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薪材

薪材是最早被人类利用的能源。至今在发展中国家人民的生活用能中仍占有重要地位。在东南亚,薪材占生活总能耗的42%,非洲为58%。全世界约有15亿人从木材中得到所需能源的90%,另外有10亿人在所需要的能源中,至少有50%来自木材。全世界每年采伐的木材,几乎一半以上被用于烧饭和取暖。1985年中国农村生活用能消耗薪材约2.

木质燃料的统称。薪材是最早被人类利用的能源。至今在发展中国家人民的生活用能中仍占有重要地位。在东南亚,薪材占生活总能耗的42%,非洲为58%。全世界约有15亿人从木材中得到所需能源的90%,另外有10亿人在所需要的能源中,至少有50%来自木材。全世界每年采伐的木材,几乎一半以上被用于烧饭和取暖。1985年中国农村生活用能消耗薪材约2.76亿吨,生产用能消耗约5000万吨,共占农村总耗能的47%。薪材来源于林木,主要来源于薪炭林。薪炭林的特点是生长快而萌发能力强,轮伐期短,产量高,适应性强,成本低。世界很多国家都已认识到薪炭林作为一种可再生能源的价值和地位,并对其生产、利用和研究给予了极大关注。法国从1980年开始执行系统的能源林开发计划,打算到2000年使绿色能源的使用量由350万吨提高到1000万吨油当量。印度计划到2000年发展薪炭林3200万公顷。韩国1959~1977年有计划地营造了64万公顷薪炭林,基本解决了农村对薪材的需求。菲律宾1979年确定了一项利用木材发电以代替石油进口的计划。巴西自20世纪60年代以来,营造了大面积以桉树为主的薪炭林,木炭已成为巴西钢铁工业的主要能源。美国惠好公司年产纸浆420多万吨,全公司消耗能源的55%是用自产的木片、锯屑、树皮和采伐剩余物,该公司到1990年利用生物能源约可达到90%。美国的一些林业科研机构已将木材能源的研究列为战略性课题。中国到70年代末,全国仅有薪炭林360多万公顷。在农村能源严重短缺的情况下,自1981年开始,薪炭林的营造已正式纳入国家计划。1981~1987年,全国共营造薪炭林约280万公顷。

薪炭林规划

应以薪材的供需关系、生产现状和生产潜力为主要依据,综合考虑当地人口的增长、能源发展和供应的前景,薪材供应的现况和未来需求,宜林地面积以及自然与社会经济状况等因素。中国薪炭林的营造多以乡村集体或农户家庭为单位进行,从各种需要和经济效益的角度出发,妥善处理薪炭林与用材林、防护林、经济林的关系,务使薪炭林的发展有一个科学、合理的比例。

树种选择

是薪炭林营造成败的关键。选择的原则有两条:一是选用节能和高能树种;二是乡土树种优先,引进外来树种要经过试验。当前,国际上公认的能源树种选择标准是:①生存能力强的先锋树种;②速生高产、轮伐期短;③热值高;④萌生能力强;⑤最好具有固氮能力;⑥多用途,如固土护坡、放牧、遮荫、食用、香料、蜜源、药材、树脂树胶、染料、纸浆等;⑦木材易干燥;⑧燃烧时无毒、烟少、不爆火花、不熏人、不会使食物产生怪味;⑨便于加工运输;⑩可直接产生液体燃料的柴油树。

世界各地都有一些适于薪炭林种植的先锋树种,在不利的土地条件下,具有适应性强、繁殖力强、竞争力强的特点,在天然情况下可以在毁坏了的林地上自己生长起来,并能适应瘠薄土壤,抗风抗旱。其中大部分树种无需苗圃育苗,采取人工直播或飞机播种即可成林。当树木砍伐后其根桩的休眠芽和不定芽可以产生新的萌条,无需重新造林即可反复收获,而且在一个轮伐期内,其生物产量往往高出一般用材林几倍甚至十几倍。中国各地的优良薪炭林树种,如东北地区的短序松江柳、蒿柳、蒙古栎、辽东栎、胡枝子、杨树、桦树;华北地区的刺槐、沙棘、紫穗槐、栓皮栎、麻栎、油松、杨树、旱柳、荆条;西北地区的沙枣、沙棘、红柳、花棒、柠条;南方热带、亚热带地区的台湾相思、大叶相思、新银合欢、簕仔树、任豆、黑荆树、铁刀木、黎蒴、石栎、青冈栎、麻栎、窿缘桉、柠檬桉、马尾松、木麻黄、木荷、旱冬瓜等。只要因地制宜地选择,并科学地营造管理,就会取得成功。

经营类型及作业方式

按经营目的,薪炭林具有不同于用材林、防护林、经济林的经营类型和作业方式,大致有以下几种。

短轮伐期矮林

通常选用萌生力强的阔叶树种进行萌芽更新,轮伐期一般3~5年,主要树种为栎类、灌木柳、刺槐、紫穗槐、沙棘、桉类、相思类等,多为纯林,较少混交,直播或植苗造林,实行平茬作业,每公顷平均年产干柴少则7~15吨,多则20~30吨。如果经营得当,这种薪炭林一般可维持三四十年甚至上百年而不衰。

速生薪炭林

靠速生树种的生产潜力和提高集约经营强度以达到速生高产的目的。集约经营的主要措施是选用良种壮苗、灌溉、施肥、精细管理。所选树种不一定都具萌芽能力,而要高度密植,轮伐期一般4~8年。这种薪炭林比一般林分年生物产量可增加4~5倍或更多。

头木作业薪炭林

是保留树的主干不断截,取其萌生枝条作为薪材的作业方式。一般在树高1~2.5米处截断树干,砍去树冠,使其萌生枝条,待长到预定规格时再行砍伐利用。经多次砍伐,其砍口处不断增大而成瘤状,形似人头,树桩又较高,故称头木作业。中国长江流域及北方一些地区常采用此法用柳树插干造林。云南省西双版纳傣族农民利用铁刀木(树种)头木作业生产薪材已有悠久历史。

鹿角桩作业薪炭林

中国江苏、浙江、安徽等省利用松树采取此种作业方式生产薪材已有数百年历史。一般造林后第6年锯去松树主梢,在树高1米以上处留一对粗壮枝条,作为一级枝,然后在这一对一级枝上各选留一对二级枝,其余侧枝每隔1~2年截取一次作为薪材。这样不断截梢,形成多次分枝树冠,其状如鹿角,故称“鹿角桩”。这种作业树冠扩展,光合作用面积大;故产量较高。在轮伐期内,平均每公顷每年可得干柴2吨,同时树干较矮,采伐方便。

材薪兼用林

许多用材树种同时也是优良的薪炭林树种,如杨树、马尾松、麻烁、栓皮栎、窿缘桉等,通过对用材林的抚育间伐、整枝即可获得薪材。用材林一般初植密度较高,为促进干材生长,从造林到主伐中间通常要经过三次抚育间伐和多次人工整枝。第一次间伐阔叶树大都在4~7年,针叶树在10~15年,采取隔株成隔行间伐方式,并伐去有病虫害及受机械损伤的树木。间伐强度按株数计算一般不超过40%,以后每隔3~5年再间伐一次,按株数计算的间伐强度控制在20%~30%之内。修枝切勿过度,以保证树木有足够的光合作用叶面积。林木最后主伐时,其采伐剩余物亦可作为薪材。这种作业类型不仅中国,其他国家也有采用。

材薪混交林

在同一块林地上选择适宜搭配的乔木和灌木树种,进行带状或株间混交,形成复层混交结构。上层木实行乔木作业以培育用材,下层木实行矮林作业生产薪材。中国南方各地的马尾松与木荷、马尾松与黎蒴、窿缘桉与大叶相思、薄皮大叶桉与任豆等乔灌结合的混交林均属此种类型。这种高矮结合的混交林形成垂直树冠,可提高光能利用率,增加林分生物产量和薪炭林的稳定性,并防止病虫害的滋生和蔓延。

造林技术

薪炭林的营造,要经过采种、育苗、造林地准备,栽植及抚育管理等程序,同样要坚持适地适树、良种壮苗、密度适当、细致整地、精心栽植、及时抚育、加强保护等科学造林的基本措施。造林技术应注意以下几点:①优先选用乡土树种。土生土长的树种经过长时期的自然选择,对当地的自然条件有很强的适应性,而且群众在长期实践中积累了丰富的栽培经验,对乡土树种也要不断选优,克服退化现象。②合理密植。为使薪炭林获得理想的薪材产量,造林密度要合理加大。中国主要薪炭林树种的造林密度可参考下表。③重视林地土壤肥力的护养。由于薪炭林的采伐周期较短,地力消耗较大,如不注意地力的恢复,林分长势就会逐渐衰退,从而减少薪材产量。在资金和肥源不足,靠施肥养护地力难以做到时,可行的方法一是尽量把林木的落叶保留在林地;二是多选用有根瘤菌的豆科树种。在林木的矿物质营养中,树叶约含10%以上,如每年的落叶能归还林地,就可基本保持营养物质的正常循环。豆科树种一般有通过根瘤固氮的能力,即使不施肥也能使林地土壤肥力得以保持甚至提高。④加强管护与合理樵采。薪炭林一般距离居民点较近,易遭人畜践踏毁坏,必须加强幼林管护。合理樵采包含确定适宜的轮伐期,采伐量及采伐季节。薪炭林的初伐龄、采伐间隔期要根据各地经济情况和研究试验成果合理确定,若因缺柴而过度樵采,势必导致林分衰退,产量递减。实行平茬或头木、鹿角桩作业的薪炭林,应在冬末春初树木停止生长的季节进行,以利树木萌芽更新或萌生新的枝条。封山育林是利用林木的天然更新能力,辅以人为的管护及促进措施,达到恢复林木植被的一种营林手段。中国目前约有0.27亿公顷适于封山育林的林地;这项工作搞好了,不仅有助于生态环境的改善,而且对解决农村薪材短缺问题,必将发挥重要作用。

中国主要薪炭林树种的造林密度

薪材的利用

中国农村的薪材主要用作燃料,其热值一般为16744千焦/千克,比油料、煤炭的热值低,但比农作物秸秆和茅草等的热值为高。使用旧式炉灶,直接烧用薪材,热效率仅15%左右。20世纪80年代初以来,国家在农村大力推广经过改良的新式节柴炉灶,取得了明显效益。节柴灶的热效率可提高到20%~30%,正常使用下可节省燃料1/3~1/2。在今后相当长时期内,直接燃烧薪材还是最基本的利用方式。所以,节柴炉灶的标准化、商品化和普及对缓解薪材供应紧张有重大意义。

将木质燃料热压制成木块、木棒、木砖及蜂窝木屑块等成型燃料,可大大减小体积,既便于运输,又便于使用。已在许多国家中普及,中国尚处于试点阶段。木炭经薪材经碳化或蒸馏而制成的一种无烟、耐烧,便于使用的木质燃料,在发展中国家和发达国家,木炭生产都呈现出发展的趋势。将薪材转化为电能以及气态、液态能源,是薪材更高级的利用技术。美国加利福尼亚电力公司在马德拉兴建了年产3亿度电的木质燃料热电厂。菲律宾的首批木电厂也已投入使用。有些国家已经采用木质燃料的气化技术,小型气化装置已广泛商品化。中国ND400型和ND700型木气生产装置已通过国家级鉴定,并在木材加工企业使用。木质能源的液化技术在世界范围内尚未进入实用阶段,中国的木材水解技术因耗能甚高,目前仅用于生产工业酒精,其水解工艺还有待继续研究改进。