不同制粒技术下休耕生物质颗粒的产量与能源效率研究：可持续生物能源生产的新策略

本研究针对休耕农田生物质能源化利用效率问题，通过12年田间试验比较了自然休耕、饲用山羊豆与无芒雀麦单作及混作四种管理策略，采用Krone Premos 5000移动制粒机与传统固定生产线两种技术，系统评估了干物质产量(DMY)、热值(HHV/LHV)及能源效率比(EER)。结果显示移动制粒技术能源输入降低44%，EER提升84%，为边际土地利用与可再生能源开发提供了优化方案。

　　

随着全球耕地撂荒面积突破8000万公顷（欧盟占1800万公顷），如何实现"不与人争粮"的生物质能源生产成为关键科学问题。传统农业单一追求粮食安全的模式正在向兼顾生态服务、能源生产的多功能转型，而休耕地的合理利用正是这一转型的重要突破口。波兰奥尔什丁瓦尔米亚玛祖里大学（University of Warmia and Mazury in Olsztyn）的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，通过长达12年的田间试验，首次系统评估了休耕生物质制粒的能源平衡，为边际土地资源的高值化利用提供了创新解决方案。

研究团队采用随机区组设计，设置四种休耕模式：自然植被（A）、饲用山羊豆单作（B）、饲用山羊豆-无芒雀麦混作（C）和无芒雀麦单作（D）。关键技术包括：使用Krone Premos 5000移动制粒机实现田间同步收获-制粒（PT技术），与传统固定式Twin 150生产线（TT技术）对比；通过IKA C 2000热量计测定高位热值(HHV)；采用"农场到餐桌"全生命周期法计算能源投入；建立干物质产量(DMY)=鲜物质产量(FMY)×[(100-含水率)/100]的转化模型。

研究结果揭示：

1. 能源投入分析显示：自然休耕的建植能耗最低（4.3 GJ ha^-1），而移动制粒技术使总能耗降低44%。固定生产线每吨颗粒能耗达1649-1693 MJ，显著高于移动设备的896-942 MJ。

2. 生物质产量与热值：饲用山羊豆单作表现出最高年均DMY（8.43 Mg ha^-1），其HHV达19.09 MJ kg^-1。无芒雀麦在第三年创下138.5 MJ ha^-1的能源输出峰值，LHV达4.52 MJ kg^-1。

3. 能源效率比(EER)比较：移动制粒技术使EER提升84%，其中无芒雀麦单作系统表现最优（PT:13.07 vs TT:7.13）。混作系统年均可获82.29 GJ ha^-1的能源净增益。

4. 气候适应性：在年均降水489.6-764.4 mm、温度5.9-8.5°C条件下，豆科-禾本科混作表现出最佳产量稳定性，验证了其抗逆优势。

这项研究开创性地证实：休耕农田通过科学植被管理可年产3.25-11.94吨颗粒燃料，满足1.5公顷土地产出的生物质即可支撑中型住宅全年供暖需求。移动制粒技术的应用使体积压缩8-10倍，解决了生物质储运难题，其能源效率较传统工艺提升1.8倍。特别值得注意的是，豆科植物通过生物固氮减少77%的氮肥需求，使系统EER突破13.07，为欧盟"绿色新政"（Green Deal）下的可持续能源生产提供了实践样板。研究提出的"生态服务-能源生产"双赢模式，不仅适用于欧盟15.1%的休耕地，也为全球边际土地利用提供了可复制的技术框架。