可再生生物質(zhì)資源——木質(zhì)素的研究

李忠正

摘要：木質(zhì)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(zhǎng)期以來的愿望。（1）木質(zhì)素的發(fā)現(xiàn)。1830年Anselmen Peyen（法國(guó)）發(fā)現(xiàn)木材是由纖維素和另外一種鑲嵌于纖維素之間的物質(zhì)組成的。1857年Schulze F 將其命名為“木質(zhì)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(fā)現(xiàn)木材中有甲氧基，指出甲氧基是木質(zhì)素表征性官能團(tuán)。（2）木質(zhì)素化學(xué)研究體系的形成。隨著木質(zhì)素化學(xué)分解方法研究的深入，學(xué)者們提出了木質(zhì)素醇解和酸解、二氧六環(huán)-水水解、硫代醋酸解，特別是木質(zhì)素堿性硝基苯氧化和高錳酸鉀氧化法等。木質(zhì)素生物合成研究、木質(zhì)素模型物研究，以及光譜、色譜、核磁等分析技術(shù)在木質(zhì)素化學(xué)研究中廣泛應(yīng)用等一系列成果，形成了木質(zhì)素化學(xué)研究體系。人們對(duì)木質(zhì)素化學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)俞加深刻。20 世紀(jì)70—80年代木質(zhì)素研究蓬勃發(fā)展，確定了裸子植物、被子植物、禾草類植物木質(zhì)素的不同結(jié)構(gòu)；并得出木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元間的各種連接鍵型。（3）木質(zhì)素研究的進(jìn)展。20 世紀(jì)80年代后，人們基本了解了木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)與木質(zhì)素在各種制漿和漂白方法中的反應(yīng)機(jī)理，并有少量木質(zhì)素應(yīng)用。木質(zhì)素研究進(jìn)展主要為：①木質(zhì)素結(jié)構(gòu)研究的現(xiàn)代分析儀器得到了廣泛應(yīng)用；②搞清了木質(zhì)素在植物中的生物合成路線，轉(zhuǎn)基因樹木的化學(xué)成分控制，以及生物酶解機(jī)理；③了解了木質(zhì)素與碳水化合物（LCC）之間的連接和對(duì)制漿、漂白的影響；④研究木質(zhì)素分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)；⑤改進(jìn)木質(zhì)素分離方法，使分離木質(zhì)素得率提高、變性少；⑥木質(zhì)素資源化利用有了一定進(jìn)展。主要成果有：提高木質(zhì)素表面活性；木質(zhì)素基樹脂的合成；木質(zhì)素降解物作為合成化工基石或燃料。此外，利用木質(zhì)素的緩釋性、螯合性，在農(nóng)業(yè)方面用于復(fù)合肥料和微量元素肥料也有很大進(jìn)步。但由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的差異性及其不均一性，人類仍未完全掌握其奧秘和規(guī)律。（4）木質(zhì)素研究的特點(diǎn)和難點(diǎn)。木質(zhì)素化學(xué)結(jié)構(gòu)研究不能采用其他天然高分子物，如纖維素、蛋白質(zhì)等常用的水解法，需要“非常規(guī)法”。探索新的研究方法和手段仍是木質(zhì)素研究的關(guān)鍵。植物中天然木質(zhì)素與半纖維素和纖維素伴生，活性強(qiáng)。人們很難從植物中分離出原生木質(zhì)素。工業(yè)木質(zhì)素研究同樣也存在木質(zhì)素分離難的問題，研究經(jīng)濟(jì)又無二次污染的分離純化方法是工業(yè)木質(zhì)素利用的重要課題。另外，工業(yè)木質(zhì)素來源多樣，使其性能穩(wěn)定性差。用木質(zhì)素模型物是木質(zhì)素研究手段的特征。在木質(zhì)素化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等研究中，常使用結(jié)構(gòu)相近的模型物使復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。但模型物為低分子，且反應(yīng)為均相。因而不能判斷反應(yīng)難易程度和反應(yīng)速度。木質(zhì)素大分子三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其中活性基團(tuán)含量相對(duì)較少，化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在大分子表面，使木質(zhì)素的反應(yīng)性差；同時(shí)，木質(zhì)素分子質(zhì)量的多分散性造成反應(yīng)不均一性。（5）木質(zhì)素研究的趨勢(shì)。進(jìn)一步搞清楚木質(zhì)素聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。研究在各種狀態(tài)下的超分子結(jié)構(gòu)狀況，建立有效的測(cè)定方法，研究破壞超分子結(jié)構(gòu)的手段和條件等；進(jìn)一步搞清木質(zhì)素結(jié)構(gòu)與其物化性能的“構(gòu)效”關(guān)系，建立目標(biāo)產(chǎn)物分子設(shè)計(jì)理論依據(jù)；研究木質(zhì)素結(jié)構(gòu)精確、簡(jiǎn)便的分析手段；研究提高工業(yè)木質(zhì)素反應(yīng)性能的經(jīng)濟(jì)有效活化方法及其理論；研發(fā)木質(zhì)素基產(chǎn)物制備技術(shù)等仍是研究的重點(diǎn)。

來源出版物：南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2012， 36(1)： 1-7

入選年份：2017

上海崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)價(jià)

曹瑩，湯臣棟，馬強(qiáng)，等

摘要：目的：崇明縣擁有長(zhǎng)江口規(guī)模最大、發(fā)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(qū)。近年來，由于氣候變化、區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人工圍墾以及外來物種入侵等人類活動(dòng)與自然因素的干擾，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化，使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)景觀破碎化，生物多樣性發(fā)生改變，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境與質(zhì)量產(chǎn)生了較大影響。對(duì)崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行核算，一方面為濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價(jià)值核算提供參考依據(jù)，另一方面可以為崇明縣濕地保護(hù)、恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。方法：基于上海市第2 次（2011—2013年）濕地資源調(diào)查數(shù)據(jù)，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(zhì)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(yùn)河輸水河、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)、稻田10 種類型。根據(jù)《千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估》，結(jié)合崇明縣實(shí)際，將崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)4 大類，下分水產(chǎn)品、原材料、食物、供水、電力供給、調(diào)蓄水源、氣候調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化、促淤造陸、消浪護(hù)岸、生物多樣性維持、旅游、科教13 項(xiàng)，并估算了崇明縣濕地的價(jià)值。結(jié)果：崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值為124.13億元。各濕地型服務(wù)功能價(jià)值排序：河口水域＞水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)＞稻田＞潮間鹽水沼澤＞淤泥質(zhì)海岸＞庫塘＞草本沼澤＞沙洲沙島＞運(yùn)河輸水河＞森林沼澤，近海與海岸濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值最大為51.53 億元，占崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的33.46%；其次為人工濕地和沼澤濕地，其服務(wù)功能價(jià)值分別為24.74 億元與2.61億元，占崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的19.93%與2.11%。不同類型服務(wù)功能價(jià)值大小順序?yàn)椋荷锒鄻有跃S持＞調(diào)蓄水源＞水產(chǎn)品＞旅游＞氣候調(diào)節(jié)＞食物＞水質(zhì)凈化＞電力供給＞消浪護(hù)岸＞促淤造陸＞科教＞原材料＞供水，崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最大為48.25 億元，占總價(jià)值的38.87%；其次是支持服務(wù)價(jià)值為43.81 億元，占總價(jià)值的35.29%；供給服務(wù)為22.5 億元，占總價(jià)值的18.18%；文化服務(wù)價(jià)值最小為9.50 億元，占總價(jià)值的7.65%。結(jié)論：崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最大，其中稻田生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值為10.97 億元，僅次于河口水域生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值，并占調(diào)節(jié)服務(wù)總價(jià)值的22.36%，結(jié)果表明，稻田生態(tài)系統(tǒng)不僅具有食物供給功能，同時(shí)在氣候調(diào)節(jié)、調(diào)蓄水源、水質(zhì)凈化等方面產(chǎn)生顯著生態(tài)效益。支持服務(wù)價(jià)值次之，主要為體現(xiàn)在上海崇明東灘鳥類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，因此，加強(qiáng)以鳥類為主的濕地生物多樣性保護(hù)可以提高該縣濕地的支持服務(wù)價(jià)值。調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)是崇明縣濕地生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)服務(wù)功能，因此，在堅(jiān)持優(yōu)先保護(hù)的原則下，合理高效利用濕地資源，可提高該縣濕地服務(wù)總價(jià)值量。

來源出版物：南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2017， 41(1)： 28-34

入選年份：2017