通过气雾栽培技术种植短轮伐期杨树林所带来的生物质供应的社会经济效益的国家级评估

《Journal of Cleaner Production》：National-level evaluation of the socio-economic benefits of biomass supply through the aeroponic technology in cultivating Short Rotation Coppice willows

　　林奇·孙 | 郑小贵 | 艾伦·福伊 | 约翰·M·斯托蒙斯-达林 | 普拉纳夫·潘卡杰·萨胡 | 穆罕默德·坎达克尔 | 佐伊·M·哈里斯 | 刘丽荣 英国萨里大学环境与可持续发展中心，吉尔福德，GU2 7XH **摘要** 化石燃料向大气中释放大量二氧化碳，而生物能源为化石燃料提供了一种更可持续的替代方案。然而，生物质原料的短缺限制了大规模生产生物能源的能力。短轮伐柳树（SRCw）被认为是一种潜在的生物质原料，利用气雾栽培技术可以加速其种植。本研究提出了一个动态生物质嵌入的可计算一般均衡（DBGE）模型，以模拟通过气雾栽培技术提高生物质供应对英国社会经济系统产生的长期潜在影响。还讨论了与技术、市场、生物质应用和政策相关的各种情景。结果表明，使用气雾栽培技术种植SRCw可以带来显著的社会经济效益，如GDP、可再生能源部门产出、就业和居民福利。在三种种植环境（即多隧道、温室和田间繁殖床）中，多隧道栽培技术带来的效益最大。根据保守估计（技术应用范围较窄、SRCw种植密度较低、预期生物质产量较低），到2050年，多隧道下的气雾栽培技术可对GDP产生累计10.7%的积极影响。我们的研究表明，广泛采用气雾栽培技术种植SRCw有助于缓解生物质原料短缺，并促进英国生物能源部门的发展和社会经济效益。 **引言** 碳排放在推动气候变化方面起着关键作用，减少碳排放已成为全球优先事项（气候变化委员会，2020年）。在导致这些排放的各种行业中，能源行业是最大的贡献者（Calvin等人，2023年）。这主要是由于其严重依赖化石燃料，化石燃料向大气中释放大量二氧化碳（能源安全与净零部门，2023年）。许多国家已经实施了减少能源行业碳排放的战略（Solaymani，2019年；气候变化委员会，2020年），其中最有效的方法之一是从化石燃料转向可再生能源（Rahman等人，2022年）。 生物能源来自植物和动物废弃物等有机原料，为化石燃料提供了一种可持续的替代方案（Thornley，2006年）。例如，英国已经制定了一项全面的生物质战略，旨在促进生物质作为可再生能源的发展和使用（能源安全与净零部门，2023年）。然而，尽管生物能源具有潜力，但其广泛应用仍面临诸多挑战。其中一个问题是生物质原料的短缺，这限制了大规模生产生物能源的能力。2021-2022年间，英国的发电站和热电联产（CHP）设施消耗了超过1400万吨生物质，其中80%以上来自固体生物质，包括木颗粒和木屑（Hodgson等人，2024年）。目前，约57%的固体生物质来自美国（能源安全与净零部门，2023年）。根据生物质战略报告，英国旨在促进国内可持续生物质的供应，特别是第二代专用生物质原料的供应（能源安全与净零部门，2023年）。气候变化委员会建议英国将70万公顷的土地用于种植生物能源作物（气候变化委员会，2020年），预计这一目标将在2050年前实现，这对于英国实现其碳预算目标至关重要。在英国，短轮伐柳树（SRCw）和芒草是主要的第二代生物能源作物（官方统计数据，2024年）。与芒草相比，SRCw具有更长的寿命和更低的建立成本（Glithero等人，2013年）。因此，SRCw应在扩大生物能源作物种植面积方面发挥重要作用。SRCw扩展的一个障碍是SRCw插条的短缺（Jamie Rickerby，2022年）。柳树可以定期且反复地进行修剪而不失去活力，从无根插条中快速生长。插条主要来自称为繁殖床的田地，农民在那里种植SRCw并从中收获插条。一公顷的田地只能为28-35公顷的新种植提供作物（Jamie Rickerby，2022年）。这意味着到2050年实现70万公顷能源作物的种植目标具有挑战性。鉴于迫切需要增加生物质产量，并且需要迅速增加，因此需要开发新的方法来加速部署。 **气雾栽培技术** 气雾栽培是一种无土栽培技术，植物在空气中生长，根部悬挂在空中，并定期喷洒营养液（Li等人，2018年）。使用气雾栽培方法的植物可以更有效地利用养分，从而提高植物生长效率（Christie和Nichols，2004年；Lakhiar等人，2018年；Eldridge等人，2020年）。目前，气雾栽培主要用于科学研究、垂直农业和其他领域（Lakhiar等人，2018年）。例如，一些公司目前正在使用气雾栽培技术种植生菜和菠菜（Li等人，2018年；Gillani等人，2023年）。尽管与其他栽培方法相比，气雾栽培技术的应用范围不广，但它能更高效地利用水和养分，从而减轻对环境的压力（Gruda，2019年）。这项技术已成为传统农业和尖端农业创新的宝贵工具（Buckseth等人，2016年）。考虑到柳树的生长需求和气雾栽培系统的技术优势，在苗圃阶段通过这种方法培育柳树以生产插条是一个可行的解决方案，以增加生物质原料的产量。 一项先进技术的经济表现将影响其在实际生活中的应用。大多数先前的研究通过技术经济分析来评估其经济影响。先前的研究表明，生物质供应的增加应导致生物质价格的下降（ERIA，2019年）。技术经济分析方法通常关注生产过程和地区差异（Sara等人，2016年；Kler等人，2018年）。结论通常涉及相对简单的经济指标，如产品价格和产值。例如，一项研究表明，由于北欧丰富的森林资源，生物经济产值的增长率可达每年6%。