竹柳发展现状及未来趋势——基于案例

王 亭, 于华忠, 刘同方, 陈雁梅

(吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室,湖南 张家界 427000)



竹柳发展现状及未来趋势
——基于案例

王 亭, 于华忠*, 刘同方, 陈雁梅

(吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室,湖南 张家界 427000)

竹柳目前已在全国普遍种植,但竹柳的产业化还不够成熟,特别是在生物质能源方面.文章针对竹柳自身优势、产生的综合效益、目前在纸浆和生物质能源产业的开发现状及未来将走的两种模式进行了综述,对其进一步的发展和研究有一定参考意义.参33.

竹柳;效益;生物质能;纸浆;一体化

天然林保护工程的实施,对森林的可采伐量减少,但木材的需求缺口逐年增长.国务院2002年将 “重点地区速生丰产用材林基地建设工程” 作为六大林业重点工程之一进行实施.到2015年,欲规划建成1 333万 hm2.目前在人造林方面:速生丰产林建设不仅集约化经营程度低,还存在营林措施不规范的问题[1],年平均生长量仅 9 ～12 m3/ hm2,远低于国外等先进林业国家的年生长量30 m3/ hm2左右[2],竹柳是一种新兴的速生树种,在提高速生林的质量,扩大造林面积,缓解因少数或单个树种造成生态破坏方面具有非常重要的价值[3,4].生物质能的开发利用在我国起步晚,开发综合利用率低,技术方面不够成熟,造就了不均衡的商业化水平.着眼于长远,我国生物质资源开发要把发展能源林和能源农业作为将来生物质能的基础,把自主研发结合引进消化到吸收的技术路线、掌握运用核心技术作为重中之重.走能源林和产品多元化道路,发展多元化生物质能产业并加强多学科交叉研究.本文将生物质能源树种之一的竹柳作为研究对象,阐述竹柳的品性、可推广特点和相关产业现状,并结合几个案例介绍竹柳产业化的现状和未来发展趋势,对于实现可持续发展具有非常重要的现实意义和长远意义[5].

1 概念和范畴

1.1 生物质能源

生物质能源是指林业和农业产物以及像作物秸秆,木材加工后的废料,城市和工业产生的废弃物、动物粪便等.

1.2 生物质能源林的分类

1) 发电能源林.指通过集约经营的技术,对一些具有高热值、成长速度快、抗病虫害的树种进行种植并培育形成能源林,目的是依赖木材发电[6].

2) 薪炭能源林.指主要是生产薪材用来直接燃烧或烧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树种组成的能源林.主要是提取和加工其产物用以生产柴油、石油等的替代品.生物质能源产业是指利用化学或生物等专业技术把生物质原料通过工业化生产转化为具有附加值高的能源、生物材料、石油替代品等友好环保型产品的整个过程.

1.3 竹柳

美国竹柳,中文名竹柳,是新的柳树杂交品种,经过多次的的选优选育及驯化.其形态、侧枝,密植性跟竹子相似,故而取名为竹柳.竹柳不仅继承了传统柳众多的优良品性而且提高了速生性和抗病虫害性被作为速生用材林树种和生物质能源树种[7].

2 竹柳种植情况及其优势

2.1 竹柳种植研究情况

近几年,竹柳开始崭露头角,先后在山东、黑龙江、上海[8]、江苏、云南、安微、广两、福建、天津、湖南、贵州[9]等十多个省市引种栽培.安微、天津、江苏等省市将竹柳引种栽培纳入了省市级重点研究项目,对竹柳的引种、区域化、材性等进行研究.前人已对其进行了病虫害预防[10,11]、嫩枝扦插育苗技术[12,13]及引种试验进行了很多研究[14],对不同造林密度和不同混交方式竹柳的适生状况也进行了初步研究[15].

2.2 竹柳种植的优势

1) 高密度且生长快.适应高密度栽培,如每亩(1亩≈0.067 hm2)可栽110～220棵作为成材林栽植,水肥管理跟上,四至六年平均胸径可达20～30 cm,高度20～25 m,单株材积率达0.3～0.35 m3;可栽2 500棵作为纸浆用材,可栽5 000～6 000棵作为育苗,土地利用率极高.

2) 抗性强且适应性强.竹柳不仅对于自身的一些病虫害有很强的抵抗性还能抗寒、耐盐碱、抗旱涝、抗压、抗病等.竹柳喜阳,适应温度范围-37℃～40℃,海拔4 000 m以内都可以良好生长.竹柳萌芽力强,若插苗,成活率在95%以上,对土壤适应性广,可生长于潜水中.

3) 用途广并可兼作套种.从边到心色度洁白,天然白度达60%左右,95%可用于纸浆,其木材纤维柔软度很高,且细密、均匀,可作为最上乘包装纸、办公用纸等.如株距为1.3 m,行距1.6 m,第二年可正常套种其他作物;也可在林下养鸡、种植黑豆等经济作物.

4) 为新能源树种.竹柳高热值、碳氮比高的特点适于新能源的开发利用.科研人员目前已对竹柳进行了固体颗粒燃料、生物质发电等能源开发.

5) 有观赏性并可防风治沙.通直的主干,窄小的树冠,斜上生长的树枝让竹柳成为良好的观赏树.竹柳可以美化公园、道路、铁路、别墅周边的环境.竹柳耐贫瘠,有发达的须根系,起到防护水土流失的作用.

3 种植竹柳带来的综合效益

3.1 生态效益

发展种植竹柳,对自然林木的砍伐和依赖将会减少,能够增加林产业资源.竹柳有美观特性,可为旁道树,没有柳絮,还可以嫁接彩叶柳,产生很好的园林效果.同时还可以涵养水源、保护湿地.例如:在旅游方面,竹柳有一定的环境改良作用,竹柳可以平衡土地营养.

案例1:江苏省泰州市航道管理的陈彤结合工程实例对内河航道采用的香根草、竹柳两种生态护坡工程技术应用现状进行分析,实施栽种的这两种生态护岸很成功[16].竹柳可以“吸毒解毒”,净化水体.

案例2:能源柳可做废物处理系统和碳汇林.20世纪90年代,瑞典把柳树种在废水处理厂附近形成大面积人工林,用来提高废水氮处理的效率.垃圾沥出液通过曝气处理,当做化肥浇灌种植在垃圾厂恢复区的柳树矮林,柳树变成了一种低价废弃物处理系统.同时能源柳又是碳汇林,报道过森林每产生1 m3的生物量,平均吸收1.83 t CO2.

3.2 社会效益

一方面,竹柳适应性强,可连片种植,也可零星种植在房前屋后、田埂地旁等;另一方面,贫困人口多居住于山区,石漠化形成的土地,土质差,生态环境差,易涝易旱造成的水土流失严重.选择种植竹柳,可以改良环境的同时增加农民收入缓解就业压力,可调整农村的产业结构.同时,推动发展林业产业项目,提供社会部分就业岗位;最终实现“财政增长、农民增收、社会稳定” 目标,对做好“三农”工作有重要价值.

3.3 经济效益

竹柳用扦插进行繁殖,成本低,极易成活,大大降低了林农和企业的投资.生长快,每五年就可以轮伐或者齐伐.工业用材和纸浆需求量呈增加趋势,不愁销路.同时可高效利用低洼湿滩地、盐碱地等,获得客观的经济.竹柳连片种植短期内不砍伐在800亩以上可以申请国际环保组织的减碳基金.

1) 竹柳种植成材林收益.① 以亩产值计算.若种植苗330株/亩,按市场价:株高20 cm苗每株2元,扣除成本投入、管护投入、土地租金等,按5年成材期计算,每亩地每年的生成效益13 000元左右.加上修枝可作为育苗出售,年收入亩产值可达3万元以上[17].案例:高峰竹柳产业集团有限公司目前对社会收购成材林,价格为:6年生,胸茎达25 cm以上,800元/m3为最低收购价;若胸茎达30 cm左右的7年生竹柳,收购价涨到1 000元/m3[18].② 用作建筑用材.一般自然生长四年,这样的竹柳每根可出四根架材,按每根30元计算,一亩地四年可收入8万.③ 作为生产把材.把材指杈把、铁锨把等把子用材,一般长1.5～1.7 m,市场价为5元左右,行距、株距按50×20 cm栽种,生长两年,一亩地可收益16万左右[19].

2)碳汇量计算按一亩地产近100 m3计算含碳量:100×0.25=250 t.在芝加哥气候交易所,碳价格是10美元/t,则每亩收益可达250美元.

4 竹柳目前的产业状况

4.1 传统产业——用做纸浆

中国是世界第二大纸品消费国,在各大纸浆生产国里,中国是最大净进口国.竹柳作为制浆木材,无黑心、空心,自然白度高,出浆率可达( 90～95%) ,柔软的纤维使得原料损耗和用碱量降低,加工所需温度低,压力小、从而降低了生产成本[20].前人研究3年生竹柳的各指标均符合造纸原料要求[21].在万里常青苗木生产有限公司,全国有多家造纸公司、板材厂及木业公司求购竹柳木材.

4.2 新能源——用做燃料

据预测,到2020年全球可再生能源中生物质能占60%,生物质颗粒燃烧占生物质能的60%.生物质颗粒燃烧的用途:一是取暖和生活用能,便于储存,运输,无污染.二是生物质工业锅炉,取代燃煤,解决环境污染.三是发电,竹柳热值高、碳氮比高,生物量高,运用物理或化学新技术能加工制成颗粒燃料、乙醇燃料等.目前,我国已在多个省份建立生物质能源企业.

案例:吉林的宏日新能源有限公司,建立3座标准化加工厂,用于生产生物质燃料颗粒.河南的天冠企业集团主要生产乙醇燃料、天然气、柴油等生物能源产品[22].

5 竹柳产业未来发展趋势

5.1 应用于造纸行业——“林纸一体化”模式

林纸一体化是指造纸企业和林业合作,通过造林、采伐、制浆、造纸与销售环环相扣的结合方式,将林业和造纸业形成产业链的一种良性循环经济模式.纸及纸板的消费、生产水平,已经成为衡量一个国家现代化水平和文化程度的重要标志之一.发达国家将林纸一体化这种模式普遍用于林业和造纸业的合作发展.据报道,瑞典在构造林浆纸一体化方面取得了较为理想的成绩实现了大气碳循环负增长,成为世界第一国家[23].中国个别企业已运用良性循环模式,成立林纸一体化公司,实行从种植一砍伐一制浆一造纸的一条龙式经营和管理[24].“林纸一体化”这项工程由于涉及面广、需时长,对于大多数企业,想真正见到成效尚需时日.

5.2 应用于生物质能源方面——“农林工生物质能一体化”模式

生物质能源的开发利用得到了世界各国政府和科学家的高度重视,很多发达国家的某些技术已非常成熟,我国中长期科技发展规划(2005～2020)中,“农林生物质工程”被列为重大专项之列.为增加原料来源、从而降低成本,应加快生物质通过新技术转化为气体燃料、电力、液体燃料(燃料乙醇)、固型燃料等的发展,解决化石燃料稀缺问题.我国利用生物质成产液体燃料的技术和产业刚开始起步,应加大研发示范,争取尽快实现规模化.未来需要的技术是大型气化发电系统、气化燃料电池一体化发电系统等[25].农林工生物能一体化是把农业、林业和能源制造产业相结合,达到从原料到产品整个一体化的系统[26].国外已有这方面的应用,现有案例说明.

案例1:瑞典约克平利用能源柳进行了发电和净化城市污水的一项工程.约克平在城市周遭种植80 hm2能源柳,利用木削和林业废弃物发电及供热.避免城市污水对当地湖的水源污染,将处理后的城市污水灌溉能源柳30 d/次,灌溉3次,吸收了废水中的氮30 t,硫1 t.这一“能源林—废水处理—热电联产”的循环利用项目,科学地转废为宝,形成区域经济的可持续发展,实现了一体化产业.

案例2:北爱尔兰能源柳公司在农场种植速生轮作能源柳,收获的能源柳,通过汽化液化发生器配合少量柴油带动传统柴油机,驱动发电机进行发电,将电卖给电力公司,余热用于供给当地居民供暖等.英国政府通过提高电价补贴,邀请再生能源公司招标的政策鼓励再生能源产业的发展.

5.3 发展编织业

手工艺者通常用柳条、芦苇、蒲草、玉米皮等按照底模、来样或经创新编制出工艺品,用于家居、穿戴或环保公益活动.发展草柳编业,闲置的农村劳动资源得以利用,对于提高农民收入和促进就业有重大意义.下面是博兴的草柳编织模式,用于了解并借鉴.

案例:博兴县采用公司+农户”的模式发展起了草柳编制业,把公司作为依托,在湖滨镇建立基地、带动周边10多个乡镇.基本流程:公司组织样品,与农户签约放货,农户编制,上交货物,集中验收.公司按合同付款给农民,原料采购,编织加工费用由农户承担[27].

5.4 用做建筑材料

纤维板、刨花板的原料主要是次、小、薪材.由于国内对天然林木有相关法律保护,发展速生林变得尤为重要[28].作为速生材的一种,通过密植获得的幼龄竹柳是生产刨花板和纤维板的有利原料之一,这将是今后生产人造板的发展趋势.董葛平等人[29]通过对幼龄竹柳的研究证明了竹柳制造刨花板具有可行性,并对刨花板工艺优化做了可行性实验,使得力学性能和吸水厚度膨胀率均达到了国家标准要求.杨莹,冯磊西等人对竹柳制造的单板层积材的可行性进行了相关研究[30].

6 结 语

竹柳行业目前还存在很多问题.例如:由于对速生林不当的管护,导致生长周期过长,影响速生林的整体质量[31,32].大面积利用单一和少数树种造林,导致生物多样性受到严重破坏,对生态平衡产生威胁[33].技术适用性较差是生物质发电产业发展的主要障碍.竹柳产业化发展是一个长期性工作,各地各部门要根据本地的实际情况开展针对性走访调查,经过多方论证,因地制宜地建设科学完善的竹柳产业.各林农企业在发展竹柳之前,切忌盲目跟风,生搬硬套,造成不可估量的损失.再者,发展生物质能源产业应坚持成本—效益分析,并防止出现“国家利益部门化,部门利益公司化,公司利益集团化”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”农村领域国家科技计划课题(编号：2011BAD10B00),

王 亭(1990-),女,山东省莱芜人,硕士研究生,研究方向:林产化学加工工程.

* 通讯作者:E-mail:yuhuazhong_001@163.com

2095-7300(2015)01-050-07

S792.12

A