劉 鋼，王金秋 ，楊仕亮

(1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210098；2.河海大學管理科學研究所，江蘇南京 210098； 3.河海大學沿海開發(fā)與保護協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210098)

伴隨全球氣候變化與人類高強度活動的雙重疊加影響，水、能源、糧食等資源供需沖突日益嚴峻，已成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題?！?018年世界水資源開發(fā)報告》顯示，由于人口增長、經(jīng)濟發(fā)展和消費方式的轉(zhuǎn)變等，全球用水需求正以每年1%的速度增長，對用水需求增長貢獻率最大的因素是農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水行為[1]。盡管農(nóng)業(yè)用水激增，饑餓人口卻有增無減。《2018年世界糧食安全和營養(yǎng)狀況》顯示，全球饑餓人口數(shù)量從2016年的8.15億人上升到2017年的8.21億人[2]。與此同時，隨著工業(yè)用水的大幅增加，2017年全球能源需求比去年增長2.2%，化石能源匱乏與能源需求激增之間的供需沖突日益加劇[3]。2011年的德國波恩會議首次提出了水-能源-糧食安全紐帶關(guān)系概念[4]，多維承載要素的協(xié)同優(yōu)化管理理念開始引起全球的廣泛關(guān)注。

中國作為世界人口第一大國與最大的發(fā)展中國家，龐大的人口規(guī)模與高速的經(jīng)濟社會發(fā)展導致了極為顯著的水、能源、土地等原生資源供需沖突，嚴重威脅國家的水安全、能源安全、糧食安全，其中，國家能源安全更是面臨嚴峻挑戰(zhàn)?！?017年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》指出，中國全年天然氣消費量同比增長17.0%，出現(xiàn)了階段性、區(qū)域性的“氣荒”問題[5]。一次能源資源短缺已成為制約我國能源安全的戰(zhàn)略風險要素，如何解決能源資源的科學布局問題已上升為國家安全問題。生物質(zhì)能通過優(yōu)化利用水土資源[6]，逐漸成為能源供給結(jié)構(gòu)的有益補充和推動能源生產(chǎn)消費革命的重要力量，一個基于碳素循環(huán)利用的綠色經(jīng)濟模式正在建立[7]。然而，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展涉及水資源、能源、糧食資源的匹配關(guān)系，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在三方面難題：一是生物質(zhì)能作物種植需要占用大量的水資源和土資源，在落實最嚴格水資源管理的同時，易與區(qū)域水土資源稟賦產(chǎn)生沖突；二是生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)布局容易出現(xiàn)“能糧爭水、能人爭糧”問題；三是生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略受國家能源需求結(jié)構(gòu)變化影響顯著。

面對我國高質(zhì)量發(fā)展目標，如何在生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)開發(fā)中優(yōu)化重點研發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，合理有序發(fā)展我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)，已成為促進我國低碳發(fā)展，破解典型區(qū)域水、能源、糧食供需沖突的破局之道，更是進一步保障國家能源安全、糧食安全、水安全、國家安全的有效抓手。

一、研究方法

1. 分析工具確定

20世紀中期，普賴斯等[8]提出使用引文網(wǎng)絡(luò)來研究科學發(fā)展。2003年，在美國國家科學院組織的“知識圖譜測繪”研討會上，知識圖譜作為一個新發(fā)展的跨學科科學領(lǐng)域被提出。2005年，大連理工大學學者劉則淵將這一概念引入國內(nèi)并命名為“科學知識圖譜”[9]。目前，常用的知識圖譜分析工具多樣，尤以CiteSpace應用更為廣泛，主要用于分析某一領(lǐng)域科學文獻的發(fā)展趨勢和演化路徑[10]。

筆者以共被引分析為基礎(chǔ)，利用CiteSpace進行生物質(zhì)能研究的可視化分析，討論生物質(zhì)能研究的區(qū)域分布、理論進展和研究趨勢。梅亮等以共被引分析為基礎(chǔ)，采用CiteSpace進行創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)理論研究的可視化分析[11]；王亞華等采用CiteSpace深入分析國內(nèi)外水權(quán)市場的研究進展[12]；吳方等對碳排放權(quán)的文獻基礎(chǔ)與國際發(fā)展態(tài)勢進行可視化研究[13]；侯海燕等對山東省生物技術(shù)領(lǐng)域的科學文獻進行分析和可視化展示[14]?？茖W知識圖譜既可以顯示研究對象的區(qū)域和學科分布，又能展現(xiàn)研究演變過程、研究熱點和研究趨勢，已經(jīng)被廣泛用于社會學、管理學和生態(tài)學等不同領(lǐng)域。

2.數(shù)據(jù)來源與檢索規(guī)則

采用的數(shù)據(jù)來源于Web of Science數(shù)據(jù)庫。限定“主題 = bioenergy”“文獻類型 = Article”“時間跨度 = 1996—2018” “數(shù)據(jù)庫 = Web of Science核心合集”，共檢索到11 450篇文獻，在進行數(shù)據(jù)除重操作后共剩11 392篇，有效引文數(shù)量為319 698篇。根據(jù)CiteSpace要求，導出全部文獻及其參考文獻作為研究的數(shù)據(jù)池，并以1—2年為時間片段，對數(shù)據(jù)池中所有文獻進行國別、研究機構(gòu)共線分析，對參考文獻的主題、摘要、關(guān)鍵詞等分別選定，進行共被引分析。

二、生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

1.全球生物質(zhì)能科研歷程

為了比較不同國家生物質(zhì)能實踐發(fā)展與科研進展的關(guān)系，更清晰地了解各個國家生物質(zhì)能的發(fā)展進程，利用CiteSpace對國際文獻的研究進行國別和機構(gòu)的共線分析。

選擇“主題 = bioenergy”“文獻類型= Article”“時間跨度 = 1996—2018”“數(shù)據(jù)庫 = Web of Science 核心合集”“Note type = country”開始檢索。數(shù)據(jù)計算結(jié)束后提醒可視化，選擇“visualize”進行可視化，并選擇“主題 = bioenergy”“文獻類型= Article”“時間跨度 = 1996—2018”“數(shù)據(jù)庫 = Web of Science 核心合集”“Note type = institution”開始檢索。數(shù)據(jù)計算結(jié)束后提醒可視化，選擇“visualize”進行可視化，得到的網(wǎng)絡(luò)可視化結(jié)果如圖1所示。

圖1 全球生物質(zhì)能研究國別和機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析

從圖1可知，國際范圍內(nèi)對生物質(zhì)能研究文獻主要集中在北美、北歐等發(fā)達國家，其中，美國的科研機構(gòu)居多。全球生物質(zhì)能研究總量排名前10的國家累積發(fā)表相關(guān)文獻總量如表1所示。

表1 全球生物質(zhì)能研究文獻數(shù)量國別排名

從事生物質(zhì)能研究的國際學術(shù)機構(gòu)中，各研究機構(gòu)較為分散，合作不密切。研究文獻數(shù)量排名前10的研究機構(gòu)如表2所示，其中，專職科研機構(gòu)與高校之比約為1∶4。美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所的文獻研究數(shù)量為428篇，位居榜首；伊利諾伊大學是文獻研究數(shù)量最多的大學，共有248篇?？蒲袡C構(gòu)與高校的不同可以反映出國家對于生物質(zhì)能研究的戰(zhàn)略導向，科研機構(gòu)主要承接國家層面的重大科研項目；高校研究則更具自由性，主要承擔項目既包括國家重大科研項目，相對而言還更擅長于對接社會需求。

表2 全球生物質(zhì)能文獻數(shù)量研究機構(gòu)排名

生物質(zhì)能研究文獻的國別分布充分表明，在生物質(zhì)能資源問題的研究布局上，發(fā)達國家已經(jīng)占據(jù)戰(zhàn)略先導和科研先導地位。并且，從全球各國從事生物質(zhì)能研究的科研機構(gòu)與高校的占比情況來看，生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究是與實踐應用緊密結(jié)合的，“政產(chǎn)學研用”一體化研發(fā)更具成效。

2.全球生物質(zhì)能實踐歷程

20世紀70年代中期以來，包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源的開發(fā)引起了人們的重視，人類利用能源資源的方式也隨著經(jīng)濟發(fā)達程度而逐漸走上了以太陽能、生物質(zhì)能等為主導的新能源時代[15]。生物質(zhì)的形成主要依靠植物同化、固定太陽能和CO2[16]，生物質(zhì)能則是以生物質(zhì)為載體，將其加工轉(zhuǎn)化為電、熱、液、氣等不同的能源形式，從而提高熱能利用效率的糧食-能源-水資源利用方式[17]。

美國是世界上最大的生物質(zhì)能生產(chǎn)國。20世紀30年代，美國中西部就已開始探索生物質(zhì)能的生產(chǎn)；2005年，《可再生燃料標準》實施，規(guī)定美國所售運輸燃料必須摻混乙醇或其他生物燃料，促進了美國玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升了美國能源結(jié)構(gòu)多元化，推動了經(jīng)濟發(fā)展。在生物質(zhì)發(fā)電方面，1988年，丹麥建設(shè)了世界上第一座秸稈生物質(zhì)發(fā)電廠；2006年，歐盟加大對生物燃料作物種植的扶持力度，生物柴油發(fā)展處于世界領(lǐng)先地位，綜合來看，歐盟各生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展均走在世界前列；巴西擁有世界最低的生物燃料乙醇生產(chǎn)成本，是目前世界上唯一不供應純汽油的國家。

中國生物質(zhì)能發(fā)展利用途徑主要是沼氣、生物質(zhì)發(fā)電、生物液體燃料(生物燃料乙醇和生物柴油)和生物質(zhì)成型燃料[18]，具體來看：20世紀80年代開始，中國政府加大對沼氣建設(shè)的投資力度；2005年，國家發(fā)改委首次批復4個地區(qū)生物質(zhì)發(fā)電的示范項目；2006年，《可再生能源開發(fā)利用促進法》出臺，初步建立了以陳化糧玉米為原料的燃料乙醇工業(yè)和以廢棄油脂為原料的生物柴油工業(yè)；2019年1月1日起，我國全面供應符合第六階段強制性國家標準VIA車用汽油。從圖2可以看出，我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要以生物質(zhì)發(fā)電和沼氣利用為主，生物質(zhì)成型燃料與生物液體燃料利用還不夠成熟。近10年來，在國家和地方發(fā)改委等部門的推動下，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已取得較大的進步和發(fā)展，并開始探索新的生物質(zhì)能利用方向，如微藻制油[19]等。生物質(zhì)發(fā)電和液體燃料產(chǎn)業(yè)已形成一定規(guī)模，生物質(zhì)成型燃料、生物天然氣等產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)良好發(fā)展勢頭，2020年生物質(zhì)能年利用量可達到約5 800萬t標準煤[20]，基本實現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；?。

圖2 中國生物質(zhì)能利用情況(數(shù)據(jù)來源：2016國家能源局《生物質(zhì)能發(fā)展”十三五”規(guī)劃》)

綜上所述，各個國家生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開資源稟賦與政策扶持。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國從初期以生物質(zhì)發(fā)電和沼氣利用為突破口，到現(xiàn)在開始大力推動生物質(zhì)成型燃料和液體燃料的發(fā)展，已初步形成生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)格局。盡管實踐中新能源政策尚未完善、生物質(zhì)能市場尚未發(fā)育完成，但我國已開始探索生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的制度體系建設(shè)。

3.全球生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度分析

從國際生物質(zhì)能的科研歷程和實踐歷程可看出，生物質(zhì)能的科研發(fā)展與實踐發(fā)展在全球范圍內(nèi)還存在較大的不匹配。從圖3可看出，“科研強國”多為發(fā)達國家，而“實踐強國”中，發(fā)展中國家表現(xiàn)相對出色。

圖3 國際生物質(zhì)能“科研強國”與“實踐強國”對比

美國科研與實踐能力“雙強”，而且在排名前10的研究機構(gòu)中占據(jù)了8個席位，這首先得益于美國得天獨厚的農(nóng)業(yè)條件。美國土地、草原和森林資源的擁有量均位于世界前列，且平原土質(zhì)肥沃，占國土面積的55%，這有利于農(nóng)業(yè)的機械化和規(guī)?；l(fā)展。美國大部分地區(qū)雨量充沛而且分布均勻，水資源總量為29 702億m3，人均水資源量接近12 000 m3，是水資源較為豐富的國家之一。從2002年開始，美國農(nóng)業(yè)部頒布了一系列與生物能源計劃相關(guān)的政策與法規(guī)[21]，支持企業(yè)發(fā)展生物燃料，政府的一系列措施使得生物質(zhì)能在短短幾十年間發(fā)展迅速。另外，作為生物質(zhì)能發(fā)展的“實踐強國”，巴西擁有豐富的水資源，其境內(nèi)北部的亞馬遜河是世界上最長、最深、最寬的河流，且流量超過世界上排名其后的9條大河流量之和。此外，可耕地資源大、氣候特點優(yōu)良等獨特資源稟賦都為巴西生物質(zhì)能的發(fā)展提供了較低的生產(chǎn)成本，但這也導致當?shù)禺a(chǎn)生資源依賴、輕視研發(fā)投入，導致競爭力降低。從決策行為來看，這也是造成巴西等資源富集區(qū)域“資源詛咒”[22]的稟賦效應。同時，巴西科研條件落后、科研人才較少也是不爭的事實。

盡管我國生物質(zhì)能領(lǐng)域的探索起步較晚，但從國際生物質(zhì)能研究空間分布中可以看出，我國學者對這一問題的關(guān)注度越來越高，相關(guān)研究發(fā)表數(shù)量僅次于美國，已成為國際生物質(zhì)能研究中一支重要力量。值得注意的是，我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模與研究不相匹配，一方面說明我國自然資源的稀缺狀況，另一方面也說明我國的相關(guān)科研轉(zhuǎn)化能力較弱，需要強化生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的理論與實踐的結(jié)合。從我國的科研機構(gòu)看，中國科學院為唯一入選科研機構(gòu)，這表明政府對生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)研究較為重視，但是相關(guān)高校在生物質(zhì)能領(lǐng)域研究熱度較弱、市場對生物質(zhì)能的研究需求不強，由此說明我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)研發(fā)仍處于基礎(chǔ)研發(fā)階段。

三、生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵要素分析

1.國際生物質(zhì)能研究領(lǐng)域共詞分析

對文獻中關(guān)鍵詞的演變分析可以在一定程度上反映生物質(zhì)能的研究方向的變化。利用CiteSpace軟件對施引文獻的原始關(guān)鍵詞進行共詞分析，通過Timezone View的視圖方式展現(xiàn)了關(guān)鍵詞隨時間的變化趨勢(圖4)所示。

圖4 國際生物質(zhì)能研究文獻關(guān)鍵詞共線分析

早在1996年，“生物質(zhì)能”“生物質(zhì)”“生物燃料”“能源”等關(guān)鍵詞已成為熱門研究關(guān)鍵詞，“溫室氣體”“能源生產(chǎn)”等也得到了不少關(guān)注。2007—2010年，關(guān)鍵詞出現(xiàn)爆炸式增長，生物質(zhì)能成為全球熱門研究領(lǐng)域，“能源作物”“燃料乙醇”“生物柴油”等關(guān)鍵詞表明生物質(zhì)能在全球的發(fā)展和研究已初具規(guī)模。與此同時，“管理”“政策”“可持續(xù)”等也成為高頻關(guān)鍵詞，這與全球高度關(guān)注氣候變化和推動低碳經(jīng)濟有關(guān)。近幾年，新概念的出現(xiàn)讓人眼前一亮，尤其是2017—2018年開始出現(xiàn)“生態(tài)經(jīng)濟”“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”等與生態(tài)相關(guān)的新關(guān)鍵詞，這意味著對生物質(zhì)能的研究從早期單純關(guān)注生物質(zhì)來源、生物燃料等不同能源類型的生產(chǎn)到開始探索系統(tǒng)的生物質(zhì)能利用模式和政策，從單純關(guān)注對氣候變化、土地利用的影響開始向?qū)で笊鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值升高的方向發(fā)展。關(guān)鍵詞的變化可反映生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)演進的關(guān)鍵驅(qū)動要素：發(fā)展初期，關(guān)鍵詞多為“生物質(zhì)”“能源作物”等原料，說明生物質(zhì)能的發(fā)展主要是由資源投入要素和技術(shù)要素推動；發(fā)展中期，關(guān)鍵詞多為“管理”“政策”“可持續(xù)”，說明生物質(zhì)能的發(fā)展開始依靠相關(guān)管理要素、政策要素推動；發(fā)展至今，出現(xiàn)了“生態(tài)經(jīng)濟”“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”等關(guān)鍵詞，說明生物質(zhì)能的發(fā)展是由社會要素、生態(tài)環(huán)境要素推動。

為了對比同時期“水-能源-糧食紐帶關(guān)系”的研究進展，限定“主題 = water-energy-food” “文獻類型 = Article”“時間跨度 = 1996—2020”“數(shù)據(jù)庫= Web of Science核心合集”，共檢索到309篇文獻，數(shù)據(jù)除重后剩余305篇文獻，有效引文數(shù)量為14 137篇。導出全部文獻及其參考文獻作為研究的數(shù)據(jù)池，分析后發(fā)現(xiàn)最早的結(jié)果出現(xiàn)在2006年，得到的關(guān)鍵詞共詞分析結(jié)果見圖5。

圖5 國際水-能源-糧食研究文獻關(guān)鍵詞共線分析

對于水-能源-糧食紐帶關(guān)系，通過CiteSpace軟件對其關(guān)鍵詞進行分析可知，2006—2010年開始出現(xiàn)水-能源-糧食紐帶關(guān)系的研究，最核心的關(guān)鍵詞為“water-energy-food nexus”；2015年開始，關(guān)鍵詞開始出現(xiàn)井噴，“sustainable development(可持續(xù)發(fā)展)”“policy(政策)” “system(系統(tǒng))”“management(管理)”等多領(lǐng)域方法也開始出現(xiàn)，其中，“biofuel(生物燃料)”“energy(能源)”“security(安全)”等關(guān)鍵詞在研究早期就出現(xiàn)；2018年以后，出現(xiàn)了“energy food nexus(能源-糧食紐帶關(guān)系)”以及“greenhouse gas emission(溫室氣體排放)”“carbon(碳)”等關(guān)鍵詞，對于生物質(zhì)能的研究，也隨著水-能源-糧食紐帶關(guān)系的研究深入而逐漸進入復合系統(tǒng)下生物質(zhì)能與其他要素間動態(tài)關(guān)系的研究，而不是單一的對生物質(zhì)能本身的關(guān)注。

聚類視圖是對施引文獻的主題詞進行聚類(圖6)。分析模塊度和輪廓值指標可知，網(wǎng)絡(luò)的模塊度是0.848 3，該值較高意味著聚類可以清楚地界定生物質(zhì)能的各個子領(lǐng)域。聚類的規(guī)模越大，編號越小。平均輪廓值為0.242 9，相對較低，這主要是因為存在很多小聚類。聚類的區(qū)塊顏色表示該聚類中共被引關(guān)系第一次發(fā)生的年份，顏色越趨于黃色，越接近現(xiàn)在。因此可知，過去的研究多關(guān)注生物質(zhì)來源和發(fā)展生物質(zhì)能的利用方式，而現(xiàn)在更多地關(guān)注生物質(zhì)能對氣候變化的影響以及生物質(zhì)供應鏈的建立。

圖6 國際生物質(zhì)能施引文獻共被引網(wǎng)絡(luò)主題詞聚類

時區(qū)視圖可清晰地展現(xiàn)各個聚類(即子領(lǐng)域)發(fā)展演變的時間跨度和研究進程(圖7)。聚類分析施引文獻的主題詞可以看出，20世紀90年代初期開始，對聚類#bioenergy stratigies(生物質(zhì)能策略)的研究開始萌芽；1992年以后，聚類#bioenergy resources(生物質(zhì)能資源)、#large-scale bioenergy production(大規(guī)模生物質(zhì)能生產(chǎn))和#agronomy(農(nóng)學)等與生物質(zhì)資源以及農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)的內(nèi)容開始增多；21世紀初期，出現(xiàn)了規(guī)模最大、持續(xù)時間最長的兩個聚類#energy crop(能源作物)和#sustainable yield challenge(可持續(xù)產(chǎn)量挑戰(zhàn))，同樣是關(guān)注生物質(zhì)來源端的問題。此后，隨著生物質(zhì)能的應用與研究的不斷深入，聚類#chlorella vulgris(小球藻)成為了新的研究熱點，說明學者開始在世界范圍內(nèi)探索全新生物質(zhì)來源；2010年，新聚類#negative emissions-part(負排放)和#biomass supply chain(生物質(zhì)供應鏈)的出現(xiàn)，由此表明有關(guān)二氧化碳采集以及供應鏈的一系列問題引起科研人員的關(guān)注，屬于較新的研究領(lǐng)域。

圖7 國際生物質(zhì)能施引文獻共被引網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞聚類

國際文獻主要針對生物質(zhì)能的原料問題、發(fā)展策略及生態(tài)影響，開展愈加深入的理論和實證研究，這也恰恰印證了上文提出的制約生物質(zhì)能發(fā)展的3個瓶頸。針對資源儲備與原料供給研究、政策框架與發(fā)展需求研究、認知特性與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀研究三大類，筆者列舉了典型代表文獻的研究方法和內(nèi)容(表3)。

表3 國際生物質(zhì)能研究典型代表文獻

從表3可知，在供需關(guān)系研究方面，多采用全球性模型來評估未來生物質(zhì)能的潛力；在政策制度變遷方面，主要是對比或梳理國家之間各類能源和經(jīng)濟政策對生物質(zhì)能發(fā)展的關(guān)系；在評估產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀方面，生命周期評價方法使用較廣，且以評估生態(tài)環(huán)境影響為主。總的來看，依據(jù)關(guān)鍵詞的變化趨勢可知，國際文獻對農(nóng)作物的探究、土地利用格局的變化、對水資源和水環(huán)境的影響、溫室氣體排放效應、生物多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)價值的影響探討越來越多。

2. 國際生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)瓶頸分析

(1)面向提質(zhì)增效的資源儲備開發(fā)困境

從CiteSpace的分析結(jié)果中，可以看到能源作物(energy crop)、生物質(zhì)能資源(bioenergy resources)等一直是研究熱點。從全球角度分析，生物質(zhì)來源廣泛且分布不均，應用于交通、供熱和電力部門的生物質(zhì)能正從傳統(tǒng)意義上的本土能源轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化的全球貿(mào)易商品，在生物質(zhì)能市場總需求逐漸增大的態(tài)勢下，供需關(guān)系的穩(wěn)定是保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。

關(guān)于生物質(zhì)能資源儲備與原料供給問題，文獻大多是從不同資源的潛力評估和利用效率來探尋的。20世紀90年代開始，研究人員對全球生物質(zhì)能潛力進行評估。Yamamoto等[24]、Haberl等[25]、Hoogwijk等[35]等先后對全球生物質(zhì)能源潛力進行評估，認為生物質(zhì)能潛力會受未來糧食供求狀況、競爭土地利用類型變化及食物鏈的影響，處于上下波動的非穩(wěn)態(tài)。Ji[23]、Jiang等[26]、Lewandowski等[36]、楊世琦等[37]等就農(nóng)業(yè)剩余物和能源作物的發(fā)展空間進行評估。Brennan[38]、Ho[39]等認為，微藻衍生的生物燃料將成為可持續(xù)能源來源的重要組成部分。此外，技術(shù)研究開始得到重視，如Ort等[40]旨在通過提高光合效率和性能提高作物產(chǎn)量，緩解全球農(nóng)作物與能源作物的生產(chǎn)力問題；Arashiro[41]、Li等[42]提出將廢水處理和生物能源利用相結(jié)合，帶來資源利用的最大化。

綜上所述，各類生物質(zhì)資源儲備潛力巨大，但原料轉(zhuǎn)化技術(shù)的競爭力仍略顯不足，導致“潛力”無處發(fā)揮?，F(xiàn)有文獻多考慮原料潛力而忽視了實際發(fā)展的諸多限制條件，如運輸生物質(zhì)原料的成本以及種植能源作物的收入過低導致的社會經(jīng)濟問題等。擁有大量的資源儲備并不等同于可以實現(xiàn)良好的供給，需探討通過何種機制使生物質(zhì)的潛力得以充分發(fā)揮。

(2)面向發(fā)展需求的供給制度設(shè)計困境

從CiteSpace展現(xiàn)的全球生物質(zhì)能的科研發(fā)展來看，“管理(management)”“政策(policy)”等關(guān)鍵詞大規(guī)模出現(xiàn)在2006—2010年的文獻中，原因就是生物質(zhì)能發(fā)展初期的主要目的是為了應對全球能源危機和保障國家的能源安全，在近十幾年的發(fā)展過程中，發(fā)展目標逐漸轉(zhuǎn)向應對全球氣候變化、實現(xiàn)碳減排和綠色可持續(xù)發(fā)展。

生物質(zhì)能不僅具有能源屬性，而且還有重要的環(huán)保屬性和民生屬性等，應根據(jù)其多重屬性給予配套政策。Clancy等提出，除了碳減排這一個統(tǒng)一的氣候目標，大多數(shù)國家的生物質(zhì)資源和政策目標有限，這可能導致政策不連貫、產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程出現(xiàn)斷層等問題[43]；Scarlat等回顧了歐盟發(fā)展生物能源產(chǎn)業(yè)的政策框架認為，生物經(jīng)濟有望在低碳經(jīng)濟中發(fā)揮重要作用[44]；Miroslava[30]、Doku等[45]探討了生物燃料政策使用的作用；Dandres等對大規(guī)模政策產(chǎn)生的中長期影響進行評估[46]；Bentsen等對比了不同國家在發(fā)展生物質(zhì)能時制定的政策法規(guī)的影響[47]；Elghali等描述了一種建立生物質(zhì)能系統(tǒng)可持續(xù)性評估框架的方法，從而制定不同規(guī)模的政策[48]；Shen等認為中國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)處于早期發(fā)展階段，上網(wǎng)電價可能是最好的政策選擇[49]；Durusut等利用了新的技術(shù)經(jīng)濟模型來解釋生物能源終端使用部門之間的相互依賴關(guān)系，從而對政策制定起到相關(guān)影響[50]。

綜上所述，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、推廣及應用，需要國家制定出一套能源與農(nóng)業(yè)、環(huán)境、社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)的政策框架，政府采用的有針對性的小型政策措施對生物質(zhì)能市場產(chǎn)生的不同效果值得進一步探討。

(3)面向認知規(guī)律的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略制定困境

從CiteSpace展示結(jié)果中可知，2017—2018年開始出現(xiàn)“生態(tài)經(jīng)濟(bioeconomy)”“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem service)”等與生態(tài)相關(guān)的新關(guān)鍵詞，意味著對生物質(zhì)能的研究從早期單純關(guān)注資源類型，發(fā)展到尋求生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值升高的最優(yōu)戰(zhàn)略。作為在水資源和土地資源雙重制約下發(fā)展起來的可再生能源的重要代表，生物質(zhì)能對整個生態(tài)系統(tǒng)造成的影響還不夠明確，反饋機制尚未建立。

生物質(zhì)能適用性強、用途廣泛，與農(nóng)業(yè)、社會和經(jīng)濟系統(tǒng)密不可分，近幾年對生物質(zhì)能開發(fā)所造成的環(huán)境、經(jīng)濟、社會影響的研究逐漸增多。Searchinger等使用全球農(nóng)業(yè)模型發(fā)現(xiàn)，若農(nóng)民為獲取更高的效益將森林和草地都用來種植能源作物，這種土地利用變化會導致碳排放量的增加[31]。Boschiero等對種植能源作物產(chǎn)生的土地利用變化、流域水氮平衡、碳循環(huán)等進行評價[51]。根據(jù)Yaeger等的觀點，生物能源作物種植規(guī)模與水資源承載能力不匹配的情況會加劇地區(qū)的水資源短缺[52]。在某種程度上，生物質(zhì)能的清潔性和生態(tài)友好性仍然受到懷疑。Clarens等對利用傳統(tǒng)作物作為生物質(zhì)原料對環(huán)境的影響持有幾乎相反的觀點[53]。除了考慮對環(huán)境生態(tài)的影響，生物質(zhì)能發(fā)展中的經(jīng)濟可行性以及社會可接受性等一系列問題也需要進一步探討。Popp等利用了多個模型探討生物質(zhì)能對低碳轉(zhuǎn)型的成本效益貢獻[54]；Mirzabaev綜述了生物質(zhì)能在水-能源-糧食安全關(guān)系內(nèi)的權(quán)衡和協(xié)同作用，認為生物質(zhì)能與糧食安全、環(huán)境可持續(xù)性、減輕貧困、健康等多要素之間都有密切關(guān)系[55]。

綜上所述，目前對生物質(zhì)能生產(chǎn)過程全生命周期中的生態(tài)影響、社會影響和經(jīng)濟影響的評估方法和結(jié)論非常多樣，并沒有統(tǒng)一的評估標準，難以定量分析和判斷。加上地區(qū)間自然稟賦差異極大，生物質(zhì)能的產(chǎn)業(yè)影響與當?shù)貤l件密不可分，亟需更為細分的研究，即針對不同的生物質(zhì)能產(chǎn)品，探討其對環(huán)境生態(tài)以及經(jīng)濟社會的影響。

四、水-能-糧紐帶關(guān)系下中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策

國內(nèi)外文獻已經(jīng)充分揭示，要協(xié)調(diào)水-能源-糧食的耦合關(guān)系，形成規(guī)?；?、市場化和商業(yè)化的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)，需要有充足穩(wěn)定的原料供應，國家政策的有效支撐，對社會、經(jīng)濟、環(huán)境影響的綜合評估以及對生物質(zhì)能的正確認知。中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尚處于初級階段，在技術(shù)和政策上都還不成熟，距離各項生物質(zhì)能應用的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。面對我國人口眾多，水資源缺乏且分布不均的基本國情，如何在嚴守18億畝耕地紅線的原則下發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)將是未來一段時期內(nèi)的國家能源戰(zhàn)略問題。

現(xiàn)階段，我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到了前所未有的良好戰(zhàn)略機遇，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的低碳化特性對于解決我國環(huán)境問題和應對氣候變暖都有重要意義。我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)布局有序發(fā)展分布式生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，同時以“不與人畜爭糧爭地”“不與糧林爭地爭水”為目標，加強下一代生物燃料技術(shù)開發(fā)。結(jié)合其他國家的發(fā)展經(jīng)驗和文獻分析瓶頸來看，可得到以下3個發(fā)展對策：

第一，完善供應體系。從世界范圍來看，生物質(zhì)能資源量巨大，但目前人類利用的生物量只占陸地上每年合成量的2%左右，大有潛力可挖。生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)包含了多維承載要素的協(xié)同優(yōu)化管理模式，關(guān)鍵在于優(yōu)化多維資源要素供需網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點要素的配置機制。作為世界農(nóng)業(yè)第一大國和世界人口第一大國，我國應該明確能源、農(nóng)業(yè)、生態(tài)的“三位一體”布局。①利用存量不穩(wěn)定的“陳化糧”和“問題糧”作為原料，必要時使用適當比例的非陳糧作為補充，底線是不影響市場糧價與土地利用格局的改變。②重點開發(fā)農(nóng)業(yè)剩余物等資源，解決其分布不均勻、運輸成本高、轉(zhuǎn)化率低、規(guī)模小等問題。通過優(yōu)化生物質(zhì)能原材料的供應鏈體系，進一步探索和改善分布式的集收集、轉(zhuǎn)化、消費為一體的生物質(zhì)能商業(yè)化開發(fā)利用新模式，在差異化的地理背景下，因地制宜建立原材料供應鏈。③探索性地開發(fā)能源作物與糧食作物的輪作種植系統(tǒng)。由于水資源短缺、農(nóng)業(yè)用水需求高，專門種植能源作物同時受到水資源和土地資源的制約，短期內(nèi)難以實現(xiàn)大規(guī)模實行，但隨著輪作制度的推進，或許可以在增強能源供給的同時推動農(nóng)村農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。④對于藻類等新型生物質(zhì)原料，要加大科研投入力度，小范圍試點推行，盡快探索出適合商業(yè)化的成熟利用方式，走上高效發(fā)展道路。

第二，精準配套政策。由于生物質(zhì)能潛在的環(huán)境生態(tài)效益難以用經(jīng)濟指標衡量，加上技術(shù)和市場壁壘的限制，實際的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模一般會遠遠低于預測，因此在發(fā)展初期尤其需要國家政策的支持，政策缺失所形成的制度漏洞將直接對產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展和循環(huán)形成障礙。作為高技術(shù)行業(yè)，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)需要高投入才能獲得高回報。①國家和政府應加大科研資金投入，與企業(yè)、高校共同探索出適合我國生物質(zhì)能利用的新模式，借助聯(lián)合力量來進行技術(shù)研發(fā)和應用轉(zhuǎn)化，加強對多種資源的整合力度，積極鼓勵產(chǎn)、學、研合作。②通過各種激勵政策，鼓勵各種形式的資本投資生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮自由市場的作用，積極支持中小型企業(yè)進入生物質(zhì)能領(lǐng)域。將基于市場的報酬與可持續(xù)性標準結(jié)合在一起，盡快讓生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)走向規(guī)模化和商業(yè)化的道路。③在源頭建立生物質(zhì)能優(yōu)先利用機制，加強對第三方電網(wǎng)企業(yè)和燃油企業(yè)公平開放接納生物質(zhì)能產(chǎn)品的監(jiān)管。在產(chǎn)品供應末端建立柔性補貼機制，在虧損時加大補貼力度，在收益時適當收回。④采取必要的宣傳手段，使生物質(zhì)能更容易得到公眾市場的支持。在生物質(zhì)能的產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，國家執(zhí)行的一系列政策法規(guī)對其后續(xù)發(fā)展影響至關(guān)重要，把發(fā)展需求量化，根據(jù)發(fā)展需求以及國內(nèi)資源稟賦現(xiàn)狀制定適合生物質(zhì)能發(fā)展的連續(xù)政策框架。

第三，科學評估影響。明確評估發(fā)展生物質(zhì)能可能造成的一系列社會、經(jīng)濟、生態(tài)影響極為重要，后期還需進行更為系統(tǒng)化的研究。①通過生物質(zhì)能生產(chǎn)過程的全生命周期探討其對生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響。生物質(zhì)能的產(chǎn)生既可以提供某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如燃料原料、碳封存)，也有可能會損害其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如糧食、水資源、生物多樣性)。②從生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的角度出發(fā)，考慮生物質(zhì)能原料的生產(chǎn)、加工、運輸和貿(mào)易過程及其中隱含的碳足跡、水足跡以及全球性貿(mào)易流動鏈條，需要對系統(tǒng)中的相互關(guān)系和反饋機制進行更好地評估，考慮其對人類社會和經(jīng)濟發(fā)展的正面或負面影響。③生物質(zhì)能開發(fā)策略是基于特定區(qū)域、環(huán)境和物種的，要考慮不同自然稟賦和社會政策下的生物質(zhì)能開發(fā)模式，聚力打造有利于保障生態(tài)安全、資源安全、社會安全的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)。