工业大麻繁殖田茎秆高效利用

郭丽，李泽宇，王明泽，车野，张玲，王殿奎

（1.黑龙江省农业科学院大庆分院，黑龙江大庆163316；

2.东北林业大学，哈尔滨150040）

工业大麻传统上称汉麻，又称火麻、线麻、寒麻、白麻等，是我国传统的天然纤维作物。工业大麻具有种植简便、适应性强、用途广泛、产值高等特点，有着巨大的开发潜力和发展空间。特别是近几年来受农业种植结构调整的影响，工业大麻作为一种高值特色的生物资源，越来越受到高度的重视，工业大麻产业发展迅速。

黑龙江省地域广阔、土地资源丰富，所处地理位置、气候生态条件适宜大麻作物生长，同时有着悠久的种植大麻历史、丰富的利用大麻经验以及大规模的初深加工条件，具备得天独厚的工业大麻产业发展优势［1］。当前黑龙江省政府高度重视大麻产业的发展，计划在未来3年内，工业大麻种植面积扩大到200万公顷。纤维大麻的生产必须在种子还未形成的工艺成熟期收获（即田间50%～75%雄株已过花期，花粉大量散落，雌株开始结实，茎上部叶片黄绿色，下部1/3叶片凋落时收获），因此必须建立专门的良种繁育基地进行种子繁殖才能保证快速发展的大麻产业对生产用种的需求。按照15∶1的比例繁育大麻良种，预计年需要种植种子田13.33万公顷，一般大麻种子田麻秆产量为每公顷3750 kg左右，13.33万公顷将获得籽麻茎秆50万吨。籽麻田茎秆由于收获晚，不能采用雨露沤制技术进行脱胶，以往都做薪柴利用，造成了资源的巨大浪费。因此合理有效的利用工业大麻种子田茎秆，对提高工业大麻综合利用价值，增加种麻收入具有重要的现实意义。

1 工业大麻种子田茎秆纤维的高效利用

工业大麻种子田收获较晚，韧皮纤维成熟老化，可以通过微生物堆沤脱胶技术进行脱胶后加工短纤维。相关研究［2］表明从实验室保存的菌种中筛选出一株大麻脱胶能力强的菌株Bacillus sp.2A，经测试得出其产果胶酶优势明显，同时将生物酶脱胶工序作为化学煮练前的预处理环节，并通过测试比较脱胶后的茎秆麻残胶率和木质素残余率，最终得出大麻生物酶的最佳工艺条件及参数［3］（表1）。通过加工后的短纤维可被广泛应用于纺织、造纸、军需用品、新型建筑材料等方面。

表1 大麻生物酶的最佳工艺条件及参数Tab.1 Optimal technological conditions and parameters of hemp biological enzyme

1.1 种子田短纤维在纺织产业中的应用

大麻纤维具有良好的防霉、防臭、抗菌、防腐蚀、防紫外线、耐高温等功效，是一种高档的纺织原料，主要产品有服装内衣、床上用品、装饰用布、军用制服、静电防护服、高温作业服等［4－7］。通常利用大麻种子繁殖田茎秆加工短纤维，可以制作混纺地毯、工业用布、有机麻绳、汽车内饰、麻纤维木质陶瓷等产品。经研究发现，大麻纤维是最适合用来制造汽车的材料，以大麻纤维作为增强体制成的复合材料质地轻、强度高、抗冲击性强，并且成型时间短、废料可回收利用，使用在汽车上可有效减轻汽车自重、降低制造成本、提高车辆抗撞击能力［8］。加拿大卡尔加里Motive Industries公司利用大麻纤维开发出首辆生物材料为车身的新型环保电动车Kestrel，成为汽车领域创造性的革命。随着工业大麻综合开发利用的不断发展，利用大麻短纤维作为骨架加工制成麻地膜，同时配合附着不同的肥料或天然抗虫抑菌物质，可使麻地膜具备培肥土壤、防治病虫害、易降解的特性［4］。最近几年国内麻地膜在水稻机插育秧上的应用比较广泛，水稻麻育秧膜充分起到了保水、保肥、保温的作用，达到了育壮秧、不散秧、增产幅度大的效果。麻地膜的应用极大的促进了我国农作物产量的提高，同时保护生态环境，有利于农业可持续性发展。另外利用大麻短纤维为原料制成的麻纤维无纺布，具有天然抗菌、生物可降解、隔音隔热等特点，被广泛应用于工业、农业、医疗卫生用品、电气绝缘材料、装饰建筑材料等方面。2008年北京奥运会，运动员和国际奥林匹克委员会官员的休息室就是以大麻纤维为原料的非织造布作为装饰材料，充分体现了“绿色奥运、环保奥运”的健康环保理念。

1.2 种子田短纤维在造纸上的应用

大麻纤维组织中空，天然抗菌，并且含有大量的纤维素，是制浆造纸的优质原料。利用大麻代替木材进行造纸，可以有效的保护森林资源，有利于可持续发展。利用工业大麻短纤维可以生产卷烟纸、过滤纸、圣经纸、钞票纸、证券纸、电容器绝缘纸、防伪纸、特殊用途美术纸及手工纸等。由于大麻纸张无毒、无污染、易降解，经常用来作为食品、药品、化妆品等的的包装材料。研究表明利用全麻杆可以制造新闻纸、卫生纸、饭盒纸、婴儿尿布等。山西省农科院经济作物研究所与山西梓古轩水墨印有限公司合作，通过生物脱胶技术利用籽麻茎秆，手工制作麻纸用于水墨印刷［9］。大麻短纤维还可以和聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等人造纤维或化学纤维混合制造各种复合包装材料。

1.3 新型材料上的应用

工业大麻种子田茎秆加工的短纤维不但可以用于传统的纺织、造纸工业，还是现代生物质产业最具发展潜力的基础材料。大麻纤维能够替代污染严重、能耗极高的玻璃纤维，制成各种复合建筑材料；以籽麻田茎秆脱胶后获得的短纤维为原料可以制成大麻纤维板、绝缘材料、大麻水泥砖等，材料耐用、环保。通过在大麻纤维中添加各种不同植物纤维和粘合材料可以制成环保美观的墙布等装饰产品。

2 工业大麻种子田茎秆麻屑的高效利用

2.1 麻屑制炭

工业大麻种子田茎杆经剥制纤维后的麻屑可以用于制炭。种子田大麻茎秆因成熟度好，密度大，成为高质量炭粉的首选原料。但是，利用原秆或者未经脱胶机械生剥的麻屑由于纤维含量高，烧制的炭粉碳含量低，严重影响了炭粉的产量和品质。黑龙江省农业科学院大庆分院利用微生物堆沤脱胶技术进行脱胶处理后，最大限度的提高了茎秆出麻率的同时，有效解决了麻秆炭粉含碳量低的技术问题。工业大麻种子田茎秆脱麻后的麻屑通过不同的工艺可以加工成高质量的鞭炮引线、无烟燃料、活性炭等等。大麻炭粉是制作烟花鞭炮、军工火药的上等原料。大麻秆芯具有十分发达的微孔结构，经高温炭化、加工成型后，具有吸附功能，对特定的分子具有良好的选择吸附性，能够净化空气、水质，可以作吸附剂、食品防腐剂、高档防毒面具等，并在军队和地方核生化防护方面得到广泛应用。

2.2 复合环保材料

随着材料技术的发展和环保意识的增强，新应用领域将不断扩大，变性材料有望发展成为一个新兴行业，市场潜力巨大。利用大麻屑粉碎生产的生物复合材料是一种新型的环保建筑材料，被广泛应用到室内外建筑、军用设备、汽车内饰等，材料强度高、防水、防火、绝缘性强、耐腐蚀［10］。目前已研制出了中密度压缩板材防火板材、原生态装饰板材，汽车用复合材料等。英国巴斯大学建筑研究建设中心的新型建筑材料研究小组在克拉弗顿校区建成一座大麻屋，英国Lhoist集团发明出一种大麻砖技术（Hemcrete）。用大麻茎秆代替木材和塑料制品，可为国家节约大量的森林资源，消除白色污染。同时，可避免因大量秸秆的焚烧对大气造成的严重污染。军工上大麻杆心粉碎可以制作新一代木质防弹头盔，也可用于加固军用装甲防弹车。

2.3 营养基质

国内外相关研究表明：工业大麻杆芯粉碎可以用作栽培食用菌的基质，可以栽培双孢菇、香菇、鸡腿菇、大球盖菇等。大麻屑中的纤维素含量丰富，物理性状好，疏松透气，利于菌丝的快速生长［11］。利用大麻屑栽培食用菌在合理利用大麻产业副产物的同时，有效解决了栽培食用菌碳源不足的问题。黑龙江省农业科学院大庆分院多年致力于大麻屑栽培食用菌的研究，尝试利用大麻屑做培养基质栽培姬松茸、紫花脸等名贵菇种试验成功［12］。

工业大麻用途广泛、经济附加值高，近年来我国大麻种植面积在不断的增大，农业供给侧结构调整为大麻产业提供了更为广阔的发展空间。因此对工业大麻种子田茎秆的高效合理利用，可以有效提高大麻种子田的综合效益，最大限度的发挥工业大麻的综合利用价值。

［1］宋宪友，张利国，房郁妍，等.黑龙江省发展大麻的优势与主要栽培技术［J］.中国麻业科学，2011，33（1）：27－30.

［2］陈明红.大麻工艺纤维的脱胶工艺研究［D］.上海：东华大学，2006：20－25.

［3］谭晓明.大麻微生物脱胶菌种选育及脱胶工艺研究［D］.济南：山东大学，2010.

［4］谭龙涛，喻春明，陈平.麻类作物多用途研究现状与发展趋势［J］.中国麻业科学，2012，34（2）：94－99.

［5］杨阳，张云云，苏文君.工业大麻纤维特性与开发利用［J］.中国麻业科学，2012，34（5）：237－239.

［6］张建春.汉麻综合利用技术［M］.北京：长城出版社，2006.

［7］Algaba I，Riva A，Crews P C.Influence of fiber type and fabric porosity on the UPF of summer fabrics［J］.Aatcc Review，2004，4（2）：26－31.

［8］Schmehl M，Müssig J，Schönfeld U，et al.Life Cycle Assessment on a Bus Body Component Based on Hemp Fiber and PTP［J］.Journal of Polymers＆the Environment，2008，16（1）：51－60.

［9］彭源德.亚麻、大麻脱胶技术现状与发展趋势［J］.中国麻业科学，2007，29（s1）：89－91.

［10］吕咏梅，杨龙，胡万群.大麻产业研究进展II.大麻的综合利用与发展建议［J］.中国麻业科学，2012，34（1）：38－42.

［11］唐晓莉，马灵飞.大麻秆芯的物理性质和化学组分［J］.浙江林学院学报，2010，27（5）：794－798.

［12］孙兴荣，卞景阳，郭丽，等.大麻屑替代稻草栽培大球盖菇试验研究［J］.黑龙江农业科学，2016（1）：126－128.