秦光華 宋玉民 喬玉玲 于振旭

摘要： 對能源林柳樹定向育種、良種繁育、林分密度、撫育管理、林分生長發(fā)育規(guī)律、病蟲害防治、災害防控和加工利用等技術進行了系統(tǒng)研究，對柳樹能源林經(jīng)濟效益和環(huán)境效益進行了分析的結(jié)果表明：瑞典能源柳有短期和長期兩個定向育種方案，品種主要包括蒿柳、毛枝柳及其雜種，良種繁育主要方式為機械化無性扦插繁育。林分密度為2.2～3.1×104株/hm2，生物量為10～16 t/hm2·a。病害主要包括葉銹菌和毛桿菌，蟲害主要是柳癭蚊和柳藍葉甲。關鍵詞： 柳樹；能源林； 生物質(zhì)能源； 短輪伐期

中圖分類號： S 727. 4， S792. 12 文獻標識碼： A

文章編號： 1001 - 9499 （2018） 02 - 0025 - 05

瑞典生物質(zhì)能源利用技術成熟、政策完善，生物質(zhì)能源開發(fā)利用已成為重要的新型產(chǎn)業(yè)，以森林為源頭的林業(yè)、木材加工業(yè)、造紙業(yè)、生物質(zhì)燃料生產(chǎn)、熱電聯(lián)產(chǎn)共同形成了一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。截止2007年底，生物質(zhì)能源利用量已占其能源消耗總量的53.6%，成為發(fā)達國家中使用生物質(zhì)能源占比過半的國家[ 1 ]。在生物質(zhì)能源資源供應中，柳樹能源林占據(jù)重要地位。瑞典自上世紀80年代開始對柳樹能源林進行系統(tǒng)研究，目前已經(jīng)形成從良種選育、資源培育、加工利用和熱電聯(lián)產(chǎn)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，具備一套完善的技術體系。本文主要對瑞典柳樹能源林發(fā)展進行了介紹，對能源林柳樹定向育種、良種繁育、林分密度、撫育管理、林分生長發(fā)育規(guī)律、病蟲害防治、災害防控和加工利用等技術進行了系統(tǒng)研究，并對柳樹能源林經(jīng)濟效益和環(huán)境效益進行了分析，同時介紹了能源林培育與熱電聯(lián)產(chǎn)的情況。

1 能源林柳樹定向育種

瑞典是柳樹的天然分布地區(qū)，但是產(chǎn)量較低，生產(chǎn)成本較高，不適于規(guī)?；N植和加工利用。因此該地區(qū)十分重視柳樹良種的引進和新品種的培育，引進國家主要是德國、波蘭、意大利、英國和西班牙等。目前在瑞典廣泛栽培的應用于能源林的柳樹品種主要是蒿柳（Salix viminalis）、偽蒿柳（S.schwerinii）和毛枝柳（S. dasyclados）及其雜種，經(jīng)過30多年的育種研究，目前在瑞典廣泛推廣應用的柳樹品種有一百多個。這些品種具有生長快、砍伐后根萌能力強、無性繁殖容易、抗病蟲害能力和抗寒性強、生物產(chǎn)量高等優(yōu)良性狀，在瑞典南部和中部生長較好，非常適于短周期人工林的機械化集約經(jīng)營。

瑞典柳樹育種主要有短期和長期兩個育種方案。短期育種主要是為生產(chǎn)提供急需的一些優(yōu)良品種，注重育種的時效性，一般在一個育種周期內(nèi)完成。長期育種方案注重于品種的長期世代改良，在種間、種內(nèi)、種源和家系的水平上進行種質(zhì)資源的系統(tǒng)收集和評價，進行目標性狀的長期穩(wěn)定改良。針對生物量、抗病蟲能力、熱能、抗寒性、抗土壤污染等性狀進行定向育種，并且注重性狀的綜合測定。為了為育種提供可靠依據(jù)，同時開展了柳樹育種的基礎研究，利用同功酶研究手段，發(fā)現(xiàn)不同種源的蒿柳在生物量、生長活力、抗寒、抗銹病等性能上均有較大差異。地中海起源的蒿柳生物量較高，但是抗蟲害和抗寒能力較差；德國起源的蒿柳抗銹病能力較強，生長活力高；波蘭起源的蒿柳抗病蟲能力也較強。瑞典南北狹長，東西較短，自然氣候條件差異較大，根據(jù)這種情況劃分了能源柳的不同栽培區(qū)，根據(jù)基因環(huán)境交互作用進行區(qū)域定向選擇育種，為不同栽培區(qū)選育適于本地的優(yōu)良品種。

2 良種繁育

蒿柳及其雜交種無性繁殖容易，并且通過無性繁殖可以保持品種的優(yōu)良特性。瑞典冬季嚴寒，在中南部土壤凍土層可深達20～50 cm，因此扦插季節(jié)為春季末期凍土層解凍以后。扦插前一般提前整好苗圃地，翻耕深度為15～25 cm，采用全面翻耕或者帶狀整地方法，在翻耕前結(jié)合翻耕施入化肥和有機肥。瑞典柳樹種苗繁育材料主要取自良種圃的1～2年生扦插苗，利用截條機剪成長15～20 cm、粗1～1.5 cm的插穗，利用育苗機進行扦插繁殖，育苗機每次扦插2、4、6、8 行，每個育苗工人負責2行，將插穗置于機器的扦插帶中，每臺育苗機每天可扦插1.5～2 hm2。扦插后采用滴灌、溝灌或者漫灌方式進行灌溉，目前主要的灌溉方式是滴灌，平時視土壤墑情而定，澆水量以達到田間持水量的70%為準。出苗后不進行除萌和除蘗，但要注意除草和病蟲害的防治。出于環(huán)保考慮，病蟲害防治和除草均使用無公害農(nóng)藥，使用較多的除草劑主要有草除靈、膠孢炭疽菌等；殺菌劑主要有黃連素、波爾多液、井岡霉素等；殺蟲劑主要有蘇云金桿菌、黎蘆堿、多殺霉素、氯氰菊酯、阿維菌素等。瑞典柳樹苗圃地中鼠害較為嚴重，因此對鼠害主要采用紅海蔥、C型肉毒素等無公害農(nóng)藥進行防治。

在苗木速生期6～8月中旬追肥2次，每次追施氮肥或者復合肥150～225 kg/hm2，以溝施為主，施于行間或者窄行的兩側(cè)，施后灌水或者在雨前進行，也可以結(jié)合苗期病蟲害防治；利用0.5%尿素和0.5%磷酸二氫鉀進行葉面追肥。施肥和灌水均可利用電子計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。

柳樹的良種繁育要結(jié)合造林進行，苗木繁育后一般不再進行移植，因此育苗時就要為將來的造林考慮，在立地選擇、土壤管理、育苗密度、根系管理、生長潛力、撫育管理等方面綜合考慮將來能源林生產(chǎn)的特點和需求。

3 林分密度

柳樹根萌能力強，生物產(chǎn)量高，多代間生產(chǎn)潛力和生長活力衰退不明顯，非常適于短周期輪伐，特別適用于能源林等對干形要求不高的林種造林[ 2 ]。短周期人工林的營建對立地條件和經(jīng)營管理水平有較高要求。要選用立地條件好、土壤肥力高、立地質(zhì)量衰退慢、適于多代經(jīng)營的土地。同時還要滿足具備澆灌條件、適宜機械化作業(yè)的地區(qū)。集約經(jīng)營措施主要包括造林地整地、水肥管理、雜草清除、病蟲害防控等措施。由于能源林一般是4個輪伐期，每個輪伐期為4～6年，因此選擇品種時還要考慮品種的根萌能力，應選用產(chǎn)量高、多代之間產(chǎn)量穩(wěn)定持續(xù)的優(yōu)良品種，以維持柳樹能源林產(chǎn)量的穩(wěn)定性和持續(xù)性。林分密度是影響短周期人工林的重要指標，柳樹能源林的產(chǎn)量特別是早期產(chǎn)量與造林密度密切相關。多項研究表明，瑞典柳樹能源林林分密度一般為（2.2～3.1）×104株/hm2，

4～6年達到最高產(chǎn)量[ 3 ]。為了便于機械化作業(yè)，目前瑞典一般采用寬窄行相結(jié)合，寬行大約1.0 m，造林、撫育和收獲等需要機械化操作的任務主要在寬行中運行，窄行0.6～0.8 m，株行距0.4～0.5 m。當然密度的大小和株行距的配置還要考慮當?shù)貧夂驐l件、土壤理化性質(zhì)和經(jīng)營管理水平。能源林的采伐主要在秋冬季節(jié)柳樹生長期結(jié)束后進行，主要是為了保證枝條營養(yǎng)能夠充分回流到根系，保證第二個輪伐期的萌發(fā)更新，提高生長活力和產(chǎn)量。

4 撫育管理

4. 1 松土除草

松土和除草一般結(jié)合進行，第1個輪伐期每年1～2次，連續(xù)3年；第2個輪伐期每年1次，連續(xù)2年。松土深度20～25 cm，進行蓄水保墑，結(jié)合松土進行除草壓青。松土時要距離樹木根樁25 cm以上，防止損傷根系。對于不能通過松土清除的雜草，選用草除靈、膠孢炭疽菌等除草劑進行除草。

4. 2 灌溉施肥

柳樹能源林為超短輪伐期集約經(jīng)營，對肥水的要求很高，特別是對氮肥要求高。施肥采用溝施法，也可以結(jié)合松土進行。施肥量為第1個輪伐期第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、鉀肥100 kg/hm2，第2、3、4輪伐期每年施肥量與第1個輪伐期的后3年相同。相關研究表明，在柳樹能源林林分中種植美國榿木、錦雞兒等豆科固氮植物可以減少氮肥的施用量[ 4 - 5 ]。瑞典氣候冬季嚴寒，夏季涼爽，生長季節(jié)降雨較少，因此林分灌溉十分重要。柳樹能源林灌溉視降雨和土壤墑情而定，當生長季節(jié)土壤含水量降為最大持水量的60%時就要進行灌溉，土壤水分含量和滴灌都可以通過自動監(jiān)測進行，實現(xiàn)了計算機控制的自動化。

5 林分生長發(fā)育規(guī)律

林分生長發(fā)育規(guī)律的研究主要是監(jiān)測林分生產(chǎn)力的動態(tài)變化，提高柳樹能源林產(chǎn)量的穩(wěn)定性和持續(xù)性。柳樹能源林作業(yè)的特點是林分密度大、生物產(chǎn)量高，因此樹木個體間對養(yǎng)分、水分、光照等環(huán)境因子的競爭激烈。在瑞典Langa地區(qū)開展的柳樹人工林集約經(jīng)營研究表明：在輪伐期的第1年和第2年，柳樹萌條數(shù)量迅速增加，但是在后2年，林分中萌條數(shù)量幾乎不再增加，而產(chǎn)量迅速增加，連年生長量一般在第3年達到最大，平均生長量在第4年達到最大。經(jīng)過施肥的柳樹能源林的生物量為10～16 t/hm2·a，有些無性系可達20 t/hm2·a[ 6 ]。

6 病蟲害防治

在集約經(jīng)營的柳樹人工林中，由于樹種和品種單一，林分常不同程度地遭受各種病蟲害的危害。柳樹病害主要包括葉銹菌（Melampsora epitea）和毛桿菌（Pseudomonas syringae） [ 2 ]。葉銹病的研究集中于銹病的群體結(jié)構(gòu)及不同柳樹無性系的抗性機理。已有研究表明，銹病可以分3大類致病型組，其中20種具有嚴重危害。由于病原菌較多，再加上生殖周期中基因發(fā)生重組的可能性很大，使得新細菌能在植物組織中侵染和傳播，從而造成樹皮和木質(zhì)部的外層壞死。銹病對一些不耐銹病的柳樹品種具有較大的危害。柳樹蟲害主要是柳癭蚊（Rhabdophaga salicis）和柳藍葉甲（Plagiodera versicolor），其中癭蚊對能源林主栽樹種蒿柳危害嚴重。柳藍葉甲危害主要是侵食葉片，危害嚴重時會導致產(chǎn)量顯著下降。瑞典農(nóng)業(yè)大學和相關機構(gòu)目前正在研究不同密度柳樹人工林中柳藍葉甲對產(chǎn)量的影響，同時還開展了不同環(huán)境條件下柳葉化學與幼蟲成活和發(fā)育關系的研究。

7 災害防控

瑞典地處55°～69°N，屬于高緯度地區(qū)，年均氣溫低。春、夏、秋三個季節(jié)容易發(fā)生霜凍，是能源林發(fā)展的一大障礙，特別是北部地區(qū)，柳樹產(chǎn)量很低。因此柳樹能源林只適合在南部和中部發(fā)展，北部受到了限制。即使在中南部地區(qū)，在營造能源林時也要注意選擇抗寒和晚發(fā)芽品種。在發(fā)生霜凍時間節(jié)點前對林地進行適度灌溉，保持土壤合理墑情，提高林木抗寒能力。

8 木屑壓縮顆粒加工

生物質(zhì)燃料一般采用木屑壓縮顆粒技術，在瑞典木屑壓縮成型技術非常成熟，并且得到了廣泛應用。木屑壓縮顆粒是將木片、刨花和鋸屑等木材加工廢棄物經(jīng)粉碎、烘干和壓縮工藝處理后制成的直徑約6～8 mm 的短小圓柱形顆粒?？梢詾楣I(yè)鍋爐、民用爐灶及家庭取暖系統(tǒng)提供燃料，還可以作為熱動力直接燃燒發(fā)電。與木材和枝丫相比，木屑壓縮顆粒便于貯存和運輸、燃燒性能優(yōu)良、熱效率較高。柳樹木屑壓縮顆粒熱值大于4.7 kw/h·kg，而且燃燒過程無煙少灰，市場開發(fā)前景廣闊。目前瑞典木屑壓縮顆粒的年產(chǎn)量超過2.0×106 t，產(chǎn)量居世界首位，其中柳樹木屑壓縮顆粒占一半以上。袋裝的木屑壓縮顆粒在全國各地有售，17%以上的家庭已使用木屑壓縮顆粒進行取暖供熱。二十世紀70年代瑞典取暖系統(tǒng)還是以燃油為主，但是截止到2004年已有61%的地區(qū)供暖系統(tǒng)被生物質(zhì)燃料代替。

9 柳樹能源林經(jīng)營的經(jīng)濟效益

柳樹能源林經(jīng)營的經(jīng)濟效益計算包括所有與生產(chǎn)過程有關的成本和收益現(xiàn)金流。生物量的市場價格為520瑞典克朗/t，計算年限為24年，輪伐期為4年，共收獲6個輪伐期。第1個輪伐期的生物量較低，為40.0～50.0 t/hm2；從第2個輪伐期開始，每個輪伐期的產(chǎn)量為60.0～70.0 t/hm2[ 7 ]。在24年的經(jīng)營過程中，年利率為5.0%，在不包括造林補助金的情況下，柳樹能源林每年的凈收入為1.1×104瑞典克朗/hm2。如果進一步延伸產(chǎn)業(yè)鏈至柳樹木屑壓縮顆粒的生產(chǎn)，經(jīng)濟收益會更高。

10 環(huán)境效益

柳樹根系能夠吸收工業(yè)廢水中的重金屬和硝態(tài)氮，因此柳樹能源林可以作為工業(yè)廢水的生物凈化帶。將工業(yè)廢水排放到柳樹能源林中，經(jīng)過一定時間的吸納凈化，可以顯著減少廢水中的銅、鉛等重金屬離子和硝態(tài)氮。與工業(yè)廢水處理系統(tǒng)相比，具有處理成本低、沒有次生污染、處理技術簡單等優(yōu)點，是目前較為流行的工業(yè)廢水處理手段。柳樹葉子的pH值呈弱堿性，當葉子落地分解后，可以中和由工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的SO2 引起的土壤酸化作用[ 1 ]。

11 能源林與熱電聯(lián)產(chǎn)

瑞典政府扶持林業(yè)生物質(zhì)能源培育與熱電聯(lián)產(chǎn)，在生物質(zhì)能培育與熱電聯(lián)產(chǎn)方面技術先進、經(jīng)驗豐富[ 8 ]。全國建有多家生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)電廠和生物質(zhì)能小區(qū)供熱系統(tǒng)。SalixEnergi公司建有四萬多公頃的柳樹能源林基地，專門種植和銷售速生柳、培植柳樹資源，向熱電廠提供木材、枝丫、木片、鋸末等原料，實行以供熱為主的熱電聯(lián)供。Hasselby公司最初使用石油、煤炭作原料為首都地區(qū)供熱供電，但是從上世紀90年代年開始使用木質(zhì)顆粒等生物質(zhì)原料，實現(xiàn)了從原煤原油到生物質(zhì)原料的轉(zhuǎn)變。VARMEVERKET公司自上世紀90年代開始起開始將原煤鍋爐改造為蒸汽鍋爐，原料由原煤轉(zhuǎn)為柳樹等生物質(zhì)原料，采用爐排式直接燃燒產(chǎn)生熱量供熱供電，供應林雪平市100% 的用熱和50%左右的用電。采用先進的余熱回收利用技術提高能量利用率，燃燒效率高達98%以上，熱量損失很小。整個工廠的設計與運行采用封閉循環(huán)系統(tǒng)，對廢水、廢渣進行充分利用，同時將生物質(zhì)原料燃燒后產(chǎn)生的灰分、廢渣等等氧化處理達標后與清水混合灌溉速生柳樹能源林，實現(xiàn)肥料和能源的循環(huán)利用。目前瑞典的生物質(zhì)發(fā)電量已經(jīng)從上世紀80年代的20億kw/h 增長至2010年的1.5×1010 kw/h，預計2020 年可達到2.0×109 kw/h，生物質(zhì)發(fā)電量在瑞典已經(jīng)初步形成規(guī)模。

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第1作者簡介： 秦光華（1970-）， 男， 研究員， 主要研究方向： 林木遺傳育種。

（責任編輯： 張亞楠）