甘肃林木生物质能源总量测算及变化趋势

王丽霞，孙丽娟

(1.甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020；2.天水市麦积区园林建设服务中心，甘肃 天水 741020)

随着石油、煤、天然气等能源的枯竭，能源可持续供给是制约世界经济发展的难题之一，虽然我国已经在大力发展可再生的新型能源，但是能源危机依然存在[1-2]，因此，寻找新型清洁能源是解决能源危机的必然要求。林木生物质能源是森林生物量的统称，具有可再生、净化空气、持续改善生态环境等特性。甘肃省林木生物质能源丰富，区位优势突出，开发生物质能源不仅可以缓解对化石燃料的过度依赖，而且对于促进林农增收，改进林业发展模式、增加农村劳动力就业，调整农村产业结构具有重要的推动作用。这些年来，很多企业都在积极投资生物质能源项目，但是原料可持续供给是困扰企业发展的最关键因素，许多学者已经对甘肃省生物质能源的区域分布、发展现状等方面做了研究[3-5]，但是关于甘肃林木生物质能源总量测算鲜有报道，尤其是可持续供给能力等问题还有待进一步探索。为此，本文将采用林业年鉴统计数据测算甘肃省林木生物质能源总量，并对空间结构变化状况进行分析，以期为规模化利用林木生物质资源提供相应的理论支持。

1 材料与方法

1.1 林木生物质能源组成

林木生物质能源依据来源由3类组成，第一类，种植能源林，主要包括薪炭林和生物质能源林；第二类，林业生产剩余物，主要包括废旧木制品、林产品生产加工剩余物、商品林轮伐剩余物、公益林抚育、间伐剩余物、幼林抚育剩余物、苗木修枝剩余物；第三类是林地生长剩余物，主要包括灌木林轮伐剩余物、经济林抚育修枝剩余物、“四旁”疏林抚育修枝剩余物、城市绿化抚育修枝剩余物。

1.2 数据来源

本研究采用的数据来自于《中国森林资源报告》(2014-2018)(2009-2013)、《中国林业信息网》、《中国林业统计年鉴》。主要利用2008年、2013年、2018年的灌木林平茬面积、经济林面积、“四旁”株数、中幼林抚育面积等指标测算甘肃省林木生物质能源总蕴含量等指标以及变化趋势

1.3 研究方法

林木生物质能源总量测算主要包括林木生物质能源总量、可获取量、可利用量、潜力总量。

1.3.1 总蕴含量

林木生物质能源总蕴藏量是指理论上森林资源所拥有的可再生能源资源量，计算公式如下：

其中，La表示林木生物质能源总蕴含量；FRi表示林地生长过程中第i种林木的资源量，可通过经济林面积、四旁树株树、灌木林面积转化得到；TCj表示林产品加工剩余物，包括苗木修枝剩余物、抚育剩余物、商品林轮伐剩余物，主要通过抚育面积、苗木株数、商品林产量等指标转换计算；EF表示能源林资源量，具体用薪炭林面积和生物质能源林面积转换计算；ui、Vj、w表示折算系数，具体折算系数详见臧良震等(2019)[9]。

1.3.2 可获取量

可获取量主要包括林业生产剩余物、薪炭林以及生物质能源林等，计算公式如下：

其中，La表示林木生物质资源可获得量；λi表示第i种林木生物质资源可获得系数。

1.3.3 可利用量

林木生物质能源可利用量是指可以用来能源生产的生物质总量，计算公式如下：

其中，Lc表示林木生物质资源可利用量；fi表示第i种林木生物质资源的可利用系数。

1.3.4 潜力总量

林木生物质能源潜力总量是指可利用量转换成标煤以后的总量，本研究选取的折煤系数为0.571，具体计算公式如下：

其中，Lc表示林木生物质能源可利用量。

2 结果与分析

2.1 林木生物质能源资源量估算结果

图1 甘肃省林木生物质能源资源面积

根据总蕴含量公式可计算出2008年、2013年、2018年灌木林平茬面积分别是5.3×108hm2、5.5×108hm2、7.3×108hm2，根据可利用量公式可计算出2008年、2013年、2018年灌木林平茬产生的剩余物的可利用量分别是9.9×108t、1.03×108t、1.36×108t；截至2018年甘肃省经济林面积为2.09×107hm2，林木生物质总蕴含量、可获得量、可利用量分别为1.5×108t、1.5×108t、3.0×108t，在林业生产总剩余物中所占的比例较大。经济林合理的抚育修枝可产生大量的林业生产剩余物，但是甘肃省大部分行道树和经济林修剪产生的枝条、树叶、树根等被焚烧或长期堆积，这样处理不仅造成资源浪费而且还会产生病虫害，甚至存在引起森林火灾的隐患。

2018年薪炭林的面积为1.23×106hm2，比2013年和2008年分别减少5.36×105hm2、5.16×105hm2，可见全省薪炭林的面积在持续减少，因此，应该充分利用荒山荒地、未成林的造林地发展抗旱抗寒的能源树种、这为协调经济效益、社会效益、生态效益提供了新的路径。

2018年中幼林抚育修枝、苗木定杆和截杆、中幼林抚育产生的剩余物合计所占的比例分别为2.32%，0.8%，0.1%，三者合计仅为3.22%，而且在整个研究期内所占比例变化比较平稳。

2.2 林木生物质含量随时间变化

从图2可以看出，2018年甘肃省林木生物质能源总蕴含量为9.40×108t，比2013年和2008年分别增加1.83×108t和2.05×108t。2008年、2013年、2018年的可获得量为3.53×108t、3.60×108t、4.29×108t。在可利用量方面，2008年的可利用量为1.43×108t，到2013年时只增加了0.04×108t，2018年比2008年增加了0.41×108t。

图2 10年内甘肃省林木生物质能源含量变化图

2.3 林木生物质能源资源潜力总量结构

从表1可以得知，甘肃省林木生物质能源潜力总量中，贡献最大的是灌木林平茬和经济林抚育修枝，这两类在2008年、2013年、2018年分别占总量的89.68%、90.24%、90.36%。生物质能源按照比例从高到低依次是灌木林平茬、经济林抚育、“四旁”疏林抚育修枝、薪炭林、苗木定杆和截杆、中幼林抚育与间伐、商品材产量、资源构成贡献最小的是商品材产量。10年内薪炭林和中幼林抚育与间伐的含量先升高后降低(“四旁”疏林抚育修枝)，除商品材产量外其他都呈现上升趋势。

表1 甘肃省林木生物质能源潜力总量结构

3 结论与讨论

3.1 结论

本文根据2008年到2018年10年内的林业统计数据，对甘肃省林木生物质能源进行了测算并分析了变化趋势，结果表明，甘肃省林木生物质能源的总蕴含量呈上升趋势；从资源构成方面来看，灌木林平茬和经济林抚育修枝是林木生物质能源的主要来源，薪炭林培育发展前景较大。总体来看，甘肃省林木生物质能源总量较大，呈现出持续上升的趋势，而且随着森林质量精准提升工程的实施，中幼林抚育产生的剩余物将会持续增加，由此可见，甘肃省发展林木生物质能源产业潜力巨大，可持续的资源供应为产业发展奠定了良好基础。

3.2 讨论

随着天然林保护和退耕还林等工程的不断实施，甘肃省的灌木林面积、中幼林抚育面积持续增长，稳定持续的资源供应是发展生物质能源的重要保障。薪炭林是林木生物质资源的重要来源，但是甘肃能源林的面积持续减少，因此要落实有关国家生物质能源的政策，调动农民参与发展生物质能源的积极性，提高农民的认可度和参与度，实现长期稳定的供给机制。