收稿日期:2007-10-09
基金项目:福建省科技厅科技重大专项前期研究资助项目(2005NZ1001)。作者简介:范广阔(1983-),男,硕士研究生。研究方向:森林培育。3通讯作者
福建薪炭林树种的筛选
范广阔,王 平,马祥庆3
,王兆勇,康俊永(福建农林大学林学院,福建福州350002)
摘要:随着社会发展对能源消耗的不断增加,开发生物质新能源已成为必然,薪炭林作为生物质原料之一,在新形势下有巨大的开发潜力。在掌握福建薪炭林树种的种类、分布和薪材特性基础上,采用层次分析方法分别从薪材产量、生长量、轮伐期及热值4个方面对福建主要薪炭林树种进行综合评价,最终筛选出15种可供福建推广的薪炭林树种,为南方生物能源开发提供科学依据。
关键词:薪炭林;树种;筛选;福建;热值中图分类号:S727.4;S759.4
文献标识码:A
文章编号:167320925(2007)0420241205
Screen i n g of tree spec i es for fuel forest i n Fuji a n Prov i n ce
F AN Guang 2kuo,WAN
G Ping,MA Xiang 2qing,WANG Zhao 2yong,K ANG Jun 2y ong
(College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002,China )
Abstract:Devel op ing the ne w energy with bi omass is necessary as the energy consu mp ti on has increasd rap idly .The fuel f orest p lays an i m portant r ole in the devel opment of bi omass energy .Based on the investigati on on the tree s pecies,distributi on and fuel 2wood characteristics of fuel f orest in Fujian Pr ovince,the comp rehensive evaluati on of tree s pecies f or fuel forest was made in the re 2gards of fuel p r oductivity,gr owth,r otati on and its cal oric value by the hierarchy method .The results showed that 15tree s pecies were selected as the most worth while popularizati on s pecies in Fujian Pr ovince,which would benefit much for the devel opment of bi 2o mass energy in South China .
Key words:fuel forest;tree s pecies;screening;Fujian Pr ovince;cal oric value
20世纪70年代以来国际上相继发生了两次能源危机,由此引起了各国对生物质能源的关注,以生物
质为原料而转化的生物柴油、生物酒精、生物制氢等新型生物能源相继出现[1-2]
。生物质以它的可再生优
势,在能源利用中发挥着重大作用[3]
。薪炭林作为森林的5大林种之一,以它本身的特点及兼有的生态和社会效益,不再是传统的仅以薪炭为目的的林种,更向着生产无污染清洁能源的方向发展。目前国际上对于薪炭林利用主要是将其转化为电力、液体燃料和固化成型燃料等,在一定范围内减少和替代矿物燃料的
使用,主要发展高效、清洁、低污染、低成本的生物气化发电、液化等技术[4-5]
。美国、瑞典等利用薪炭林在生物质能源开发方面取得了很大进步,热化学、生物学及木质燃烧转换技术均取得了成熟经验。据第五次
森林资源清查,我国林分总面积12919.94万h m 2,其中薪炭林为445.17万h m 2
,占林分总面积的3.4%;全
国林分总蓄积1008564.23万m 3,其中薪炭林蓄积为8751.43万m 3,占林分总蓄积的0.9%[6]
。我国薪炭林发展速度相对较慢,年均新造薪炭林面积仅占人工造林面积的1.3%,但薪炭林在解决农村能源危机中
起着重要的作用[7-8]
。
福建在生物能源开发研究方面相对落后,尤其在薪炭能源利用方面仍局限在传统直接燃烧利用,未进行新生物能源技术开发研究,目前生物质资源利用率不高;由于缺乏对薪炭树种筛选方面的研究,对目前薪炭林树种资源缺乏足够了解,在薪炭原料林经营方面存在很大盲目性,导致目前福建薪炭林发展规模小,产量不高,无法满足社会对薪材的巨大需求。有鉴于此,本文在掌握福建薪炭树种种类、分布和薪材特性基础上,采用层次分析方法分别从薪材产量、生长量、轮伐期、热值4个方面对福建初步筛选出的30个主要薪炭林树种进行综合评价,试图从中筛选出可供福建推广的优良薪炭树种,为福建大面积发展薪炭林和开发生物质能源提供科学依据。
亚热带农业研究 Subtr op ical Agriculture Research
第3卷第4期 2007年11月
1 研究方法
层次分析法是通过对系统内的因素及其相互关系分析,划分出各因素相互联系的有序层次结构体系,
结构体系中的每一层次按某一给定的准则,对各因素进行较客观的逐对比较和判断后,相应给出各因子相对重要性的定量表示,建立数学模型,计算出每一层次全部的相对重要性权重,并加以排序,最后,根据排
序结果,进行决策和选择[9-16]
。
根据课题组调查和搜集的已有福建薪炭林树种资料[17-23]
,在掌握福建初步筛选出的具有发展潜力的30种薪炭林树种种类、分布及薪材特性基础上,采用层次分析法分别从薪材产量、生长量、轮伐期及热值4个方面对福建30种主要薪炭林树种进行综合评价,从中筛选出可供福建推广的薪炭林树种。
2 结果与分析
2.1 福建薪炭树种的薪材特性分析
根据课题组调查和已有福建薪炭林树种资料[17-23]
,得到福建主要薪炭树种的薪材特性见表1。从表1可看出,福建主要薪炭林树种有桃金娘科、壳斗科、含羞草科、松科、蝶形花科、苏木科、桑科、漆树科、木麻黄科、楝科、茶科、金缕梅科、豆科。其中速生树种有雷林1号桉、巨桉、木麻黄、钝叶黄檀、马占相思、厚荚相思;、麻栎、黎蒴栲、刺栲、枫香、钝叶黄檀、南岭黄檀;耐旱能力较强的树种有马尾松、湿地松、窿缘桉、赤桉、细叶桉、栓皮栎、枫香、钝叶黄檀和台湾相思;耐寒能力较强树种有窿缘桉、赤桉、雷林1号桉、巨桉、麻栎、桑树;除了刺栲和石栎等少数树种是荫性树种,其他树种大部分喜光。
表1 福建省主要薪炭林树种及薪材特性
Table 1 Characteristics of fuel wood of tree s pecies of firewood f orest in Fujian Pr ovince
科名树种拉丁名
年产量
t ?hm -2
高年生长量
m 轮伐期
a 热值kJ ?kg -1
松科马尾松
P inus m asso m iana 12.001.256-721067湿地松P inus elliottii 7.261.108-1020988桃金娘科
窿缘桉Eucalyptus exserta 23.653.253-420156柠檬桉Eucalyptus citriodora 24.001.905-619107赤桉
Eucalyptus cam aldulensis 14.002.505-618810雷林1号桉Eucalyptus leizhou No .112.502.505-619968巨桉Eucalyptus grandis 10.502.503-519437细叶桉Eucalyptus tereticornis 15.072.004-518885尾叶桉Eucalyptus urophylla 34.002.504-518781斑皮桉Eucalyptus m aculate 19.002.354-519571壳斗科
麻栎Q urecus acutissi m a 5.310.554-519592栓皮栎Q urecus variabilis 5.001.477-818685石栎L ithocarpus glaber 11.500.813-417794黎蒴栲Castanopsis fissa 13.501.306-717727刺栲Castanopsis hystrix 10.681.153-419822苏木科铁刀木Cassia siam ea 25.001.303-518083茶科木荷Schi m a superba 14.000.504-517686木麻黄科木麻黄Casuarina equisetifolia 15.502.004-520047金缕梅科枫香L iquidam bar for m osana 11.500.8.05-619228漆树科南酸枣Choerospondias e m blica 10.000.854-520006楝科楝树M elia azedarach 10.502.504-5
18810桑科桑树M orus alba
14.000.75316720蝶形花科钝叶黄檀D albergia obtusifolia 12.501.503-518810南岭黄檀D albergia balansaw 12.501.503-419019含羞草科
大叶相思Acacia auriculaefor m is 17.251.752-420064台湾相思Acacia confuse 11.340.702-320006黑荆树Acacia m earnsii 17.502.505-619437马占相思Acacia m angium 23.812.504-520014厚荚相思Acacia crassicarpa 25.302.503-419404银合欢
Leucaena glauca
27.50
1.50
4-5
18634
?
242?亚 热 带 农 业 研 究第3卷
不同薪炭树种的薪材特性有较大差别。从产量上看,年产量在30t ?hm -2
以上的树种只有尾叶桉;产
量在20-30t ?h m -2?a -1
之间的有银合欢、厚荚相思、铁刀木、柠檬桉、马占相思、窿缘桉;其余的产量都
在20t ?h m -2?a -1
以内;年产量最大的是最小的6.8倍。树高年生长量最大的是窿缘桉为3.25m ,树高年生长量在2-3m 间的有赤桉、雷林1号桉、巨桉、尾叶桉、楝树、黑荆树、马占相思、厚荚相思、斑皮桉、细叶桉、木麻黄;树高年生长量在1-2m 之间的有大叶相思、钝叶黄檀、南岭黄檀、银合欢、栓皮栎、黎蒴栲、铁刀木、马尾松、刺栲、湿地松;其余的树高年生长量较小,均不超过1m;树高年生长量最大与最小之间相距2.75m 。大部分树种轮伐期在2-5a 之间,湿地松最长,至少需要8年。热值大多数都在18810kJ ?kg -1以上,其中热值最大的为马尾松21067kJ ?kg -1,最低的为桑树16720kJ ?kg -1
。2.2 福建薪炭林树种的筛选
2.2.1 福建薪炭林树种筛选模型结构的建立 为筛选出理想的福建薪炭林树种,根据薪炭树种的要求,建立薪炭树种综合筛选模型(图1)。该结构分为3层:第一层目标层(O ),为适合福建推广的薪炭树种;
第二层准则层(A ),为影响薪炭林品质的产量、生长量、轮伐期和热值4个因子,分别记为A =(a 1,a 2,a 3,a 4);第三层方案层
(P ),为初步筛选出的30个福建主要薪炭林树种。
图1 福建薪炭树种综合评价层次结构
FFig .1 Layer structure of comp rehensive evaluati on on the tree s pecies of fuel forest in Fujian Pr ovince
2.2.2 福建薪炭林树种筛选判断矩阵的构建及一致性检验 依据30个福建主要薪炭林树种的产量、生
长量、轮伐期和热值调查结果,利用Satty 的129标度法建立判断矩阵(表2),应用DPS 软件进行分析,计
算出矩阵的最大特征根λmax =4
.0029,C I =0.0010,R I =0.8786,CR =0.0011。权重ω1=0.4166,ω2=0.0668,ω3=0.0068,ω4=0.4498。此时CR =0.0011<0.1,可知一致性检验是满意的,其所建立的矩阵是合理的。
表2 福建薪炭树种选择的判断矩阵
Table 2 The judge ment matrix of selecti on of fuel forest s pecies in Fujian Pr ovince
O A 1
A 2
A 3
A 4
ωi
A 116610.4166A 21/6111/70.0668A 31/6111/70.0668A 4
1
7
7
1
0.4498
2.2.3 薪炭林树种品质指标的无量纲化及综合评分 为排除由于各个指标的单位不同以及数值数量之
间的悬殊差别所带来的影响,将不同树种的不同特性进行无量纲化处理。处理结果和综合评分见表3。从表3可看出,不同薪炭林树种的综合评分为:尾叶桉>窿缘桉>厚荚相思>马占相思>银合欢>柠
檬桉>铁刀木>斑皮桉>黑荆树>大叶相思>湿地松>木麻黄>细叶桉>马尾松>雷林1号桉>赤桉>巨桉>南岭黄檀>台湾相思>刺栲>楝树>钝叶黄檀>南酸枣>枫香>木荷>桑树>黎蒴栲>石栎>麻栎>栓皮栎。其中桃金娘科有6种,含羞草科有4种,二者科产量和热值都相对较高;对于壳斗科和茶科,其热值与其他科相差不大,但产量较少。
?
342?第4期范广阔等:福建薪炭林树种的筛选
表3 福建薪炭林树种品质指标的无量纲化与综合评分
Table 3 The non 2di m ensi on quality index and the comp rehensive evaluati on value of fuel forest s pecies in Fujian Pr ovince
树种C 1C 2C 3C 4
0.41660.06680.06680.4498综合得分
马尾松
0.35290.38460.7500 1.00000.6396湿地松0.2134 2.46150.18750.99620.6810窿缘桉0.6956 1.00000.87500.95670.8138柠檬桉0.70590.58460.62500.90700.7529赤桉
0.41180.76920.62500.89290.6368雷林1号桉0.36760.76920.62500.94780.6413巨桉0.30880.76920.81250.92260.6188细叶桉0.44320.61540.75000.89640.6494尾叶桉 1.00000.76920.75000.89150.8897斑皮桉0.55880.72310.75000.92890.7183麻栎0.15620.16920.75000.93000.5140栓皮栎0.14710.45230.37500.88690.4861石栎0.33820.24920.87500.84470.5680黎蒴栲0.39710.40000.50000.84150.5762刺栲0.00000.35380.87500.94090.4741铁刀木0.73530.40000.81250.85830.7451木荷0.41180.15380.75000.83950.5818木麻黄0.45590.61540.75000.95150.6777枫香0.33820.24620.62500.91270.5795南酸枣0.29410.26150.75000.94960.5858楝树0.30880.76920.75000.89290.6022桑树0.41180.23080.93750.79370.5803钝叶黄檀0.36760.46150.62500.89290.5978南岭黄檀0.36760.46150.81250.90280.6145大叶相思0.50740.53850.87500.95240.7027台湾相思0.33350.21540.93750.94600.6102黑荆树0.51470.7692 1.00000.92260.7171马占相思0.70030.76920.75000.95010.7892厚荚相思0.74410.76920.87500.92110.8037银合欢
0.8088
0.4615
0.7500
0.8845
0.7865
3 结论
福建的主要薪炭树种集中在桃金娘科、含羞草科、壳斗科、松科、蝶形花科、苏木科、桑科、漆树科、木麻黄科、楝科、茶科、金缕梅科和豆科,其中桃金娘科、含羞草科、壳斗科、松科和蝶形花科的树种相对较多,其它科的薪炭树种较少。在福建主要薪炭树种中,产量最高的是尾叶桉,最低的是栓皮栎;树高年生长最快的是窿缘桉,最慢的是木荷;轮伐期最长的是湿地松,最短的是桑树;热值最大的是马尾松,最小的是桑树。
采用层次分析法对福建30种主要薪炭树种进行综合评分,筛选出尾叶桉、窿缘桉、厚荚相思、马占相思、银合欢、柠檬桉、铁刀木、斑皮桉、黑荆树、大叶相思、湿地松、木麻黄、细叶桉、马尾松、雷林1号桉等15种值得福建大力推广薪炭林树种。今后应充分挖掘薪炭树种的生长潜力,为生物质能源的开发提供原料。
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442?亚 热 带 农 业 研 究
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