我国林木生物质能源资源分类及总量估算

张卫东，张兰，张彩虹，于丹

（北京林业大学经济管理学院）

　　摘要：林木生物质能源具有很大的开发价值和利用潜力。目前我国林木生物质能源的发展尚处于起步阶段，资源分类及资源量的估计方法也有待统一和完善。基于对林木生物质能源资源的概念界定及其主要来源，对林木生物质能源资源进行分类，并采用自下而上的估计方法，结合我国最新的森林资源清查数据，分析林木生物质能源资源各组成部分的资源量和可利用情况。

　　现代生物质能源的开发利用，是目前备受重视和研究的热点问题。而林木生物质能源以其巨大的资源潜力（占地球固定能量的90％）和多形式利用等优势，成为现代生物质能源开发利用的重要类型。现代林木生物质能源作为一种高效的清洁能源，其CO₂净排放量几乎为零，对其进行合理开发利用，不仅可以减少人类对化石燃料的依赖，缓解能源供给的紧张局面，同时，这种清洁能源的利用还能减少对环境的污染，为解决气候变暖问题做出贡献，达到经济与环境的和谐统一发展。

　　自20世纪90年代以来，世界各国学者对全球及不同地区的林木生物质能源资源潜力和开发利用进行了多情境下的数量分析。由于研究范围和研究对象等存在一定的差异，采用的方法和结果也不尽相同，如采用Energy-MELA模型、生物质能源需求与供给模型、自下而上模型对不同地区的林木生物质能源资源潜力和开发规模进行量化研究[1-3]。近年来，我国也有部分学者对林木生物质能源资源类型及数量进行了初步调查和研究[4-9]，但由于估算方法较为粗略，缺乏统一性，其结果具有一定的争议。本文借鉴了Smeets等[3]提出的自下而上的资源估算模型，并结合我国森林功能和林业资源现状，对林木生物质资源的能源化利用进行分析，确定林木生物质能源资源类型，并对其进行量化估计。

　　一、林木生物质能源资源构成

　　（一）林木生物质能源资源概述

　　林木生物质资源是指所有来自林木的生物质资源总量，也称为森林生物量。而林木生物质能源资源是指可以进行能源化利用的林木生物质资源。在林木生物质资源总量中，一部分作为环境的平衡者，用以调节气候、净化空气、涵养水土、防风固沙等，是自然界中不可缺少的角色；另一部分称为可获得利用的资源，作为人类的生产资料和生活资料，是人类最重要的物质原料之一。在人类利用林木资源的生产和生活过程中，不可避免地会产生很多林木废弃物或林木剩余物；同时，为满足生活能源利用也需专门进行能源林（薪炭林）种植，这两部分林木资源则成为现阶段进行林木生物质能源开发利用的主要原料来源。

　　（二）林木生物质能源资源类型

　　这里根据林木生物质能源资源的来源，将其分为3类：第1类是林地生长剩余物，是指在较低保护级别林地（如我国Ⅳ级保护林地）或非林地上生长的林木，且并未被列入工业用材采伐的林木剩余物资源；第2类是林业生产剩余物，是指在森林经营和生产过程中形成的林木剩余物；第3类是能源林采伐物，包括现阶段专门用作能源的薪炭林和生物质能源林。在我国，林地生长剩余物是指在上述第1类所指林地上，为促进林木茁壮生长而采取的一系列林地经营活动，其间产生的剩余林木生物质，如灌木平茬、经济林、“四旁”疏林、城市绿化抚育修枝等产生的林木剩余物。林业生产剩余物是指在森林经营过程（包括森林培育、地力维持和木质林产品可持续生产3个阶段）中产生的林木剩余物，主要有苗木修枝、定杆及截杆剩余物，幼林（未成林）抚育，公益林抚育间伐、采伐，以及林产品生产加工剩余物和废旧木制品等。

　　结合我国森林经营和林地管理情况，林木生物质能源资源的具体分类及构成情况如图1所示。

　　二、我国林木生物质能源资源初步估算

　　（一）自下而上的估算模型

　　根据林木生物质能源资源的来源和类型，这里采用自下而上的系统分析思想构建资源估算模型，对林木生物质能源资源进行多样化的量化估计[10]。

　　（二）林木生物质能源资源量估算结果

　　1.林地生长剩余物

　　林地生长剩余物=灌木平茬剩余物+经济林抚育修枝剩余物+“四旁”、疏林抚育修枝剩余物+城市绿化抚育修枝剩余物。根据林地生产剩余物的估算模型，结合《第八次森林清查报告》和《中国林业统计年鉴》（2013），可得出估算结果（详见表1）。公式中的剩余物折算系数ui和剩余物可利用系数vi是根据各大林区获得的样地实验数据，并结合有关文献得出的。各相关系数如表1所示[5-14]。对于城市绿化更新与修剪剩余物，根据国家绿化委员会的城市绿化资料，我国平均每年林木修剪和树木更新产生的剩余物达0.4亿t，约0.2亿t可作为能源资源被利用。

　　2.林业生产剩余物

　　1）苗木培育和抚育问伐剩余物。森林抚育问伐剩余物是通过对森林实施抚育、间伐和林下清理等活动产生的除木材标准以外的部分，包括小径木、枝梢、灌木、树皮、树叶、树根等。当前，森林抚育主要以中幼林为对象，产生的大量剩余物堆积在林中，很容易产生病虫害，同时极易引起森林火灾。据统计，2013年我国森林中幼林抚育面积为784.72万h㎡[13]”，通过公式（2）计算，可产生抚育剩余物、林木剩余物565万t。另据相关文献研究¨，森林抚育间伐还包括林下灌丛的修枝、清理和对森林进行修剪，防火道清理火烧木、病虫死树等产生的林木废弃物，这部分资源量近2亿t。2013年，我国造林约610.01万h㎡，造林使用苗木及绿化苗木量约17.6亿株，年产生的育苗修枝、定杆和截杆剩余物约220万t。

　　2）林木采伐、造材剩余物。根据“十二五”期间全国森林采伐限额，2013年我国每年采伐指标为2.75亿m³，木材产量为1.15亿m³。这里用采伐限额代替林木总采伐量，根据公式（3）计算出采伐、造材剩余物产出比例约58％。在林木采伐剩余物中，绝大部分被用于继续加工生产，仅有一小部分被丢弃，可在今后用于生产林木生物质能源。根据已有文献[8]，可以估计出林木采伐和造材剩余物可回收比例约为26.14％。

　　综上，采伐、造材剩余物总量L22=2.75×58％×26.14％=0.42亿m³，折合生物量约为0.49亿t。

　　3）林产品生产加工剩余物。工业与建筑业木材消耗量IC包括国产原木、进口原木、国产人造板、进口人造板、进口人造板和家具等木制品的木材消耗量，本文采用国产木材的产量进行估算。根据《中国林业统计年鉴》（2013），我国的木材产量为0.84亿m³，在《中国森林能源》中指出，林产品生产加工剩余物数量约为原木的15％-34.4％。综合参考有关文献，本文中加工剩余物产出比例pr则按20％计算。加工剩余物可回收比例rr同采伐、造材剩余物可回收比例，约为26.14％[11]。综上，根据公式（4）计算，来自林产品生产加工剩余物可用于能源利用的资源总量为：L22=0.84×20％×26.14％=0.044亿m³。折合生物量约为0.044亿t。

　　4）废旧木制品。根据相关数据资料[15]，我国每年各类木质家具、门窗、枕木、建筑木等废弃木材制品抛弃物大约0.6亿t。其中，可作为能源资源利用的约0.3亿t，是发展生物质成型燃料的主要原料。

　　3.能源林采伐

　　薪炭林是传统上解决农村能源短缺问题的有效途径之一。薪炭林的产量因所处立地和自然条件不同，树种差异较大，其生物产量和热值差异也较大，如海南岛引种成功的树种（尾叶桉、马占相思等）年均生物量为20～30t／h㎡，广西南宁的窿缘桉年均生物量达47.15t／h㎡等[12]。这里按照薪炭林的年产量16t／h㎡，4年平茬一次计算[11]，2013年我国薪炭林的面积约249万h㎡，故薪炭林年可产996万t木质资源。

　　综上，上文分别计算了林地生长剩余物、林业生产剩余物和能源林的生物质能源资源潜力，故林木生物质能源资源总量及分布如表2所示。

　　三、结语

　　根据上文建立的林木生物质能源资源潜力估算模型，基于2013年林业基础数据并通过自下而上的计算方法，对我国现有林木生物质能源资源量进行估算得出的结论是，目前我国全部林木生物质资源总量中，除去用于工业圆木和传统薪材的林木质资源后，可获得的剩余物总量约为9.24亿t，其中，可作为能源利用的生物质总量约为2.64亿t，占全部剩余物总量的28.57％。在各类林木生物质能源资源中，林地生长剩余物和林业生产剩余物占比都相对较大，如果合理利用，可以作为林木生物质能源资源的重要供给途径。而目前作为林木生物质能源资源的重要来源——能源林的生物资源量仅占全部资源量的3.79％，可见我国在能源林的种植和采收方面还存在很大的上升空间。