云南省果林修剪枝條資源評(píng)估及生物質(zhì)能潛力分析

摘要 以2010—2020年果林修剪枝條及45個(gè)水果種植（柑橘、石榴、蘋(píng)果、梨和葡萄）主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）為研究對(duì)象，利用果林修剪系數(shù)及折標(biāo)煤系數(shù)，測(cè)算云南省果林修剪資源量，估算生物質(zhì)燃料潛力，解析其時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：2010—2020年云南省果林修剪枝條資源總量呈上升趨勢(shì)，枝條年均修剪用量為152.27萬(wàn)t，不同區(qū)域之間果林修剪枝條資源量差異明顯；2020年云南省果林修剪枝條資源量為261.75萬(wàn)t，其中超10萬(wàn)t的縣（市、區(qū)）6個(gè)，5萬(wàn)～10萬(wàn)t的縣（市、區(qū)）份有8個(gè)，低于5萬(wàn)t的有31個(gè)；將枝條制成顆粒燃料折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，年均量為91.80萬(wàn)t，標(biāo)準(zhǔn)煤折算成天然氣和發(fā)電量，年均量分別為69.03億m3和74.72億kW·h，其產(chǎn)生的年均潛在價(jià)值為41.84億元。云南省果林修剪枝條能源化潛力巨大，發(fā)展生物質(zhì)燃料的資源稟賦條件優(yōu)異，具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料的資源基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 果林修剪枝條；資源化利用；生物質(zhì)燃料；時(shí)空特征；云南省

中圖分類號(hào) X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）14-0047-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.010

Evaluation of Pruning Branch Resources and Analysis of Biomass Energy Potential in Fruit Forests in Yunnan Province

CHANG Zhen1，ZHAO Xing-ling2，3，WU Kai2，3 et al

（1.School of Economics and Management，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500;2.College of Energy and Environmental Sciences，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500;3.Yunnan Research Center of Biogas Technology and Engineering，Kunming，Yunnan 650500）

Abstract From 2010 to 2020，the main counties（cities and districts）with fruit forest pruning and fruit cultivation（citrus，pomegranate，apple，pear and grapes）were studied as the research objects，based on the fruit forest pruning coefficient and the discount coal coefficient，the pruning resources of fruit forests in Yunnan Province were estimated，the biomass fuel potential was estimated，and the temporal and spatial distribution characteristics were analyzed.The results showed that from 2010 to 2020，the total amount of pruning resources in fruit forests in Yunnan Province showed an upward trend，and the average annual pruning amount of shoots was 1，522，700 tons.The resources of fruit forest pruning were significantly different between different regions.In 2020，the resources of fruit forest pruning in Yunnan Province were 2，617，500 tons，including 6 counties with more than 100，000 tons，8 counties with 50，000 tons to 100，000 tons，and 31 counties with less than 50，000 tons.The annual average amount of shoots converted into pellet fuel into standard coal was 918，000 tons，and the average annual amount of standard coal converted into natural gas and power generation was 690 million m3 and 7 472 million kW·h，respectively，and the potential annual value generated was 4 184 million yuan.Yunnan Province has great potential for energy conversion of fruit forest pruning branches，excellent resource endowment conditions for the development of biomass fuel，and has the resource base for the industrialization of biomass pellet fuel.

Key words Fruit forest pruning;Resource utilization;Biomass fuels;Spatiotemporal characteristics;Yunnan Province

基金項(xiàng)目 中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司項(xiàng)目“新型能源及儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究”；云南省萬(wàn)人計(jì)劃產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（20191096）；云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（202001AT070094）；云南省國(guó)際科技合作專項(xiàng)（202003AF140001）；云南省基礎(chǔ)研究專項(xiàng)青年項(xiàng)目（202201AU070058）；云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目（2022J0127）；云南師范大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目（xj2021102918）；昆明市國(guó)際（對(duì)外）科技合作基地項(xiàng)目（GHJD-2020026）。

作者簡(jiǎn)介 常鎮(zhèn)（1997—），男，云南鎮(zhèn)雄人，碩士研究生，研究方向：生物質(zhì)能。*通信作者，研究員，博士生導(dǎo)師，從事生物質(zhì)能與環(huán)境工程教學(xué)科研工作。

收稿日期 2023-09-05

《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2021年我國(guó)果園總面積為1 280.8萬(wàn)hm2，根據(jù)茍新卯等［1］提出的每667 m2果園年修剪枝條量按0.5 t計(jì)算，全國(guó)果林修剪枝條約為9 606萬(wàn)t。生物質(zhì)成型顆粒是指生物質(zhì)經(jīng)粉碎、干燥、機(jī)械加壓等過(guò)程將松散、細(xì)小的生物質(zhì)廢棄物壓縮成形狀規(guī)則、能量密度大的固體生物質(zhì)燃料，其機(jī)理為依靠擠壓作用產(chǎn)生的熱量，將木質(zhì)素與生物質(zhì)中的水相互作用產(chǎn)生塑化黏結(jié)作用［2-3］。成瀟偉等［4］提出推動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃料發(fā)展，對(duì)擴(kuò)展新能源發(fā)展空間、發(fā)展現(xiàn)代新能源產(chǎn)業(yè)、助力鄉(xiāng)村振興、促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用。陳卓［5］提出果樹(shù)枝條可做成固體顆粒燃料，其不僅能替代傳統(tǒng)煤炭資源，還能提高燃燒熱效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)。而García-Maraver等［6］提出生物質(zhì)是一種豐富的資源，其可再生性是可持續(xù)利用的保證，生物質(zhì)減少了大氣排放，使得CO2的凈循環(huán)對(duì)溫室效應(yīng)沒(méi)有貢獻(xiàn)。Alatzas等［7］指出希臘木質(zhì)纖維素生物量水平估計(jì)為213萬(wàn)t/a，其中邁塞尼亞可年產(chǎn)380萬(wàn) GJ的能量。

程序等［8］提出當(dāng)前我國(guó)能源需求十分旺盛，石化能源對(duì)外依存度很高，而利用生物質(zhì)資源是一種非常好的能源可再生原料，通過(guò)生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料作為新型能源，可讓我國(guó)能源得到有效補(bǔ)充。但據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在云南省果林修剪枝條的收集、捆綁、晾曬以及運(yùn)輸需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，農(nóng)戶和種植企業(yè)通常將果樹(shù)修剪枝條丟棄在田間地頭、路邊，后期直接將其焚燒。畢于運(yùn)［9］提出果樹(shù)修剪枝條的亂堆、亂放不僅會(huì)造成資源上的嚴(yán)重浪費(fèi)，還會(huì)引起病蟲(chóng)害和火災(zāi)隱患；孫振鈞等［10］提出對(duì)果林修剪枝條直接進(jìn)行焚燒則會(huì)加劇空氣污染，造成對(duì)環(huán)境的破壞。根據(jù)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出要推動(dòng)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展為核心，促進(jìn)大宗固廢實(shí)現(xiàn)綠色、高效、高質(zhì)、高值、規(guī)?；?。云南省作為我國(guó)水果大省，僅2020年果園果林修剪枝條就約為500萬(wàn)t，擁有大量的木質(zhì)顆粒燃料資源。而云南省大多果樹(shù)產(chǎn)區(qū)的枝條利用率比較低，究其主要因素是果農(nóng)和種植企業(yè)沒(méi)有掌握生物質(zhì)顆粒燃料的相關(guān)技術(shù)以及對(duì)果林修剪枝條的資源再利用重視程度不高。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生物質(zhì)能方面已經(jīng)有了大量的研究，但對(duì)于果樹(shù)修剪枝條進(jìn)行木質(zhì)顆粒燃料的研究還很少。筆者通過(guò)收集云南省果林修剪枝條量，以46個(gè)水果種植主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）為研究對(duì)象，研究其果林修剪枝條的生物質(zhì)顆粒燃料資源潛力，解析時(shí)空分布特征，旨在為云南省果林修剪枝條資源化利用和生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

云南省地處我國(guó)西南邊陲，全省總面積為39.42萬(wàn)km2。云南地處低緯高原，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，物種資源富集，是高原特色水果之鄉(xiāng)，是世界水果行業(yè)公認(rèn)的“果業(yè)天堂”。2020年云南省水果產(chǎn)業(yè)綜合產(chǎn)值達(dá)892.95億元，水果成為全省農(nóng)產(chǎn)品出口創(chuàng)匯第一大品類，出口額183.6億元，居全國(guó)第一；水果在園面積66.52萬(wàn)hm2，位列全國(guó)第7；產(chǎn)量961.58萬(wàn)t，位列全國(guó)第12。根據(jù)農(nóng)小蜂數(shù)據(jù)庫(kù)可知，2021年云南省水果總種植面積為76.17萬(wàn)hm2，同比2020年增長(zhǎng)8.99%，占全國(guó)總種植面積的5.95%，省內(nèi)總產(chǎn)量為1 142.60萬(wàn)t，同比2020年增長(zhǎng)18.83%，占全國(guó)水果總產(chǎn)量的3.81%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于2010—2020年的《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》《云南統(tǒng)計(jì)年鑒》《云果數(shù)據(jù)庫(kù)》《中新網(wǎng)云南》《大理日?qǐng)?bào)》《云南省綠色食品發(fā)展中心》《云南省投資促進(jìn)局》《云南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳》《巍山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局》以及農(nóng)小蜂數(shù)據(jù)庫(kù)。以云南省45個(gè)水果種植主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）的蘋(píng)果、葡萄、柑橘、梨和石榴為研究對(duì)象。

1.3 研究方法

1.3.1 果林修剪枝條量測(cè)算 。

根據(jù)劉君璞等［11］提出蘋(píng)果、梨一般年剪枝條1 500～2 250 kg/hm2，葡萄一般年剪枝條4 500～5 250 kg/hm2，劉麗麗等［12］提出柑橘年剪枝條15 000～18 000 kg/hm2，常小箭等［13］提出石榴年修剪枝條量為12 000 kg/hm2，其計(jì)算公式如下：

Y=U×I（1）

式中：Y為修剪枝條總量（萬(wàn)t）;U為果林種植面積（hm2）;I為果林修剪系數(shù)（kg），如表1所示。

1.3.2 果林修剪枝條能源潛力測(cè)算。

根據(jù)劉文政等［14］、李少陽(yáng)等［15］和李思漾等［16］指出葡萄修剪枝條的干物質(zhì)熱量為1.69×104 kJ/kg，蘋(píng)果樹(shù)修剪枝條的干物質(zhì)熱量為1.73×104 kJ/kg，梨樹(shù)修剪枝條的干物質(zhì)熱量為1.94×104 kJ/kg，柑橘和石榴修剪枝條的干物質(zhì)熱量分別為1.79×104和1.38×104 kJ/kg，按照1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤可產(chǎn)2.93×104 kJ熱量，測(cè)得果林廢棄物的標(biāo)準(zhǔn)煤含量，其計(jì)算公式如下：

A=Y×f （3）

式中：A為果林枝條廢棄物的折標(biāo)準(zhǔn)煤量（萬(wàn)t）；Y為果林修剪枝條總量（萬(wàn)t）；f為不同果林枝條的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)（kg），如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 果林修剪枝條資源量時(shí)空分布特征

2.1.1 果林修剪枝條資源量時(shí)序特征分析。

從2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量（圖1）可以看出，2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量整體呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，由2010年的86.76萬(wàn)t增加至2020年的261.75萬(wàn)t，其年均修剪枝條資源量為152.27萬(wàn)t。果林修剪枝條資源量與果林種植結(jié)構(gòu)和面積直接相關(guān)，種植結(jié)構(gòu)的差異使得果林修剪枝條的產(chǎn)生量與制生物顆粒燃料潛力隨空間分布出現(xiàn)差異性。5種果林修剪枝條資源量依次為柑橘＞葡萄＞梨＞蘋(píng)果＞石榴，而其中石榴因數(shù)據(jù)缺失，僅有2年數(shù)值，故修剪枝條累計(jì)量最少。2010—2020年全省柑橘、葡萄、梨、蘋(píng)果和石榴的修剪枝條資源量其年增長(zhǎng)率分別為11.02%、12.23%、1.25%、5.87%、20.60%。而在《云南省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提到，到2025年，水果總產(chǎn)值要在“十三五”末的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)“翻一番”目標(biāo)，這意味著云南省果林修剪枝條資源量在未來(lái)還會(huì)呈現(xiàn)出迅增的趨勢(shì)，如何處理好果林修剪枝條廢棄物量已成為當(dāng)下急需解決的問(wèn)題。

2.1.2 果林修剪枝條資源量空間分布特征分析。

云南省氣候表現(xiàn)為區(qū)域差異和垂直變化，其氣候有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶和高原氣候區(qū)共7個(gè)溫度帶氣候類型，又受地理?xiàng)l件、種植種類、人口密度及種植規(guī)模的影響，云南省果林修剪枝條資源量的空間結(jié)構(gòu)存在差異。2020年云南省水果種植主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）的果林修剪枝條資源量空間分布如圖2所示。

從圖2可以看出，2020年云南省主要水果種植優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）果林修剪枝條資源總量整體呈現(xiàn)出由西北向東南逐漸增多的趨勢(shì)。果林修剪枝條超10萬(wàn)t 的縣（市、區(qū)）有永勝縣、賓川縣、建水縣、華寧縣、彌勒市、新平彝族傣族自治縣，其枝條修剪資源總量占全省的36.21%；果林枝條資源修剪資源量在5萬(wàn)～10萬(wàn)t 的縣（市、區(qū)）有鶴慶縣、永善縣、昭陽(yáng)區(qū)、師宗縣、彌勒市、元江哈尼族彝族傣族自治縣、蒙自市、景洪市，其修剪枝條資源總量占全省的22.07%；果林枝條修剪資源量低于5萬(wàn)t的縣（市、區(qū)）共有31個(gè)，其資源總量占全省的41.72%。而在云南省45個(gè)水果種植主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)），建水縣的果林修剪枝條資源量最大，為21.12萬(wàn)t，西山區(qū)修剪枝條資源量最少，僅為0.14萬(wàn)t。

2.2 生物質(zhì)能潛力分析

從表2可以看出，云南省果林修剪枝條能源蘊(yùn)藏量大。2010—2020年云南省果林修剪枝條年均折標(biāo)煤量為91.80萬(wàn)t。其中，葡萄修剪枝條年均折標(biāo)煤量為10.91萬(wàn)t，柑橘修剪枝條年均折標(biāo)煤量為62.84萬(wàn)t，梨修剪枝條年均折標(biāo)煤量為8.41萬(wàn)t，蘋(píng)果修剪枝條年均折標(biāo)煤量為6.50萬(wàn)t，石榴修剪枝條年均折標(biāo)煤量為17.26萬(wàn)t。這主要是受種植面積、單位面積枝條修剪量和枝條熱值的影響。

2.3 果林修剪枝條生物質(zhì)能利用綜合評(píng)價(jià)

從表3可以看出，2010—2020年云南省果林修剪枝條年均折標(biāo)煤量為91.80萬(wàn)t。有關(guān)研究表明1 t標(biāo)準(zhǔn)煤可以折算為7 520 m3天然氣和8 140 kW·h電，年均折算天然氣量為69.03億m3，年均折算發(fā)電量為74.72億kW·h；按照民用電量?jī)r(jià)格0.56元/（kW·h）計(jì)算，云南省果林修剪枝條的年均潛在價(jià)值為41.84億元；在2010—2020年，云南省年均天然氣消耗量為8.45億m3，果林修剪枝條年均折天然氣量（69.03億m3）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于比云南省天然氣年均消耗量；因此若能把云南省果林修剪枝條制成生物質(zhì)顆粒燃料，折算成天然氣，不僅能減少對(duì)環(huán)境造成的污染，還能在很大程度上滿足云南省對(duì)天然氣的需求；而把果林修剪枝條通過(guò)制成木質(zhì)顆粒燃料折算成電量或標(biāo)準(zhǔn)煤時(shí)，雖然在云南省消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)煤和電力消費(fèi)中所占比例很小，但也能為降低對(duì)環(huán)境造成污染的同時(shí)，為“雙碳戰(zhàn)略”的早日實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）2010—2020年，云南省果林修剪枝條資源量大且能源蘊(yùn)藏量豐富，果林修剪枝條年均量為152.27萬(wàn)t，年均折標(biāo)煤量和折天然氣量分別為91.80萬(wàn)t和69.30億m3，且能源潛力逐年呈上升趨勢(shì)。其中葡萄、柑橘、梨、蘋(píng)果和石榴枝條制成木質(zhì)顆粒燃料折算標(biāo)準(zhǔn)煤的年均量分別為10.91萬(wàn)、62.84萬(wàn)、8.41萬(wàn)、6.50萬(wàn)和17.26萬(wàn)t。

（2）云南省45個(gè)水果種植（包括柑橘、石榴、蘋(píng)果、梨和葡萄）主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）中，果林修剪枝條超過(guò)10萬(wàn)t 的縣（市、區(qū)）有永勝縣、賓川縣、建水縣、華寧縣、彌勒市和新平彝族傣族自治縣；在5萬(wàn)～10萬(wàn)t 的縣（市、區(qū)）有鶴慶縣、永善縣、昭陽(yáng)區(qū)、師宗縣、彌勒市、元江哈尼族彝族傣族自治縣、蒙自市和景洪市；低于5萬(wàn)t的縣（市、區(qū)）共有31個(gè)。其中建水縣的果林修剪枝條資源量最大，為21.12萬(wàn)t，西山區(qū)果林修剪枝條資源量最少，為0.14萬(wàn)t。

（3）云南省果林修剪枝條資源可利用量豐富，通過(guò)資源化再利用不僅可以減少對(duì)環(huán)境造成的污染，還能變廢為寶產(chǎn)生新的價(jià)值。2010—2020年云南省果林修剪枝條資源量的年均潛在價(jià)值為41.84億元，其枝條制成木質(zhì)顆粒燃料折算為標(biāo)準(zhǔn)煤年均量為91.80萬(wàn)t，折算天然氣年均量為69.03億m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于云南省天然氣年均消耗量（8.45億m3）。

3.2 討論

（1）云南省果林修剪枝條資源量豐富，可開(kāi)發(fā)潛力較大，具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料的資源條件。在云南省45個(gè)水果種植（包括柑橘、石榴、蘋(píng)果、梨和葡萄）主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）中，可以先在資源量大的地方實(shí)行試點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)成線、線成面的方式，發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)。

（2）在云南省45個(gè)水果種植（包括柑橘、石榴、蘋(píng)果、梨和葡萄）主要優(yōu)勢(shì)縣（市、區(qū)）中，滇西北地區(qū)以永勝縣和賓川縣為首，聯(lián)合周圍縣（市、區(qū)），把果林修剪枝條集中起來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用；滇東北地區(qū)，以昭陽(yáng)區(qū)和永善縣為主導(dǎo)，開(kāi)展生物質(zhì)顆粒燃料的試點(diǎn)；在滇南地區(qū)，以新平彝族傣族自治縣、建水縣、蒙自市和彌勒市為主導(dǎo)，發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)；而在滇西南地區(qū)，則以景洪市為主導(dǎo)。

（3）生物質(zhì)資源“碳中性”屬性決定其是替代化石能源的最佳選擇。果林修剪枝條作為生物質(zhì)資源的重要組成部分，其能源化利用可以減少碳排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)有著不言而喻的意義。2020年云南省果林修剪枝條量為261.75萬(wàn)t，若對(duì)這些果林修剪枝條直接燃燒或者進(jìn)行田間堆積，對(duì)環(huán)境造成污染是巨大的。但對(duì)其資源進(jìn)行再利用，將其作為生物質(zhì)能源的原料，不僅能減少對(duì)環(huán)境的污染，還能產(chǎn)生平均41.84億元的潛在價(jià)值。雖然我國(guó)人均占有資源相對(duì)較少，可用于能源開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)資源有限，但我國(guó)果林修剪枝條資源豐富且有巨大的能源潛力，把果林修剪枝條能源化利用與我國(guó)低碳發(fā)展與可再生能源開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略結(jié)合起來(lái)，這無(wú)疑會(huì)成為我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)“雙碳戰(zhàn)略”的助力。

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