王 亭, 于華忠, 劉同方, 陳雁梅

(吉首大學(xué) 林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 張家界 427000)

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竹柳發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)
——基于案例

王 亭, 于華忠*, 劉同方, 陳雁梅

(吉首大學(xué) 林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 張家界 427000)

竹柳目前已在全國(guó)普遍種植,但竹柳的產(chǎn)業(yè)化還不夠成熟,特別是在生物質(zhì)能源方面.文章針對(duì)竹柳自身優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)生的綜合效益、目前在紙漿和生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)現(xiàn)狀及未來將走的兩種模式進(jìn)行了綜述,對(duì)其進(jìn)一步的發(fā)展和研究有一定參考意義.參33.

竹柳;效益;生物質(zhì)能;紙漿;一體化

天然林保護(hù)工程的實(shí)施,對(duì)森林的可采伐量減少,但木材的需求缺口逐年增長(zhǎng).國(guó)務(wù)院2002年將 “重點(diǎn)地區(qū)速生豐產(chǎn)用材林基地建設(shè)工程” 作為六大林業(yè)重點(diǎn)工程之一進(jìn)行實(shí)施.到2015年,欲規(guī)劃建成1 333萬 hm2.目前在人造林方面:速生豐產(chǎn)林建設(shè)不僅集約化經(jīng)營(yíng)程度低,還存在營(yíng)林措施不規(guī)范的問題[1],年平均生長(zhǎng)量?jī)H 9 ～12 m3/ hm2,遠(yuǎn)低于國(guó)外等先進(jìn)林業(yè)國(guó)家的年生長(zhǎng)量30 m3/ hm2左右[2],竹柳是一種新興的速生樹種,在提高速生林的質(zhì)量,擴(kuò)大造林面積,緩解因少數(shù)或單個(gè)樹種造成生態(tài)破壞方面具有非常重要的價(jià)值[3,4].生物質(zhì)能的開發(fā)利用在我國(guó)起步晚,開發(fā)綜合利用率低,技術(shù)方面不夠成熟,造就了不均衡的商業(yè)化水平.著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn),我國(guó)生物質(zhì)資源開發(fā)要把發(fā)展能源林和能源農(nóng)業(yè)作為將來生物質(zhì)能的基礎(chǔ),把自主研發(fā)結(jié)合引進(jìn)消化到吸收的技術(shù)路線、掌握運(yùn)用核心技術(shù)作為重中之重.走能源林和產(chǎn)品多元化道路,發(fā)展多元化生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)并加強(qiáng)多學(xué)科交叉研究.本文將生物質(zhì)能源樹種之一的竹柳作為研究對(duì)象,闡述竹柳的品性、可推廣特點(diǎn)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀,并結(jié)合幾個(gè)案例介紹竹柳產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì),對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義[5].

1 概念和范疇

1.1 生物質(zhì)能源

生物質(zhì)能源是指林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)物以及像作物秸稈,木材加工后的廢料,城市和工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物、動(dòng)物糞便等.

1.2 生物質(zhì)能源林的分類

1) 發(fā)電能源林.指通過集約經(jīng)營(yíng)的技術(shù),對(duì)一些具有高熱值、成長(zhǎng)速度快、抗病蟲害的樹種進(jìn)行種植并培育形成能源林,目的是依賴木材發(fā)電[6].

2) 薪炭能源林.指主要是生產(chǎn)薪材用來直接燃燒或燒制木炭使用的能源林.

3) 燃油能源林.指用富含乳汁或油脂的樹種組成的能源林.主要是提取和加工其產(chǎn)物用以生產(chǎn)柴油、石油等的替代品.生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)是指利用化學(xué)或生物等專業(yè)技術(shù)把生物質(zhì)原料通過工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為具有附加值高的能源、生物材料、石油替代品等友好環(huán)保型產(chǎn)品的整個(gè)過程.

1.3 竹柳

美國(guó)竹柳,中文名竹柳,是新的柳樹雜交品種,經(jīng)過多次的的選優(yōu)選育及馴化.其形態(tài)、側(cè)枝,密植性跟竹子相似,故而取名為竹柳.竹柳不僅繼承了傳統(tǒng)柳眾多的優(yōu)良品性而且提高了速生性和抗病蟲害性被作為速生用材林樹種和生物質(zhì)能源樹種[7].

2 竹柳種植情況及其優(yōu)勢(shì)

2.1 竹柳種植研究情況

近幾年,竹柳開始嶄露頭角,先后在山東、黑龍江、上海[8]、江蘇、云南、安微、廣兩、福建、天津、湖南、貴州[9]等十多個(gè)省市引種栽培.安微、天津、江蘇等省市將竹柳引種栽培納入了省市級(jí)重點(diǎn)研究項(xiàng)目,對(duì)竹柳的引種、區(qū)域化、材性等進(jìn)行研究.前人已對(duì)其進(jìn)行了病蟲害預(yù)防[10,11]、嫩枝扦插育苗技術(shù)[12,13]及引種試驗(yàn)進(jìn)行了很多研究[14],對(duì)不同造林密度和不同混交方式竹柳的適生狀況也進(jìn)行了初步研究[15].

2.2 竹柳種植的優(yōu)勢(shì)

1) 高密度且生長(zhǎng)快.適應(yīng)高密度栽培,如每畝(1畝≈0.067 hm2)可栽110～220棵作為成材林栽植,水肥管理跟上,四至六年平均胸徑可達(dá)20～30 cm,高度20～25 m,單株材積率達(dá)0.3～0.35 m3;可栽2 500棵作為紙漿用材,可栽5 000～6 000棵作為育苗,土地利用率極高.

2) 抗性強(qiáng)且適應(yīng)性強(qiáng).竹柳不僅對(duì)于自身的一些病蟲害有很強(qiáng)的抵抗性還能抗寒、耐鹽堿、抗旱澇、抗壓、抗病等.竹柳喜陽(yáng),適應(yīng)溫度范圍-37℃～40℃,海拔4 000 m以內(nèi)都可以良好生長(zhǎng).竹柳萌芽力強(qiáng),若插苗,成活率在95%以上,對(duì)土壤適應(yīng)性廣,可生長(zhǎng)于潛水中.

3) 用途廣并可兼作套種.從邊到心色度潔白,天然白度達(dá)60%左右,95%可用于紙漿,其木材纖維柔軟度很高,且細(xì)密、均勻,可作為最上乘包裝紙、辦公用紙等.如株距為1.3 m,行距1.6 m,第二年可正常套種其他作物;也可在林下養(yǎng)雞、種植黑豆等經(jīng)濟(jì)作物.

4) 為新能源樹種.竹柳高熱值、碳氮比高的特點(diǎn)適于新能源的開發(fā)利用.科研人員目前已對(duì)竹柳進(jìn)行了固體顆粒燃料、生物質(zhì)發(fā)電等能源開發(fā).

5) 有觀賞性并可防風(fēng)治沙.通直的主干,窄小的樹冠,斜上生長(zhǎng)的樹枝讓竹柳成為良好的觀賞樹.竹柳可以美化公園、道路、鐵路、別墅周邊的環(huán)境.竹柳耐貧瘠,有發(fā)達(dá)的須根系,起到防護(hù)水土流失的作用.

3 種植竹柳帶來的綜合效益

3.1 生態(tài)效益

發(fā)展種植竹柳,對(duì)自然林木的砍伐和依賴將會(huì)減少,能夠增加林產(chǎn)業(yè)資源.竹柳有美觀特性,可為旁道樹,沒有柳絮,還可以嫁接彩葉柳,產(chǎn)生很好的園林效果.同時(shí)還可以涵養(yǎng)水源、保護(hù)濕地.例如:在旅游方面,竹柳有一定的環(huán)境改良作用,竹柳可以平衡土地營(yíng)養(yǎng).

案例1:江蘇省泰州市航道管理的陳彤結(jié)合工程實(shí)例對(duì)內(nèi)河航道采用的香根草、竹柳兩種生態(tài)護(hù)坡工程技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析,實(shí)施栽種的這兩種生態(tài)護(hù)岸很成功[16].竹柳可以“吸毒解毒”,凈化水體.

案例2:能源柳可做廢物處理系統(tǒng)和碳匯林.20世紀(jì)90年代,瑞典把柳樹種在廢水處理廠附近形成大面積人工林,用來提高廢水氮處理的效率.垃圾瀝出液通過曝氣處理,當(dāng)做化肥澆灌種植在垃圾廠恢復(fù)區(qū)的柳樹矮林,柳樹變成了一種低價(jià)廢棄物處理系統(tǒng).同時(shí)能源柳又是碳匯林,報(bào)道過森林每產(chǎn)生1 m3的生物量,平均吸收1.83 t CO2.

3.2 社會(huì)效益

一方面,竹柳適應(yīng)性強(qiáng),可連片種植,也可零星種植在房前屋后、田埂地旁等;另一方面,貧困人口多居住于山區(qū),石漠化形成的土地,土質(zhì)差,生態(tài)環(huán)境差,易澇易旱造成的水土流失嚴(yán)重.選擇種植竹柳,可以改良環(huán)境的同時(shí)增加農(nóng)民收入緩解就業(yè)壓力,可調(diào)整農(nóng)村的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu).同時(shí),推動(dòng)發(fā)展林業(yè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目,提供社會(huì)部分就業(yè)崗位;最終實(shí)現(xiàn)“財(cái)政增長(zhǎng)、農(nóng)民增收、社會(huì)穩(wěn)定” 目標(biāo),對(duì)做好“三農(nóng)”工作有重要價(jià)值.

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

竹柳用扦插進(jìn)行繁殖,成本低,極易成活,大大降低了林農(nóng)和企業(yè)的投資.生長(zhǎng)快,每五年就可以輪伐或者齊伐.工業(yè)用材和紙漿需求量呈增加趨勢(shì),不愁銷路.同時(shí)可高效利用低洼濕灘地、鹽堿地等,獲得客觀的經(jīng)濟(jì).竹柳連片種植短期內(nèi)不砍伐在800畝以上可以申請(qǐng)國(guó)際環(huán)保組織的減碳基金.

1) 竹柳種植成材林收益.① 以畝產(chǎn)值計(jì)算.若種植苗330株/畝,按市場(chǎng)價(jià):株高20 cm苗每株2元,扣除成本投入、管護(hù)投入、土地租金等,按5年成材期計(jì)算,每畝地每年的生成效益13 000元左右.加上修枝可作為育苗出售,年收入畝產(chǎn)值可達(dá)3萬元以上[17].案例:高峰竹柳產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司目前對(duì)社會(huì)收購(gòu)成材林,價(jià)格為:6年生,胸莖達(dá)25 cm以上,800元/m3為最低收購(gòu)價(jià);若胸莖達(dá)30 cm左右的7年生竹柳,收購(gòu)價(jià)漲到1 000元/m3[18].② 用作建筑用材.一般自然生長(zhǎng)四年,這樣的竹柳每根可出四根架材,按每根30元計(jì)算,一畝地四年可收入8萬.③ 作為生產(chǎn)把材.把材指杈把、鐵锨把等把子用材,一般長(zhǎng)1.5～1.7 m,市場(chǎng)價(jià)為5元左右,行距、株距按50×20 cm栽種,生長(zhǎng)兩年,一畝地可收益16萬左右[19].

2)碳匯量計(jì)算按一畝地產(chǎn)近100 m3計(jì)算含碳量:100×0.25=250 t.在芝加哥氣候交易所,碳價(jià)格是10美元/t,則每畝收益可達(dá)250美元.

4 竹柳目前的產(chǎn)業(yè)狀況

4.1 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)——用做紙漿

中國(guó)是世界第二大紙品消費(fèi)國(guó),在各大紙漿生產(chǎn)國(guó)里,中國(guó)是最大凈進(jìn)口國(guó).竹柳作為制漿木材,無黑心、空心,自然白度高,出漿率可達(dá)( 90～95%) ,柔軟的纖維使得原料損耗和用堿量降低,加工所需溫度低,壓力小、從而降低了生產(chǎn)成本[20].前人研究3年生竹柳的各指標(biāo)均符合造紙?jiān)弦骩21].在萬里常青苗木生產(chǎn)有限公司,全國(guó)有多家造紙公司、板材廠及木業(yè)公司求購(gòu)竹柳木材.

4.2 新能源——用做燃料

據(jù)預(yù)測(cè),到2020年全球可再生能源中生物質(zhì)能占60%,生物質(zhì)顆粒燃燒占生物質(zhì)能的60%.生物質(zhì)顆粒燃燒的用途:一是取暖和生活用能,便于儲(chǔ)存,運(yùn)輸,無污染.二是生物質(zhì)工業(yè)鍋爐,取代燃煤,解決環(huán)境污染.三是發(fā)電,竹柳熱值高、碳氮比高,生物量高,運(yùn)用物理或化學(xué)新技術(shù)能加工制成顆粒燃料、乙醇燃料等.目前,我國(guó)已在多個(gè)省份建立生物質(zhì)能源企業(yè).

案例:吉林的宏日新能源有限公司,建立3座標(biāo)準(zhǔn)化加工廠,用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃料顆粒.河南的天冠企業(yè)集團(tuán)主要生產(chǎn)乙醇燃料、天然氣、柴油等生物能源產(chǎn)品[22].

5 竹柳產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)

5.1 應(yīng)用于造紙行業(yè)——“林紙一體化”模式

林紙一體化是指造紙企業(yè)和林業(yè)合作,通過造林、采伐、制漿、造紙與銷售環(huán)環(huán)相扣的結(jié)合方式,將林業(yè)和造紙業(yè)形成產(chǎn)業(yè)鏈的一種良性循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式.紙及紙板的消費(fèi)、生產(chǎn)水平,已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平和文化程度的重要標(biāo)志之一.發(fā)達(dá)國(guó)家將林紙一體化這種模式普遍用于林業(yè)和造紙業(yè)的合作發(fā)展.據(jù)報(bào)道,瑞典在構(gòu)造林漿紙一體化方面取得了較為理想的成績(jī)實(shí)現(xiàn)了大氣碳循環(huán)負(fù)增長(zhǎng),成為世界第一國(guó)家[23].中國(guó)個(gè)別企業(yè)已運(yùn)用良性循環(huán)模式,成立林紙一體化公司,實(shí)行從種植一砍伐一制漿一造紙的一條龍式經(jīng)營(yíng)和管理[24].“林紙一體化”這項(xiàng)工程由于涉及面廣、需時(shí)長(zhǎng),對(duì)于大多數(shù)企業(yè),想真正見到成效尚需時(shí)日.

5.2 應(yīng)用于生物質(zhì)能源方面——“農(nóng)林工生物質(zhì)能一體化”模式

生物質(zhì)能源的開發(fā)利用得到了世界各國(guó)政府和科學(xué)家的高度重視,很多發(fā)達(dá)國(guó)家的某些技術(shù)已非常成熟,我國(guó)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃(2005～2020)中,“農(nóng)林生物質(zhì)工程”被列為重大專項(xiàng)之列.為增加原料來源、從而降低成本,應(yīng)加快生物質(zhì)通過新技術(shù)轉(zhuǎn)化為氣體燃料、電力、液體燃料(燃料乙醇)、固型燃料等的發(fā)展,解決化石燃料稀缺問題.我國(guó)利用生物質(zhì)成產(chǎn)液體燃料的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)剛開始起步,應(yīng)加大研發(fā)示范,爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?未來需要的技術(shù)是大型氣化發(fā)電系統(tǒng)、氣化燃料電池一體化發(fā)電系統(tǒng)等[25].農(nóng)林工生物能一體化是把農(nóng)業(yè)、林業(yè)和能源制造產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,達(dá)到從原料到產(chǎn)品整個(gè)一體化的系統(tǒng)[26].國(guó)外已有這方面的應(yīng)用,現(xiàn)有案例說明.

案例1:瑞典約克平利用能源柳進(jìn)行了發(fā)電和凈化城市污水的一項(xiàng)工程.約克平在城市周遭種植80 hm2能源柳,利用木削和林業(yè)廢棄物發(fā)電及供熱.避免城市污水對(duì)當(dāng)?shù)睾乃次廴?將處理后的城市污水灌溉能源柳30 d/次,灌溉3次,吸收了廢水中的氮30 t,硫1 t.這一“能源林—廢水處理—熱電聯(lián)產(chǎn)”的循環(huán)利用項(xiàng)目,科學(xué)地轉(zhuǎn)廢為寶,形成區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了一體化產(chǎn)業(yè).

案例2:北愛爾蘭能源柳公司在農(nóng)場(chǎng)種植速生輪作能源柳,收獲的能源柳,通過汽化液化發(fā)生器配合少量柴油帶動(dòng)傳統(tǒng)柴油機(jī),驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,將電賣給電力公司,余熱用于供給當(dāng)?shù)鼐用窆┡?英國(guó)政府通過提高電價(jià)補(bǔ)貼,邀請(qǐng)?jiān)偕茉垂菊袠?biāo)的政策鼓勵(lì)再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.

5.3 發(fā)展編織業(yè)

手工藝者通常用柳條、蘆葦、蒲草、玉米皮等按照底模、來樣或經(jīng)創(chuàng)新編制出工藝品,用于家居、穿戴或環(huán)保公益活動(dòng).發(fā)展草柳編業(yè),閑置的農(nóng)村勞動(dòng)資源得以利用,對(duì)于提高農(nóng)民收入和促進(jìn)就業(yè)有重大意義.下面是博興的草柳編織模式,用于了解并借鑒.

案例:博興縣采用公司+農(nóng)戶”的模式發(fā)展起了草柳編制業(yè),把公司作為依托,在湖濱鎮(zhèn)建立基地、帶動(dòng)周邊10多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn).基本流程:公司組織樣品,與農(nóng)戶簽約放貨,農(nóng)戶編制,上交貨物,集中驗(yàn)收.公司按合同付款給農(nóng)民,原料采購(gòu),編織加工費(fèi)用由農(nóng)戶承擔(dān)[27].

5.4 用做建筑材料

纖維板、刨花板的原料主要是次、小、薪材.由于國(guó)內(nèi)對(duì)天然林木有相關(guān)法律保護(hù),發(fā)展速生林變得尤為重要[28].作為速生材的一種,通過密植獲得的幼齡竹柳是生產(chǎn)刨花板和纖維板的有利原料之一,這將是今后生產(chǎn)人造板的發(fā)展趨勢(shì).董葛平等人[29]通過對(duì)幼齡竹柳的研究證明了竹柳制造刨花板具有可行性,并對(duì)刨花板工藝優(yōu)化做了可行性實(shí)驗(yàn),使得力學(xué)性能和吸水厚度膨脹率均達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求.楊瑩,馮磊西等人對(duì)竹柳制造的單板層積材的可行性進(jìn)行了相關(guān)研究[30].

6 結(jié) 語

竹柳行業(yè)目前還存在很多問題.例如:由于對(duì)速生林不當(dāng)?shù)墓茏o(hù),導(dǎo)致生長(zhǎng)周期過長(zhǎng),影響速生林的整體質(zhì)量[31,32].大面積利用單一和少數(shù)樹種造林,導(dǎo)致生物多樣性受到嚴(yán)重破壞,對(duì)生態(tài)平衡產(chǎn)生威脅[33].技術(shù)適用性較差是生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙.竹柳產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期性工作,各地各部門要根據(jù)本地的實(shí)際情況開展針對(duì)性走訪調(diào)查,經(jīng)過多方論證,因地制宜地建設(shè)科學(xué)完善的竹柳產(chǎn)業(yè).各林農(nóng)企業(yè)在發(fā)展竹柳之前,切忌盲目跟風(fēng),生搬硬套,造成不可估量的損失.再者,發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)堅(jiān)持成本—效益分析,并防止出現(xiàn)“國(guó)家利益部門化,部門利益公司化,公司利益集團(tuán)化”的不良局面.

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Biography： WANG Ting,female,born in 1990,master's degree,research direction for forest products and chemical industry engineering.

Development Present Situation and Future Trendsof Bamboo——Willows Based on the Case

WANG Ting, YU Hua-zhong*, LIU Tong-fang, CHEN Yan-mei

(Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering,Jishou University,Zhangjiajie 427000,China)

Planting of Bamboo-willow has been now common across the country,but the bamboo -willow industrialization is not mature enough,especially in the case of biomass energy.A review of the own advantages of bamboo-willow,comprehensive benefits,development situation in the pulp and biomass energy industry at present and two modes in the future has certain reference significance on its further development and research.33refs.

Bamboo-willow; benefits; Biomass energy; pulp; integration

2015-03-10

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題(編號(hào)：2011BAD10B00),

王 亭(1990-),女,山東省萊蕪人,碩士研究生,研究方向:林產(chǎn)化學(xué)加工工程.

* 通訊作者:E-mail:yuhuazhong_001@163.com

2095-7300(2015)01-050-07

S792.12

A