶、塑料等，这些都可以转化为液体燃料。在未来几十年内，随着全球人口增长，生活水平提高，交通运输量增长，食物的需求量也将不断增加，温室气体减排的要求更为紧迫。不过，如果利用上述5种生物原料制造生物燃料，将满足未来运输系统对能源的大量需求，大幅度降低化石燃料的需求量，提高使用效率，并且提高现有农业用地的生产力。然而，生物燃料的迅速发展也有一些不利因素。有时，种植生物燃料最大的好处就是净化土壤，培育本土生态系统，使土地成为雨林和草原。不过，在几十年到一百年之间，生物量燃烧、分解和腐殖质氧化所产生的二氧化碳将会抵消生物燃料在温室气体减排方面的效益。另外，如果将现有土地用来种植生物燃料作物，将产生不利的影响。例如，将原来种植农作物的土地改种生物燃料作物，农民将会在其他地方寻找土地进行开垦，种植农作物，以满足对农产品的需求。这种土地利用的变化将额外增加温室气体排放、生物多样性缺失和食品价格上涨。优化配置农业结构和土地利用，以满足全球对食物和生物燃料的双重需求，这就需要政策和科技的快速进步。好的政策将促使生物燃料产品产生巨大效益，如获得能源、减少温室气体排放、保护生物多样性、维持食品安全。近期，美国在生物燃料使用方面的立法取得进步，明确了某些生物燃料对于温室气体减排可达到的效益。尤其是2007年《美国能源独立和安全法》的宣布：规定纤维生物燃料在生产和使用过程中产生-19-的温室气体必须比化石燃料减少60%以上。生物燃料工业正在快速发展，在目前可持续发展和维持能源安全的背景下，政府应当制定政策，以积极有力地支持生物燃料工业。生物燃料作为化石燃料的替代品，能够维持能源安全，促进温室气体减排，维持生物多样性，确保食品供给。具有执行率的政策在推进生物燃料方面能够起到很好的激励作用，而有些立法仅考虑了生物燃料的重要意义，不能促进生物燃料工业的真正发展。好的政策必须直接解决关键性的问题：如土地农产品的产出效率，农业灌溉需水效率，农业温室气体的减排，避免土地开垦造成的生物栖息地减少等。最近，在美国，有关生物燃料政策的会谈尚未形成统一的意见，观点越来越两级分化，看来政策的影响大于科学本身。对于在生物燃料方面取得的科技成果，政府应当给于奖励，采纳基于科学的环境防护措施，发展大规模的生物燃料工业，对第1代生物燃料工厂的投资方给于实际性的奖励。作为政策的支撑，必须制定严格的核算制度，计算生物燃料对全球食品系统的供给、温室气体的减排、土壤肥力、水环境质量、大气环境质量和生物多样性的影响。核算制度应当考虑生物燃料的整个生命周期，包括生产、运输和使用。在未来几十年内，除非应用新科技或者改变全球生活方式，否则，在全球能源消费和食品需求快速增长的背景下，如果继续使用化石燃料，开垦新的土地，增加家畜饲养量，将导致温室气体排放量提升，生物栖息地减少和气候变化，对生物多样性造成极大的破坏，人类的生活质量也会受到影响。未来几十年，关键问题是解决环境影响、生物燃料的潜在效益与全球食品需求、能源需求的关系。这是一个复杂的问题，需要环境专家，经济学家、科技人员、农业团体、相关市民和政府的联合解决。熊丽君译自Beneficialbiofuels:thefood,energyandenvironmenttrilenma.《Science》,2009,July17:270~271.颗粒物暴露可能诱发基因变异研究发现，如果工人长时间暴露于铸造车间内的空气颗粒物中，可能会诱发“氧化应激”现象，同时体内会出现DNA低甲基化现象。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分子产生过多,氧化程度超出氧化物的清除能力，氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组织损伤。细胞学研究发现“氧化应激”现象还可能通过基因重组来实现DNA的低甲基化状态。本研究成果第1次证明了：空气颗粒物诱发的低甲基化在人体的基因中广泛存在，并以一定的顺序重复排列。可诱导型一氧化氮合酶的低甲基化现象可能是产生“氧化应激”和发炎症状的潜在机理之一。目前，科学家还发现大气污染暴露也会导致DNA低甲基化的重复排列。个体基因特征在暴露和变异过程中扮演了重要的角色,个体基因可能成为是否发展为疾病的决定因素。综合考虑，有关空气污染的影响应该与先前的发病事件相联系。先前的研究可能更致力于如何干预其负面影响，促进其可逆变化，延缓其变化过程。如今，我们希望通过研发一种新型的模型，可以表征对于大气颗粒物的人体暴露机理。李青青译自EnvironmentalParticulateMatterandGeneticAlterations.《EnvironmentalHealthPerspectives》,2009，Augest:340~A341.