瑞典柳树能源林技术研究

秦光华 宋玉民 乔玉玲 于振旭

摘要： 对能源林柳树定向育种、良种繁育、林分密度、抚育管理、林分生长发育规律、病虫害防治、灾害防控和加工利用等技术进行了系统研究，对柳树能源林经济效益和环境效益进行了分析的结果表明：瑞典能源柳有短期和长期两个定向育种方案，品种主要包括蒿柳、毛枝柳及其杂种，良种繁育主要方式为机械化无性扦插繁育。林分密度为2.2～3.1×104株/hm2，生物量为10～16 t/hm2·a。病害主要包括叶锈菌和毛杆菌，虫害主要是柳瘿蚊和柳蓝叶甲。关键词： 柳树；能源林； 生物质能源； 短轮伐期

中图分类号： S 727. 4， S792. 12 文献标识码： A

文章编号： 1001 - 9499 （2018） 02 - 0025 - 05

瑞典生物质能源利用技术成熟、政策完善，生物质能源开发利用已成为重要的新型产业，以森林为源头的林业、木材加工业、造纸业、生物质燃料生产、热电联产共同形成了一個完整的产业链。截止2007年底，生物质能源利用量已占其能源消耗总量的53.6%，成为发达国家中使用生物质能源占比过半的国家[ 1 ]。在生物质能源资源供应中，柳树能源林占据重要地位。瑞典自上世纪80年代开始对柳树能源林进行系统研究，目前已经形成从良种选育、资源培育、加工利用和热电联产的完整产业链，具备一套完善的技术体系。本文主要对瑞典柳树能源林发展进行了介绍，对能源林柳树定向育种、良种繁育、林分密度、抚育管理、林分生长发育规律、病虫害防治、灾害防控和加工利用等技术进行了系统研究，并对柳树能源林经济效益和环境效益进行了分析，同时介绍了能源林培育与热电联产的情况。

1 能源林柳树定向育种

瑞典是柳树的天然分布地区，但是产量较低，生产成本较高，不适于规模化种植和加工利用。因此该地区十分重视柳树良种的引进和新品种的培育，引进国家主要是德国、波兰、意大利、英国和西班牙等。目前在瑞典广泛栽培的应用于能源林的柳树品种主要是蒿柳（Salix viminalis）、伪蒿柳（S.schwerinii）和毛枝柳（S. dasyclados）及其杂种，经过30多年的育种研究，目前在瑞典广泛推广应用的柳树品种有一百多个。这些品种具有生长快、砍伐后根萌能力强、无性繁殖容易、抗病虫害能力和抗寒性强、生物产量高等优良性状，在瑞典南部和中部生长较好，非常适于短周期人工林的机械化集约经营。

瑞典柳树育种主要有短期和长期两个育种方案。短期育种主要是为生产提供急需的一些优良品种，注重育种的时效性，一般在一个育种周期内完成。长期育种方案注重于品种的长期世代改良，在种间、种内、种源和家系的水平上进行种质资源的系统收集和评价，进行目标性状的长期稳定改良。针对生物量、抗病虫能力、热能、抗寒性、抗土壤污染等性状进行定向育种，并且注重性状的综合测定。为了为育种提供可靠依据，同时开展了柳树育种的基础研究，利用同功酶研究手段，发现不同种源的蒿柳在生物量、生长活力、抗寒、抗锈病等性能上均有较大差异。地中海起源的蒿柳生物量较高，但是抗虫害和抗寒能力较差；德国起源的蒿柳抗锈病能力较强，生长活力高；波兰起源的蒿柳抗病虫能力也较强。瑞典南北狭长，东西较短，自然气候条件差异较大，根据这种情况划分了能源柳的不同栽培区，根据基因环境交互作用进行区域定向选择育种，为不同栽培区选育适于本地的优良品种。

2 良种繁育

蒿柳及其杂交种无性繁殖容易，并且通过无性繁殖可以保持品种的优良特性。瑞典冬季严寒，在中南部土壤冻土层可深达20～50 cm，因此扦插季节为春季末期冻土层解冻以后。扦插前一般提前整好苗圃地，翻耕深度为15～25 cm，采用全面翻耕或者带状整地方法，在翻耕前结合翻耕施入化肥和有机肥。瑞典柳树种苗繁育材料主要取自良种圃的1～2年生扦插苗，利用截条机剪成长15～20 cm、粗1～1.5 cm的插穗，利用育苗机进行扦插繁殖，育苗机每次扦插2、4、6、8 行，每个育苗工人负责2行，将插穗置于机器的扦插带中，每台育苗机每天可扦插1.5～2 hm2。扦插后采用滴灌、沟灌或者漫灌方式进行灌溉，目前主要的灌溉方式是滴灌，平时视土壤墒情而定，浇水量以达到田间持水量的70%为准。出苗后不进行除萌和除蘖，但要注意除草和病虫害的防治。出于环保考虑，病虫害防治和除草均使用无公害农药，使用较多的除草剂主要有草除灵、胶孢炭疽菌等；杀菌剂主要有黄连素、波尔多液、井冈霉素等；杀虫剂主要有苏云金杆菌、黎芦碱、多杀霉素、氯氰菊酯、阿维菌素等。瑞典柳树苗圃地中鼠害较为严重，因此对鼠害主要采用红海葱、C型肉毒素等无公害农药进行防治。

在苗木速生期6～8月中旬追肥2次，每次追施氮肥或者复合肥150～225 kg/hm2，以沟施为主，施于行间或者窄行的两侧，施后灌水或者在雨前进行，也可以结合苗期病虫害防治；利用0.5%尿素和0.5%磷酸二氢钾进行叶面追肥。施肥和灌水均可利用电子计算机控制系统实现自动化。

柳树的良种繁育要结合造林进行，苗木繁育后一般不再进行移植，因此育苗时就要为将来的造林考虑，在立地选择、土壤管理、育苗密度、根系管理、生长潜力、抚育管理等方面综合考虑将来能源林生产的特点和需求。

3 林分密度

柳树根萌能力强，生物产量高，多代间生产潜力和生长活力衰退不明显，非常适于短周期轮伐，特别适用于能源林等对干形要求不高的林种造林[ 2 ]。短周期人工林的营建对立地条件和经营管理水平有较高要求。要选用立地条件好、土壤肥力高、立地质量衰退慢、适于多代经营的土地。同时还要满足具备浇灌条件、适宜机械化作业的地区。集约经营措施主要包括造林地整地、水肥管理、杂草清除、病虫害防控等措施。由于能源林一般是4个轮伐期，每个轮伐期为4～6年，因此选择品种时还要考虑品种的根萌能力，应选用产量高、多代之间产量稳定持续的优良品种，以维持柳树能源林产量的稳定性和持续性。林分密度是影响短周期人工林的重要指标，柳树能源林的产量特别是早期产量与造林密度密切相关。多项研究表明，瑞典柳树能源林林分密度一般为（2.2～3.1）×104株/hm2，

4～6年达到最高产量[ 3 ]。为了便于机械化作业，目前瑞典一般采用宽窄行相结合，宽行大约1.0 m，造林、抚育和收获等需要机械化操作的任务主要在宽行中运行，窄行0.6～0.8 m，株行距0.4～0.5 m。当然密度的大小和株行距的配置还要考虑当地气候条件、土壤理化性质和经营管理水平。能源林的采伐主要在秋冬季节柳树生长期结束后进行，主要是为了保证枝条营养能够充分回流到根系，保证第二个轮伐期的萌发更新，提高生长活力和产量。

4 抚育管理

4. 1 松土除草

松土和除草一般结合进行，第1个轮伐期每年1～2次，连续3年；第2个轮伐期每年1次，连续2年。松土深度20～25 cm，进行蓄水保墒，结合松土进行除草压青。松土时要距离树木根桩25 cm以上，防止损伤根系。对于不能通过松土清除的杂草，选用草除灵、胶孢炭疽菌等除草剂进行除草。

4. 2 灌溉施肥

柳樹能源林为超短轮伐期集约经营，对肥水的要求很高，特别是对氮肥要求高。施肥采用沟施法，也可以结合松土进行。施肥量为第1个轮伐期第1年施氮肥200～450 kg/hm2， 第2、3、4年全面施氮肥600 kg/hm2、磷肥200 kg/hm2、钾肥100 kg/hm2，第2、3、4轮伐期每年施肥量与第1个轮伐期的后3年相同。相关研究表明，在柳树能源林林分中种植美国桤木、锦鸡儿等豆科固氮植物可以减少氮肥的施用量[ 4 - 5 ]。瑞典气候冬季严寒，夏季凉爽，生长季节降雨较少，因此林分灌溉十分重要。柳树能源林灌溉视降雨和土壤墒情而定，当生长季节土壤含水量降为最大持水量的60%时就要进行灌溉，土壤水分含量和滴灌都可以通过自动监测进行，实现了计算机控制的自动化。

5 林分生长发育规律

林分生长发育规律的研究主要是监测林分生产力的动态变化，提高柳树能源林产量的稳定性和持续性。柳树能源林作业的特点是林分密度大、生物产量高，因此树木个体间对养分、水分、光照等环境因子的竞争激烈。在瑞典Langa地区开展的柳树人工林集约经营研究表明：在轮伐期的第1年和第2年，柳树萌条数量迅速增加，但是在后2年，林分中萌条数量几乎不再增加，而产量迅速增加，连年生长量一般在第3年达到最大，平均生长量在第4年达到最大。经过施肥的柳树能源林的生物量为10～16 t/hm2·a，有些无性系可达20 t/hm2·a[ 6 ]。

6 病虫害防治

在集约经营的柳树人工林中，由于树种和品种单一，林分常不同程度地遭受各种病虫害的危害。柳树病害主要包括叶锈菌（Melampsora epitea）和毛杆菌（Pseudomonas syringae） [ 2 ]。叶锈病的研究集中于锈病的群体结构及不同柳树无性系的抗性机理。已有研究表明，锈病可以分3大类致病型组，其中20种具有严重危害。由于病原菌较多，再加上生殖周期中基因发生重组的可能性很大，使得新细菌能在植物组织中侵染和传播，从而造成树皮和木质部的外层坏死。锈病对一些不耐锈病的柳树品种具有较大的危害。柳树虫害主要是柳瘿蚊（Rhabdophaga salicis）和柳蓝叶甲（Plagiodera versicolor），其中瘿蚊对能源林主栽树种蒿柳危害严重。柳蓝叶甲危害主要是侵食叶片，危害严重时会导致产量显著下降。瑞典农业大学和相关机构目前正在研究不同密度柳树人工林中柳蓝叶甲对产量的影响，同时还开展了不同环境条件下柳叶化学与幼虫成活和发育关系的研究。

7 灾害防控

瑞典地处55°～69°N，属于高纬度地区，年均气温低。春、夏、秋三个季节容易发生霜冻，是能源林发展的一大障碍，特别是北部地区，柳树产量很低。因此柳树能源林只适合在南部和中部发展，北部受到了限制。即使在中南部地区，在营造能源林时也要注意选择抗寒和晚发芽品种。在发生霜冻时间节点前对林地进行适度灌溉，保持土壤合理墒情，提高林木抗寒能力。

8 木屑压缩颗粒加工

生物质燃料一般采用木屑压缩颗粒技术，在瑞典木屑压缩成型技术非常成熟，并且得到了广泛应用。木屑压缩颗粒是将木片、刨花和锯屑等木材加工废弃物经粉碎、烘干和压缩工艺处理后制成的直径约6～8 mm 的短小圆柱形颗粒。可以为工业锅炉、民用炉灶及家庭取暖系统提供燃料，还可以作为热动力直接燃烧发电。与木材和枝丫相比，木屑压缩颗粒便于贮存和运输、燃烧性能优良、热效率较高。柳树木屑压缩颗粒热值大于4.7 kw/h·kg，而且燃烧过程无烟少灰，市场开发前景广阔。目前瑞典木屑压缩颗粒的年产量超过2.0×106 t，产量居世界首位，其中柳树木屑压缩颗粒占一半以上。袋装的木屑压缩颗粒在全国各地有售，17%以上的家庭已使用木屑压缩颗粒进行取暖供热。二十世纪70年代瑞典取暖系统还是以燃油为主，但是截止到2004年已有61%的地区供暖系统被生物质燃料代替。

9 柳树能源林经营的经济效益

柳树能源林经营的经济效益计算包括所有与生产过程有关的成本和收益现金流。生物量的市场价格为520瑞典克朗/t，计算年限为24年，轮伐期为4年，共收获6个轮伐期。第1个轮伐期的生物量较低，为40.0～50.0 t/hm2；从第2个轮伐期开始，每个轮伐期的产量为60.0～70.0 t/hm2[ 7 ]。在24年的经营过程中，年利率为5.0%，在不包括造林补助金的情况下，柳树能源林每年的净收入为1.1×104瑞典克朗/hm2。如果进一步延伸产业链至柳树木屑压缩颗粒的生产，经济收益会更高。

10 环境效益

柳树根系能够吸收工业废水中的重金属和硝态氮，因此柳树能源林可以作为工业废水的生物净化带。将工业废水排放到柳树能源林中，经过一定时间的吸纳净化，可以显著减少废水中的铜、铅等重金属离子和硝态氮。与工业废水处理系统相比，具有处理成本低、没有次生污染、处理技术简单等优点，是目前较为流行的工业废水处理手段。柳树叶子的pH值呈弱碱性，当叶子落地分解后，可以中和由工业生产产生的SO2 引起的土壤酸化作用[ 1 ]。

11 能源林与热电联产

瑞典政府扶持林业生物质能源培育与热电联产，在生物质能培育与热电联产方面技术先进、经验丰富[ 8 ]。全国建有多家生物质能热电联产电厂和生物质能小区供热系统。SalixEnergi公司建有四万多公顷的柳树能源林基地，专门种植和销售速生柳、培植柳树资源，向热电厂提供木材、枝丫、木片、锯末等原料，实行以供热为主的热电联供。Hasselby公司最初使用石油、煤炭作原料为首都地区供热供电，但是从上世纪90年代年开始使用木质颗粒等生物质原料，实现了从原煤原油到生物质原料的转变。VARMEVERKET公司自上世纪90年代开始起开始将原煤锅炉改造为蒸汽锅炉，原料由原煤转為柳树等生物质原料，采用炉排式直接燃烧产生热量供热供电，供应林雪平市100% 的用热和50%左右的用电。采用先进的余热回收利用技术提高能量利用率，燃烧效率高达98%以上，热量损失很小。整个工厂的设计与运行采用封闭循环系统，对废水、废渣进行充分利用，同时将生物质原料燃烧后产生的灰分、废渣等等氧化处理达标后与清水混合灌溉速生柳树能源林，实现肥料和能源的循环利用。目前瑞典的生物质发电量已经从上世纪80年代的20亿kw/h 增长至2010年的1.5×1010 kw/h，预计2020 年可达到2.0×109 kw/h，生物质发电量在瑞典已经初步形成规模。

参考文献

[1] Christersson L. The future of European agriculture： food， energy，

paper， and the environment[J]. Biomass and Bioenergy， 1994（6）：1-4.

[2] Christersson L，Sennerhy-ForsseL. Willow and poplar research and plantations in Sweden today[J]. Swedish University of Agricultural Sciences， ISSN 0282-6267， 1995.

[3] 方升佐， 黄宝龙. 瑞典柳树能源林的研究及发展概况[J]. 世界林业研究， 1997（3）： 66 - 70.

[4] Elowson S，Rytter L. Spatial distribution of roots and root nodules and total biomass production in a grey alder plantation on sandy soil[J]. Biomass and Bioenergy， 1993， 5（2）： 127-135.

[5] Granhall U. Biological fertilization[J]. Biomass and Bioenergy，1994， 6（1/2）： 81-91.

[5] 200 Ledin S. The energy forestry production systems[J]. Biomass and Bioenergy， 1992， 2： 17-24.

[6] Willebrand E， Ledin S， Verwijst T. Willow coppice systems in short rotation forestry[J]. Biomass and Bioenergy， 1993， 4： 323-331.

[7] Willebrand E.， Verwijst T. Population dynamics of willow coppice systems and their implications for management of short rotation forest[J]. The Forestry Chronicle， 1993， 69： 699-704.

[8] 余爱华， Tom Gallagher. 美国东南部5年生柳树能源林生长规律及耐寒性分析[J]. 森林工程， 2015， 31（6）： 45 - 50.

第1作者简介： 秦光华（1970-）， 男， 研究员， 主要研究方向： 林木遗传育种。

（责任编辑： 张亚楠）