馮雪，吳國春，曹玉昆，張濱，郭思源

（東北林業大學經濟管理學院，哈爾濱150040）

　　摘要：[目的]生物質能源具有污染少、可再生等特點，合理地對其開發利用是黑龍江省重點國有林區經濟轉型發展的一種探索。通過對黑龍江省重點國有林區生物質能源資源量的計算，明確了生物質能源的可利用潛力及變化趨勢，以期為其產業發展的政策制定提供理論參考。[方法]文章利用自下而上估算法，以林木生物質的資源量和農作物秸稈的產量為原始數據，對2005—2015年黑龍江省重點國有林區生物質能源可利用潛力進行評價。[結果]（1）研究期間，黑龍江省重點國有林區林木生物質資源可利用潛力小幅下降，農作物秸稈資源可利用潛力穩步上升。（2）林木生物質資源中，商品林采伐剩余物可利用潛力驟降，森林撫育剩余物可利用潛力增加；農作物秸稈資源中，糧食作物秸稈可利用潛力逐年上升。（3）黑龍江省重點國有林區生物質能源可利用潛力隨著國家“天保工程”和“重點國有林區全面禁止天然林商業性采伐”政策的實施而發生變化。[結論]黑龍江省重點國有林區生物質能源豐富，可利用潛力較大，其中農作物秸稈資源可利用潛力增速較快。

　　0引言

　　生物質能源是一種蘊藏在生物質中的能量，以農林廢棄物、禽畜糞便和生活垃圾等為原料，具有污染少、可再生等特點，是一種綠色低碳的清潔型能源[1]。黑龍江省重點國有林區一直以木材采伐和加工為主體產業，但隨著“天保工程”一期、二期的實施，木材產量逐步減少，傳統木材產業發展受限。2014年初，國家林業局下發了《關于切實做好全面停止商業性采伐試點工作的通知》，同年4月1號起，黑龍江省重點國有林區全面禁止天然林商業性采伐開始實施[2]。這一系列政策的相繼出臺，推動了黑龍江省重點國有林區發展重點的變化，由木材增產轉為加強森林資源培育。而以材木采伐和加工為主的傳統產業，已不適應新時期林區的發展需求，經濟轉型迫在眉睫，林區急需尋找新的發展方向。黑龍江省重點國有林區林業剩余物資源豐富，各林種撫育、修枝和平茬產生大量的剩余物資源，但開發利用的資源量較少。黑龍江省是農業生產大省，農作物秸稈作為農業生產的廢棄物，綜合利用率較低。2015年，黑龍江省農作物秸稈焚燒量達2200萬t，約占農作物秸稈總量的30%，造成了環境污染，加重了霧霾天氣[3，4]。全面停伐后，黑龍江省重點國有林區職工家庭可支配收入較低，收入增長緩慢，遠低于全國及黑龍江省的平均水平，人均可支配收入相當于黑龍江省城鎮居民可支配收入的62%[2]。黑龍江省重點國有林區農林剩余物資源豐富，為林區發展生物質能源產業提供了資源保障。在經濟轉型過程中，發展綠色、可持續的生物質能源產業，能夠助力林區經濟轉型，促進林區生態—經濟—社會的協調發展，而明確生物質能源的可利用潛力是產業發展的基礎。

　　國內外學者對生物質能源潛力進行了初步探討。國外學者研究集中在兩方面：一是全球生物質能源資源量的估算[5，6]；二是生物質能源的資源潛力[7¯9]及經濟潛力[10]。國內研究集中在兩方面：一是全國及地區生物質能源資源量的估算[11，12]；二是生物質能源資源的地理分布[13]及區域發展潛力[14，15]。已有文獻多數是從國家層面或省級層面對生物質能源潛力進行分析，少有從國有林區層面對生物質能源可利用潛力的研究。鑒于此，文章利用自下而上估算法，對2005—2015年黑龍江省重點國有林區生物質能源的資源量進行計算，分析生物質能源的可利用潛力及變化趨勢，以期為未來生物質能源發展的定位和政策制定提供參考依據，促進國有林區實現轉型發展。

　　1研究區與數據

　　1.1研究區概況

　　黑龍江省重點國有林區（也稱黑龍江省森林工業總局、龍江森工集團）分布在小興安嶺、完達山、老爺嶺和張廣才嶺等區域，是東北亞陸地生態系統和東北“大糧倉”的天然生態屏障，是黑龍江、烏蘇里江、松花江、嫩江、牡丹江和綏芬河等六大水系的主要發源地和涵養地，具有重要的生態、經濟和社會地位。黑龍江省重點國有林區經營總面積1009.8萬h㎡，占全國國有林區面積的26.61%，占黑龍江省國土面積的22%[16，17]。其中，有林地面積約858萬h㎡，森林總蓄積量8.6億m³，森林覆蓋率達85.1%。黑龍江省重點國有林區下轄牡丹江、合江、伊春、松花江4個林管局和總局直屬的帶嶺實驗局，共40個林業局，627個林場（所）及140個處級以上企事業單位。40個林業局分布在黑龍江省10個地市、37個縣（市），其中有19個局跨2個及以上縣（市）（圖1）。

　　1.2研究對象

　　研究對象為黑龍江省重點國有林區的生物質資源，包括林木生物質資源和農作物秸稈資源。根據國有林區的特點，結合文獻研究[11，12，18]及實地調查情況，文將黑龍江省重點國有林區的林木生物資源分為兩類：第一類是林地生長剩余物，即未被列入工業用材采伐的低保護級別或非林地生長的林木，包括灌木林平茬剩余物、經濟林撫育修枝剩余物和四旁植樹撫育修枝剩余物；第二類是林地生產剩余物，即林區在生產、經營過程中產生的林木剩余物，包括森林撫育剩余物、商品林采伐剩余物、林產品加工剩余物及苗木定桿、截桿剩余物。農作物秸稈是農作物成熟、收割后，剩余的莖葉（穗）部分，是農業生產主要的副產品，黑龍江省重點國有林區農作物秸稈主要包括九大類[19]（圖2）。

　　1.3數據來源

　　林木生物質資源的原始數據來自《中國林業統計年鑒》和黑龍江省森林工業總局統計資料，農作物秸稈資源的原始數據來自《黑龍江省森林工業綜合統計資料匯編》。數據基年為2005，截止2015年，研究年限為11年。

　　2研究方法

　　由于研究范圍和對象不同，生物質能源潛力的研究方法較多，如自下而上估算法（Bottom Up Approach）[11，20，21]、GIS[22]和林業生長與收獲模型（Average Stand Growth and Yield Models）[23]等。自下而上估算法是對分解后的項目進行估算，而后逐級累加的一種項目成本估算方法。該文采用自下而上估算法，以黑龍江省重點國有林區林木生物質的資源量和農作物秸稈的產量為原始數據，乘以相應的折算系數，得到生物質資源的可能源化利用資源量，從而分析黑龍江省重點國有林區生物質能源的可利用潛力及其變化趨勢。

　　2.1林木生物質資源量

　　2.2農作物秸稈資源量

　　3結果與分析

　　3.1林木生物質資源

　　3.1.1林木生物質資源相關系數確定

　　不同類型的林木生物質資源可作為能源利用的部位和比例不同，確定相關系數是估算林木生物質資源量的關鍵。剩余物折算系數及可能源化利用系數的差異，直接影響林木生物質資源量的計算結果。因此，合理確定剩余物這算系數尤為重要。為了準確估算林木生物質資源量，表1和表2列出了相關研究的代表性文獻，不同文獻林木生物質資源剩余物折算系數和可能源化利用系數差別都不大，該文取其研究結果的平均值。

　　3.1.2林木生物質資源的可利用潛力

　　2005—2015年，黑龍江省重點國有林區林木生物質資源總體上小幅下降，發展過程大致可分為兩個階段：2005—2011年為上升期，林木生物質資源量由2005年的109.80萬t增加至2011年123.43萬t，達到最高點；2011—2015年為下降期，從2011年的峰值降至2015年的89.37萬t，2015年再度小幅上升。林木生物質資源包括林地生長剩余物和林地生產剩余物兩大類，共7小類。2005—2015年，經濟林撫育修枝剩余物、灌木林平茬剩余物和四旁植樹撫育修枝剩余物等林地生長剩余物，占林木生物質資源的總量較小，且保持穩定。林地生產剩余物是主要的林木生物質資源，變化幅度較大。2005年，商品林采伐剩余物占林木生物質資源總量比重最大，約為52%，但從2011年開始大幅下降，2015年占比降至1%。而森林撫育剩余物大幅增加，從2005年占林木生物質資源總量的22%，增加到2015年的88%，取代了商品林采伐剩余物成為最主要的林木生物質資源。林產品加工剩余物和苗木修枝、定桿和截桿剩余物小幅下降，但對林木生物質資源總量影響較小（圖3）。

　　2005—2015年，黑龍江省重點國有林區林木生物質資源可利用潛力小幅下降，年均降幅約為2%，其中商品林采伐剩余物可利用潛力和森林撫育剩余物可利用潛力有較大變化。商品林采伐剩余物的可利用潛力大幅下降，資源量由2005年的57.41萬t降至2015年的0.57萬t，年均降幅約為37%。這是受林業政策變化的影響，“天保工程”一期的不斷開展及二期政策的出臺，導致商品林采伐剩余物可利用潛力2011年驟降。2014年，重點國有林區全面禁止天然林商業性采伐政策開始試點，商品林采伐剩余物可利用潛力繼續降低。其次，森林撫育剩余物可利用潛力大幅增加，資源量從2005年的23.62萬t增加至2015年的78.99萬t，年均增幅約為13%。“天保工程”一期森林資源的恢復效果明顯，2011年森林撫育剩余物可利用潛力比2005年增加了3倍。全面停伐政策的實施后，森林資源保有量繼續上升，2015年的森林撫育剩余物可利用潛力比2014年的增加了2%。

　　3.2農作物秸稈資源

　　3.2.1農作物秸稈相關系數確定

　　不同文獻中草谷比系數差異較大，其原因可能為以下幾點：一是農作物處于不同的生長階段，草谷比系數會有差異；二是農作物成熟過程中是否有足夠的技術投入會影響草谷比系數；三是同一種農作物不同的品種會導致草谷比系數有細微的差別[28]。文獻側重點不同，草谷比系數也有較大差異，基于上述原因，該文草谷比系數取這些文獻的平均值（表3）。王亞靜等[25]及畢于運[29]充分考慮了農田微地貌、耕作制度、收獲習慣及方式等影響因素，確定了農作物可收集系數，該文農作物秸稈可收集系數取兩者的平均值（表4）。蔡亞慶計算了除去其他用途，全國各省份農作物秸可能源化利用系數，其中黑龍江省農作物秸稈可能源化利用系數為40%[24]。

　　3.2.2農作物秸稈資源的可利用潛力

　　2005—2015年，黑龍江省重點國有林區農作物秸稈資源呈穩步上升的趨勢，年均增長率約為7.5%，2015年達到峰值66.57萬t。研究期間，糧食作物秸稈是農作物秸稈的主要來源，占農作物秸稈總量的比例逐年增加，從2005年的57%增加到2015年的94%。飼料作物秸稈、麻類作物秸稈和蔬菜瓜果剩余物出現一定幅度的下降，油料作物秸稈、糖料作物秸稈、藥材殘余物和其他作物秸稈基本保持穩定。農作物秸稈資源總量受糧食作物秸稈資源影響較大，兩者變化趨勢高度吻合。除糧食作物外，其他幾大類秸稈資源量占農作物秸稈總量的比重較小，其變化對農作物秸稈總量影響不大（圖4）。

　　2005—2015年，黑龍江省重點國有林區糧食作物秸稈潛力迅速上升，因而農作物秸稈可利用潛力逐年增加。其原因為以下兩點：一是黑龍江省重點國有林區傳統木材產業受天保工程及全面停伐政策的影響不斷萎縮，農業作為可替代產業應運而生，農作物產量增加，從而農作物秸稈資源總量增加。二是2004年，國家開始實施糧食補貼政策，促進了糧食的增產增收，糧食作物秸稈資源量大幅增加，促使農作物秸稈資源的可利用潛力穩步上升。

　　4結論與討論

　　4.1結論

　　明確黑龍江省重點國有林區生物質能源可利用潛力，能夠為未來產業發展奠定基礎。文中利用自下而上估算法，分析了黑龍江省重點國有林區生物質能源可的利用潛力，研究結果如下。

　　（1）黑龍江省重點國有林區林木生物質資源可利用潛力總體上小幅下降，年均降幅為2%，發展過程經歷兩個階段：上升期（2005—2011年）和下降期（2011—2015年）；農作物秸稈資源可利用潛力逐年穩步上升，年增幅為7.5%。

　　（2）黑龍江省重點國有林區林木生物質資源中，商品林采伐剩余物可利用潛力從2011年開始持續降低，降幅度較大；森林撫育剩余物可利用潛力2011年劇增，整體呈上升趨勢。農作物秸稈資源中，糧食作物秸稈可利用潛力持續上升，農作物秸稈可利用潛力的變化趨勢與其高度一致。

　　（3）黑龍江省重點國有林區生物質資源可利用潛力受政策的影響較大。“天保工程”和重點國有林區全面禁止天然林商業性采伐政策，都以減少（禁止）木材采伐，加強森林撫育、恢復森林資源為主旨，這就使得商品林采伐剩余物可利用潛力驟降，森林撫育剩余物可利用潛力劇增。但森林撫育剩余物的增加量少于商品林采伐剩余物的減少量，總體上林木生物質資源可利用潛力小幅下降。同時，兩項政策迫使國有林區進行經濟轉型，傳統木材工業發展受限，農業成為一種替代產業，農作物秸稈可利用潛力平穩上升。

　　4.2討論

　　（1）生物質能源的研究類型。文中生物質能源及林木生物質能源分類與以往的研究略有不

　　同[11，30，31]，黑龍江省重點國有林區生物質能源只包括林木生物質能源和農作物秸稈資源，尚未包括禽畜糞便和生活垃圾等。林木生物質能源不包括城市綠化更新及修剪剩余物、廢舊木材和能源林采伐剩余物等。這是由于黑龍江省重點國有林區的林業產業結構是以涉林產業為主，也包括一部分農業生產，林木生物質能源和農作物秸稈資源是林區生物質資源的主要構成部分。

　　（2）生物質能源折算系數的取值。自下而上估算法中折算系數的取值對分析結果影響巨大，過去的研究中折算系數多是在國家或省級層面上[13，29]，少有從國有林區層面確定生物質能源的折算系數。相關文獻中林木生物質資源的剩余物折算系數和可能源化系數基本相同，但農作物秸稈資源的草谷比系數和可收集系數差異較大。為確保研究的準確性和全面性，該文使用的黑龍江省重點國有林區生物質能源的折算系數均取代表性文獻研究結果的平均值。

　　（3）生物質能源的原料供給。充分合理地利用農林剩余物，是生物質能源開發利用的前提和基礎。黑龍江省重點國有林區生物質能源可利用潛力巨大，能夠為產業發展提供充足的原料。但現狀是林區農林剩余物的利用率不高，剩余物隨意堆棄、直接燃燒。這不僅造成資源浪費，也產生了環境污染。生物質能源的原料大規模收集難度高、成本高，是當前生物質能源發展面臨的難題[32]，也是黑龍江省重點國有林區急需解決的問題。結合林區各林業局自身的實際情況，探討生物質能源原料供給的最優范圍和供給能力，是今后研究的一個重要的方向。