能源林业

能源林业是一种快速生长的树木种植园,其目的是在短时间内生产木材作为可再生原料,其中种植快速生长的树木或木本灌木,以提供生物质或生物燃料用于加热或发电。 如果这只发生在能源生产上,它也被称为能源木材种植园或能源林。

能源林业的两种形式是短轮伐期和短期轮伐林业:

短轮伐期可能包括杨树,柳树或桉树的树木作物,在收获前种植两到五年。
短期轮伐林业是桤木,灰烬,桦树,桉树,杨树和梧桐树的作物,在收获前种植8至20年。

密度效应
这些灌木丛每公顷含有大约1,000至4,000根茎,或者每公顷含有10,000至20,000株植物,用于旋转非常短的密集灌木。

通过密度和所需茎直径之间的agrosilverist可以找到平衡。 通常,每英尺收获的生物量和茎的直径(基部面积)随着幼苗的密度而降低。 大茎有利于木刻和罚款,而不是磨削。 根据AFOCEL(1993)的研究,“每公顷密度接近2,000个扦插目前是优化破碎行业脊柱生产的理想密度”。

树种
在短轮伐期种植中,使用快速生长和ausschlagfähige树种,特别是杨树(Populus属)或牧场(Salix属)。 研究和育种侧重于适合温带气候的树种。

在杨树中尤其是Balsampappeln,例如西方苦瓜和Populus maximowiczii以及它们的杂交和香脂和黑杨树之间的杂交。 它们与纯黑杨树和其他树种的区别在于它们生长非常快,不需要太多光线并形成致密的根系。 杨树组合育种的其他目标包括增加生物量产量,改善害虫抗性,接受更高的种植密度,高甘蔗皮,以及在发育的早期快速生长以减少收获间隔。 通过选择具有高营养利用效率的形式和高营养但低营养的砧木,木材的燃料质量也受到育种的影响。

历史与经济形势
一个历史悠久的小型旋转种植园的先行者,在树木中定期将用于生产木柴的木材放在木棍上。

多年来,许多欧洲国家成功地实施了用于生产木质材料的快速生长树种的种植。 然而,在德国,木材领域自20世纪70年代以来还没有超出试验种植阶段,尽管1974年在哈森成立了第一个快速种植树种的研究中心。一方面,这是由于市场前所未有的最终产品木屑。 另一方面,加热油多年来一直是最经济的供热燃料。 然而,随着化石燃料价格的上涨,这种情况会发生变化。 今天,短轮伐期种植园主要用于能源使用。

自1990年左右,柳树无性系在大型种植园中生长。 在瑞典,在短期轮作中种植牧场有多年的经验。 早在1999年,在那里种植了16,000公顷,在2005/2006销售年度,种植了大约15,000公顷的林地。 在较新的品种中,与第一个木材田相比,产量可以大幅增加,目前每公顷的干物质(atro)每年增加8至12吨。 根据IACS,在德国,2014年种植了5,968公顷的短轮伐期种植园。短轮伐期种植园是农业生产领域非常劳动密集的种植方法。 大部分工作可由农民或林业人员使用自己的机器完成。 仅用于种植和收获需要特殊的机器,这些机器通常由服务提供商提供。

经济职业
经济职业,可能是农业活动的替代品,19是能源作物中引用次数最多的问题; TCR可以用于生产薪柴(热电或电力生产7),电线杆,木片,纤维,以及创建或维持农村或城郊工作(通过维护,开发,以及略微用于监测和评估,定性和定量)。

讨论了TTCR部门的可持续性(与所有作物一样,开采的加剧可能导致营养物质20或水资源的输出导致基质的消耗或过度开发)。

似乎有可能创造或维持木材纤维素部门或热网络的可再生资源,其中包括旅游业的间接附带利益,以及对这种造林的全部或部分利用。

相关兴趣
除了对能源作物的兴趣之外,这些树木繁茂的元素可以 – 通过适当的管理,如果插入景观中,关注生态连贯性 – 发展水,土壤,空气,水景观,农业,健康,碳的其他利益水槽修复,绿色和蓝色编织等

用于繁殖
TCR可以产生树丛的一部分益处(阴影,防风,小气候),用于哺乳动物和家禽的繁殖(特别是标签鸡21)。

可能的景观职业
如果使用的物种是当地物种,根据生态观察环境(因此水文和地质学)适应,变化,和谐地种植,通过结合景观的形式,为什么不在新农业半农业的背景下,可能隐藏景观中的黑点(基础设施和难看的建筑物),如果它们没有按照明确的原则进行开发,例如在不同的乐队中进行不同的旋转,以便始终保持相当于景观中的树篱,他们可以贡献在比利时进行了修复工作或改善某些景观(一个三重切割木板的测试,每个乐队被切割到不同的年份),由6排柳树组成的100米树篱,其能量职业为丰收)。

通过在城郊地区甚至工业区重新引入更自然的外观元素,他们可以改善景观并连接到绿色流动,野生或“生态”花园,生物走廊,绿墙,植被露台,园景公园等)。

由于景观方面的改善,因此可以预期在环境和乡村旅游方面的第二个好处。

保护水和防止土壤侵蚀的职业
在水净化(特别是磷酸盐和硝酸盐,但也就浊度降低方面)方面,在植树造林和树木繁茂的条带中已经认识到一些有效性。 TCR已经在自然泻湖的第三阶段进行了实验(例如在Lallaing和废水处理厂(例如在Villeneuve-d’Ascq几年),快速生长的树木蒸发了大量的水。考虑到他们的生态景观整合。

用法
在短轮伐期所谓的插条中,根据物种和气候,每3至10年种植一次,每年发育良好的枝条,并按机械或机械方式收获。 留在土壤中的砧木具有牛皮疹的能力,因此收获后树木重新萌芽,无需重新种植。 在良好的条件下,短轮伐期种植园每年每公顷平均可生产约10吨干物质,在非常好的条件下可生产两倍。 大约20年后,植物的生产能力下降,并且应该进一步使用该区域。

养殖
种植短轮伐期种植园时,强烈建议进行深层土壤耕作。 分钟 25厘米深耕。 这允许快速根生长和高木材生长速率。 在第一个生长季节,增长高度超过1.5米的良好建立成功通常只会在除了尽职尽责的土壤准备之外,在第一个生长季节保持基本上没有杂草的时候。 这通常可以通过在种植后直接使用芽前除草剂以及至少一个机械护理通道来确保。 在生长的第一年,良好的文化保健可以显着提高能源作物的竞争态势以及生存率和产量潜力。 在第二个生长季节结束时,如果作物在头两年保持无杂草,则作物在大多数地点已经关闭。

通常,春季(3月底至6月初)会产生短轮伐期种植园。 种植材料要么预先生产20厘米-35厘米长的插条,用手工或手工种植,要么长约2.50米长,在特殊种植园种植时切成约20厘米长的插条。 种植时,重要的是确保插条尽可能垂直放置,并在土壤中有良好的底部封闭。 根据经验,位置越难,切割应该越长。 在地面上种植短切,较长的切割(从30厘米)可以看到离地面约1/3。 在非常困难的地方,建议种植长度> 100厘米的植物棒,因为它们对杂草更加健壮并且更容易护理。 出于成本原因,建议种植植物棒只能在每公顷2,000-3.500的较长时间内进行更长时间的轮作。 植物杆种植至少50厘米深。 由于杨树和柳树的种子不能存储并且几周后通常不再发芽,因此不进行短轮伐苗的培养。 来自高产母株的插条的更昂贵的替代品是组织培养繁殖的使用。 然而,目前这不是有利可图的,因此仅用于研究。 短轮伐期种植园通常使用特殊种植机器创建。 所有主要的种植材料供应商也提供种植业绩。

种植协会取决于树种,计划产品(能源或工业木材)和短轮伐苗的种植不进行,因为杨树和柳树的种子不可储存,几周后往往不再发芽。 来自高产母株的插条的更昂贵的替代品是组织培养繁殖的使用。 然而,目前这不是有利可图的,因此仅用于研究。 短轮伐期种植园通常使用特殊种植机器创建。

植物保护
在短轮伐期种植园中,出现与林业作物相同的问题。 除了一般的危险之外,专门的害虫也起着一定的作用,特别是在个别物种中。

短轮伐期种植的问题是植物的遗传变异性低,这是由于插条的营养繁殖以及植物的拥挤造成的。 这使得整个种群易受害虫侵害,到目前为止,只有Melampsora属的锈菌和杨树叶甲虫(Chrysomela populi)的侵染导致更大的产量损失。 从昆虫害虫中可以获得有效的农业和林业杀虫剂,但迄今为止仅在极少数情况下使用。

除了机械植物保护方法之外,例如在建立阶段使用来自作物的针对Wildverbiss除草剂的插条围栏来对抗杂草。 对于未经处理的作物的农药施用,根据“植物保护法”第18b条,德国要求主管当局减损。 这通常很容易,因为木片不会进入食物链。

在某些条件下,必须完全或部分免除除草剂的使用。 例如,在水保护区或有机农业中就是这种情况。 可以采取几种替代措施:早期和多种机械护理和覆盖薄膜使操作员能够防止过多的伴随植被。 覆盖薄膜减少了护理措施,并提供树木保护和明显的增长优势。 牧场作为快速发射特别适合,因为与杨树不同,它们往往没有护理措施。 小鼠有助于防止表面上的行和猛禽之间的覆盖。

收成
短轮伐期种植园是永久性作物,通常可以使用长达20年,平均收获3至6轮。 收获是在Umtrieb进行了几年,收获时的库存达到了6到8米的高度。 每年每公顷香脂的产量为每公顷10至15吨,牧场每年每公顷5至10吨。 收获时间最好是在叶子废弃后的冬天,因为这可以在田地中留下大部分营养。 由于收割机大多是高功率的,自行推进的短旋转草料与小型木材进料器一起使用。 来自林业技术的收割机和捆绑机也可用于高产作物以及更长的轮作时间。 重要的是不要过度压实土壤,以便树木可以站在通风良好的土壤中。

新鲜木屑通常含水量为50%至60%,必须预干燥使用。 当芯片存放在室外或压榨包中时会发生这种情况。 对于在中小型工厂中燃烧,它们的最大含水量应为30%。 重要的是对木材进行粗暴的黑客攻击,因为精细的木屑难以存放。 芯片可以作为租金存放,并根据需要燃烧,气化或加工成颗粒。 收获后,短轮伐期种植园再次开走。 根据土壤的养分供应情况,收获后可以使用50至70公斤氮肥的肥料,但通常不需要施肥,因为几乎没有任何营养物质通过木材从表面除去。

盈利能力
与已建立的一年生耕作作物相比,KUP在建立现有作物方面需要相对较高的投资,生产周期相对较长,并产生不规则的现金流。 同时,在成功建立之后,除了收获成本之外,种植园的管理没有显着的额外成本。 最后,在使用寿命结束时,还必须计算用于可耕地使用(去除根茎)的区域的再转化成本。 因此,CUP比一年的作物具有更大的创业风险; 种植似乎只对具有约束力价格的固定购买合同具有经济意义。

为了比较KUP的经济效率和一年生作物的经济效率,建议使用动态投资计算而不是贡献边际; 因此,不规则现金流可以转换为年度固定年金。 计算的年金可以直接与一年作物的贡献边际进行比较。 根据各种研究,在有利的条件下,杨树和柳树的年金可能在每公顷每年250至500欧元左右,但在不利条件下也是负面的。 轮换次数越多,轮换周期为三到四年,就能越早实现正年金。

根据Halle-Wittenberg大学根据2014年的现有文献和实践数据发布的短轮伐期快速生长树种的培育的盈利性分析表明,在大多数情况下,它在经济上是有利可图的,并且来自平均每公顷11至12吨绝对干物质的产量水平肯定会与农作物轮作相竞争。 与2006年至2010年中轴(冬油菜 – 冬小麦 – 冬小麦 – 冬大麦)典型轮作的平均产量和价格相比,能源木材生产的农民平均每公顷获利45欧元。 通过将短轮伐期种植园作为“生态优先区”来实现额外的经济效益。

建立短轮伐期种植园的总成本约为每公顷2,000至3,000欧元。 杨树和柳树种植园的第一次收获通常产量显着低于随后几年。 从第二次收获开始,年增长率为第一次收获,至少高出50%。 为了保持较低的特定收获成本,建议等待第一次短轮伐期收获,直至预计每公顷总收成至少25-30吨干物质。 但是,必须注意确保树木的树干厚度不超过所用采伐技术的可能性。

在供暖市场中,由于化石燃料价格的急剧上涨,即使在燃烧和充电技术的投资成本较高的情况下,木片烧制也变得经济。 平均能量含量在15.5至18.5 MJ / kg之间,而收获和粉碎消耗约0.06 MJ / kg,这使得能量平衡非常好。 然而,应该注意的是,快速生长的植物也具有较低的比能含量,因此待加工的原料的体积急剧增加。 例如,一个房间米的橡木木柴供应约。 1890千瓦时,快速增长的杨树仅1110千瓦时。 这在热值中并不清楚,因为它指的是质量而不是体积。

短轮伐期的种植园遭到破坏和城市地区
2007年和2008年全球食品价格上涨引发了关于能源生产的可再生原料生产是否以及在多大程度上推动了这一增长的讨论。 出于这个原因,也开始了在不与粮食生产竞争的土地上种植短周期种植园的试点项目。 在这种情况下,在露天矿区和市中心区域遭受破坏的地区的试验值得特别提及。 后者于2007/2008年由Stadtwirtschaft Halle在以前被住宅建筑占据的区域开始,这些住宅建筑被拆除为哈雷(萨勒)所谓的“城市重建东部”的一部分。

气候保护效果
与传统的生物能源工艺相比,基于短轮伐期的电力,热力和燃料生产的生物能源价值链可以显着提高二氧化碳排放量。 这是由于广泛的管理,这意味着化肥和农药或机器使用形式的能源输入极低。 与来自油菜和谷物的生物燃料或来自玉米青贮饲料的沼气相比,二氧化碳避免成本只是一小部分。 农业部科学咨询委员会农业政策在研究中写道:生物质能源的使用 – 对政策的建议:“政策可以(……)改变促销范围(更多的沼气基于以木片(KUP)为基础的电力和热能,随着资源和土地的不断利用,生物能源对气候保护的贡献将增加三倍以上。“

此外,短轮伐期种植园提供了管理耕地的机会,耕地具有特别高的排水要求。 因此,当使用柳树和杨树克隆时,可以省去这些表面的过量排水,这对它们的CO2平衡具有明显的积极影响。 如果在这种情况下使用特别潮湿的地方,可以避免对当地水平衡以及敏感生态系统产生可能的负面影响。

影响生物多样性
在评估短轮伐期种植园对生物多样性的影响时,决定使用哪种参考系统至关重要。 大多数研究得出的结论是,对集约化农业使用的短期轮换对(植物)生物多样性具有积极影响,但与近自然森林相比生物多样性较低。 在这项评估中,应该指出的是,严格禁止将森林转变为短轮伐期种植,种植主要集中在可耕地上。 NABU指出,农业区SRC系统有助于构建景观,为植物物种创造栖息地和垫脚石。 为了与格拉斯兰进行比较,使用仍然缺乏强有力的调查。 另一方面,对于动物物种的生物多样性而言,CUPs并不重要,因为在集中使用的地区几乎没有濒临灭绝的物种。 然而,SRC将有利于动物生态,因为与一年的作物相比,动物受益于更长的休眠期,更少的肥料和杀虫剂使用以及更少的干扰。

优点
与煤,天然气和石油等化石燃料相比,使用“生长燃料”的主要优势在于,当它们生长时,它们吸收的二氧化碳(一种重要的温室气体)几乎等同于后者在燃烧中释放。 相比之下,燃烧化石燃料通过使用数百万年前添加到地球碳汇中的碳来不可持续地增加大气中的碳。 这是气候变化的主要贡献者。

据粮农组织称,与其他能源作物相比,就单位碳排放的能量释放而言,木材是最有效的生物能源。 与农作物相比,从树木产生能量的其他优点是,树木不必每年收获,当市场价格下降时收获可以延迟,并且产品可以满足各种最终用途。

一些品种的产量每年可高达12个烤箱干吨。 然而,斯堪的纳维亚种植园的商业经验表明产量较低。

这些作物也可用于银行稳定和植物修复。 事实上,与传统的农作物(如谷物)相比,瑞典的柳树种植园试验证明对土壤和水质有许多有益的影响。

生态影响
他们仍然部分讨论。 2010年,关于这种植物对生物多样性的生态影响的研究还很少(Gosselin在2009年发现了45篇参考文献)。 自20世纪80年代以来,一些TCR和TTCR种植园已经用于研究和示范目的,但除了Gustafsson(开拓性)孤立的工作(1987)之外,直到20世纪90年代(在美国)和1995年在欧洲才找到科学出版物。特别是在瑞典和英国,下降幅度较大(2015年约为30年)。

非常短,短或中等轮伐目前通常是高密度种植园(TTCR为10,000至15,000茎/公顷,TCR为1,000至4,000茎/公顷),单种特异性。 杂交种(生产力更高,但往往更脆弱),甚至单克隆或遗传上很少生物多样化甚至是异国情调。

虽然它们 – 在某些条件下 – 可以帮助净化水和土壤,但是在欧洲北部(高达6-7毫米/天),柳树和/或杨树灌丛是非常耗水的,而在夏季,这种资源是最小的。

永久性灌木丛(但可以部分定期砍伐)可以为生物多样性的一部分提供保护或促进生态系统的恢复,但现有的研究表明它们有利于相当普通的物种。

他们统一的外表(相同的年龄阶段)和没有木死阶段减少了他们的生态兴趣,有时使他们成为生态陷阱。 它们吸引鸟类,昆虫和哺乳动物利用它们一段时间然后在用木头压碎或残忍地离开而没有栖息地时死亡。 此外,从长远来看,这些作物可能需要大量的投入和开采,使它们易受各种疾病的影响。

然而,更加异质的结构(在年龄组中)和更多样化(在物种和基因中,尽管混合克隆在“主导克隆”中通过竞争诱导死亡现象,特别是当种植园非常密集时可能减少对化学品的需求通过使能源文化的实践更加灵活(减少投入成本,减少维护,更好地抵抗风暴,霜冻,干旱)的植物检疫投入;种植密集的不同物种的文化将培育不同深度的根系并​​使作物更多有弹性和弹性。

最后,根据现有数据(Christian et al。,1994,Ranney and Mann,1994,Weih,2004),根据生态景观背景及其主导(农业,森林,城市),这种建筑的生态效应差别很大。 …)并根据土壤和环境的前状态(以前的年度农作物,休耕地,草地,荒地,可能被污染,森林)。

后生态方面
如果它们不受植物检疫处理,如果它们不能替代生物多样性更丰富和更有趣的自然环境,并且如果它们具有与当地绿色网络相连的遗传和结构复杂的多层融合,则可能具有一些生态学意义:

修复自然环境或自然基础设施以抵御自然栖息地的破碎,我们知道这已经成为物种退化和消失的首要原因之一(甚至可能是第一个原因),例如,如果想要整合池塘或沟渠在水中,如果避免植物检疫处理。 多层线性种植园可以 – 在某种程度上 – 发挥生态基础设施的作用(=生物走廊),这是半自然的,但可能起到替代生物走廊的作用。

调节和储存水资源(通过惯性和通过自然排水定期供应地下水对洪水/干旱循环产生非常有利的影响)。
特别是小气候调节(宏观和微观)和温度调节。
在某种程度上吸收温室气体,碳汇(在土壤中)
对维持自然平衡的有利影响(例如通过增加生态交错带或缓冲区的产生以及半自然栖息地的增加(如果农作物或作物不受农药和过量施肥)肥料)。
可能(当地)减少自然环境的过度拥挤(通常是遗物)。
一些受污染的荒地(例如硝酸盐/磷酸盐甚至一些重金属)的解毒,但必须谨慎,有毒的可能会再次出现在树叶,树林,烟雾或灰烬中。 木材可能需要在装有高效过滤器的装置中燃烧。
吸收或固定某些大气污染(灰尘,气体,气溶胶)
不利的生态方面
特别是当小矮人取代生态价值较高的环境(永久性草地,泥炭沼泽,荒地,石灰岩山,花卉休耕等)时,它们会出现,但一般来说,TCR和TTCR吸引了相当平庸的物种,其中一些会被压碎或在收获时被压碎。

在TTCR中使用的物种(Salix sp。,Populus sp。)是消耗最多的水(最多6-7毫米/天)并且通常需要(在工业上可利用的)耕作,控制竞争植物(通常通过除草剂)和树桩使地板用于其他用途。 花粉,种子和克隆释放可用于为附近的野生和原生种群提供遗传污染。

教学职业
TCR可以成为培训,提高认识,组建社区,民选官员,技术人员,协会,学校和公众的场所,展示重建,维护和更多“生态”管理Para-forest或semi-的新方法。自然生态系统,“Chantier – école”的地方?

替代培训计划相对容易实施(考虑到工作的季节性)。

科学的职业
TCR可以支持开发新形式的生态工程(重建半自然或半森林生态系统,灰烬或某些微量元素的土壤释放,硫磺等;这些半自然环境的演变和出现在它们中的生态系统,不同方法的评估,它们随时间的相关性,或取决于土壤学和气候背景,生态毒理学(TCR对土壤净化的影响,毒性迁移等);重新引入或原位保存“有用的“植物和动物物种;可重复的方法和技术的设计;在这种特定背景下监测菌根现象等

问题
尽管在世界许多地区仍需要政府资金来支持能源林业作为一个产业的大规模发展,但它被视为可再生能源网络的重要组成部分,并且在未来将变得越来越重要。

种植树木相对耗水。

能源林业系统面临着对粮食与燃料的批评,因此用能源作物取代粮食作物在经济上是有利可图的。 然而,必须指出的是,这些能源林不一定与粮食作物竞争高产土地,因为它们也可以在斜坡,边缘或退化土地上生长 – 有时甚至考虑到长期恢复目的。