八年生长期杨树和柳树工业与能源用途生物量生产：克隆选择与种植密度对产量及能源价值的综合影响

本研究针对短轮伐期(SRC)系统中杨树(Populus)和柳树(Salix)生物量生产优化问题，通过八年生长期田间试验，分析6个克隆和3种种植密度对存活率、形态特征、生物量产量(包括主枝和侧枝)及能源价值的影响。结果表明，柳树克隆S3-25在最高种植密度(3.33千株/ha)下获得最高生物量产量(15 Mg ha-1 y-1 DM)和能源价值(246 GJ ha-1 y-1)，为长周期SRC系统品种选择提供重要依据。

　　

在可持续发展和可再生能源需求日益增长的背景下，木质生物质作为工业原料和能源载体备受关注。杨树(Populus spp.)和柳树(Salix spp.)因其快速生长、高产量潜力及碳中性特点，成为短轮伐期(SRC)和短轮林业(SRF)系统的理想选择。然而，长周期(如八年)收获系统中克隆表现和种植密度的优化研究仍存在空白，特别是在边际土地上实现经济可行性和环境效益的平衡方面。为此，波兰奥尔什丁大学的研究团队开展了一项为期八年的田间试验，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上。

研究采用标准化田间试验设计，主要技术方法包括：1) 在波兰东北部边际土地设置6个SRC克隆(3杨树/3柳树)×3种种植密度(1.11-3.33千株/ha)的分区试验；2) 测定存活率、形态特征(株高、茎粗、枝条数)；3) 分离主枝和侧枝并测定生物量产量；4) 通过热量测定仪分析生物质热值(LHV)；5) 采用ANOVA和聚类分析评估各因素影响。

3.1 气象条件
研究期间(2016-2023)年均气温7.37-9.76°C，年降水472-853 mm。2016年生长季降水较常年高52%，为幼苗建立创造有利条件；2022年则遭遇极端干旱，凸显植物对气候波动的适应性差异。

3.2 植物存活与生物特征
克隆间存活率差异显著，柳树克隆S1/S2/S3和杨树P1-Max-5存活率>95%，而P2-H275和P3-Andro仅73-76%。种植密度显著影响株高和枝条数，柳树S2-Ekotur枝条数最多(4.5个/株)，杨树P2-H275株高最高(13.6 m)且茎粗最大(15.6 cm)。

3.3 生物量组成
主枝在产量中占比平均76.6%，杨树P1-Max-5侧枝比例最高(28.4%)。降低种植密度会显著增加侧枝比例(1.11千株/ha时达27.7%)，这与工业化利用主枝的需求形成重要权衡。

3.4 生物量产量
柳树S3-25产量最高(10.94 Mg ha^-1 y^-1 DM)，杨树P1-Max-5和P2-H275次之(低13%)。最高种植密度使总产量提升33%，其中S3-25在3.33千株/ha下达15 Mg ha^-1 y^-1 DM，证实密度对产量的决定性作用。

3.5 能源价值
柳树生物质低热值(LHV)(8.33-8.95 GJ Mg^-1)显著高于杨树(7.05-7.84 GJ Mg^-1)。能源价值与产量趋势一致，S3-25在最高密度下获得246 GJ ha^-1 y^-1，为边际土地能源生产提供优化方案。

结论与意义
该研究首次系统比较了杨树和柳树在八年SRC系统中的表现，证实柳树S3-25、杨树P1-Max-5和P2-H275适合长周期栽培，其中S3-25在3.33千株/ha密度下可实现15 Mg ha^-1 y^-1 DM的产量和246 GJ ha^-1 y^-1的能源产出。这些发现为木质生物质的工业-能源联产系统提供了品种选择和栽培技术指导，特别是在利用边际土地方面具有重要实践价值。研究还揭示了长周期栽培中主枝/侧枝比例的动态变化，为造纸工业原料供应与能源生产的协同优化提供了科学依据。