黄土高原柠条灌木林生物质动态及其能源化利用分析

Currently, the Grain-for-Green policy confronts several issues, such as high investment, low land use efficiency, low local resident enthusiasm and high rate of land reclamation. To improve this situation, this project proposes that planting energy crop (Caragana) in these lands and using the biomass to produce pellet fuel based on the large area of potentially available lands. The biomass utilization could ensure rational utilization of returning lands, relief government pressure and consolidate the Grain-for-Green achievements. By field measurements and inventories of sample plots of caragana stands to calibrate dynamic vegetation model TRIPLEX, and supply chain optimization to minimize energy consumption in the biomass supply chain, we construct a life cycle assessment model of pellet fuel production to evaluate the environmental impact of pellet fuel production. By integrating the analyses, we will assess the environmental benefit of biomass utilization in Loess Plateau. Therefore, the project has great significance in providing the theoretical basis of sustainability for Grain-for-Green policy.

目前我国退耕还林还草政策投资高、土地利用效率低、农民积极性不高、复耕严重。为解决当前问题，本项目基于退耕政策形成的大量潜在可利用土地，提出通过在退耕土地里种植能源植物（柠条）并生产固体颗粒以促进土地的合理利用、减轻政府压力、巩固退耕成果。本项目基于柠条灌木林样地野外调查数据校正植被动态模型TRIPLEX，通过构建柠条生物质供应链优化模型，降低生物质供应链的能耗，通过建立生命周期分析模型，调查固体颗粒生产过程中能源和原料消耗，评估退耕还林土地中能源植物种植和利用的环境收益，为促进退耕还林可持续进行提供有利的理论基础。

黄土高原地区是退耕还林的重点区域，退耕政策实施以来，取得了重大的生态成效，但是退耕补贴为政府带来财政负担，退耕补贴结束后，不能保证退耕成果的巩固。为解决此问题，本项目基于退耕政策形成的大量潜在可利用土地，提出通过在退耕土地里种植能源植物（柠条）并生产固体颗粒以促进土地的可持续利用、减轻政府压力、巩固退耕成果。本项目基于柠条灌木林样地野外调查数据和文献数据校正和验证植被动态模型CENTURY，模拟不同采伐时间柠条林的碳动态和生物量累积，通过构建柠条生物质供应链优化模型，合理规划柠条林平茬策略，每年稳定供给柠条生物质约0.7百万吨。通过建立生命周期分析模型，发现柠条生物质利用过程中，年碳排放为57.8–64.3万吨CO2 eq（RCP4.5）和59.2–63.6万吨CO2 eq（RCP8.5），其中化石能源的碳排放占比大于90%。本项目的研究结果为促进退耕还林可持续进行提供有利的理论基础。