蒲剛清，劉 貞，汪毅霖

(1.重慶房地產職業(yè)學院 營銷系，重慶 401331； 2.重慶理工大學 管理學院，重慶 400054；3.西南政法大學 經濟學院，重慶 401120)

生態(tài)因素下森林生物質動態(tài)潛力研究

蒲剛清1，劉 貞2，汪毅霖3

(1.重慶房地產職業(yè)學院 營銷系，重慶 401331； 2.重慶理工大學 管理學院，重慶 400054；3.西南政法大學 經濟學院，重慶 401120)

2050年生物質能將占人類總能源消耗的50%以上，其開發(fā)與利用成為解決能源危機及實現(xiàn)可再生能源總量分配目標的關鍵?？紤]林業(yè)結構、采伐剩余物是否保留及地力發(fā)展等因素，設計11種情景對其潛力進行探究；分析不同因素的影響效度，提出相關林業(yè)建設和產業(yè)發(fā)展建議?？紤]采集、運輸及存儲等技術水平，探究產業(yè)原料實際供給情況。生態(tài)結構調整的逆向作用較小，而采伐剩余物保留的較大。地力水平提升可顯著提高我國生物質可利用潛力?？紤]生態(tài)因素，2020、2030和2050年的森林生物質潛力分別為32 806.92萬噸～36 880.68萬噸、38 730.14萬噸～45 922.51萬噸和41 793.57萬噸～50 862.63萬噸，分別是傳統(tǒng)理論值的1.04～1.17倍、1.16～1.38倍和1.13～1.37倍。考慮技術水平時，其潛力是傳統(tǒng)理論值的72.41%、81.32%和81.03%。

生物質；森林生物質；生物質能；地力水平；林種結構

2013年，我國人均GDP約為6 700美元，我國原油及天然氣對外依存度分別為58%及31.6%。未來，我國人均能源消費量將繼續(xù)快速增加。聯(lián)合國能源署預計，到2050年生物質能將供給全球能源的50%以上。許多學術專家和研究機構對生物質能發(fā)展抱有極高的期望[1-4]，生物質能已然成為許多國家的能源消費支柱[5-7]。各國陸續(xù)制定和執(zhí)行生物質能發(fā)展計劃，以推進其開發(fā)和利用[8-9]。第三代生物質能技術的發(fā)展及我國能源結構中生物質能的發(fā)展失衡[10-12]，為我國生物質能發(fā)展提供了契機；發(fā)展生物質能已然成為應對我國能源危機及實現(xiàn)可再生能源總量分配目標的重要途徑；而發(fā)展生物質能的前提是對其生物質潛力進行測量，為其產業(yè)發(fā)展提供基礎數據。在對森林生物質的潛力進行理論測算時，通?？紤]林種類別、不同林種的面積及其相對應的剩余物系數等因素，測算當前或以往的潛力狀況[13-18]。在此基礎上，亦有學者考慮木材加工對于森林生物質潛力的影響[19-24]。同時，不少學者從生態(tài)角度出發(fā)，研究采伐剩余物保留與否對地力水平發(fā)展的影響，以探究生物質潛力的變化[25-38]。

在森林生物質潛力方面，我國一般從林種面積、對應生物質系數、采伐量、采伐剩余物系數、木材量與木材加工系數等方面入手，探究各歷史年限的生物質潛力。國外偏重于研究生態(tài)因素對潛力評估的影響，而國內偏重于研究對采伐跡地的物理、化學和生物因素的影響。本文擬在傳統(tǒng)的理論研究基礎上，以生態(tài)要求為出發(fā)點，依據我國森林建設規(guī)劃，考慮林種結構、采伐剩余物管理方法、地力水平發(fā)展及技術水平等因素，對森林生物質能潛力進行動態(tài)評估；對比單因素影響下的潛力，探究不同的生態(tài)因素的影響程度和影響方向；探究不同生態(tài)因素組合下的森林生物質潛力，評估其潛力發(fā)展態(tài)勢；對比傳統(tǒng)理論值，探究其理論值在森林建設動態(tài)發(fā)展過程中的有效性；考慮技術水平，為我國森林生物質能源產業(yè)的原材料供應能力提供基礎數據。

一、能源潛力情景仿真設計

(一)森林生物質能潛力情景設計

依據我國《森林法》，森林種類分為防護林、特種用途林、用材林、薪炭林及經濟林5類；其中，防護林和特種用途林為公益林，用材林、薪炭林及經濟林為商品林。森林生物質潛力的影響因素包括林種結構、采伐剩余物的保留方法及地力水平的發(fā)展狀態(tài)3類。其中，林種結構包括傳統(tǒng)結構和生態(tài)結構2類；采伐剩余物的管理方法包括保留和不保留2類；地力水平發(fā)展包括國內發(fā)展水平、國際平均水平和國際先進水平3類。為探究不同影響因素對于森林生物質潛力的影響方向和影響效度，本文設計了5種基于單因素影響下的森林生物質潛力的仿真情景。情景1為基礎情景，研究傳統(tǒng)林種結構、采伐剩余物不保留及地力水平處于國內發(fā)展水平時的森林生物質潛力；情景2為生態(tài)結構情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物不保留及地力水平處于國內發(fā)展水平時的森林生物質潛力；情景3為采伐剩余物保留情景，研究傳統(tǒng)林種結構、采伐剩余物保留及地力水平處于國內發(fā)展水平時的森林生物質潛力；情景4為地力水平發(fā)展情景，研究傳統(tǒng)林種結構、采伐剩余物不保留及地力水平處于國際平均發(fā)展水平時的森林生物質潛力；情景5亦為地力水平發(fā)展情景，不過研究的是傳統(tǒng)林種結構、采伐剩余物不保留及地力水平處于國際先進水平時的森林生物質潛力。本文擬對比不同情境下的森林生物質潛力，探究3種影響因素對于我國森林生物質潛力的發(fā)展的影響方向和影響效度，從而為我國林業(yè)建設和生物質能源產業(yè)發(fā)展提供參考依據。

為探究森林生物質生態(tài)潛力，考慮不同因素組合影響下的森林生物質的生態(tài)潛力，另設計了6種仿真情景。情景6為生態(tài)結構國內情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物不保留及森林地力水平處于國內發(fā)展水平的森林生物質潛力；情景7為生態(tài)結構國際1情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物不保留及森林地力水平處于國際平均水平的森林生物質潛力；情景8為生態(tài)結構國際2情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物不保留及森林地力水平處于國際先進水平的森林生物質潛力；情景9為生態(tài)保留國際1情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物保留及森林地力水平處于國際平均水平的森林生物質潛力；情景10為生態(tài)保留國際2情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物保留及森林地力水平處于國際先進水平的森林生物質潛力；情景11為生態(tài)保留國內情景，研究生態(tài)林種結構、采伐剩余物保留及森林地力水平處于國內發(fā)展水平的森林生物質潛力。

(二)森林生物質潛力測算模型

1.森林生物質潛力測算模型

構建生態(tài)角度下的森林生物質潛力模型：

(1)

2.不同林種面積模型

(2)

3.林種結構比例預測模型

公益林的建設目標以生態(tài)建設為主，而商品林以經濟建設為主。依據歷史數據，從經濟方面考慮時偏重商業(yè)林的建設，而從生態(tài)方面考慮時偏重公益林的建設。采用最大結構與最小結構的配比，能強化兩種建設目標下兩種林分的結構區(qū)別。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

4.木材采伐總量預測模型

(8)

(9)

二、生物質潛力情景仿真分析與評價

(一)森林生物質潛力基礎性測算

1.主要年份不同林種面積及生長性生物質潛力

依據森林建設目標規(guī)劃及我國森林發(fā)展現(xiàn)狀[40]，采用直線增長方式進行測算，我國森林面積2020年將達到21 490.92萬公頃，2030年將達到23 057.59萬公頃，2050年將達到26 190.92萬公頃。依據國家統(tǒng)計年鑒(2005—2013)，獲取各年份各林種的新增面積，依據公式(3)—(7)對傳統(tǒng)林種結構和生態(tài)林種結構進行測算，并結合公式(2)測算的林種面積，測算主要年份不同林種結構下的各林種面積。我國森林在種植、生長和撫育過程中產生的生物質，不同學者[13,17,40-43]采用不同的生物質系數進行核算。本文依據相關文獻對生物質系數進行加權平均，獲得薪炭林、用材林、經濟林、防護林及特用林的生物質能系數分別為8.30 t/hm2、1.63 t/hm2、0.62 t/hm2、0.75 t/hm2及0.75 t/hm2。

2.主要年份木材生產量及相關生物質潛力

依據第8次全國森林資源清查信息及國家統(tǒng)計信息，我國2009—2013年單位面積木材生產量為0.383m3/hm2；折合系數0.6t/m3進行計算，依據公式(8)我國2012—2050年的木材生產量為 4 714.25萬噸～6 018.67萬噸。森林采伐將產生大量的樹梢、枝丫及樹皮等剩余物，剩余物比例為0.35；采伐的木材進入制材廠，將產生鋸末、截頭、刨花等剩余物，剩余物比例為0.2[41,44-45]。依傳統(tǒng)理論測量，地力水平處于不發(fā)展狀態(tài)，2012、2020、2030及2050年采伐剩余物和加工剩余合計分別為5 725.86萬噸、6 036.08萬噸、6 479.11萬噸和7 356.16萬噸。依據公式(1)，對我國森林在種植、生長和撫育過程中產生的生物質，以及在采伐過程中產生的生物質和木材加工產生的生物質進行匯總，不考慮地力水平發(fā)展和采伐剩余物保留的森林生物質潛力，獲得主要年份森林生物質潛力如表1所示。

表1 傳統(tǒng)理論測量下我國森林生物質潛力 104 t

(二)森林生物質潛力情景測算

依據第6次到第8次全國森林資源清查信息及國家統(tǒng)計年鑒信息，這3次清查單位面積木材生產量分別為0.271 m3/hm2、0.332 m3/hm2及0.383 m3/hm2；依據公式(9)，2020、2030及2050年單位木材生產量分別為0.45 m3/hm2、0.49 m3/hm2及0.49 m3/hm2。我國現(xiàn)有蓄積量為89.79 m3/hm2，世界平均水平為118 m3/hm2[47]。同時，世界平均水平下的單位面積木材生產量為0.50 m3/hm2，本文以0.53m3/hm2作為世界先進水平下單位面積木材生產量來進行核算。考慮地力水平發(fā)展的時間性及提升的可行性，2020年的木材產量系數無論是國際平均水平還是國際先進水平依舊使用國內平均水平的0.45 m3/hm2進行核定。此外，采伐剩余物留地與不留地相比，其森林成長性生物質產量將提高到1.10倍[34]。采伐過程中產生的生物質留地，要求在生物質潛力中進行扣除；留地的采伐剩余物會提升采伐跡地的抗逆性和營養(yǎng)物質的輸入，改善采伐跡地的地力水平，提升生物質的潛力，由此引發(fā)的生物質潛力提升將匯入生物質潛力中[47-49]?；诠?1)的仿真情景系數概況如表2所示。

依據表2數據對森林生物質潛力進行情景測算，測算結果如圖1所示。

(三)森林生物質潛力情景仿真分析

1.基于單因素的效度影響分析

森林生物質潛力受到林種結構、地力水平發(fā)展狀態(tài)及采伐剩余物是否保留等因素的影響，因此對比分析包括基礎情景在內的單一因素影響下的5種情景結果，有利于探究不同因素對于生物質潛力的影響程度和影響方向。圖2為單因素影響下森林生物質潛力情況。

表2 基于構建模型下的仿真情景系數概況

圖1 不同仿真情境下的森林生物質潛力(108噸)

圖2 單因素影響下森林生物質潛力分析(104噸)

相對于基礎情景而言，生態(tài)結構的調整與采伐剩余物保留，對我國森林生物質潛力具有逆向影響，2種森林建設政策的執(zhí)行勢必會造成我國森林生物質潛力的下降，進而影響我國生物質能源產業(yè)的原材料供給狀況。生態(tài)結構的調整的逆向作用較小，而采伐剩余物保留政策的逆向作用較大。2020、2030及2050年，生態(tài)結構情景相對于基礎情景，分別造成40.56萬噸、115.57萬噸及257.96萬噸的生物質潛力下降，分別占比0.11%、0.27%和0.54%。促進新增森林面積的生態(tài)化，可積極促進生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，同時對于產業(yè)發(fā)展影響較小，適用于森林的生態(tài)建設。而采伐剩余物保留情景，在2020、2030及2050年，造成4 033.2萬噸、4 739.34萬噸和5 383.37萬噸的森林生物質潛力下降，分別占比10.94%、11.10%和11.35%。采伐剩余物保留，有利于采伐跡地的土壤保護和二次林的生長，同時對于生物質能產業(yè)發(fā)展的原料供給造成較大影響。在產業(yè)發(fā)展原料供給充足的前提下，執(zhí)行采伐剩余物留地的政策路徑，可保證森林生態(tài)建設和生物質能產業(yè)的協(xié)同發(fā)展。在產業(yè)全面發(fā)展的未來，基于生態(tài)約束需繼續(xù)執(zhí)行采伐剩余物留地的森林建設政策；同時，由于采伐剩余物留地會造成森林生物質對產業(yè)原材料的供給不足，故應提高其他生物質來源的供給，例如農業(yè)生物質、城市有機廢物及木質家具的回收等方面。

依據情景分析結果，地力水平提升可顯著提高我國生物質可利用潛力。2020年的地力水平均考慮的是國內發(fā)展水平，不具有代表性。而2030年和2050年，相對于基礎情景，地力水平處于國際平均水平，可分別增加1 001.02萬噸、1 111.75萬噸，均占比2.34%；地力水平處于國際先進水平，可分別增加3 336.74萬噸、3 705.85萬噸，均占比7.81%。提升地力水平成為提升我國生物質潛力的重要途徑，地力水平提升涉及林種選擇、撫育手段、病蟲害防治和其他森林管理水平提升等多個方面。森林地力水平的提升，促進國內發(fā)展水平逐漸和世界平均水平靠近，保證了我國森林生物質潛力提升；而進一步提高地力水平，使其達到世界先進水平，增加林木蓄積量，會額外地帶來2 000余萬噸的生物質潛力。

2.森林生物質生態(tài)潛力分析

森林生物質未來的潛力發(fā)展，會同時受到林種結構、采伐剩余物管理方法及地力水平發(fā)展的綜合影響。通過因素組合的方法，可測算我國森林生物質生態(tài)潛力未來的發(fā)展態(tài)勢；對比分析包括基礎情景在內的7種仿真情景結果，可探究其理論潛力的發(fā)展趨勢。

應用傳統(tǒng)理論研究，而不考慮林種的生態(tài)結構要求、地力水平發(fā)展狀況及剩余物保留，主要年份的森林生物質潛力分別為31 521.95萬噸、33 367.47萬噸和37 058.50萬噸。不同仿真情境下與傳統(tǒng)理論測量結果的差異如圖3所示。

圖3 不同仿真情境下與傳統(tǒng)理論測量結果的差異

受到采集、運輸及存儲等環(huán)節(jié)的技術水平的限制，盡管生物質潛力開發(fā)可為100%，但生產過程中的供給只能達到65%[50]。2020年，在不同情景下，生物質生態(tài)潛力最高為36 880.68萬噸，最低為32 806.92萬噸，加權平均為35 117.40萬噸，實際上能達到22 826.31萬噸；2030年，在不同情景下的加權平均為41 745.52萬噸，實際上能達到27 134.59萬噸；2050年，在不同情景下的加權平均為46 195.35萬噸，實際上能達到30 026.978萬噸。2020、2030和2050年，森林生物質潛力對于生物質能源產業(yè)的實際供給能力分別為傳統(tǒng)理論測量方法的72.41%、81.32%和81.03%。因此，提升技術水平，減少生物質從供應點到需求點的過程損耗，就能有效地提高生物質能源產業(yè)的原材料供應能力。

三、結論

應用傳統(tǒng)測量方法測算，我國生物質潛力會因為森林面積的上升而逐漸上升，將由2012年的30 371.80萬噸在主要年份上升到31 521.95萬噸、33 367.47萬噸和37 058.50萬噸。綜上所述，得出以下結論：生態(tài)結構調整的逆向作用較小，而采伐剩余物保留政策的逆向作用較大。地力水平的提升可顯著提高我國生物質可利用潛力，具有正向影響。地力水平提高可作為提升森林生物質潛力的重要手段，而采伐剩余物保留政策的實行需要結合其他提升手段的執(zhí)行，生態(tài)結構政策的執(zhí)行應在森林建設中受到重視。考慮生態(tài)因素的影響，我國2020、2030和2050年的森林生物質潛力，分別是傳統(tǒng)理論值的1.04～1.17倍、1.16～1.38倍和1.13～1.37倍?？紤]采集、運輸及存儲等技術水平時，主要年份內森林生物質潛力對于生物質能源產業(yè)的實際供給能力是傳統(tǒng)理論測量方法的72.41%、81.32%和81.03%。

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ResearchonthePotentialofForestBiomassBasedonEcologicalFactors

PU Gangqing1, LIU Zhen2，WANG Yilin3

(1.Marketing Department, Chongqing Real Estate College, Chongqing 401331, China; 2.School of Management, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China; 3.School of Economics, Southwest University of Political Science & Law, Chongqing 401120, China)

More than 50% energy consumption will stem from biomass energy in 2050. The exploitation and utilization of biomass is the key to deal with energy crisis and achieve renewable energy target distribution. There are totally 11 simulation scenarios, considering the factors’ influences, including land capacity, surplus’ management method and forest structure, evaluating the potential of forest biomass energy properly. From the scenarios’ results, which are affected by one factor, we can provide some suggestions about forestry construction and development of biomass energy industry. Meanwhile, we can evaluate the actual supply for industry raw material from forest biomass. Ecological structure is a negative factor for biomass potential, but the influence is also negative. The surplus’ management is negative, but the influence is positive. Improving the land capacity level is a positive method for biomass potential. There are 328.069 2 million tons -368.806 8 million tons of forest biomass in 2020, 387. 301 4 million tons -459.225 1 million tons of forest biomass in 2030, and 417.935 7 million tons -508.626 3 million of forest biomass tons in 2050. Compared to the theory method, the ecological scenarios results is 1.04～1.17 times, 1.16～1.38 times and 1.13～1.37 times the potential in theory method. And they are 72.41%, 81.32% and 81.03% of theory potential, considering the technical level.

biomass energy potential; land capacity level; surplus’ management method; forest structure

2017-04-07

國家自然科學基金項目“可再生能源總量目標分配機制及其有效性檢驗”(71073095)；國家自然科學基金項目“能源安全和生態(tài)環(huán)境約束下區(qū)域農業(yè)生物質能經濟總量模型與補償機制研究”(71573026)；重慶理工大學研究生創(chuàng)新項目“基于生態(tài)均衡的森林生物質能可利用潛力分析與市場激勵機制實驗研究”(YCX2015240)

蒲剛清(1991—)，男，四川眉山人，碩士，研究方向：生物質能源經濟與政策；劉貞(1973—)，男，河南上蔡人，教授，博士，研究方向：可再生能源經濟與政策；汪毅霖(1981—)，男，遼寧大連人，副教授，博士，研究方向：能源經濟與公共治理。

蒲剛清，劉貞，汪毅霖.生態(tài)因素下森林生物質動態(tài)潛力研究[J].重慶理工大學學報(社會科學)，2017(10):51-59.

formatPU Gangqing, LIU Zhen，WANG Yilin.Research on the Potential of Forest Biomass Based on Ecological Factors [J].Journal of Chongqing University of Technology(Social Science)，2017(10):51-59.

10.3969/j.issn.1674-8425(s).2017.10.007

F307.2 ;TK1-8

A

1674-8425(2017)10-0051-09

(責任編輯張佑法)