歐洲生物質能源樹種研究現狀

楊鶴

(遼寧省林業科學研究院，遼寧 沈陽 110032)

歐洲生物質能源樹種研究現狀

楊鶴

(遼寧省林業科學研究院，遼寧 沈陽 110032)

在煤炭、石油等化石燃料逐漸耗盡、環境被污染的情況下，生物質能源將成為未來能源利用的主要方式之一。文章概述了歐洲生物質能源樹種的特點和利用情況，并提出了相應的對策和展望。

歐洲；生物質能源；樹種；現狀

2010年全球能源消耗已經達到540 EJ，比1980年增長了80%，到2025年將比2010年增長50%。如沒有重大的技術革新和碳排放限制，2030—2050年化石燃料供應仍將滿足75%的能源需求，這將會導致CO2濃度顯著增加。解決這一問題的方法之一是應用可再生燃料代替化石燃料，而生物質能源已成為世界上未來優先發展的主要能源[1]。栽培木本生物質能源樹種，已顯示了諸多優點。

1 楊樹

楊樹可以扦插繁殖、生根容易且成本低，而且已經開展了基因組測序、遺傳改良程度較高，生長速度快、產量穩定，采伐作業后萌蘗能力強，抗性較強，在歐洲地中海氣候環境，楊樹作為生物質能源樹種是切實可行的。在西班牙，楊樹生產力達到了14.4 t·hm-2·a-1。研究證明應用楊樹進行生物質生產有收益，并對環境有益。應用地中海氣候區12個造林地點中的144個試驗地的調查數據建立模型，考慮了最熱月份的平均最高溫度、干旱強度和土壤pH值，預測了可灌溉的農用地和能源生產能力，評價了短輪伐期生物質能源林的熱量、生物柴油和電力的轉化能力，在經營條件較好的楊樹林分，平均生產力為10.9 t·hm-2·a-1。因此，發展楊樹短輪伐期林有助于生物質能源市場的穩定，也有助于地中海國家能源的自給。此外，楊樹木材作為燃料，排放低、灰分少，保存費用低、能量效率高，歐洲楊樹萌生林干物質生產量為10.0～15.0 t·hm-2·a-1。對楊樹的生產力研究表明，對幼苗前2年的單株生產力進行了評價，第1年材積為 1.46 dm3，第2年材積為7.37 dm3，第1年平均樹高為2.47 m，第2年平均樹高4.45 m，第1年和第2年胸徑分別為2.51 cm和4.07 cm，楊樹短輪伐期林分有著巨大的生產潛力[2]。對楊樹和櫟樹的碳匯進行比較，櫟樹150年生林分的平均凈初級生產力是2.5 t·hm-2·a-1，而楊樹為6.2 t·hm-2·a-1，每公頃楊樹生物質能源林每年能夠減少24.2～29.3 tCO2排放，而每公頃櫟樹林分每年僅能夠減少6.2～7.1 tCO2排放量。楊樹栽植面積達到400 hm2以上時，收獲和轉運效益較高，歐洲地中海國家，要考慮楊樹水分利用效率，采用合理的密度，使環境和經濟效益達到最大化。短輪伐期林分要獲得最高的生物質產量時需要施肥，在一些國家短輪伐期林分生長時，使用廢水作為肥料給林分施肥，能夠降低施肥成本，增加生物質產量。楊樹碎片的水分含量和粒度分布是影響生物質質量的重要因素，對意大利楊樹短輪伐期林不同的收獲方法對于木屑質量的影響進行研究，發現收獲方式和碎片用具顯著地影響粒度分布，同柳樹相比，楊樹木材較輕易破碎，楊樹母株抽條較少，但都是大枝條。

2 桉樹

桉樹在十九世紀初期就在歐洲開始栽植，由于其具有較高的生產力和生態可塑性，在歐洲南部栽植的桉樹約有1.4萬km2，歐洲的桉樹主要用于生產紙漿和纖維板，采伐作業的殘料和樹皮主要用于生產熱能和電力。造林的目的就是為了滿足能源的需求，桉樹在西班牙按照嚴格的規定栽植，包括機械整地、施肥，桉樹10～12年皆伐。有報道稱地中海地區桉樹采用矮林作業，2～3年生產量為19.0～20.5 t·hm-2。燃料的品質與桉樹的樹齡和樹高相關，樹齡越大，發熱量越高。Sochacki在2007年開發了胸徑大于10 cm的桉樹樹高和生物質的模型，應用500、1 000、2 000和4 000株·hm-2這4種密度和不同地點的數據，比較3種桉樹的平均物質產量，在高密度時沒有顯著差別，研究者認為以較高的密度栽植并與其他種類混交，可使產量達到最大。

3 泡桐

泡桐生長迅速，栽植后15年就可收獲，可獲得高價值的原料，對栽植在安達盧西亞的6個地點的泡桐無性系生產能力進行評價，生物質產量最高的無性系產量為7.2 t·hm-2·a-1；而生物質產量最低的無性系產量僅為2.0 t·hm-2·a-1，因此，在地中海地區引進適宜的泡桐切實可行。此外，還應進一步開展經營和碳匯等方面研究。泡桐作為固體生物質燃料，具有灰分含量低和纖維含量高的優點，與楊樹和柳樹相比，硫和氮的含量也較低，總發熱量達20.3 MJ·kg-1，比一般的闊葉樹種高，甚至比海岸松略高。在西班牙南部，泡桐可以達到最大產量，且含氯量比草本植物低；在中國，泡桐可應用于農林復合作業，對生態系統穩定性和農業可持續發展非常重要，此外，還有關于泡桐產量、輪伐期、栽植密度和光熱分配方面的研究，從經濟學角度看，泡桐的投入產出比到達1∶4，能夠獲得較高的能量效率以及較好的利潤[3]。

4 旱柳

旱柳旺盛的生長能力和較深的根系是其主要優點，其次作為能源樹種還可以進行營養繁殖，在北歐國家生長迅速，可以獲得較高產量。在瑞典短輪伐期旱柳的栽培面積近年比較穩定，但是如果經營管理水平較低或立地條件較差，旱柳的產量較低。旱柳短輪伐期林分可用將插穗直接扦插到土壤中的方法營造。對北愛爾蘭地區的旱柳短輪伐期林分的經濟效益進行分析，將其與農業、畜牧業的收益進行比較，利潤在45 t·hm-2·a-1，同農業收入相近，比畜牧業收益高。比較同期栽植和分期栽植短輪伐期林分的營建成本，樹木密度、保存率和生物質產量，同期栽植生產量要大于分期栽植，同期栽植生產量可以達到6.22t·hm-2·a-1。對于不同土壤類型的旱柳短輪伐期生物質產量進行比較，在丹麥北部不同的土壤類型上栽植了四種旱柳無性系，產量為5.2～8.8 t·hm-2·a-1。旱柳44年生林分，生物質可以達到244 t·hm-2，栽培短輪伐期旱柳可以降低大氣中二氧化碳的含量。

5 刺槐

刺槐也是歐洲短輪伐期樹種，原產于美國，17世紀引種到歐洲，最初用作觀賞樹種，隨后用于林木生產。當前，在歐洲中部栽培面積較大。刺槐具有深厚并且延伸的根系，因此廣泛用于防止水土流失和土壤侵蝕，刺槐還是先鋒樹種，在通氣良好和輕壤土上生長良好，能夠忍受較大范圍的土壤類型，刺槐刈割后再生能力較強，而且具有較高的密度，適合于木本生物質生產。刺槐已經開始用于生物質能源生產，在德國，開展了楊樹、旱柳和刺槐不同輪伐期的比較研究，3種不同輪伐期中，刺槐都獲得了較高的產量，由于對生物質能源需求的增加，刺槐生物質能源林是潛在的農業土地利用的替換模式[4]。刺槐短輪伐期生物質能源林的效益還低于種植小麥，因此發展刺槐生物質能源林需要政府的支持。

6 歐洲生物質能源樹種發展展望

短輪伐期生物質能源林主要用于生產熱能和電力，這一新的能源利用方式有利于達到歐洲可再生能源目標，并可以有效地固定碳，減少溫室氣體排放。全球的生物能源作物在不同糧食作物競爭用地的情況下，會滿足對于生物質能源的需求。發展生物質能源林首先應解決生物多樣性問題；其次改進生物質能源原材料采集、轉運、貯藏、加工技術，降低成本。再次，應該提高公眾的認知度和參與度，提高開展生物質能源林建設的積極性。將來的研究應集中于木本生物質能源樹種遺傳改良、提高作物抗逆性，造林、輪伐期時間、經營、施肥和灌溉等方面[5]。

[1] 曾淑珍,吳延旭,謝曉敏,等.生物質能源樹種的研究進展[J].經濟林研究,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] B?hm 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

楊鶴(1983-)，男，高級工程師，主要從事林木信息管理研究，Email：27114711@qq.com

S216

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.04.024