云南省果林修剪枝條資源評估及生物質能潛力分析

摘要 以2010—2020年果林修剪枝條及45個水果種植（柑橘、石榴、蘋果、梨和葡萄）主要優勢縣（市、區）為研究對象，利用果林修剪系數及折標煤系數，測算云南省果林修剪資源量，估算生物質燃料潛力，解析其時空分布特征。結果表明：2010—2020年云南省果林修剪枝條資源總量呈上升趨勢，枝條年均修剪用量為152.27萬t，不同區域之間果林修剪枝條資源量差異明顯；2020年云南省果林修剪枝條資源量為261.75萬t，其中超10萬t的縣（市、區）6個，5萬～10萬t的縣（市、區）份有8個，低于5萬t的有31個；將枝條制成顆粒燃料折算成標準煤，年均量為91.80萬t，標準煤折算成天然氣和發電量，年均量分別為69.03億m3和74.72億kW·h，其產生的年均潛在價值為41.84億元。云南省果林修剪枝條能源化潛力巨大，發展生物質燃料的資源稟賦條件優異，具備產業化發展生物質顆粒燃料的資源基礎。

關鍵詞 果林修剪枝條；資源化利用；生物質燃料；時空特征；云南省

中圖分類號 X705 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）14-0047-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.010

Evaluation of Pruning Branch Resources and Analysis of Biomass Energy Potential in Fruit Forests in Yunnan Province

CHANG Zhen1，ZHAO Xing-ling2，3，WU Kai2，3 et al

（1.School of Economics and Management，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500;2.College of Energy and Environmental Sciences，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500;3.Yunnan Research Center of Biogas Technology and Engineering，Kunming，Yunnan 650500）

Abstract From 2010 to 2020，the main counties（cities and districts）with fruit forest pruning and fruit cultivation（citrus，pomegranate，apple，pear and grapes）were studied as the research objects，based on the fruit forest pruning coefficient and the discount coal coefficient，the pruning resources of fruit forests in Yunnan Province were estimated，the biomass fuel potential was estimated，and the temporal and spatial distribution characteristics were analyzed.The results showed that from 2010 to 2020，the total amount of pruning resources in fruit forests in Yunnan Province showed an upward trend，and the average annual pruning amount of shoots was 1，522，700 tons.The resources of fruit forest pruning were significantly different between different regions.In 2020，the resources of fruit forest pruning in Yunnan Province were 2，617，500 tons，including 6 counties with more than 100，000 tons，8 counties with 50，000 tons to 100，000 tons，and 31 counties with less than 50，000 tons.The annual average amount of shoots converted into pellet fuel into standard coal was 918，000 tons，and the average annual amount of standard coal converted into natural gas and power generation was 690 million m3 and 7 472 million kW·h，respectively，and the potential annual value generated was 4 184 million yuan.Yunnan Province has great potential for energy conversion of fruit forest pruning branches，excellent resource endowment conditions for the development of biomass fuel，and has the resource base for the industrialization of biomass pellet fuel.

Key words Fruit forest pruning;Resource utilization;Biomass fuels;Spatiotemporal characteristics;Yunnan Province

基金項目 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司項目“新型能源及儲能關鍵技術研究”；云南省萬人計劃產業技術領軍人才項目（20191096）；云南省基礎研究計劃項目（202001AT070094）；云南省國際科技合作專項（202003AF140001）；云南省基礎研究專項青年項目（202201AU070058）；云南省教育廳科學研究基金項目（2022J0127）；云南師范大學博士啟動項目（xj2021102918）；昆明市國際（對外）科技合作基地項目（GHJD-2020026）。

作者簡介 常鎮（1997—），男，云南鎮雄人，碩士研究生，研究方向：生物質能。*通信作者，研究員，博士生導師，從事生物質能與環境工程教學科研工作。

收稿日期 2023-09-05

《中國統計年鑒》顯示，2021年我國果園總面積為1 280.8萬hm2，根據茍新卯等［1］提出的每667 m2果園年修剪枝條量按0.5 t計算，全國果林修剪枝條約為9 606萬t。生物質成型顆粒是指生物質經粉碎、干燥、機械加壓等過程將松散、細小的生物質廢棄物壓縮成形狀規則、能量密度大的固體生物質燃料，其機理為依靠擠壓作用產生的熱量，將木質素與生物質中的水相互作用產生塑化黏結作用［2-3］。成瀟偉等［4］提出推動生物質顆粒燃料發展，對擴展新能源發展空間、發展現代新能源產業、助力鄉村振興、促進縣域經濟持續健康發展具有重要作用。陳卓［5］提出果樹枝條可做成固體顆粒燃料，其不僅能替代傳統煤炭資源，還能提高燃燒熱效率，具有顯著的經濟和環境效應。而García-Maraver等［6］提出生物質是一種豐富的資源，其可再生性是可持續利用的保證，生物質減少了大氣排放，使得CO2的凈循環對溫室效應沒有貢獻。Alatzas等［7］指出希臘木質纖維素生物量水平估計為213萬t/a，其中邁塞尼亞可年產380萬 GJ的能量。

程序等［8］提出當前我國能源需求十分旺盛，石化能源對外依存度很高，而利用生物質資源是一種非常好的能源可再生原料，通過生產生物質顆粒燃料作為新型能源，可讓我國能源得到有效補充。但據調查發現，在云南省果林修剪枝條的收集、捆綁、晾曬以及運輸需要耗費大量的人力和時間，農戶和種植企業通常將果樹修剪枝條丟棄在田間地頭、路邊，后期直接將其焚燒。畢于運［9］提出果樹修剪枝條的亂堆、亂放不僅會造成資源上的嚴重浪費，還會引起病蟲害和火災隱患；孫振鈞等［10］提出對果林修剪枝條直接進行焚燒則會加劇空氣污染，造成對環境的破壞。根據《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》，提出要推動資源綜合利用產業綠色發展為核心，促進大宗固廢實現綠色、高效、高質、高值、規模化利用。云南省作為我國水果大省，僅2020年果園果林修剪枝條就約為500萬t，擁有大量的木質顆粒燃料資源。而云南省大多果樹產區的枝條利用率比較低，究其主要因素是果農和種植企業沒有掌握生物質顆粒燃料的相關技術以及對果林修剪枝條的資源再利用重視程度不高。

目前，國內外對農作物秸稈、畜禽糞便等農業廢棄物產生物質能方面已經有了大量的研究，但對于果樹修剪枝條進行木質顆粒燃料的研究還很少。筆者通過收集云南省果林修剪枝條量，以46個水果種植主要優勢縣（市、區）為研究對象，研究其果林修剪枝條的生物質顆粒燃料資源潛力，解析時空分布特征，旨在為云南省果林修剪枝條資源化利用和生物質顆粒燃料的產業發展提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

云南省地處我國西南邊陲，全省總面積為39.42萬km2。云南地處低緯高原，生態環境優越，物種資源富集，是高原特色水果之鄉，是世界水果行業公認的“果業天堂”。2020年云南省水果產業綜合產值達892.95億元，水果成為全省農產品出口創匯第一大品類，出口額183.6億元，居全國第一；水果在園面積66.52萬hm2，位列全國第7；產量961.58萬t，位列全國第12。根據農小蜂數據庫可知，2021年云南省水果總種植面積為76.17萬hm2，同比2020年增長8.99%，占全國總種植面積的5.95%，省內總產量為1 142.60萬t，同比2020年增長18.83%，占全國水果總產量的3.81%。

1.2 數據來源

研究數據來源于2010—2020年的《中國農業統計資料》《云南統計年鑒》《云果數據庫》《中新網云南》《大理日報》《云南省綠色食品發展中心》《云南省投資促進局》《云南省農業農村廳》《巍山縣農業農村局》以及農小蜂數據庫。以云南省45個水果種植主要優勢縣（市、區）的蘋果、葡萄、柑橘、梨和石榴為研究對象。

1.3 研究方法

1.3.1 果林修剪枝條量測算 。

根據劉君璞等［11］提出蘋果、梨一般年剪枝條1 500～2 250 kg/hm2，葡萄一般年剪枝條4 500～5 250 kg/hm2，劉麗麗等［12］提出柑橘年剪枝條15 000～18 000 kg/hm2，常小箭等［13］提出石榴年修剪枝條量為12 000 kg/hm2，其計算公式如下：

Y=U×I（1）

式中：Y為修剪枝條總量（萬t）;U為果林種植面積（hm2）;I為果林修剪系數（kg），如表1所示。

1.3.2 果林修剪枝條能源潛力測算。

根據劉文政等［14］、李少陽等［15］和李思漾等［16］指出葡萄修剪枝條的干物質熱量為1.69×104 kJ/kg，蘋果樹修剪枝條的干物質熱量為1.73×104 kJ/kg，梨樹修剪枝條的干物質熱量為1.94×104 kJ/kg，柑橘和石榴修剪枝條的干物質熱量分別為1.79×104和1.38×104 kJ/kg，按照1 kg標準煤可產2.93×104 kJ熱量，測得果林廢棄物的標準煤含量，其計算公式如下：

A=Y×f （3）

式中：A為果林枝條廢棄物的折標準煤量（萬t）；Y為果林修剪枝條總量（萬t）；f為不同果林枝條的折標準煤系數（kg），如表1所示。

2 結果與分析

2.1 果林修剪枝條資源量時空分布特征

2.1.1 果林修剪枝條資源量時序特征分析。

從2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量（圖1）可以看出，2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量整體呈現出逐年上升的趨勢，由2010年的86.76萬t增加至2020年的261.75萬t，其年均修剪枝條資源量為152.27萬t。果林修剪枝條資源量與果林種植結構和面積直接相關，種植結構的差異使得果林修剪枝條的產生量與制生物顆粒燃料潛力隨空間分布出現差異性。5種果林修剪枝條資源量依次為柑橘＞葡萄＞梨＞蘋果＞石榴，而其中石榴因數據缺失，僅有2年數值，故修剪枝條累計量最少。2010—2020年全省柑橘、葡萄、梨、蘋果和石榴的修剪枝條資源量其年增長率分別為11.02%、12.23%、1.25%、5.87%、20.60%。而在《云南省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》中提到，到2025年，水果總產值要在“十三五”末的基礎上實現“翻一番”目標，這意味著云南省果林修剪枝條資源量在未來還會呈現出迅增的趨勢，如何處理好果林修剪枝條廢棄物量已成為當下急需解決的問題。

2.1.2 果林修剪枝條資源量空間分布特征分析。

云南省氣候表現為區域差異和垂直變化，其氣候有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶和高原氣候區共7個溫度帶氣候類型，又受地理條件、種植種類、人口密度及種植規模的影響，云南省果林修剪枝條資源量的空間結構存在差異。2020年云南省水果種植主要優勢縣（市、區）的果林修剪枝條資源量空間分布如圖2所示。

從圖2可以看出，2020年云南省主要水果種植優勢縣（市、區）果林修剪枝條資源總量整體呈現出由西北向東南逐漸增多的趨勢。果林修剪枝條超10萬t 的縣（市、區）有永勝縣、賓川縣、建水縣、華寧縣、彌勒市、新平彝族傣族自治縣，其枝條修剪資源總量占全省的36.21%；果林枝條資源修剪資源量在5萬～10萬t 的縣（市、區）有鶴慶縣、永善縣、昭陽區、師宗縣、彌勒市、元江哈尼族彝族傣族自治縣、蒙自市、景洪市，其修剪枝條資源總量占全省的22.07%；果林枝條修剪資源量低于5萬t的縣（市、區）共有31個，其資源總量占全省的41.72%。而在云南省45個水果種植主要優勢縣（市、區），建水縣的果林修剪枝條資源量最大，為21.12萬t，西山區修剪枝條資源量最少，僅為0.14萬t。

2.2 生物質能潛力分析

從表2可以看出，云南省果林修剪枝條能源蘊藏量大。2010—2020年云南省果林修剪枝條年均折標煤量為91.80萬t。其中，葡萄修剪枝條年均折標煤量為10.91萬t，柑橘修剪枝條年均折標煤量為62.84萬t，梨修剪枝條年均折標煤量為8.41萬t，蘋果修剪枝條年均折標煤量為6.50萬t，石榴修剪枝條年均折標煤量為17.26萬t。這主要是受種植面積、單位面積枝條修剪量和枝條熱值的影響。

2.3 果林修剪枝條生物質能利用綜合評價

從表3可以看出，2010—2020年云南省果林修剪枝條年均折標煤量為91.80萬t。有關研究表明1 t標準煤可以折算為7 520 m3天然氣和8 140 kW·h電，年均折算天然氣量為69.03億m3，年均折算發電量為74.72億kW·h；按照民用電量價格0.56元/（kW·h）計算，云南省果林修剪枝條的年均潛在價值為41.84億元；在2010—2020年，云南省年均天然氣消耗量為8.45億m3，果林修剪枝條年均折天然氣量（69.03億m3）遠遠大于比云南省天然氣年均消耗量；因此若能把云南省果林修剪枝條制成生物質顆粒燃料，折算成天然氣，不僅能減少對環境造成的污染，還能在很大程度上滿足云南省對天然氣的需求；而把果林修剪枝條通過制成木質顆粒燃料折算成電量或標準煤時，雖然在云南省消費標準煤和電力消費中所占比例很小，但也能為降低對環境造成污染的同時，為“雙碳戰略”的早日實現貢獻力量。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）2010—2020年，云南省果林修剪枝條資源量大且能源蘊藏量豐富，果林修剪枝條年均量為152.27萬t，年均折標煤量和折天然氣量分別為91.80萬t和69.30億m3，且能源潛力逐年呈上升趨勢。其中葡萄、柑橘、梨、蘋果和石榴枝條制成木質顆粒燃料折算標準煤的年均量分別為10.91萬、62.84萬、8.41萬、6.50萬和17.26萬t。

（2）云南省45個水果種植（包括柑橘、石榴、蘋果、梨和葡萄）主要優勢縣（市、區）中，果林修剪枝條超過10萬t 的縣（市、區）有永勝縣、賓川縣、建水縣、華寧縣、彌勒市和新平彝族傣族自治縣；在5萬～10萬t 的縣（市、區）有鶴慶縣、永善縣、昭陽區、師宗縣、彌勒市、元江哈尼族彝族傣族自治縣、蒙自市和景洪市；低于5萬t的縣（市、區）共有31個。其中建水縣的果林修剪枝條資源量最大，為21.12萬t，西山區果林修剪枝條資源量最少，為0.14萬t。

（3）云南省果林修剪枝條資源可利用量豐富，通過資源化再利用不僅可以減少對環境造成的污染，還能變廢為寶產生新的價值。2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量的年均潛在價值為41.84億元，其枝條制成木質顆粒燃料折算為標準煤年均量為91.80萬t，折算天然氣年均量為69.03億m3，遠遠大于云南省天然氣年均消耗量（8.45億m3）。

3.2 討論

（1）云南省果林修剪枝條資源量豐富，可開發潛力較大，具備產業化發展生物質顆粒燃料的資源條件。在云南省45個水果種植（包括柑橘、石榴、蘋果、梨和葡萄）主要優勢縣（市、區）中，可以先在資源量大的地方實行試點，通過點成線、線成面的方式，發展生物質顆粒燃料產業。

（2）在云南省45個水果種植（包括柑橘、石榴、蘋果、梨和葡萄）主要優勢縣（市、區）中，滇西北地區以永勝縣和賓川縣為首，聯合周圍縣（市、區），把果林修剪枝條集中起來，實現資源的可持續利用；滇東北地區，以昭陽區和永善縣為主導，開展生物質顆粒燃料的試點；在滇南地區，以新平彝族傣族自治縣、建水縣、蒙自市和彌勒市為主導，發展生物質顆粒燃料產業；而在滇西南地區，則以景洪市為主導。

（3）生物質資源“碳中性”屬性決定其是替代化石能源的最佳選擇。果林修剪枝條作為生物質資源的重要組成部分，其能源化利用可以減少碳排放，對實現雙碳目標有著不言而喻的意義。2020年云南省果林修剪枝條量為261.75萬t，若對這些果林修剪枝條直接燃燒或者進行田間堆積，對環境造成污染是巨大的。但對其資源進行再利用，將其作為生物質能源的原料，不僅能減少對環境的污染，還能產生平均41.84億元的潛在價值。雖然我國人均占有資源相對較少，可用于能源開發的生物質資源有限，但我國果林修剪枝條資源豐富且有巨大的能源潛力，把果林修剪枝條能源化利用與我國低碳發展與可再生能源開發的戰略結合起來，這無疑會成為我國早日實現“雙碳戰略”的助力。

參考文獻

［1］ 茍新卯，高丹.果樹枝條粉碎還田大有可為［J］.西北園藝（果樹），2019（2）：13-15.

［2］ AVELAR N V，REZENDE A A P，DE CSSIA OLIVEIRA CARNEIRO A，et al.Evaluation of briquettes made from textile industry solid waste［J］.Renewable energy，2016，91：417-424.

［3］ YANK A，NGADI M，KOK R.Physical properties of rice husk and bran briquettes under low pressure densification for rural applications［J］.Biomass & bioenergy，2016，84（1）：22-30.

［4］ 成瀟偉，朱洪光，徐宇鵬，等.沼氣與生物天然氣產業發展模式比較分析［J］.安徽農業科學，2017，45（18）：48-50.

［5］ 陳卓.木質顆粒燃料生產的經濟效益與減排效應［J］.林業經濟問題，2018，38（6）：94-97，112.

［6］ GARCA-MARAVER A，ZAMORANO M，RAMOS-RIDAO A，et al.Analysis of olive grove residual biomass potential for electric and thermal energy generation in Andalusia （Spain）［J］.Renewable and sustainable energy reviews，2012，16（1）：745-751.

［7］ ALATZAS S，MOUSTAKAS K，MALAMIS D，et al.Biomass potential from agricultural waste for energetic utilization in greece［J］.Energies，2019，12（6）：1-20.

［8］ 程序，崔宗均，朱萬斌.呼之欲出的中國生物天然氣戰略性新興產業［J］.天然氣工業，2013，33（9）：141-148.

［9］ 畢于運.秸稈資源評價與利用研究［D］.北京：中國農業科學院，2010.

［10］ 孫振鈞，孫永明.我國農業廢棄物資源化與農村生物質能源利用的現狀與發展［J］.中國農業科技導報，2006，8（1）：6-13.

［11］ 劉君璞，章力建，曹尚銀，等.我國果樹生產中的立體污染及其防治［J］.果樹學報，2006，23（1）：85-90.

［12］ 劉麗麗，李建輝，鄭雪良，等.果樹枝條資源化利用研究進展［J］.浙江柑橘，2016，33（4）：5-8.

［13］ 常小箭，李方向，王濤，等.西安果樹修剪枝條資源評估及肥料化利用潛力分析［J］.西北園藝（果樹），2022（3）：52-55.

［14］ 劉文政，平鳳姣，白雪冰，等.葡萄枝條資源化利用研究現狀及進展［J］.農業工程學報，2022，38（16）：270-283.

［15］ 李少陽，蘇印泉，魏麗娟，等.不同年齡蘋果修剪枝燃燒熱的測定［J］.西北林學院學報，2009，24（4）：166-168.

［16］ 李思漾，路浩林，倪正民.南開大學梨園中梨樹不同部位熱值測定［J］.實驗室科學，2021，24（4）：13-15.