瑞典柳樹能源林技術研究

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、林分生長發育規律、病蟲害防治、災害防控和加工利用等技術進行了系統研究，對柳樹能源林經濟效益和環境效益進行了分析的結果表明：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

瑞典生物質能源利用技術成熟、政策完善，生物質能源開發利用已成為重要的新型產業，以森林為源頭的林業、木材加工業、造紙業、生物質燃料生產、熱電聯產共同形成了一個完整的產業鏈。截止2007年底，生物質能源利用量已占其能源消耗總量的53.6%，成為發達國家中使用生物質能源占比過半的國家[ 1 ]。在生物質能源資源供應中，柳樹能源林占據重要地位。瑞典自上世紀80年代開始對柳樹能源林進行系統研究，目前已經形成從良種選育、資源培育、加工利用和熱電聯產的完整產業鏈，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、林分生長發育規律、病蟲害防治、災害防控和加工利用等技術進行了系統研究，并對柳樹能源林經濟效益和環境效益進行了分析，同時介紹了能源林培育與熱電聯產的情況。

1 能源林柳樹定向育種

瑞典是柳樹的天然分布地區，但是產量較低，生產成本較高，不適于規模化種植和加工利用。因此該地區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、生物產量高等優良性狀，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提供急需的一些優良品種，注重育種的時效性，一般在一個育種周期內完成。長期育種方案注重于品種的長期世代改良，在種間、種內、種源和家系的水平上進行種質資源的系統收集和評價，進行目標性狀的長期穩定改良。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，同時開展了柳樹育種的基礎研究，利用同功酶研究手段，發現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，根據這種情況劃分了能源柳的不同栽培區，根據基因環境交互作用進行區域定向選擇育種，為不同栽培區選育適于本地的優良品種。

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。出于環保考慮，病蟲害防治和除草均使用無公害農藥，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，施后灌水或者在雨前進行，也可以結合苗期病蟲害防治；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實現自動化。

柳樹的良種繁育要結合造林進行，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的特點和需求。

3 林分密度

柳樹根萌能力強，生物產量高，多代間生產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、立地質量衰退慢、適于多代經營的土地。同時還要滿足具備澆灌條件、適宜機械化作業的地區。集約經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，應選用產量高、多代之間產量穩定持續的優良品種，以維持柳樹能源林產量的穩定性和持續性。林分密度是影響短周期人工林的重要指標，柳樹能源林的產量特別是早期產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年達到最高產量[ 3 ]。為了便于機械化作業，目前瑞典一般采用寬窄行相結合，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地氣候條件、土壤理化性質和經營管理水平。能源林的采伐主要在秋冬季節柳樹生長期結束后進行，主要是為了保證枝條營養能夠充分回流到根系，保證第二個輪伐期的萌發更新，提高生長活力和產量。

4 撫育管理

4. 1 松土除草

松土和除草一般結合進行，第1個輪伐期每年1～2次，連續3年；第2個輪伐期每年1次，連續2年。松土深度20～25 cm，進行蓄水保墑，結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測進行，實現了計算機控制的自動化。

5 林分生長發育規律

林分生長發育規律的研究主要是監測林分生產力的動態變化，提高柳樹能源林產量的穩定性和持續性。柳樹能源林作業的特點是林分密度大、生物產量高，因此樹木個體間對養分、水分、光照等環境因子的競爭激烈。在瑞典Langa地區開展的柳樹人工林集約經營研究表明：在輪伐期的第1年和第2年，柳樹萌條數量迅速增加，但是在后2年，林分中萌條數量幾乎不再增加，而產量迅速增加，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構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量顯著下降。瑞典農業大學和相關機構目前正在研究不同密度柳樹人工林中柳藍葉甲對產量的影響，同時還開展了不同環境條件下柳葉化學與幼蟲成活和發育關系的研究。

7 災害防控

瑞典地處55°～69°N，屬于高緯度地區，年均氣溫低。春、夏、秋三個季節容易發生霜凍，是能源林發展的一大障礙，特別是北部地區，柳樹產量很低。因此柳樹能源林只適合在南部和中部發展，北部受到了限制。即使在中南部地區，在營造能源林時也要注意選擇抗寒和晚發芽品種。在發生霜凍時間節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。可以為工業鍋爐、民用爐灶及家庭取暖系統提供燃料，還可以作為熱動力直接燃燒發電。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，市場開發前景廣闊。目前瑞典木屑壓縮顆粒的年產量超過2.0×106 t，產量居世界首位，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年代瑞典取暖系統還是以燃油為主，但是截止到2004年已有61%的地區供暖系統被生物質燃料代替。

9 柳樹能源林經營的經濟效益

柳樹能源林經營的經濟效益計算包括所有與生產過程有關的成本和收益現金流。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，每個輪伐期的產量為60.0～70.0 t/hm2[ 7 ]。在24年的經營過程中，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。如果進一步延伸產業鏈至柳樹木屑壓縮顆粒的生產，經濟收益會更高。

10 環境效益

柳樹根系能夠吸收工業廢水中的重金屬和硝態氮，因此柳樹能源林可以作為工業廢水的生物凈化帶。將工業廢水排放到柳樹能源林中，經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氮。與工業廢水處理系統相比，具有處理成本低、沒有次生污染、處理技術簡單等優點，是目前較為流行的工業廢水處理手段。柳樹葉子的pH值呈弱堿性，當葉子落地分解后，可以中和由工業生產產生的SO2 引起的土壤酸化作用[ 1 ]。

11 能源林與熱電聯產

瑞典政府扶持林業生物質能源培育與熱電聯產，在生物質能培育與熱電聯產方面技術先進、經驗豐富[ 8 ]。全國建有多家生物質能熱電聯產電廠和生物質能小區供熱系統。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供。Hasselby公司最初使用石油、煤炭作原料為首都地區供熱供電，但是從上世紀90年代年開始使用木質顆粒等生物質原料，實現了從原煤原油到生物質原料的轉變。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，原料由原煤轉為柳樹等生物質原料，采用爐排式直接燃燒產生熱量供熱供電，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系統，對廢水、廢渣進行充分利用，同時將生物質原料燃燒后產生的灰分、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，實現肥料和能源的循環利用。目前瑞典的生物質發電量已經從上世紀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，生物質發電量在瑞典已經初步形成規模。

參考文獻

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[8] 余愛華， Tom Gallagher. 美國東南部5年生柳樹能源林生長規律及耐寒性分析[J]. 森林工程， 2015， 31（6）： 45 - 50.

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）