林學

可再生生物質資源——木質素的研究

李忠正

摘要：木質素是植物纖維中豐富的芳香族可再生資源。有效利用這些資源是人類長期以來的愿望。（1）木質素的發現。1830年Anselmen Peyen（法國）發現木材是由纖維素和另外一種鑲嵌于纖維素之間的物質組成的。1857年Schulze F 將其命名為“木質素（Lignin）”。1874年，Tiemann F 等從木材中分離出松柏苷和松柏醇，證明木材中存在芳香族化合物。1890年Bamberger 等發現木材中有甲氧基，指出甲氧基是木質素表征性官能團。（2）木質素化學研究體系的形成。隨著木質素化學分解方法研究的深入，學者們提出了木質素醇解和酸解、二氧六環-水水解、硫代醋酸解，特別是木質素堿性硝基苯氧化和高錳酸鉀氧化法等。木質素生物合成研究、木質素模型物研究，以及光譜、色譜、核磁等分析技術在木質素化學研究中廣泛應用等一系列成果，形成了木質素化學研究體系。人們對木質素化學結構的認識俞加深刻。20 世紀70—80年代木質素研究蓬勃發展，確定了裸子植物、被子植物、禾草類植物木質素的不同結構；并得出木質素結構單元間的各種連接鍵型。（3）木質素研究的進展。20 世紀80年代后，人們基本了解了木質素分子結構與木質素在各種制漿和漂白方法中的反應機理，并有少量木質素應用。木質素研究進展主要為：①木質素結構研究的現代分析儀器得到了廣泛應用；②搞清了木質素在植物中的生物合成路線，轉基因樹木的化學成分控制，以及生物酶解機理；③了解了木質素與碳水化合物（LCC）之間的連接和對制漿、漂白的影響；④研究木質素分子聚集態結構；⑤改進木質素分離方法，使分離木質素得率提高、變性少；⑥木質素資源化利用有了一定進展。主要成果有：提高木質素表面活性；木質素基樹脂的合成；木質素降解物作為合成化工基石或燃料。此外，利用木質素的緩釋性、螯合性，在農業方面用于復合肥料和微量元素肥料也有很大進步。但由于木質素結構的差異性及其不均一性，人類仍未完全掌握其奧秘和規律。（4）木質素研究的特點和難點。木質素化學結構研究不能采用其他天然高分子物，如纖維素、蛋白質等常用的水解法，需要“非常規法”。探索新的研究方法和手段仍是木質素研究的關鍵。植物中天然木質素與半纖維素和纖維素伴生，活性強。人們很難從植物中分離出原生木質素。工業木質素研究同樣也存在木質素分離難的問題，研究經濟又無二次污染的分離純化方法是工業木質素利用的重要課題。另外，工業木質素來源多樣，使其性能穩定性差。用木質素模型物是木質素研究手段的特征。在木質素化學反應機理等研究中，常使用結構相近的模型物使復雜結構簡化。但模型物為低分子，且反應為均相。因而不能判斷反應難易程度和反應速度。木質素大分子三維結構復雜，且其中活性基團含量相對較少，化學反應主要發生在大分子表面，使木質素的反應性差；同時，木質素分子質量的多分散性造成反應不均一性。（5）木質素研究的趨勢。進一步搞清楚木質素聚集態結構。研究在各種狀態下的超分子結構狀況，建立有效的測定方法，研究破壞超分子結構的手段和條件等；進一步搞清木質素結構與其物化性能的“構效”關系，建立目標產物分子設計理論依據；研究木質素結構精確、簡便的分析手段；研究提高工業木質素反應性能的經濟有效活化方法及其理論；研發木質素基產物制備技術等仍是研究的重點。

來源出版物：南京林業大學學報（自然科學版）， 2012， 36(1)： 1-7

入選年份：2017

上海崇明縣濕地生態系統服務功能價值評價

曹瑩，湯臣棟，馬強，等

摘要：目的：崇明縣擁有長江口規模最大、發育最完善的河口型潮汐灘涂濕地，是上海市自然濕地保存最好、生物多樣性最豐富的地區。近年來，由于氣候變化、區域經濟的快速發展、人工圍墾以及外來物種入侵等人類活動與自然因素的干擾，導致生態系統服務功能退化，使濕地生態系統景觀破碎化，生物多樣性發生改變，對當地居民的生活環境與質量產生了較大影響。對崇明縣濕地生態系統服務功能價值進行核算，一方面為濕地生態系統生態價值核算提供參考依據，另一方面可以為崇明縣濕地保護、恢復與可持續發展提供指導。方法：基于上海市第2 次（2011—2013年）濕地資源調查數據，將崇明縣濕地劃分為近海與海岸濕地、沼澤濕地、人工濕地3 類，淤泥質海岸、潮間鹽水沼澤、河口水域、沙洲沙島、草本沼澤、森林沼澤、庫塘、運河輸水河、水產養殖場、稻田10 種類型。根據《千年生態系統評估》，結合崇明縣實際，將崇明縣濕地生態系統服務功能分為支持服務、供給服務、調節服務和文化服務4 大類，下分水產品、原材料、食物、供水、電力供給、調蓄水源、氣候調節、水質凈化、促淤造陸、消浪護岸、生物多樣性維持、旅游、科教13 項，并估算了崇明縣濕地的價值。結果：崇明縣濕地生態系統服務功能總價值為124.13億元。各濕地型服務功能價值排序：河口水域＞水產養殖場＞稻田＞潮間鹽水沼澤＞淤泥質海岸＞庫塘＞草本沼澤＞沙洲沙島＞運河輸水河＞森林沼澤，近海與海岸濕地生態系統服務功能價值最大為51.53 億元，占崇明縣濕地生態系統服務總價值的33.46%；其次為人工濕地和沼澤濕地，其服務功能價值分別為24.74 億元與2.61億元，占崇明縣濕地生態系統服務功能總價值的19.93%與2.11%。不同類型服務功能價值大小順序為：生物多樣性維持＞調蓄水源＞水產品＞旅游＞氣候調節＞食物＞水質凈化＞電力供給＞消浪護岸＞促淤造陸＞科教＞原材料＞供水，崇明縣濕地生態系統的調節服務價值最大為48.25 億元，占總價值的38.87%；其次是支持服務價值為43.81 億元，占總價值的35.29%；供給服務為22.5 億元，占總價值的18.18%；文化服務價值最小為9.50 億元，占總價值的7.65%。結論：崇明縣濕地生態系統的調節服務價值最大，其中稻田生態系統的調節服務價值為10.97 億元，僅次于河口水域生態系統的調節服務價值，并占調節服務總價值的22.36%，結果表明，稻田生態系統不僅具有食物供給功能，同時在氣候調節、調蓄水源、水質凈化等方面產生顯著生態效益。支持服務價值次之，主要為體現在上海崇明東灘鳥類國家級自然保護區，因此，加強以鳥類為主的濕地生物多樣性保護可以提高該縣濕地的支持服務價值。調節服務和支持服務是崇明縣濕地生態系統的主導服務功能，因此，在堅持優先保護的原則下，合理高效利用濕地資源，可提高該縣濕地服務總價值量。

來源出版物：南京林業大學學報（自然科學版）， 2017， 41(1)： 28-34

入選年份：2017