竹资源低碳环保优势分析

2014-04-04张伟焕董文渊

世界竹藤通讯 2014年3期

张伟焕董文渊庄洁

(1 昌都地区林业局西藏昌都 85400 2 西南林业大学云南昆明 650224)

减少森林采伐，保护自然资源，发展低碳经济是全世界的共同担当。所谓低碳经济是指在可持续发展理念的指导下，通过制度创新、技术创新、产业转型、新能源开发等手段，最大限度地减少石油、煤炭等高碳能源消耗，通过减少温室气体排放，达到保护生态环境与发展社会经济的一种双赢经济发展形式。2010年上海世博会有9个国家和国际组织的场馆为了突出 “低碳建筑”的诉求，选用了竹子和竹材料，竹元素成为世博会上“低碳潮流”的象征。因此，竹子成为应用于建筑、家居等各个领域的朝阳产业，引领低碳经济、低碳生活的潮流。

1 竹类资源概况

竹子是可再生生物资源之一，具有生长快、成材早、产量高的优点。竹子是重要的森林资源，全世界有竹类植物70余属，1 200余种，主要分布在热带和亚热带地区，少数分布于温带；全球竹林面积约2 200万hm2，年生产竹材1 500～2 000万t。我国是世界上主要产竹大国，竹材经营利用的历史也最为悠久。据记载，我国有竹类植物40属，约500余种，占世界竹类植物属和种的近50%。我国有竹林面积42l万hm2，占全国森林总面积的2.8%，占国土陆地面积的0.5%。毛竹(Phyllostachys edulis)是我国竹类植物中分布最广、材质最好、用途最多的竹种[1]。我国毛竹每年采伐量超过4亿株，相当于约800万m3的木材量，竹材的利用有效地保护了森林资源；另外，每年还生产各种杂竹竹材约300万t，鲜笋约170万t，为我国发展绿色经济提供了十分有利的条件[2]。

2 竹子生物学特性的低碳优势

2.1 竹子生物学特性体现了低碳性

竹子属于禾本科木质化植物，具有如下体现低碳特性的生物学特点[3]：

1）生长迅速。从竹笋出土至成竹生长定型仅25～60 d，其高度可达数米至20多m，胸径达数厘米至20多cm等。

2）成林快。散生竹、混生竹具有觅食行为，蔓延生长较快；丛生竹发笋力强，竹杆密集生长；新造竹林3～4 a 即可郁闭。

3）成材早。3～5 a 生的竹子即可采伐利用。

4）产量高。毛竹林密度可达2 070～3 750 株/hm2，活立竹蓄积量高达90～150 t/hm2，年采伐量为7.5～105 t/hm2。

5）环保功能强。混生竹、散生竹的竹鞭在地下盘根错节，以网状形式把土壤固定下来，提高了竹林的水源涵养与水土保持能力。例如：毛竹林的吸水能力为杉木林的1.3倍，其涵养水量比杉木林多30%～45%，其固土能力为马尾松林的1.5倍。竹林蓄水量可达1 000t/hm2，平均降水截流率为11%。

6）可持续利用。竹类无性系种群的生命周期长，若加以科学经营，可持续利用数十年，甚至上百年，且年年可采笋伐竹，年年有经济效益。

2.2 竹材作为替代材料体现了低碳性

在钢材、水泥、木材、塑料4大材料中，木材是唯一可再生、循环利用和自然降解的绿色材料和生物资源，是应用最广泛的材料之一[4]。由于我国森林资源匮乏，加之长年的不合理开发利用，据专家预计，我国木材供应将面临严重缺口。此外，随着我国天然林保护工程的启动与生态保护力度的加大，今后木材的供需矛盾将显得尤为突出。

自20世纪90年代至今，全球热带雨林面积以平均每年2.425×107hm2的速度在消失[5]。据统计，我国1950年以前纯竹林面积只有165万hm2；1980年发展到341万hm2；至2000年则达到421万hm2，平均每年增加3.1%[3]。因此，虽然全球雨林面积在减少，但是竹林面积却在增加，这是由竹类植物自身的生物学特性及其广泛的用途所决定的[3]。因此，众多的加工制造行业为了满足自身发展和社会需求纷纷寻找木材替代品。为此，以竹代木成为一种不可阻挡的趋势。

替代高能耗材料，是发展低碳经济的根本保障。竹子是替代钢材、水泥等高能耗材料的首选。在建造房屋时，采用竹结构能节省更多的时间。同样建造一栋房屋，砖混结构需要6～10个月时间，而竹结构仅需要100个工日，且得房率比砖混结构房屋高8%～10%。此外，竹子还具有生长快、成材时间短、可再生的优点，一次造林，年年择伐，永续利用。据统计，我国年产竹材10亿根，相当于1 000万m3木材，占全国木材产量的1/6。因此，充分发挥竹子替代高能耗材料的优势，是发展低碳经济、节约能源的重要保障。

3 竹林固碳降温的低碳优势

森林植物在光合作用过程中吸收大气中大量的CO2，并将其固定在植物体内，从而大幅度减少了大气中的CO2浓度，有效减缓了温室效应。森林是CO2的吸收器、贮存库和缓冲器，还是陆地生态系统中最大的碳库。方精云教授研究表明，人工林是我国森林碳蓄积量增加的主要贡献者[6]，植树造林可增加人工林面积，进而减缓全球温室效应[7-8]。竹林具有生长快、成材早、产量高、一次造林可永续经营利用等特点，长期以来一直是我国南方热带和亚热带地区重要的森林植物资源，在固定CO2减缓气候变化方面发挥着重要的作用[9-11]。

据测算，1 hm2竹林每年可吸收12 t 空气中的CO2，是树木的4倍；同等面积竹林可比树林多释放35%的O2。从减少温室气体的成本上考虑，每减排1 t 碳，工业减排成本达100美元，而采取营造竹林的生物固碳方式减排仅需5～15美元。浙江农林大学研究表明，1 hm2毛竹林年可固碳5.09 t，是杉木林的1.46倍、阔叶林的1.33倍；从砍伐到加工生产出成品又比木材减少30%的碳排量。1 hm2毛竹林吸收的CO2量相当于17位城市居民1 a的CO2释放量。1株毛竹从幼笋生长到幼竹所需时间仅为50 d 左右，而在这段时间里其可以固碳1.82 kg，相当于2辆私家车一天的CO2排放量[8]。同时，竹林还可降低林冠下气温3～5 ℃，增加大气相对湿度5%～10%。

4 竹材加工利用的低碳优势

竹材的主要化学成分是纤维素、半纤维素。多年来，资源丰富、材质坚韧、使用轻便的竹材已广泛应用于加工制造业。竹制品成为21世纪家具和家庭装饰材料的主流[3]。我国竹材的传统用途有农具、家具、竹刻、竹编工艺品等，形成了我国传统的竹工艺艺术品。在工业利用方面，竹材一是用于竹浆造纸、竹叶提取竹叶黄酮及纺织用的竹纤维等[12]；二是生产各种竹材人造板，且广泛用于地板、建筑模板等方面，其中竹材人造板54.2 竹炭的应用

随着人们生活水平的不断提高，人们越发注重保健、养生的生活方式，因此具有保健养生功能的产品越来越受到消费者的青睐。竹材经高温热解生产的竹炭是有效利用竹材资源的最佳途径，也是竹材工业化利用的一个发展方向。研究发现，竹炭具有非常强的选择吸附能力，如能够吸附各种臭味以及苯、二甲苯、甲醛等有害气体，因而竹炭具有大气净化作用。在常温、空气湿度100%的条件下，每100 kg 竹炭可以吸附空气中16～45 kg 的水分，因而竹炭又具有很强的室温调节功能。另外，竹炭还具有遮挡远红外线、电磁波以及杀菌等性能。若将竹炭融入竹集成材家具的产品设计中，可以研发出健康型家具，如开发竹炭床垫、竹炭衣柜[16]。

4.3 竹重组结构材的应用

竹重组是以小径竹为主要原料研制成的新型科技环保结构材。竹子经重组成为性能优良的结构材，其特点是材料强度高，性能稳定，材料收缩率低，硬度、强度、耐水性、防蛀性和耐久性都优于天然木材，被广泛用于家具、地板、室内装潢、工程建筑等领域。

竹子重组材料由于充分利用了竹资源中的小径竹，其产品具有相当大的价值优势，市场前景看好。在倡导低碳经济与可持续发展理念的当前，竹子重组结构材是珍贵木材的理想代替材料，对保护热带雨林具有很大的作用。

4.4 竹纤维的应用

竹纤维已成为低碳经济时代的宠儿，它既低碳环保，又可缓解我国棉花紧缺的窘境。竹子大多生长在山清水秀的环境中，极少受到农药和有害物质的污染，并且在原料提取和生产制造过程中采用物理方式，无任何化学成分污染，因此竹纤维具有无毒、无害、无污染、可100%生物降解等特点，是真正意义上的环保型、功能性绿色纤维。同时，竹纤维也具有抗菌、保健作用。