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深讀丨一株草的產業化探索

2024-02-08科學

【福建日報】2024年2月8日08版

核心提示

菌草,或許是世界上名氣最大的草。

20世紀80年代以來,國家菌草工程技術研究中心首席科學家林占熺從野生和人工栽培的草本植物中先後篩選出數十種菌草,實作「以草代木」栽培食用菌,攻克了「菌林矛盾」這一世界難題。40多年間,菌草技術從福建走向全國,遠航國際。

但這株聲名遠播的小草,似乎總帶著「公益」標簽——它是公認的「扶貧草」「生態草」,卻難以實作產業化;它依靠「輸血」維系,難以自我「造血」獨立行走。

其實,菌草是一株充滿想象空間的草。它不僅可以種菇、養畜、治理水土流失,還能被開發成人造板材,套用於微生物領域。只是,要把這些具體的套用場景串聯成完整的產業鏈,需要克服一個個堵點。

有感於此,福建本土企業與林占熺團隊走到一起,聯合省內外科企力量,匯聚創新合力,一步步打通堵點,進行著一場關於一株草的產業化深度探索。

0 1 碰上道道難題

2021年2月27日,元宵節後的第一天,中福海峽(平潭)發展股份有限公司(以下簡稱「中福集團」)總工程師陸懋聖早早來到位於龍巖市的人造板生產車間。他要組織一場可行性生產試驗,驗證菌草能否替代木材,生產中密度纖維板。為此,公司從河南采購了十幾噸菌草,叫停原生產計劃。生產線停一天的經濟損失相當大。

年過古稀的陸懋聖,是中國纖維板制造領域最早的實踐者。對於能不能「以草代木」生產人造板,他心裏也沒底。20世紀90年代,陸懋聖曾試過用蘆葦、棉稈等草本原料造板,結果要麽成本過高,要麽效能太差。再度試水草板生產,源自公司董事長劉平山的堅持。

幾年前,劉平山結識了菌草技術發明人林占熺,跟著他走遍國內外菌草基地。

在「苦瘠甲天下」的寧夏西海固,在被稱為「閻王鼻子」的內蒙古阿拉善左旗,在曾經「一夜沙埋十八村」的福建平潭島,在落後的太平洋島國巴布亞新畿內亞……劉平山領略到了菌草的魅力,也感受到了科學家的擔當。

「菌草還能做什麽?」

林占熺說,菌草產量高、適應力強、耐貧瘠、生態效應顯著,可以做飼料,生產人造板、紙漿。在雲南,每畝年產量可達50噸。種1萬畝菌草每年可減少2萬噸二氧化碳排放量,相當於造林7500畝。每使用25萬噸菌草替代木質原料,可以減少1萬畝林地砍伐。

位於建甌市的菌草種植基地面積300畝。(圖片由受訪者提供)

「菌草開發有什麽難點?」

林占熺說,難在產業化。只有把菌草用起來,種植菌草才有效益,才有人願意種菌草。可是,一條人造板生產線造價一般在億元以上,一條紙漿生產線投入更多,光是開展生產性試驗,生產線停一天就損失巨大,需要有情懷有實力的企業共同參與創新攻關。

林占熺的話,讓劉平山動容,也讓他看到了產業新前景。

中福集團是一家以林業為主營業務的龍頭企業,經營近90萬畝林區,旗下4條中高密度纖維板生產線年產能可超50萬立方米。近年來,受到地形地貌限制,加之農村勞動力成本高企,林木采伐成本居高不下。同時,木材原料還面臨著季節性短缺問題。在「雙碳」背景下,減少林木采伐也是大勢所趨。尋找能夠替代木質資源的新材料,已成為全行業共識。可再生、供應穩定的菌草,是理想中的替代品。

然而,劉平山找到業內專家,提出「以草代木」設想時,被潑了一盆冷水。一位高校教授直接勸他放棄:「一個木本,一個草本,就如同雞不能變成鴨一樣。」但劉平山並未被嚇退,他認為,不能站在山腳下說山頂沒有風景,「為什麽不多做幾次試驗,向山上攀幾步呢,也許就能看到不同風光」。

於是,劉平山找來公司技術骨幹,開始「從山腳向山上進發」。這才有了停工做試驗的一幕。

切割、蒸煮、解纖、施膠、幹燥、鋪裝、掃平、預壓、熱壓……在試驗過程中,陸懋聖團隊根據草本植物與木本植物的特性差異,在試錯中不斷調整工藝,3個月內開展了6次可行性試驗。一開始只做全草纖維板,後來又嘗試在木質原料中按比例添加菌草纖維。結果令人驚喜:「以草代木」是可行的,菌草纖維板內建草香,板質均勻,具有比純木板更好的加工效能。

但這僅僅回答了「能不能」的問題,還未完全解決產業化問題。隨著試驗推進,新的難題出現——

在上遊,原料成本高,成本高源自菌草收割難、運輸難、儲存難。

「傳統收割方法依賴人工,一名熟練工一天最多只能收割1噸草,人工成本就不少。」中福集團副總經理呂祥熙說,一條纖維板生產線每天可消耗數百噸菌草原料,光靠人工收割,無法保證原料供應。此外,菌草體積大,動輒長到三四米,10噸的貨車只能裝5噸草。菌草還不耐儲存,3天不用就黴變。

菌草機械收割。(圖片由受訪者提供)

在下遊,菌草廢液處理成本極高。

菌草含水量高達百分之七八十,遠高於木材,不符合人造板材加工標準。若加工板材,要先榨除多余水分。為此,陸懋聖團隊研發出了具有自主知識產權的專用榨汁機,可將其含水率降到50%以下,與木材相當。可是,每噸菌草能榨出數百斤菌草汁。如果將其處理到排放標準,每噸成本就要千元上下,顯然劃不來。

「成本降不下來,產業化就等於空談。」劉平山遇到了進入菌草領域後最大的難題。

0 2 攻克個個難關

海量菌草汁令人頭疼,卻是工業廢水中的一股「清流」,內建怡人清香。劉平山突發奇想:如果能變廢為寶,問題不就迎刃而解了嗎?菌草汁能有什麽用?他找了外援,將菌草汁送到了福建省農科院研究員劉波的實驗室。

劉波是農業微生物領域的專家,其研發的微生物菌劑產品,已推廣套用超千萬畝。但對劉波而言,菌草汁也是陌生事物。劉波對這種生物量出類拔萃的植物,充滿了好奇。

他發現,巨菌草莖稈內含有700多種內生菌,其中一種被稱為鶴羽田戴爾福特菌的固氮菌占比超80%,能夠將空氣中的氮素源源不斷地轉化為氮肥,為植物供應營養;根部含有600多種內生菌,其中生防菌食竇魏斯氏菌占比超90%,對枯萎病等根部病害具有防治能力。既能「自產自銷」,又能「百毒不侵」,這在一定程度上解釋了為什麽菌草具有其他作物難以比擬的生長能力。

菌草益生菌蔬菜水培系統(圖片由受訪者提供)

更大的驚喜還在後頭。抱著試試看的心態,劉波團隊對菌草汁進行組分分析,發現其中含有萜類、酮類、酯類、醛類等12大類有益物質。每一類物質都各有神通,有的具有抗炎抗氧化功效,有的屬於天然活性物質,擁有出色的去汙除臭能力。

「這不就是天然的微生物培養基嗎!」劉波說,要批次繁殖酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌等生產上需要的微生物,離不開培養基。與人工配置的培養基「一菌一配方」不同,菌草汁可謂「萬能培養基」,無需額外添加其他原料,就能高效培養出不同種類微生物,「簡直是上帝的配方」。

知己知彼,思路便開啟了。透過劉波團隊的研發,菌草汁得以物盡其用:以菌草汁為培養基,接種多種人體益生菌,開發出的益生菌飲品,具有調節人體生態平衡等健康功效;利用分子篩技術提取的菌草汁精華露,可以作為居家天然強力去汙劑、寵物除臭劑、空氣清新劑、魚缸水質凈化劑;作為農用菌劑,菌草汁可以套用於畜禽養殖、水產養殖、果蔬栽培等領域,改良土壤和水體生態,分解糞汙,提高畜禽魚蝦免疫力,助力生態種養……

曾經的廢水,不僅有處可去,還實作了價值倍增。按照目前行情,深加工後的菌草汁很有市場價值。這也成了菌草工業化利用的最大轉折點。

菌草汁產品(圖片由受訪者提供)

菌草汁套用破題,打通了下遊堵點。上遊采收、運輸、儲存難題怎麽辦?機械化是出路。

「菌草又粗又硬,市面上用於玉米、甘蔗等作物的通用型收割機具很難適用。」呂祥熙說,要實作菌草機械化收割,只能「從0到1」,走自主研發道路。這一次,他們找來的外援是福建省林科院、中船重工等省內外科企團隊。經過幾年攻關,一批不同類別的適用機具初具雛形。

大型收割機,內建剝葉和去梢功能,可實作菌草整稈收割,每小時作業量5畝,每畝5噸;中型青儲收割機,可在收割的同時就地粉碎,省去了加工板材時的切片流程,粉碎後的菌草還能打包成青貯飼料,用於畜禽養殖;小型履帶式和手扶收割機,則是小農戶稱手的好工具……除了收割機,中福集團還參與研發改造出了旋耕機、扡插機、開溝機、粉碎機、攪拌機等專用機具,逐步實作菌草全程機械化生產。

堵點疏通了,產業鏈便打通了。

陸懋聖算了一筆賬:1噸菌草田間收購價數百元,5噸菌草大約可榨1噸菌草汁。若視為工業廢水,1噸菌草汁的處理成本不低,若深加工「變廢為寶」之後,作為人造板原料的菌草成本減半,接近木材成本。這意味著,「以草代木」生產人造板,不僅在技術上可行,在經濟上同樣劃算。

全國首條「以草代木」制板生產線在建甌市投產。

隨著問題迎刃而解,菌草人造板產業化行程加速。

2022年12月,中福集團第一條菌草纖維板生產線在建甌市投產。同時,該公司又將菌草套用於刨花板生產。目前,菌草纖維板與菌草刨花板均已透過「國家人造板與木制品質素監督檢測中心」嚴格檢測,其力學和環保效能符合國家標準。兩種菌草板及其制備方法都已取得國家發明專利。

菌草制板纖維(圖片由受訪者提供)

眼下,中福集團積極對菌草技術進行投資布局,公司與雲南當地農墾集團合作,利用2萬畝橡膠林套種菌草,在西雙版納猛臘工業園區建設年產30萬立方米的全球第一條菌草刨花板生產線。上個月,該專案正式動工。

0 3 謀劃新的未來

打通了上下遊堵點的菌草,開始在產業化道路上馳騁,但它作為「幸福草」的初心未變。劉平山一直在思考一個問題:如何讓更多農民在菌草產業鏈的不同節點上找到自己的位置,透過聯農帶農讓更多農民共享菌草產業鏈增值帶來的收益?

「菌草家園」便是實踐該理念的重要載體。所謂「菌草家園」,其實就是一個以菌草為原點的迴圈農業綜合體。在這裏,每一個農業生產環節都圍繞菌草展開。2021年落地南平市延平區大橫鎮博愛村的「菌草家園」,是首個示範專案。

這個占地400多畝的基地,有8名工作人員。他們有各自專屬昵稱——「牛王」「鵝王」「羊王」「天蓬元帥」,負責不同畜禽和水產養殖,但都要與草打交道。

「在閩北地區,一畝菌草年產量約12噸。」大橫「菌草家園」負責人張雷說,菌草兩個月就能收割一茬,透過機械收割就地粉碎後,一部份被運往人造板廠,一部份則用於農業種養。

以山羊養殖為例,一方面,菌草可以作為飼料,一只山羊每天需要取食五六斤菌草和一斤多精飼料。另一方面,菌草還能作為發酵床墊料,為山羊提供「溫床」的同時,還能就地分解糞汙。

省農科院與中福集團合作成立菌草微生物重點實驗室,科研人員在觀察微生物反應。 (圖片由受訪者提供)

「我們用菌草鋪出50厘米左右厚的墊料層,撒入專用菌劑,山羊吃喝拉撒都在發酵床上。」張雷說,發酵過程產生大量有益菌,能夠快速分解山羊糞汙;山羊還能透過攝食墊料,補充有益菌,改善腸道菌群平衡,提高自身免疫力,由此實作「無臭養殖」「無抗養殖」。「羊王」不用再為處理糞汙發愁了,只要定期用旋耕機翻耕墊料層,酌情補充菌草墊料即可。發酵床墊料一年只需更換一次。淘汰的墊料可是好東西,含有豐富的氮素、纖維素等營養物質,既能作為優質有機肥還田,還能作為基質用於栽培食用菌。

在「菌草家園」,無論是養羊、養豬、養牛、養鵝,都遵循這套迴圈養殖模式。未來,張雷還將引入親子樂園、菌草家宴、研學培訓等農旅融合業態。一株小小的菌草,串聯起了一二三產融合的閉環。在這個閉環中,沒有真正意義上的廢棄物,每一種原料都能被「吃幹榨盡」,得到不止一次利用,由此實作生產節本增效。

目前,「菌草家園」模式已經在南平、福州以及雲南西雙版納落地示範專案。按照中福集團的計劃,未來將在更大範圍推廣該模式,引導更多小農戶參與其中。

「福建人多地少,菌草種植面臨用地難題。」呂祥熙說,為拓展原料來源,公司一方面到省外開拓基地,推動規模化經營;另一方面整合小農戶力量,鼓勵他們參與「菌草家園」經營,為他們提供種子、菌種、機械、技術等全套服務,規範生產流程和產品標準,在實作菌草板材原料穩定供應的同時,帶動小農戶發展生態迴圈農業增收致富。

眼下,關於菌草產業化的探索還在繼續。

「看似一棵普通的草,但它的產業鏈很長,涉及的行業、門類非常廣,單個企業、單個院所、單個行業難以獨立完成技術攻關。」劉平山認為,菌草產業化,關鍵在於聚合科企力量,在「大分工、大協作,大作戰」中,逐步破題、破局。

這樣的協作,正在持續向縱深推進。

上個月,省農科院與中福集團共建的菌草微生物重點實驗室揭牌。去年,雙方還合作共建了全省首個菌草微生物農業產業研究院。

「我們將透過科企協作,聯合開展菌草種質資源收集與新品種選育、菌草綠色低碳高效栽培、菌草機械化采收、菌草微生物種質資源收集與利用、菌草高值化利用等方面研究。」省農科院資源環境與土壤肥料研究所研究員王階平說,雙方正全力打造集套用基礎研究、器材創制、產品研發、成果轉化、技術服務和人才培養等為一體的科技創新與服務平台。

「搞科研創新是先苦後甜,苦的時間短,甜的時間長;賺快錢的企業是先甜後苦,甜的時間短,苦的時間長。」劉平山認為,菌草產業的未來在於創新,「無創新,無未來」。

來源:福建日報