全 文 ：第 3 3卷第 3期 江 苏 林 业 科 技 Vol.3 3No.3
2 0 0 6年 6 月 JournalofJiangsuForestryScience＆Technology Jun.2 0 0 6
文章编号:1001-7380(2006)03-0001-05
培育灌木柳生物质能源林的前景＊
施士争 ,潘明建 ,王保松 ,张 珏
(江苏省林业科学研究院 ,江苏 南京 211153)
摘要:阐述了国际上灌木柳能源林的发展现状 、我国高生物量灌木柳良种和栽培技术研究进展 , 论述了用灌木柳营
造能源林的优势和灌木柳在我国生物质能源林培育方向的应用前景。并介绍了我国新选育的灌木柳高产新品种
的优良特性及高产优势 ,供我国培育高生物量能源林使用。
关键词:生物质能源林;柳树;灌木;定向培育
中图分类号:S792.12;TK6 文献标识码:A
20世纪以来 ,随着世界范围内能源形势的日益
严峻 ,开发利用可再生能源替代矿物能源成为国际
热点。生物质能源就是主要的替代能源之一 ,不少
国家都制定了长期的生物质能源计划 ,如日本的阳
光计划 、印度的绿色能源工程 、美国的能源农场和巴
西的酒精能源计划等 [ 1-2] ,营造生物质能源林是培
育生物质的重要措施之一 。
我国政府十分重视开发利用生物质能源。国家
“六五”至 “十五 ”科技攻关项目和 863计划安排了
多项生物质能源利用新技术研究课题 ,已在生物质
气化 、固化 、热解和液化利用等方面 ,取得了显著的
进展 ,生物质转化发电和转化成液态燃料技术已达
到接近成熟利用的水平[ 2] 。生物质能源转化需要
消耗大量的原料 ,且需求量越来越大 ,存量的生物质
原料不但不能满足需要 ,还面临着与纤维工业和农
业利用的竞争 ,故需大力发展生物质能源原料林。
1 生物质能源林的起源和发展
生物质能源的本质是固定在绿色植物体和有机
物内的太阳能 ,是可以再生的生物能源。生物质能
源的研究起源于 1900年 ,在 1980年以前 ,生物质能
源的利用研究主要以油料作物 、植物秸秆和垃圾利
用为对象 ,以生物柴油 、生物酒精和沼气为转化产
品 [ 1] ,用作培育生物质能源的原料物种有大豆 、花
生(美国)、棉籽 、油菜籽 、葵花籽 、蓖麻籽(欧共体国
家)、棕榈油(东南亚国家)等农作物 ,制造油料和酒
精。我国主要是利用大戟科植物小桐子(Jatropha
curcas)、乌桕(Sapiumsebiferum)、豆科植物水黄皮
(Pongamiapinnata)、海桐花科海桐属 (Pitosporum
spp.)等油料树种的果实或种子提炼油料 ,都小规模
试验成功 [ 1, 3-4] 。但从总体上来说 ,这些树木果实原
料 ,产量规模较小 ,加上有些树种的适生范围狭窄 ,
有些要占用农业用地(尤其在我国 ,农业用地非常
紧张 ,不可能大规模用农田建造能源林),有些种子
采收成本高 ,以及市场环境等方面的原因 ,这些研究
成果面临着存在生产成本高 ,原料不能保证等种种
问题 ,应用很少或难以规模化利用 。
近代工业技术的快速发展使得所有植物都可以
被全株利用 ,发达国家利用锯木屑压缩做固化燃料 、
热裂解气化发电 、发酵生产酒精等方面的技术已经
熟化 ,并已经发电入网 [ 2] ,因此 ,生物质能源工业的
原料不再局限于油料作物 ,光合效率和生物质产量
高 、单位面积上光能转化量高的植物更具有经济价
值。因此 ,从 1980年开始 , “生物量生产 ”的概念受
到广泛重视 ,生物质能源林培育受到发达国家广泛
重视 ,单位面积上生物产量最大成为能源林培育的
首要目标 。
借鉴国际经验 ,近年来 ,我国也加强了对生物质
能源林培育和利用技术的攻关研究。
＊ 收稿日期:2006-01-06;修回日期:2006-03-10
基金项目:国家林业局 948项目 “柳树新品种种质资源的引进 ”(98-4-02)
作者简介:施士争(1968-)男 ,江苏泗阳人 ,高级工程师 ,学士 ,现从事柳树研究工作。
2 灌木柳能源林的优势
2.1 单位面积生物质产量高
生物质能源林的培育目标是通过植物的光合作
用最大限度地提高单位面积在单位时间内的生物质
产量 ,所以需要选择适应性广 、单位面积生物质产量
高的物种。 1983年瑞典提出用杨柳树营造短轮伐
期能源林的设想 ,瑞典国家能源委员会资助了一个
瑞典国家能源林计划 (NSEFP), 从国外共引进
3 000个以柳树为主的相关无性系进行筛选试验 。
这项试验的结果表明:在斯堪的纳维亚半岛上 ,没有
任何一个其他的树种 ,能像柳树那样高效率地把太
阳能转化为化学能 。例如 ,各树种每年从 1 hm2肥
沃土地上生产 10 ～ 12 t干物质(相当于 4 ～ 5 m3石
油)所需的生长周期是:山毛榉 80a,云杉 30a,白桦
20 a,桤木 10 a,杨树 8 a,柳树 3 ～ 5 a[ 5] 。
我国的情况与瑞典相似 ,柳树是我国发芽最早 、
落叶最迟的落叶阔叶树之一 ,也是光合效率最高的
树种之一。我国南方营造速生纸浆林常用的著名速
生树种桉树 ,其生长量一般为 15 ～ 30 m3 /hm2 [ 6 -7] 。
但据调查研究和试验发现 ,在有灌溉条件的地方生
长良好的乔木柳人工林产量也可达到 24 ～ 30
m3 /hm2 ,灌木柳的生物质产量可以达到 30 ～ 22.5
t/hm2 ,优良品种的产量可以达到 30 ～ 45 t/hm2 [ 8] 。
可见 ,与生长最快的桉树品种相比 ,灌木柳单位面积
的生物质产量并不逊色 ,甚至可以超过桉树。
2.2 应用范围广
全世界柳属树种共有 520种以上 ,我国柳属有
257种 , 122个变种 , 33个变型 , 绝大多数是灌木
柳 [ 9] 。柳树极易扦插成活 , 育苗和造林都非常简
单 ,成活率高 ,一般农户不经专业培训都可以育苗和
造林。
柳树种类和变种繁多 ,并且柳树天然杂交非常
容易 ,自然条件下很容易通过天然杂交创造出杂交
种 ,遗传多样性和生态多样性丰富。所以自然界柳
树有各种适生类型 ,既有可以耐到 -50 ℃的种类 ,
也有可以耐盐 3‰的种类 [ 10 -12] ;既有高度几厘米的
极矮小灌木 ,也有高达 20 m以上的大乔木;既有可
以在淹水没顶 60 d可以正常生长的品种[ 13] ,也有
可以在干旱地区造林的种类。灌木柳适应性非常广
泛 ,可以在不占用基本农田的条件下在低湿的江 、
河 、湖滩地及四旁隙地造林 ,进行高产栽培 ,也可以
结合生态工程造林 ,实现较高的经济效益。
2.3 生产成本较低 ,投资回收期短
灌木柳具有繁殖简单 、造林容易 、成本低廉的优
良特性。根据国内外建造编织灌木柳用材林 、生物
质能源林的经验 ,灌木柳能源林的轮伐期为 1 ～ 3 a,
以 3 a最为经济 ,在补充林地养分的条件下 ,灌木柳
1次造林可以通过萌芽更新的方式收获 5 ～ 7次 ,在
平茬 3 ～ 4次时生长量达到顶峰。由此可见 ,培育灌
木柳林的成本主要集中在第 1a,以后可以通过平茬
的方式收获 5 ～ 7次 ,连续经营 10 ～ 20 a,平茬后的
生长势更旺 ,且管理简单 [ 14-15] 。
灌木柳能源林的生产成本包括种苗 、肥料 、人
工 、农药 、机械等几个方面。产品成本估算和估算依
据见表 1。
由表 1可见 ,利用私有土地造林时生产成本在
11 934元 / hm2左右 , 萌芽更新林地的生产成本在
6 650元 / hm2左右 。以高产栽培条件下每公顷产
量 45 t计 ,产品单位成本在 148 ～ 265元 /t。
2.4 灌木柳能源林的经济效益较高
生产灌木柳可以实现当年投资当年收益 。根据
国内外灌木柳培育的经验 ,灌木柳能源林以 3 a轮
伐期最为经济 [ 15] 。
灌木柳能源林在高产栽培条件下 ,年平均产量可
以达到 45t/hm2。如培育周期设计为 1次造林 、收获
5次 、每次 3 a计算 ,则 1个培育周期为 15 a,累计需
要投资 10.5万 元 / hm2。灌木柳能源林收获物的径
级相当于 3 cm径级杨树枝丫材 ,以近 3 a杨树 3cm
径级杨树枝丫材地头收购价 250 ～ 300元 /t计算 ,灌
木柳能源林毛收入可以达到 16.87万 ～ 20.25万
元 /hm2 ,年均纯收入 0.42万 ～ 0.65万 元 / hm2。
3 国际上灌木柳能源林的发展状况
20世纪 80年代不少国家就开始开展灌木柳能
源林的研究和应用 ,以欧共体国家和美国具有代表
性 ,现已成熟应用柳树生物质作发电原料 [ 16] 。目前
虽然用柳树生物质发电的成本还高于煤电 ,但由于
灌木柳生物质的可再生性 ,以及柳树林还具有土壤
修复 、减少温室气体排放 、释放氧气等环保功能 ,所
以发达国家通过采取柳树能源林培育补偿 、电价补
偿 、强制认购生物电或税收优惠等多种措施鼓励发
展生物质发电 ,灌木柳树生物质能源林发展很快 。
2 江 苏 林 业 科 技 第 33卷
表 1 灌木柳造林产品成本分析
成本项 类别 产品成本 /(元 /t) 投资额 /(元 /hm2) 估算依据
材料 种苗 22.5 1 012.5 种苗 2.25t/hm
2 , 300元 /t
肥料 51.2 2 304＊＊ 施肥 4次 , 256kg/(hm2·次), 2元 /kg。
人工费
整地 24 1 080 40工日 /hm2
截穗 18 810 30万穗 /hm2 , 0.5万穗 /工 , 60工 /hm2
造林 18 810 扦插 ,约 30工日 /hm2
除草 36 1 620(1 205＊) 4次 , 20工日 /(hm2·次)
管护 3.3 148.5＊＊ 60hm2 /人 , 6 000元 /年
收割 30 1 350＊＊ 30 ～ 45工日 /hm2或 600元 /hm2
集材 9 405＊＊ 短距离积材 , 15工日 /hm2
机械承包费
灌溉 20 900(600＊) 450元 /hm2 , 30次
施肥 、药 7.5 337.5＊＊ 3 ～ 4次 ,药 75元 /hm2 ,肥 45元 /hm2
机械 15 675 耕 +耙 , 450元 /hm2
种苗运输费 5 225 10t/车 , 90车次 , 0.2万元 /车
其他 6.67 300＊＊ 不可预见费用 150～ 225元 /hm2
合计 265.2(148＊) 11 934(6 650＊)
表中数据均为约数。所需要的农机具和一般工具性材料由零工自备。施药采取承包形式 ,已包括农药费用。除种苗外 , 其他采购物资中
已包括运输费。 ＊为平茬造林的成本 , ＊＊为扦插与平茬造林的成本。依据江苏省林业科学研究院江都基地 、沭阳基地和南京江宁 3地 2004年
底各项生产成本指标估计 ,临时用工工资 12～ 15元 /工日 ,固定零工平均 500元 /月。
2002年 ,由欧盟经济科学干事 DieterPirwitz和
瑞典 Nilsson-Ehle实验室牵头 ,瑞典 、丹麦 、英国 、法
国和德国建立了国际柳树灌木林培育组织 ,开展柳
树生物质能源林培育协作。目前 ,瑞典已栽培柳树
能源林 5万 hm2 ,欧共体将利用 1 000万 hm2轮作
地推广柳树能源林 [ 17] 。美国的柳树生物质能源林
开发和利用也取得了很大的成效 ,应用良种和配套
栽培技术 ,柳树能源林产量已达到干物质 16 ～ 18 t/
(hm2· a),最高达到 30t/(hm2·a),远远高于其他
树种[ 16] 。柳树生物质的利用技术也日臻完善 ,用柳
树粉碎后和煤炭混合发电 ,可以大大提高热效率 ,降
低污染 50%以上;用柳树生物质做固化燃料 、气化
发电 、发酵生产酒精等技术已得到广泛利用[ 1, 18] 。
灌木柳生物质的需求量日益扩大 ,促进了灌木
柳树生物质培育技术的快速发展 ,柳树生物质能源
林的培育已形成成熟的技术体系。良种方面 ,从
1993年起陆续育成 “Rapp”, “Jorr”, “Tora”等 8个
适应性不同的速生柳树新品种 ,这些优良新品种的
生物质产量比当地的原始品种要高 50% ～ 70%,最
好的品种年产量达到干物质 16 ～ 18 t/(hm2 ·
a)[ 19] 。栽培技术方面 ,从品种选择 、栽培地选择 、造
林材料的处理和栽植方法 、林分管理 、杂草控制 、病
虫害控制 、收获年龄 、收获方法 、短期储存 、萌芽更
新 、地力维持等各环节都有较为深入细致的研究 ,主
要的栽培管理措施已可定量化。
4 我国灌木柳的研究现状和利用前景
4.1 灌木柳资源分布和良种选育 、栽培技术研究
进展
中国的柳树占有世界上所有柳树中的半数以
上 ,我国各个省 、市 、自治区都有天然分布 [ 8-9] ,并且
柳属主要的灌木柳类型我国都有 。杞柳和簸箕柳是
我国栽培历史最久 、栽培面积最大的灌木柳种 ,各地
群众具有丰富的柳树造林营林经验。
江苏省林业科学研究院在我国较为系统地研究
了柳树育种和栽培技术。从 20世纪 60年代至
2004年 ,已经收集保存柳树种质资源 40个种以上
近千份亲本 ,其中多数是灌木柳资源 。经长期杂交
选择 ,保存优选无性系 2 000个以上 ,鉴定了良种 20
个以上 ,其中编织用灌木柳良种 2个 ,观赏类灌木柳
6个 。 1998年开始开展高生物量灌木柳良种的选育
研究 ,利用从国外引进的黄花柳 、灰柳 、耳柳 、蒿柳 、
绵毛柳和毛枝柳与国内的簸箕柳 、银芽柳等杂交 ,已
经优选了 10个以上高生物量灌木柳无性系 ,这些无
3第 3期 施士争等:培育灌木柳生物质能源林的前景
性系具有遗传基础广泛 、适应性较强的特点 ,有些无
性系还具有较强的抗寒性或抗旱性 ,最主要的特点
就是生物质产量显著超过传统栽培的杞柳和簸箕
柳 ,在小面积试验的情况下 ,其中最高产的无性系产
量达到 60t/(hm2·a),远高于国际上良种的生长水
平(见表 2),目前这些无性系还在中试 ,将可在集约
栽培的条件下用于生物质生产的定向培育。
表 2 近年来江苏省林业科学研究院选育的部分高生物量灌木柳无性系
杂交组合 品种名 鲜重产量/t/(hm2· a) 鉴(认)定部门 鉴(认)定时间 用途
沙柳 ×旱柳 21.62 ＊ 2004 生物质培育
簸萁柳 ×杞柳 38.67 ＊ 2004 生物质培育
簸萁柳 ×蒿柳 61.62 ＊ 2004 生物质培育
簸萁柳 ×旱柳 53.63 ＊ 2004 生物质培育
簸 萁柳 20.02 (乡土品种) 柳编工艺
簸箕柳 ×杞柳 Jw8-26 26.19 江苏省 2003 柳编工艺
杞柳 ×簸箕柳 Jw9-6 29.12 江苏省 2003 柳编工艺
＊国家林业局认定成果内容。
栽培技术方面 ,我国灌木柳培育的历史悠久 、幅
员广 ,拥有丰富的柳树栽培经验 ,但历史上灌木柳培
育多集中于编织柳的定向培育 ,仅在 2000年后 ,相
关部门和研究机构才关注到培育高生物量人工林 。
江苏省林业科学研究院在 20世纪 80年代用编织柳
良种 Jw8-26和 Jw9-6进行编织柳定向高产培育技
术研究 ,获得了近 30 t/hm2的年鲜重产量 。近年
来 ,该院开始联合企业进行柳树高生物量栽培试验 ,
试验品种包含乔木柳良种 J172、J799和 J795,以及
新选育的灌木柳无性系;结合早期小径材工业用材
林和编织柳用材林定向培育的研究成果 ,参照国际
上相关试验设计 ,安排了多密度 、多地点的造林试
验 ,取得了良好的效果 ,试验产量显著高于我国传统
的编织柳产量和国外的柳树生物质能源林产量 。
4.2 土地资源多
我国人均土地面积少 ,但有 3 000万 hm2以上
的湿地资源 ,在这些湿地中有许多农业上不能利用 ,
但都可以发展灌木柳生物质能源林 。此外 ,我国还
具有广大的农村四旁立地 ,其中低洼地也都可以适
当地发展灌木柳 。
4.3 潜在的产品需求量大
发达国家为了保护环境和本国的资源 ,生物质
能源的使用已经占到 20% ～ 40%。我国石油储量
仅占世界储量的 2%,连年发生的限电事件和石油
的连续涨价 ,已经让每个人都体验了我国能源形势
的严峻 ,预计 5a后净进口量将突破 2亿 t。国家已
经采取利用植物秸秆 、树木枝丫材和营造能源林等
有力措施发展生物质发电业 ,但前两者只是权宜之
计 ,原因是秸秆还田是非常重要的农业措施 ,并且秸
秆发电还有成本大 、对燃烧炉腐蚀性强等缺点;灌木
枝丫材数量少 ,且与人造板工业和造纸工业争夺原
料 ,没有竞争优势。因此 ,利用我国丰富的湿地资源
和速生柳树资源发展生物质能源林应是解决我国生
物质发电原料的主要措施之一。
5 我国灌木柳生物能源林发展的问题
目前灌木柳发电成本较高 ,发达国家通过财政
补贴 、税收优惠和强制电厂使用生物质原料等方式
鼓励发展生物质电力 ,灌木柳生物质能源林的培育
和利用已经实现了产业化 。从较长时间看 ,通过补
贴造林以提高灌木柳产量和生产规模 、技术进步以
及石化能源的自然涨价等途径最终将必然可以使生
物质电价相对地降低。然我国生物质能源林的发展
正在起步阶段 ,面临不少制约因素 ,主要问题有:
(1)柳树生物质能源林基础工作薄弱 。如前所
述 ,我国开展生物质能源林培育起步迟 ,无论在品种
选育还是栽培技术方面 ,距离生产应用都还有较大
的距离。我国有 3 000万 hm2以上的湿地 ,分布在
全国各地 ,灌木柳品种繁多 ,目前对各种湿地类型和
主要灌木柳树种的适应性缺乏基础性调查研究 ,需
要通过持续地开展相应的工作 ,明确可以用于推广
灌木柳的湿地范围和明确主要品种的适应推广范围
4 江 苏 林 业 科 技 第 33卷
以及配套相应的培育技术 。
(2)原料问题 。工业发展的一般规律是先有原
料 ,后发展加工。我国灌木柳生物质能源林培育要
达到可供工业利用的规模 、促进加工业发展 ,还需要
一个大力发展过程。
(3)工业技术问题 。我国生物质能源工业水平
低 ,生物质的气化 、裂解技术研究虽然已经取得很大
进展 ,但还没有成熟应用 ,制约了灌木柳的发展 。
6 灌木柳能源林发展措施
6.1 继续开展高生物量灌木柳的良种选择
根据我国地域广 、立地类型多 、气候变化大的特
点 ,选育一批高产良种 ,重点开展耐水淹高产品种的
选择;同时 ,开展耐寒 、耐旱高产良种的选择。
6.2 加强柳树生物质能源林的专项栽培技术研究
包含针对乔木柳 、灌木柳 ,以及针对各种立地类
型的专门栽培 、管理技术。
6.3 相关机械的研制
生物质能源林造林地一般比较偏远 ,造林技术
简单 ,培育周期短 、产量高 ,根据国际经验 ,一定要实
施机械化作业 ,才能尽可能节约成本 ,因此需要配套
研制相应的设备 。
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