传统农业以种植业为主，即利用农作物进行光合作用，将水、二氧化碳等无机物合成为葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白质等有机物，为人类提供赖以生存的粮食。但在石油能源日益匮乏的今天，人们正在用全新的眼光重新审视种植业：植物能够通过光合作用将太阳能转化为化学能存储在体内，形成可为人类利用的重要能源，这就是所谓的生物质能。研究表明，在植物进行光合作用的过程当中，太阳能的转化效率较低。但通过收集、筛选和培育高效优质的农作物品种，为植物生长创造良好的生产条件，可以使植物固定太阳能的效率大幅度提高。经测算，如在无人管理的自然条件下，植物光合作用的平均效率仅为0.1％～2％左右，在人工精心管理下的农田生态系统则有可能达到６％～８％，而在理论上，光合作用下太阳光能转化率为18.7％到28％。显然在技术上可挖掘的潜力非常大。因此，欲使生物质能替代化石燃料，成为新的能源资源，必须培育能源农业。在这一过程之中，传统农业面临着新的挑战和希望，焕发出勃勃生机。
1.能源农业的任务
所谓能源农业，就是以生产生物质能源为目的的农业。生物质能源燃烧对环境造成的污染比矿物能源少，比核能安全，比风能、地热使用广泛，被誉为“绿色能源”。开发生物质能源，可有效地延长地球上石油资源的使用时间。在未来世界里，沼气可能是天然气的替代物，酒精可能是汽油的替代物。
我国政府非常重视生物质能源的发展，制定了明确的发展目标，预计未来几年，乙醇的生产能力将达到年产1000万吨。由于生物质能源需要大量的农作物做原料，因此生物能源的前端是能源农业。生物能源的大发展，必将改变中国农业的发展方向。因此，能源农业的任务是以生物质能源为主要开发对象，以生化转化、物化转换等方式利用生物能源，从而达到从“黑色能源”向“绿色能源”转变的目的。
2.能源农业的发展方向
2.1大力发展能源作物
能源作物是指以提供燃料油为目的的栽培植物，可通过生化转化等方法制造酒精和生物柴油。如以生产酒精为目的的玉米、甘蔗、甜高粱、甘薯、木薯等；以生产生物柴油为目的的油料作物，如小桐子、油菜、棉花等。据测算，每吨以玉米、甘蔗等能源作物制造的燃料乙醇可以替代1吨燃料油，同时还能提高燃料的燃烧和动力性能。但是考虑到我国地少人多，粮食生产还没有那么富裕，用玉米作为原料大量生产燃料乙醇在我国不现实。因此，培育具有高光合作用转化率、综合利用价值大的高产能源作物，是我国发展能源农业的最佳途径。
2.1.1粮食类能源作物甜高粱
作为能源作物，甜高粱具有令人瞩目的优势。其特点之一，甜高粱具有很高的光合效率，可产生五米高的茎叶，是目前世界上生物学产量最高的作物。甜高粱茎秆中含糖丰富，是粮食生产酒精的最好替代物。甜高粱每公顷可生产约7000升乙醇，生物质能的产量约为玉米、甜菜和小麦的2倍，比甘蔗还高1/4，具有“高能作物”之称。特点之二，甜高粱的综合利用价值大：籽粒既可食用，又可作饲料和工业原料。生产乙醇后的茎秆余渣有香味，易消化，营养好，可用于发展畜牧业；由于甜高粱茎秆是长纤维，生产乙醇的余渣造纸质量比优质原料芦苇还好，可以卖给造纸厂；另外，余渣还可以用于气化发电和生产不用粘结剂的纤维板材。
特点之三，种植甜高粱的需水量仅为甘蔗的三分之一，而且对土壤条件具有广泛的适应性，特别是其显著的抗干旱和抗盐碱性，被誉为“作物中的骆驼”。特点之四：红高粱的生长期较短，一年可收获两季甚至三季。如我国农业部规划设计研究院在“九五”和“十五”期间选育和生产的甜高粱杂交系列品种，能适应我国不同地域和不同环境条件，在荒滩地、干旱地和盐碱地都能种，且一年三熟。种植甜高粱生产燃料乙醇，既不冲击我国的粮食市场，也不占粮食耕地，还可大幅度增加农民收入。因此，甜高粱作为一种极有发展前景的能源作物，是我国干旱和盐碱土壤农业区农业可持续发展的一种主要作物。目前我国已经在黑龙江省、内蒙古自治区、新疆维族自治区、辽宁省和山东省等地，建立了甜高粱种植、甜高粱茎秆制取燃料乙醇加工基地，总生产能力超过万吨。
2.1.2木本类能源作物——小桐子
我国木本油料植物种类丰富，分布集中，能利用荒山沙地等宜林地进行造林、建立良种供应基地的油料植物有10种左右。如小桐子树（又称麻风树）、黄连木、光皮树、文冠果、油茶等，都可以用来制取生物柴油，其中以小桐子树的含油量最高，提取最容易。
小桐子树种子含油率高达40%～60%。其干果产量可达9吨/公顷，折合成产油量为1.5～3吨/公顷。小桐子油脂肪酸组成和菜籽油非常相似，是生物柴油的理想原料，被誉为“柴油树”。所提炼出来的生物柴油，不仅爆发力强，而且燃烧时无黑烟、污染少，排放的二氧化碳和有害固体颗粒物明显低于化石柴油。据悉，德国用“柴油树”提取的柴油，已代替全国柴油用量的2%，且每年以1%的速度增长。我国云贵高原南部的干热河谷地区是小桐子树的世界原生地之一，当然也是小桐子的最佳生长区和理想的人工开发地。目前在上述地区有多达100万亩以上的土地荒芜，如能进行小桐子的规模化种植，不仅可以通过实现能源农业产生巨大的经济效益，而且有利于干热河谷森林景观的恢复，促进区域性水、土、气的良性循环，遏制水土流失，降低自然灾害，具有显著的生态效应。我国在“八五”期间完成了金沙江流域燃料油植物资源的调查及栽培技术研究，建立了30公顷的小桐子栽培示范区。目前四川大学生命科学院正建立利用小桐子为原料，年产2万吨生物柴油的装置。木本油料植物抗逆性强，管理粗放，不与粮食争地，而且是栽种一次，收获多年，采集时需要大量的劳动力，合乎我国国情，具有巨大的开发潜力和广阔的发展前景。
2.1.3油料作物——油菜
油菜主要有白菜型油菜、芥菜型油菜和甘蓝型油菜三大类。其中甘蓝型油菜种子含油量较高，一般在42％左右，高的达50％以上。由于其化学组成与柴油很相似，是提炼生物柴油的理想原料，被称为能源油菜。油菜抗性强，耐寒、耐湿、耐肥，适应范围广。我国黄淮流域、西北、东北等适宜种油菜区域的耕地面积在15亿亩以上。长江流域和黄淮流域的油菜为冬油菜，仅利用耕地的冬闲季节生长，在品种改良后并不影响水稻包括双季稻等主要粮食作物的生长，这样适宜种油菜的冬闲田就有3亿亩以上。据估计，在不与粮争地的前提之下，我国有2670万公顷耕地可用于发展能源油菜，按当前平均菜籽产量1.6吨/公顷，含油率40%计，每年通过能源油菜种植可为生产1700万吨生物柴油提供原料。特别值得一提的是，油菜种植时，每生产1吨菜籽将产生2吨秸秆。规模化种植时，如果能结合微生物油脂发酵技术，充分利用油菜秸秆资源，不仅可以使单位耕地面积得油率提高70%以上，而且具有显著的环境效益。
目前高蓄能能源油菜——中油036号含油量达51.97％在武汉培育成功，为我国大力发展能源农业，实施生产油菜生物柴油，建造永不枯竭的“绿色油田”计划扫除了重要技术障碍。
2.2充分发展利用转基因技术
转基因技术应用在食物方面要求标识，受到很大限制；而应用在能源作物上，不受基因标识的限制，具有很大的发展空间。因此，转基因技术在培育能源作物，发展能源农业方面将大有作为。针对我国人多地少的特点，只能在不与粮食争地的前提之下发展能源农业。因此，利用转基因技术培育新品种，开发耐盐、抗旱、高产、高蓄能的能源植物是能源农业的发展方向。目前我国的转基因技术研究已日趋成熟，具备了在能源农业上大显身手的能力。如薛红卫研究员课题组在油菜种子发育及其脂肪酸代谢的功能基因组学方面开展了大量研究工作，通过EST鉴定和分析以及cDNA芯片制备、杂交分析等，鉴定了和油菜种子发育以及脂肪酸代谢相关或参与其调控的基因，并开展了转基因工作，构建油菜突变群体获得了含油量及油份组成改变的突变株系，为生物柴油研究及进一步的育种提供新的基因和种子资源。陈锦清率领的14人研究小组正在开展如何通过转基因技术提高油菜中的油脂含量的研究。在我国长江流域，油菜含油量基本在37%至43%之间徘徊，而陈锦清研究小组利用堵住光合产物向蛋白质、淀粉等其他代谢途径的分配，使更多的底物(即生物合成各种成分的原材料)用于油脂合成，提高油脂含量，以及防止裂角、延长油脂合成时间来提升油脂含量的研究思路，培育出的第二代转基因油菜“超油2号”，含油量达到54.8%。
3.在我国发展能源农业的意义
大自然通过光合作用每年产生大量生物质，但是目前世界上生物质的利用率还不到7%。要真正取代化石能源还需要改进技术，降低生产成本，大力发展能源农业。生物质液化燃料对于欧洲许多国家来说，限于国土面积的狭小，发展的余地有限。而对于中国这样幅员辽阔的大国来说，只要充分利用现有农林业用地和宜耕土地后备资源，合理开发宜林荒山荒地和易改造的盐碱化耕地，就有发展能源农业的广阔前景。
以能源农业和能源林业为基础的生物燃油产业的大规模发展，不仅可以解决我国化石能源匮乏这一制约我国经济发展的瓶颈难题，还可以产生良好的生态效应。如可以有效地绿化荒山荒地，减轻土壤侵蚀和水土流失，促进生态良性循环。此外，与化石燃料相比，生物燃油的使用很少产生二氧化硫等大气污染物。同时，由于生物质对二氧化碳的吸收和排放在自然界形成碳循环，其能源利用导致的二氧化碳排放量远低于常规能源。大量使用生物燃油对我国未来的二氧化碳减排有着突出的意义。到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨，则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨二氧化碳。同时，大力发展能源农业还可以为我国农业生产开辟一条新的发展思路，成为促进农业生产、农民增收的新亮点。如能够抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业，就有可能使我国从一个农业大国转化为能源大国。这一美好前景就在我们面前。
