广西木薯乙醇的能源替代和减排潜力研究

针对生物燃料在化石能源替代和温室气体减排作用中的不确定性，本研究以我国木薯乙醇生产大省－广西自治区为例，通过识别木薯生长发育的生态限制因子，基于土地利用数据提取适宜木薯种植的土地资源，并利用Landsat TM影像和实地调查获取2010年木薯实际种植面积，对比确定可用于木薯种植的后备土地资源。采用实地调查和文献调研相结合的方法，确定木薯种植、运输、乙醇生产和燃料燃烧等过程中的化石能耗和温室气体排放等参数清单，利用GREET模型分析木薯乙醇的能源替代和温室气体减排潜力。同时基于遥感和生态学模型模拟以及地面调查，确定土地利用方式改变前后地上植被NPP和土壤碳储量的变化，评价土地利用方式变化对植被和土壤碳储量的影响，并通过和GREET模型研究结果的对比分析，客观评价广西木薯乙醇的温室气体减排潜力。为我国区域生物能源产业的决策和发展提供重要的科学理论依据。

化石能源的短缺与其燃烧引起的环境问题，使得生物液体燃料在全球范围内广受关注。中国作为人口大国和能源消耗大国，发展非粮生物燃料是重要的战略选择。木薯乙醇是我国现阶段唯一具有大规模原料种植面积和实现产业化生产的非粮能源作物，但是其在化石能源替代和温室气体排放等环境问题中的作用却一直备受争议。针对这一不确定性，本研究以我国木薯乙醇生产大省－广西自治区为例，重点通过对该省木薯种植第一大县——武鸣县木薯种植、生产和乙醇加工等情况的详细调查与分析，并结合广西自治区的土地利用现状和作物种植情况，从生命周期的角度综合评价了该区木薯乙醇的化石能源替代和温室气体减排潜力。研究结果表明：（1）木薯的长期连作不会导致土壤肥力的降低。木薯种植年限对土壤养分变化没有显著影响；木薯、甘蔗和香蕉相比，木薯种植对土壤有机质、全N和全P的影响最小，而木薯地改种甘蔗和香蕉，会导致10-50cm土层厚度的有机质和全N含量减少。（2）开垦植被覆盖较好的荒草地种植木薯，会引起大量的土壤碳排放，其排放量相当于不考虑土壤碳储量变化时，木薯种植10年生产乙醇所产生的温室气体减排效益。而将甘蔗地、香蕉地改种木薯，则会增加土壤碳蓄积从而减少温室气体排放。（3）无论是通过土地利用空间数据分析，还是通过地面实际调查，全区几乎已无适宜木薯种植的未利用地，未来木薯的扩大种植只能从种植其它土地类型转换而来。在确保粮食安全、考虑生态环境保护和不考虑其它经济作物市场竞争的前提下，全区木薯最大可种植面积为148.22×104 hm2。若这部分土地全部种植木薯，则可生产木薯乙醇480.6×104 t/year，替代化石能61.0×106 - 92.0×106GJ/year，减少温室气体排放17.4×106 -20.1×106 t e CO2 /year。但此潜力的实现将主要取决于同区其它经济的市场竞争和政府导向。因此，研究建议依托技术进步，大力综合发展太阳能、风能、地热能、纤维乙醇等其他可更新能源，以保证我国能源安全和实现温室气体排放。