欧洲生物质能源树种研究现状

杨鹤

(辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032)

欧洲生物质能源树种研究现状

杨鹤

(辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032)

在煤炭、石油等化石燃料逐渐耗尽、环境被污染的情况下，生物质能源将成为未来能源利用的主要方式之一。文章概述了欧洲生物质能源树种的特点和利用情况，并提出了相应的对策和展望。

欧洲；生物质能源；树种；现状

2010年全球能源消耗已经达到540 EJ，比1980年增长了80%，到2025年将比2010年增长50%。如没有重大的技术革新和碳排放限制，2030—2050年化石燃料供应仍将满足75%的能源需求，这将会导致CO2浓度显著增加。解决这一问题的方法之一是应用可再生燃料代替化石燃料，而生物质能源已成为世界上未来优先发展的主要能源[1]。栽培木本生物质能源树种，已显示了诸多优点。

1 杨树

杨树可以扦插繁殖、生根容易且成本低，而且已经开展了基因组测序、遗传改良程度较高，生长速度快、产量稳定，采伐作业后萌蘖能力强，抗性较强，在欧洲地中海气候环境，杨树作为生物质能源树种是切实可行的。在西班牙，杨树生产力达到了14.4 t·hm-2·a-1。研究证明应用杨树进行生物质生产有收益，并对环境有益。应用地中海气候区12个造林地点中的144个试验地的调查数据建立模型，考虑了最热月份的平均最高温度、干旱强度和土壤pH值，预测了可灌溉的农用地和能源生产能力，评价了短轮伐期生物质能源林的热量、生物柴油和电力的转化能力，在经营条件较好的杨树林分，平均生产力为10.9 t·hm-2·a-1。因此，发展杨树短轮伐期林有助于生物质能源市场的稳定，也有助于地中海国家能源的自给。此外，杨树木材作为燃料，排放低、灰分少，保存费用低、能量效率高，欧洲杨树萌生林干物质生产量为10.0～15.0 t·hm-2·a-1。对杨树的生产力研究表明，对幼苗前2年的单株生产力进行了评价，第1年材积为 1.46 dm3，第2年材积为7.37 dm3，第1年平均树高为2.47 m，第2年平均树高4.45 m，第1年和第2年胸径分别为2.51 cm和4.07 cm，杨树短轮伐期林分有着巨大的生产潜力[2]。对杨树和栎树的碳汇进行比较，栎树150年生林分的平均净初级生产力是2.5 t·hm-2·a-1，而杨树为6.2 t·hm-2·a-1，每公顷杨树生物质能源林每年能够减少24.2～29.3 tCO2排放，而每公顷栎树林分每年仅能够减少6.2～7.1 tCO2排放量。杨树栽植面积达到400 hm2以上时，收获和转运效益较高，欧洲地中海国家，要考虑杨树水分利用效率，采用合理的密度，使环境和经济效益达到最大化。短轮伐期林分要获得最高的生物质产量时需要施肥，在一些国家短轮伐期林分生长时，使用废水作为肥料给林分施肥，能够降低施肥成本，增加生物质产量。杨树碎片的水分含量和粒度分布是影响生物质质量的重要因素，对意大利杨树短轮伐期林不同的收获方法对于木屑质量的影响进行研究，发现收获方式和碎片用具显著地影响粒度分布，同柳树相比，杨树木材较轻易破碎，杨树母株抽条较少，但都是大枝条。

2 桉树

桉树在十九世纪初期就在欧洲开始栽植，由于其具有较高的生产力和生态可塑性，在欧洲南部栽植的桉树约有1.4万km2，欧洲的桉树主要用于生产纸浆和纤维板，采伐作业的残料和树皮主要用于生产热能和电力。造林的目的就是为了满足能源的需求，桉树在西班牙按照严格的规定栽植，包括机械整地、施肥，桉树10～12年皆伐。有报道称地中海地区桉树采用矮林作业，2～3年生产量为19.0～20.5 t·hm-2。燃料的品质与桉树的树龄和树高相关，树龄越大，发热量越高。Sochacki在2007年开发了胸径大于10 cm的桉树树高和生物质的模型，应用500、1 000、2 000和4 000株·hm-2这4种密度和不同地点的数据，比较3种桉树的平均物质产量，在高密度时没有显著差别，研究者认为以较高的密度栽植并与其他种类混交，可使产量达到最大。

3 泡桐

泡桐生长迅速，栽植后15年就可收获，可获得高价值的原料，对栽植在安达卢西亚的6个地点的泡桐无性系生产能力进行评价，生物质产量最高的无性系产量为7.2 t·hm-2·a-1；而生物质产量最低的无性系产量仅为2.0 t·hm-2·a-1，因此，在地中海地区引进适宜的泡桐切实可行。此外，还应进一步开展经营和碳汇等方面研究。泡桐作为固体生物质燃料，具有灰分含量低和纤维含量高的优点，与杨树和柳树相比，硫和氮的含量也较低，总发热量达20.3 MJ·kg-1，比一般的阔叶树种高，甚至比海岸松略高。在西班牙南部，泡桐可以达到最大产量，且含氯量比草本植物低；在中国，泡桐可应用于农林复合作业，对生态系统稳定性和农业可持续发展非常重要，此外，还有关于泡桐产量、轮伐期、栽植密度和光热分配方面的研究，从经济学角度看，泡桐的投入产出比到达1∶4，能够获得较高的能量效率以及较好的利润[3]。

4 旱柳

旱柳旺盛的生长能力和较深的根系是其主要优点，其次作为能源树种还可以进行营养繁殖，在北欧国家生长迅速，可以获得较高产量。在瑞典短轮伐期旱柳的栽培面积近年比较稳定，但是如果经营管理水平较低或立地条件较差，旱柳的产量较低。旱柳短轮伐期林分可用将插穗直接扦插到土壤中的方法营造。对北爱尔兰地区的旱柳短轮伐期林分的经济效益进行分析，将其与农业、畜牧业的收益进行比较，利润在45 t·hm-2·a-1，同农业收入相近，比畜牧业收益高。比较同期栽植和分期栽植短轮伐期林分的营建成本，树木密度、保存率和生物质产量，同期栽植生产量要大于分期栽植，同期栽植生产量可以达到6.22t·hm-2·a-1。对于不同土壤类型的旱柳短轮伐期生物质产量进行比较，在丹麦北部不同的土壤类型上栽植了四种旱柳无性系，产量为5.2～8.8 t·hm-2·a-1。旱柳44年生林分，生物质可以达到244 t·hm-2，栽培短轮伐期旱柳可以降低大气中二氧化碳的含量。

5 刺槐

刺槐也是欧洲短轮伐期树种，原产于美国，17世纪引种到欧洲，最初用作观赏树种，随后用于林木生产。当前，在欧洲中部栽培面积较大。刺槐具有深厚并且延伸的根系，因此广泛用于防止水土流失和土壤侵蚀，刺槐还是先锋树种，在通气良好和轻壤土上生长良好，能够忍受较大范围的土壤类型，刺槐刈割后再生能力较强，而且具有较高的密度，适合于木本生物质生产。刺槐已经开始用于生物质能源生产，在德国，开展了杨树、旱柳和刺槐不同轮伐期的比较研究，3种不同轮伐期中，刺槐都获得了较高的产量，由于对生物质能源需求的增加，刺槐生物质能源林是潜在的农业土地利用的替换模式[4]。刺槐短轮伐期生物质能源林的效益还低于种植小麦，因此发展刺槐生物质能源林需要政府的支持。

6 欧洲生物质能源树种发展展望

短轮伐期生物质能源林主要用于生产热能和电力，这一新的能源利用方式有利于达到欧洲可再生能源目标，并可以有效地固定碳，减少温室气体排放。全球的生物能源作物在不同粮食作物竞争用地的情况下，会满足对于生物质能源的需求。发展生物质能源林首先应解决生物多样性问题；其次改进生物质能源原材料采集、转运、贮藏、加工技术，降低成本。再次，应该提高公众的认知度和参与度，提高开展生物质能源林建设的积极性。将来的研究应集中于木本生物质能源树种遗传改良、提高作物抗逆性，造林、轮伐期时间、经营、施肥和灌溉等方面[5]。

[1] 曾淑珍,吴延旭,谢晓敏,等.生物质能源树种的研究进展[J].经济林研究,2008,26(4):109-113

[2] Broeckx LS. Establishment and two year growth of a bioenergy plantation with fast-growing Populus tress in Flanders (Belgium): effects of genotype and former land use[J].Biomass Bioenergy, 2012,42:151-163

[3] Banse M. Impact of EU biofuel policies on world agricultural production and land use[J]. Biomass Bioenergy ,2011,35:2385-2390

[4] Böhm C. Yield prediction of young black locust plantations for woody biomass production using allometric relations[J]. Ann Forest Res .2011,54:215-227

[5] De Vries .Renewable energy sources: their global potential for the first-half of the 21st century at a global level: an integrated approach[J]. Energy Policy,2007,35:2590-2610

1005-5215(2017)04-0070-02

2017-02-24

杨鹤(1983-)，男，高级工程师，主要从事林木信息管理研究，Email：27114711@qq.com

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10.13601/j.issn.1005-5215.2017.04.024