曾光

(遼寧省林產工業總公司，遼寧沈陽110031)

　　摘要：短周期木本生物質能源在生物質能源中所占比例逐年增加。刺槐是原產于美國的豆科木本植物，不但可以固氮，而且速生，抗逆性強。文章綜述了刺槐的分布及用途、林木遺傳改良、抗逆性、適生條件、熱能值和環境效益，以期為發展刺槐生物質能源林提供借鑒。

　　生態環境的惡化和大氣質量的下降，使人們逐漸認識到應該用清潔能源代替礦質燃料，同時驅動著世界生物質能源研究與新材料開發。短周期木本生物質能源作物，提供了生物質能源原料的新選擇，木本生物質能源作物在經過幼齡期之后，可以在1年中的任何時期收獲，既減少存儲時間，又可以避免干旱和其它環境變化導致的生物質損失，比草本生物質能源作物產量穩定。刺槐是落葉、具刺的固氮先鋒樹種，刺槐繁殖容易、生產力高、木材密度高、收獲和加工容易、燃燒完全、抗逆性強，因此可以作為短輪伐期生物質能源樹種栽培。當前，對木本生物質能源樹種麻瘋樹、文冠果、光皮樹、黃連木、楊樹和柳樹研究較多，而刺槐相對研究較少，文章綜述刺槐的分布及用途、遺傳改良、生長量、熱能值和環境效益，以期為刺槐生物質能源林的發展利用提供參考。

　　1分布及用途

　　刺槐原產于美國，有兩個相鄰的天然分布區，東部分布區以阿巴拉契亞山脈為中心，從賓夕法尼亞中部和俄亥俄州南部開始，南部到亞拉巴馬州東北部、喬治亞州北部和南卡羅萊納州西北部。西部分布區包括密蘇里州南部的厄扎爾克高原、阿肯色州北部、俄克拉荷馬州東北部、阿肯色州中部和俄克拉荷馬州東南部的山脈，印地安那州南部、伊利諾斯州、肯塔基州、亞拉巴馬州和喬治亞州有零星的種群分布。刺槐經過引種馴化，已經在全世界廣泛栽植，并成為溫帶和亞熱帶重要的用材樹種。刺槐是地中海地區重要的樹種，在保加利亞刺槐是最普遍栽培的外來樹種，主要用于用材林營建，采蜜場營建和防止土壤侵蝕。意大利和希臘已經將刺槐作為超短輪伐期樹種研究，德國刺槐主要栽植在露天礦，以改良土壤。在亞洲的日本、韓國和中國黃土高原，刺槐也是重要的造林樹種，主要用于采伐跡地更新造林和營建水土保持林。

　　刺槐木材具有多種用途，早期曾用于制作馬車車軸、木栓、薪柴，絕緣體材料，后期還用于制作地板、枝和生物質能源原料。在夏季干旱地區，刺槐的小枝、葉和種子可以為鹿、野兔和鵪鶉等野生動物提供食物，刺槐林分還可以為鳥類提供棲息地。此外，刺槐也是優良的蜜源植物，可用于生產高質量蜂蜜。

　　2林木遺傳改良

　　2.1苗木培育

　　刺槐可以用種子繁殖，并且成本低。刺槐種子可以保存幾年，但是發芽力和發芽勢降低。刺槐種子休眠主要由于堅硬的種皮造成，可以采用擦破種皮、沸水煮、硫酸浸泡處理。11月至3月，在圃地可直接播種，但是應該避免在坡度大的地段播種，如果生長季降水充足，不必經常澆水。刺槐也可以用根插、枝插和組織培養繁殖，庹祖權等應用15個刺槐優良無性系進行繁殖試驗，各無性系根插出芽率與生根率均存在極顯著差異，但平均出芽率與生根率都在85％以上。劉丹梅采用正交試驗設計，研究了6-BA、NAA及瓊脂3個因子對四倍體刺槐組培苗生根率的影響，最佳增殖培養基為1／2MS+6-BA0.5mg·L^-1+NAA0.1mg·L^-1+瓊脂6g·L^-1。胡興宜開展了四倍體刺槐嫩枝扦插研究，徑切能明顯促進插穗生根，激素IBA的處理效果較ABT生根粉和911生根素好。

　　2.2良種選育

　　天然刺槐是二倍體，應用秋水仙素處理，已經成功誘導出生長迅速、抗逆性強的四倍體，四倍體可以用作母株生產無菌的三倍體。戰臣祥等對國內外刺槐進行收集和篩選，成功選育了4個優良家系，7個優良無性系。刺槐的育種目標包括選育抗逆性強、速生、干型良好、花期長的品種。刺槐木材密度、燃燒值、凈光合速率和凈呼吸速率遺傳力較高，而木質素含量遺傳力較低。

　　3刺槐適應性

　　盡管刺槐需要比其它闊葉樹種投入少，但是仔細的土地整理能夠加快成林和增加生長量。刺槐對于pH值5.5～7.5、有機質含量40mg·kg^-1、碳酸鈣含量低于5％、有效磷l50～200mg·kg^-1、有效鉀含量達到100mg·kg^-1的土壤都能適應。疏伐有利于減少風害，林分達到合理的密度，增加徑生長。由于較弱耐陰能力，在空曠地的樹木比密集林分樹木生長的快，在充足的光照下萌生苗和根蘗苗能夠更好的生長，在侵蝕土壤和緊實的土壤，刺槐生長不好。與草本植物的競爭，嚴重影響刺槐的生長，伊貝母、印須芒草、野胡蘿卜、葦狀羊茅等植物影響刺槐干重的增加。

　　4抗逆性及危害因子

　　刺槐不耐陰和水淹，耐貧瘠干旱、酸性和堿性的土壤，野生二倍體刺槐具有耐旱性，但是四倍體刺槐無性系顯示了更多生長潛力、水分利用效率和凈光合速率，在干旱的情況下比二倍體生長速度快。四倍體刺槐無性系比二倍體刺槐無性系對氯酸鹽和硫酸鹽的抗性強。刺槐通過增加皮部胞腔中的脂肪酸和蛋白質含量，及增加糖朊以防止細胞內結冰，以適應寒冷的氣候。但是，極度低溫能使刺槐梢部死亡，霜凍也能降低刺槐的生長量，并且加重害蟲的危害。病蟲害、真菌、植食動物，都能危害刺槐，甚至造成刺槐死亡。刺槐主要蟲害是刺槐天牛，刺槐天牛幼蟲蛀洞，能使樹木枝條和樹干變弱。害蟲能使刺槐生長停滯，對包括風害在內的其它危害敏感。胸徑超過20cm健壯的刺槐及混交林中的刺槐，很少受到蛀干害蟲的危害。害蟲還包括刺槐葉癭蚊、葉蜂幼蟲、結草蟲和木蠹蛾，預防比控制效果好，并且成本低。營建混交林也能減輕害蟲的危害，除了蟲害之外，潰瘍病、叢植病、黃化病、銹病和機械損傷也能影響刺槐生長。

　　5產量及熱能值

　　刺槐矮林平茬的效果較好，生物量顯著高于未平茬林分。生物量也同造林地點、收獲期和經營措施密切相關。韓國刺槐主要用于薪材和飼草，年生物量增長達到1.3萬kg·hm^-2，在美國大平原地區，株行距0.3m×1.6m，6～11年生林分，年生物量增長量達到了1.4萬kg·hm^-2，在伊利諾斯州大學能源生命科學研究所的農場，1.5m×1.8m株行距，年生物量增長量達到了1.13萬kg·hm^-2，在德國采礦廢棄地，刺槐年生物量增長量3000～10000kg·hm^-2，在匈牙利栽植的刺槐林分，密度為2.2萬株·hm^-2，年生物量增長量一般6500kg·hm^-2。一般栽植時株行距0.3m×1.5m，3～5a收獲，能夠獲得較大的生物質產量，并且能夠避免害蟲的危害。

　　同短輪伐期生物質能源樹種楊樹和柳樹相比，刺槐的發熱量要高得多，刺槐木材通過熱解，轉化成有機生物油、生物質碳和沼氣時，利用率80％～90％，刺槐切片發熱量為23446kJ，刺槐木材比重大，燃燒溫度高，燃燒時間長，刺槐木材也可以轉化成生物乙醇，產量為40～45kg·m^-3，將木屑顆粒粉碎得更小，輸入更高濃度的酶溶液，增加糖化作用等，可以提高乙醇的產量。將刺槐木材轉化成生物乙醇已經具有成熟的工藝，同傳統的煉制汽油相比，能耗降低了76％。

　　6環境效益

　　刺槐林分對土壤中氮和碳的含量有影響，樹高超過4m的刺槐林分，氮和碳含量隨林齡的增長而增加，刺槐林分土壤中硝酸鹽、總氮、有機物、微生物的含量比對照林分高得多，而微生物的分解代謝減少，這與硝化作用提高有關。同松樹林分相比，刺槐土壤具有較高的硝化速率和氮的礦質化。此外，刺槐林分的氮循環和植物殘體分解速度比櫟樹林分快，植物殘體分解速度與土壤酶活性有關，在中國黃土高原，林齡超過30a的刺槐林分土壤有效養分含量和土壤酶活性均較高。刺槐是貧瘠土地造林的優良樹種之一，已經應用到廢棄露天礦和填土場造林，刺槐伸展的根系和高產的萌條，可以防止土壤侵蝕，增加土壤孔隙度、土壤有機質、氮和磷含量，從而改良土壤。除了在干旱地區栽植之外，刺槐還可以作為防風林栽培，栽培的刺槐沿海防護林，生長量甚至超過一些鄉土樹種。刺槐對于氣候變化和空氣污染具有較強的適應性，當大氣CO₂濃度增加時，刺槐干和根系生物量增加，根瘤和固氮作用速率都有所增加，碳吸收速率增加，凈光合速率增加。刺槐對于氮氧化合物和臭氧具有抗性，在葉片中也能累積鉛和鉻，表明了對于土壤和空氣污染的高適應性。刺槐通過萌蘗無性繁殖非常普遍，刺槐對于土壤性質和養分循環影響較大，但是對于適應低氮的本地種有負面影響，刺槐的固氮能力能夠增加土壤中的硝酸鹽等營養元素，同本地的松櫟混交林相比，刺槐林分土壤中氮量增加3.2倍，并且具有較高的磷和鈣含量。土壤營養元素增加不僅可以影響局部林地，但是導致氮流入到低處的河流中，造成河流富營養化。刺槐成齡樹和萌條可以影響原生植被，促進非原生植物的定植，使地衣種群減少甚至滅絕。由于刺槐的再生經常由根系萌蘗，無性系苗木根系密切聯結在一起，必須殺死這些根系才能控制，可以采取反復環剝，應用除草劑和刈割可以控制，但是控制成本很高，一些地區將刺槐列為人侵樹種。

　　7可行性分析

　　刺槐容易繁殖，栽培后幾乎不需要額外的投入，而且刺槐抗性強，可以匯集碳，生物質產量高，并可以有效的轉化成多種能源形式。此外，刺槐還可以改良貧瘠土壤，改善生態環境。如果能做到刺槐林分毗連的土地管理，刺槐入侵風險可以減少。

　　當前，在美國栽培的刺槐短周期生物質能源林，已經顯現了良好的應用前景，政府通過補助和政策優惠，還能擴大栽培規模，提高產能，提高經濟效益。今后應加強刺槐經營技術、收獲和轉化技術的深人研究，刺槐作為有價值的生物質能源樹種將具有廣闊的應用前景。