毛竹拉絲材加工利用碳轉(zhuǎn)移分析

李翠琴，周宇峰，顧 蕾，施擁軍，沈振明，徐小軍，李瑞珺

（1.浙江農(nóng)林大學 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學 亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安 311300；3.浙江省臨安市林業(yè)科技推廣總站，浙江 臨安 311300；4.浙江省臨安市林業(yè)局，浙江 臨安 311300）

森林作為固定二氧化碳的綠色植物主體，其二氧化碳吸收和儲藏功能越來越受到人們的關注，其采伐的生物量，除部分通過燃燒或腐爛將碳排放到大氣或留在林地，大部分所儲存的碳被轉(zhuǎn)移到了林產(chǎn)品中。林產(chǎn)品作為森林三大碳庫之一，可以將碳以有形的物質(zhì)形式較長時間地保存，可延長碳的排放時間，它對森林生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間的碳平衡起著至關重要的作用［1－3］。木質(zhì)林產(chǎn)品碳儲量的大小對于評價溫室氣體的減排潛力和提交國家溫室氣體排放清單有著重要的意義。中國是世界上竹類資源最豐富的國家，據(jù)2008年第7次森林資源清查，中國竹林為538萬hm2，其中毛竹Phyllostachys edulis有387萬hm2（占中國竹林面積的70%以上），約占世界的25%。毛竹是中國分布最廣、面積最大、經(jīng)濟價值最高的竹種之一，具有生長快、周期短、產(chǎn)量高、用途廣、效益大等諸多優(yōu)點。近年來，由于毛竹具有快速生長、收獲周期短的特點，對區(qū)域及全球碳平衡的貢獻得到高度的關注［4－9］。研究表明：毛竹林喬木層年固碳量達到 5.097 t·hm－2，其固碳量是熱帶山地雨林的 1.4倍左右，是蘇南 27年生杉木Cunninghamia lanceolata林的2.0倍多［5］。中國竹林碳儲量在過去50 a呈增加趨勢，特別是近期增加較快。預期隨著中國森林面積的增加，竹林碳儲量仍將繼續(xù)增加［10］。竹子雖然是理想的森林碳匯植物，但竹林的連續(xù)擇伐導致竹林碳儲量持續(xù)向竹制品碳庫轉(zhuǎn)移，特別是近年來，隨著中國木材采伐量的不斷調(diào)減，竹子作為木材的有效替代品，市場需求不斷增加。目前，竹材可用作建筑、竹器、竹地板、竹家具及造紙原料等，竹加工產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。因此，要對竹林碳匯總體潛力做出全面客觀的評價，需要對竹子伐后制品碳庫做出科學評估。查閱相關文獻發(fā)現(xiàn)，針對毛竹產(chǎn)品碳轉(zhuǎn)移和碳計量研究目前還相對較少，顧蕾等［11］對毛竹竹板材碳轉(zhuǎn)移進行了研究。本研究通過測定對毛竹竹拉絲不同產(chǎn)品碳儲量，提出竹拉絲碳轉(zhuǎn)移計測方法，構建基于不同胸徑尺度的竹拉絲產(chǎn)品碳儲量計量模型。

1 材料與方法

選取浙江省為研究點，并在浙江省毛竹產(chǎn)品加工企業(yè)較多的安吉、臨安、遂昌和龍游等地調(diào)研發(fā)現(xiàn)：1株毛竹竹稈通常被分成4個部分分別進行加工。一是毛竹材最下面的竹根，這是竹節(jié)最密、最難利用的部分，一般截去10～20 cm長，以前作為燃料，近年來也用于加工成小工藝品或燒制竹炭等；二是竹板材段，這是毛竹最重要也是最主要的部分，為竹根截去后竹壁厚度大于等于0.70 cm部分，根據(jù)胸徑不同，可以截分為1～3段（2 m·段－1左右），用于加工成竹板材并進一步生產(chǎn)竹地板、竹家具、竹方料等各類塊型的產(chǎn)品；三是竹拉絲段，這是次主要部分，為截去竹根和竹板材段以后，竹壁厚度大于等于0.50 cm部分，通常截為2～4段（2 m·段－1左右），用于加工成拉絲材并進一步生產(chǎn)竹席、竹筷和竹簾等條狀的產(chǎn)品；四是竹梢段，這是毛竹的最頂上部分，可用于制作牙簽、掃帚和腳手架或燒制成竹炭等。本研究選取第3部分竹拉絲段并計測進一步加工成竹席絲、竹筷條和竹簾絲等竹產(chǎn)品的碳轉(zhuǎn)移情況。

本研究選取了浙江省臨安市一家具有代表性的竹拉絲生產(chǎn)企業(yè)，毛竹原竹產(chǎn)地為臨安、建德和龍泉，調(diào)查時間為2011年7月5日至7月15日，并于2012年3月進行補充調(diào)查。前后共測量了179株不同胸徑的毛竹，胸徑分布為6.05～16.30 cm，截取拉絲段并根據(jù)竹壁小頭厚度的大小，從0.50～0.90 cm分成4種不同的規(guī)格，間隔均為0.10 cm，長度均為2.05 m，依照加工拉絲材的工藝流程（圖1），粗刨開片成竹青、竹黃并進一步拉絲成竹席絲、竹簾絲和竹筷條，測定各種不同規(guī)格下加工成竹席絲、竹筷條和竹簾絲各道工序的碳轉(zhuǎn)移率大小。各道工序規(guī)格分類見表1。

圖1 毛竹拉絲材加工生產(chǎn)流程Figure 1 Production process of bamboo filar products

表1 竹片粗刨加工及拉絲的規(guī)格分類Table 1 Bamboo processing specifications

調(diào)查的主要內(nèi)容有：①測量每株毛竹竹稈胸徑和竹高，然后用電鋸將毛竹根部（即竹根）切平。根據(jù)毛竹壁厚的不同，將1根毛竹切分成竹板材段、拉絲段、梢頭段。選取小頭壁厚為0.50～0.90 cm的拉絲段，用于加工竹席絲、竹簾絲和竹筷條等。用電子稱稱取整株毛竹和竹拉絲段原竹質(zhì)量，精度為10 g。②用胸徑尺和游標卡尺分別測量每段竹子的小頭外徑和小頭壁厚。將用于拉絲材的幾段毛竹依據(jù)不同的小頭壁厚分成4種不同規(guī)格（表1），長度均為2.05 m，剖開、沖片，再粗刨成竹青片和竹黃片，并分別稱其質(zhì)量，計算粗刨前后竹片和竹青片、竹黃片質(zhì)量比，即一段毛竹粗刨后竹青和竹黃片質(zhì)量除以粗刨前該竹片的質(zhì)量，計算公式為λi＝mi/Mi。由于粗刨前后竹片含碳率和含水率相同，因此，粗刨碳轉(zhuǎn)移率大小等同于竹片粗刨前后的質(zhì)量比。③將竹青片和竹黃片進行拉絲。按照4種不同的規(guī)格，竹青片拉絲成竹席絲，竹黃片根據(jù)厚度的不同，規(guī)格1規(guī)格2拉成竹筷條，規(guī)格3和規(guī)格4拉成竹簾絲，并稱質(zhì)量，得到拉絲過程的各環(huán)節(jié)碳轉(zhuǎn)移率，并進一步分析毛竹不同規(guī)格粗刨和拉絲過程的綜合碳轉(zhuǎn)移率。④通過分析179株不同胸徑單株毛竹拉絲段經(jīng)粗刨和拉絲后的拉絲材碳儲量占毛竹拉絲段和整株毛竹竹桿的碳儲量比，構建不同胸徑毛竹的拉絲段和整株綜合碳轉(zhuǎn)移率模型。

2 結果與分析

2.1 不同規(guī)格竹片的拉絲材綜合碳轉(zhuǎn)移率分析

2.1.1 不同規(guī)格竹片的竹青和竹黃粗刨碳轉(zhuǎn)移率 不同規(guī)格的竹片經(jīng)過粗刨開片加工成竹青片和竹黃片，通過計算粗刨前后的質(zhì)量比，得到毛竹竹青片和竹黃片的粗刨碳轉(zhuǎn)移率。4種不同規(guī)格的竹青片和竹黃片的粗刨碳轉(zhuǎn)移率分析結果見圖2。對不同規(guī)格的粗刨碳轉(zhuǎn)移率進行方差分析，結果表明：不同的規(guī)格之間有差異（P＜0.05）。其中規(guī)格1碳轉(zhuǎn)移率最高為86.68%，第4種規(guī)格最低為80.02%，平均為82.72%。表明不同規(guī)格對毛竹竹青片和竹黃片加工有一定影響，隨著小頭壁厚的減小，利用率呈逐漸下降趨勢，其原因為拉絲段的竹材隨著壁厚的減小變窄的趨勢越大。

圖2 不同規(guī)格竹青片和竹黃片粗刨碳轉(zhuǎn)移率Figure 2 Carbon transfer ratio of different specifications during bamboo pieces coarse planer process

2.1.2 不同規(guī)格竹青片和竹黃片的拉絲材碳轉(zhuǎn)移率分析 不同規(guī)格的竹青片和竹黃片需進一步加工。每個規(guī)格的一片竹青片均加工成3根竹席絲，只是厚薄不同。竹黃片則根據(jù)厚度的不同，規(guī)格1加工成4根竹筷條，規(guī)格2加工成1根竹筷條和2條相連的竹筷條，規(guī)格3和規(guī)格4各加工成7根竹簾絲（表1）。通過計算拉絲前后的質(zhì)量比，可以得出不同規(guī)格下3種產(chǎn)品的拉絲過程的碳轉(zhuǎn)移率，結果見表3。從竹青片轉(zhuǎn)移到竹席絲的碳轉(zhuǎn)移率平均為35.75%，其中規(guī)格1為最低33.40%，其原因為規(guī)格1中有部分的竹青片的厚度較大，拉絲成統(tǒng)一規(guī)格的竹席絲時浪費較多；竹黃片到竹筷條的碳轉(zhuǎn)移率最高平均為51.10%，竹黃片到竹簾絲的碳轉(zhuǎn)移率平均為36.38%?？梢娭顸S部分生產(chǎn)竹筷條比生產(chǎn)竹簾絲碳轉(zhuǎn)移率高，因此竹黃片的厚度大于等于6 mm時都加工成竹筷了。

表2 不同規(guī)格竹青和竹黃拉絲材生產(chǎn)的碳轉(zhuǎn)移率Table 2 Carbon transfer ratio of material for bamboo filar products with different specifications

2.1.3 不同規(guī)格竹片的拉絲材生產(chǎn)綜合碳轉(zhuǎn)移率分析 綜合上述2方面的分析可以得到不同竹壁厚度的竹片經(jīng)粗刨成竹青、竹黃后，進一步加工成竹席絲、竹簾絲和竹筷條的比率，即通過計算竹席絲、竹筷條和竹簾絲與相應的竹片質(zhì)量比值，可以得出竹片拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率，結果見表3。從表3中可以看出，拉絲段的不同規(guī)格平均轉(zhuǎn)移到竹席絲的綜合碳轉(zhuǎn)移率為11.89%，轉(zhuǎn)移到竹筷條的綜合碳轉(zhuǎn)移率為27.42%，轉(zhuǎn)移到竹簾絲的綜合碳轉(zhuǎn)移率為17.03%。拉絲材平均綜合碳轉(zhuǎn)移率為34.11%。在不同的竹片規(guī)格中，規(guī)格1的綜合碳轉(zhuǎn)移率最高，達到39.86%，規(guī)格4的綜合碳轉(zhuǎn)移率最低，僅為29.78%。這是由于竹片厚度的不同，所加工成的竹筷條的碳轉(zhuǎn)移率要明顯高于竹簾絲。

表3 不同規(guī)格竹片拉絲材生產(chǎn)綜合碳轉(zhuǎn)移率Table 3 Total carbon transfer ratio of material for bamboo filar products with different specifications

2.2 不同胸徑單株毛竹拉絲材生產(chǎn)的綜合碳轉(zhuǎn)移率

不同胸徑的毛竹由于截取的拉絲段原竹數(shù)量、壁厚大小不同，其最終轉(zhuǎn)移到拉絲材中的碳轉(zhuǎn)移率也有大小。因此，單株毛竹拉絲材生產(chǎn)的綜合碳轉(zhuǎn)移率計量的是不同胸徑單株毛竹所有拉絲段原竹經(jīng)過粗刨開片和拉絲后的拉絲材與所有拉絲段原竹的質(zhì)量比（圖3）。結果表明：不同胸徑毛竹拉絲段原竹用于生產(chǎn)拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率為24.20%～41.83%，平均為32.51%，其擬合方程為y=0.635 6x+26.171，R2=0.104 3，隨著胸徑的增加綜合碳轉(zhuǎn)移率有一定增加，但相關性不明顯。以平均線為基準，將碳轉(zhuǎn)移率上下浮動5%，即yi=y±5%，作2條平行線，來分析碳轉(zhuǎn)移率聚集程度。結果為落在2條平行線之間區(qū)間的有150個點，占總體的86.21%，說明在這個區(qū)間內(nèi)，大部分毛竹拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率聚集在這一區(qū)域。拉絲材綜合碳轉(zhuǎn)移率的大小更多的與竹壁厚度相關，引起的直接因素為規(guī)格1和規(guī)格2的竹黃片拉絲成竹筷條的碳轉(zhuǎn)移率明顯大于規(guī)格3和規(guī)格4的竹黃片拉絲成竹簾絲的碳轉(zhuǎn)移率。

2.3 不同胸徑單株毛竹拉絲材生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率

拉絲段毛竹作為整株毛竹的一部分，只是部分地把竹桿中的碳轉(zhuǎn)移到了拉絲產(chǎn)品中。整株綜合碳移率是衡量不同胸徑的毛竹拉絲段經(jīng)過粗刨和拉絲后的拉絲材占整株竹桿的質(zhì)量比（圖4），結果表明：不同胸徑毛竹拉絲材生產(chǎn)整株綜合碳轉(zhuǎn)移率為9.97%～29.30%，平均為18.09%，擬合方程為y=－0.344 6x+21.589，R2=0.020 2。在此為平均線的基礎上，將轉(zhuǎn)移率y±5%畫2條平行線，其中落在2條平行線之間區(qū)間的有113個點，占總體的64.94%，在此區(qū)間內(nèi)，毛竹拉絲材生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率還是比較分散。從圖4中可以看出：隨胸徑的增加，單株毛竹用于拉絲材的比例逐漸減少，其原因為胸徑大的竹材用于竹板材段和竹拉絲段的數(shù)量均增加，但增加的竹板材段由于竹壁更厚，增加的質(zhì)量也更大些，反而拉絲段所占的質(zhì)量在整株毛株中的比例會下降。一般的一株毛竹第一段都用于加工成毛竹竹板材，第四段用于加工成竹拉絲材，但第二段或第三段加工成竹板材還是竹拉絲材則取決于毛竹的壁厚，相近胸徑的毛竹可能壁厚的不同，所以導致毛竹拉絲材生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率差別較大。因此，碳轉(zhuǎn)移率與胸徑的相關性不明顯。

2.4 不同胸徑單株毛竹拉絲材的碳儲量

毛竹拉絲段經(jīng)粗刨開片，拉絲加工成竹席絲、竹筷條和竹簾絲，將原竹中的碳儲量轉(zhuǎn)移到了拉絲竹產(chǎn)品中。將每株毛竹的拉絲段質(zhì)量乘以Ⅳ度竹桿的干質(zhì)量比0.44和竹桿的含碳率0.541 5［6］，計算出每株毛竹轉(zhuǎn)移到拉絲材的碳儲量。擬合建立不同胸徑單株毛竹拉絲材產(chǎn)品碳儲量模型：y＝0.006 5x2.2362，R2＝0.631 8。從圖5中可以看出隨著胸徑的增加，拉絲材產(chǎn)品的碳儲量隨之增加，碳儲量呈指數(shù)增加。這是因為隨著胸徑的增加，竹壁厚度處于0.50～0.90 cm的拉絲段的原竹段數(shù)也增加，導致最終轉(zhuǎn)移到拉絲材產(chǎn)品中的碳儲量呈指數(shù)增加。

圖3 不同胸徑單株毛竹拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率Figure 3 Relationship of total carbon transfer ratio of bamboo filar products with diameter at breast height

圖4 不同胸徑毛竹拉絲材生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率Figure 4 Relationship between carbon transfer ratio and diameter at breast height

圖5 不同胸徑毛竹拉絲材碳儲量Figure 5 Relationship between carbon storage of material for bamboo filar products and diameter at breast height

3 結論與討論

毛竹拉絲材是僅次于竹板材的重要竹產(chǎn)品系列。研究毛竹竹拉絲產(chǎn)品碳轉(zhuǎn)移特征及碳儲量，有利于全面了解竹產(chǎn)品的碳循環(huán)過程，有利于豐富林產(chǎn)品碳轉(zhuǎn)移特征研究方法，對評價林產(chǎn)品碳儲量在森林碳匯功能方面具有重要價值。

3.1 結論

為了達到碳轉(zhuǎn)移率最大化，根據(jù)毛竹不同的小頭壁厚，將毛竹拉絲段分4種不同規(guī)格加工成竹青片和竹黃片，4種不同規(guī)格竹片的竹青和竹黃的粗刨碳轉(zhuǎn)移率有差異（P＜0.05）。規(guī)格1碳轉(zhuǎn)移率最高為86.68%，第4種規(guī)格最低為80.02%，平均為82.72%。從竹青和竹黃片進一步加工成竹拉絲（竹席絲、竹簾絲、竹筷條）的碳轉(zhuǎn)移率分析，竹黃片到竹筷條的碳轉(zhuǎn)移率最高平均為51.10%，竹黃片到竹簾絲的碳轉(zhuǎn)移率平均為36.38%，竹青片到竹席絲的碳轉(zhuǎn)移率最低平均為35.75%。綜上，不同規(guī)格竹片加工成竹拉絲（竹席絲+竹簾絲或竹席絲+竹筷條）的平均綜合碳轉(zhuǎn)移率為34.11%，其中在不同的竹片規(guī)格中，規(guī)格1的綜合碳轉(zhuǎn)移率最高，達到39.86%，規(guī)格4的綜合碳轉(zhuǎn)移率最低，僅為29.78%。

不同胸徑毛竹拉絲段原竹用于生產(chǎn)拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率為24.20%～41.83%，平均為32.51%；不同胸徑毛竹拉絲材生產(chǎn)整株綜合碳轉(zhuǎn)移率為9.97%～29.30%，平均為18.09%；建立不同胸徑單株毛竹與拉絲材產(chǎn)品碳儲量模型，并擬合得：y＝0.006 5x2.2362，R2＝0.631 8。

3.2 討論

從本研究結果來看，不同胸徑毛竹拉絲段到拉絲材的綜合碳轉(zhuǎn)移率為24.20%～41.83%，平均為32.51%，不同胸徑竹板材段到竹板材的綜合碳轉(zhuǎn)移率為35.0%～39.7%，平均為37.0%［11］，前者的平均值比竹板材碳轉(zhuǎn)移率小，而且波動更大，其原因是不同壁厚的拉絲段生產(chǎn)2種拉絲材，而且厚度大的竹黃片拉絲成竹筷條的碳轉(zhuǎn)移率明顯大于厚度小的竹黃片拉絲成竹簾絲的碳轉(zhuǎn)移率。

研究也表明：不同胸徑的單株毛竹拉絲產(chǎn)品生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率并不高，為9.97%～29.30%，這是因為一方面毛竹最重要和最主要部分通常被加工成竹板材，據(jù)研究不同胸徑單株毛竹竹板材生產(chǎn)的整株綜合碳轉(zhuǎn)移率為10%～35%［11］；另一方面由于竹材圓形中空，根部到頂部逐漸變細的的特殊性，導致加工過程中不可避免的產(chǎn)生大量的廢料，如竹廢條和竹粉等，目前這些廢料可以進一步生產(chǎn)成竹纖維板、竹刨花板和造紙等，這將大大提高毛竹整體的碳轉(zhuǎn)移率。因此，竹材加工利用要重視科學和創(chuàng)新［12］，同時要積極探尋和開發(fā)竹產(chǎn)品生產(chǎn)中廢料的再循環(huán)利用技術，提高竹制品碳轉(zhuǎn)移率。

［1］APPS M J，KURZ W A，BEUKEMA S J，et al.Carbon budget of the Canadian forest product sector［J］.Environ Sci & Policy，1999，2：25－41.

［2］DIAS A C，LOURO M，ARROJA L，et al.The contribution of wood products to carbon sequestration in Portugal［J］.Ann For Sci，2005，62：903－909.

［3］白彥鋒，姜春前，魯?shù)拢?中國木質(zhì)林產(chǎn)品碳儲量變化研究［J］.浙江林學院學報，2007，24（5）：587－592.BAI Yanfeng，JIANG Chunqian，LU De，et al.Carbon stock change of harvested wood products in China［J］.J Zhejiang For Coll，2005，24（5）：587－592.

［4］李正才，傅懋毅，徐德應.竹林生態(tài)系統(tǒng)與大氣二氧化碳減量［J］.竹子研究匯刊，2003，22（4）：1－6.LI Zhengcai，F(xiàn)U Maoyi，XU Deying.Bamboo ecosystem and carbon dioxide sequestration［J］.J Bamboo Res，2003，22（4）：1－6.

［5］周國模，姜培坤.毛竹林的碳密度和碳儲量及其空間分布［J］.林業(yè)科學，2004，40（6）：20－24.ZHOU Guomo，JIANG Peikun.Density storage and spatial distribution of carbon in Phyllostachy pubescens forest［J］.Sci Silv Sin，2004，40（6）：20－24.

［6］周國模.毛竹林生態(tài)系統(tǒng)中碳儲量、固定及其分配與分布的研究［D］.杭州：浙江大學，2006.ZHOU Guomo.Carbon Storage，F(xiàn)ixation and Distribution in Mao Bamboo（Phyllostachys pubescens）Stands Ecosystem［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2006.

［7］肖復明，范少輝，汪思龍，等.湖南會同毛竹林土壤碳循環(huán)特征［J］.林業(yè)科學，2009，45（6）：11－15.XIAO Fuming，F(xiàn)AN Shaohui，WANG Silong，et al.Soil carbon cycle of Phyllostachy edulis plantation in Huitong Region，Hunan Province［J］.Sci Silv Sin，2009，45（6）：11－15.

［8］DU Huaqiang，ZHOU Guomo，F(xiàn)AN Weiliang，et al.Spatial heterogeneity and carbon contribution of aboveground biomass of moso bamboo by using geostatistical theory［J］.Plant Ecol，2010，207：131－139.

［9］張利陽，溫國勝，張汝民，等.毛竹光合生理對氣候變化的短期響應模擬［J］.浙江農(nóng)林大學學報，2011，28（4）：555－561.ZHANG Liyang，WEN Guosheng，ZHANG Rumin，et al.Climate change response using a simulation study of photosynthetic physiology on Phyllostachys pubescens［J］.J Zhejiang A & F Univ，2011，28（4）：555－561.

［10］CHEN Xiangang，ZHANG Xiaoquan，ZHANG Yiping，et al.Changes of carbon stocks in bamboo stands in China during 100 years［J］.For Ecol Manage，2009，258：1489－1496.

［11］顧蕾，沈振明，周宇峰，等.浙江省毛竹竹板材碳轉(zhuǎn)移分析［J］.林業(yè)科學，2012，48（1）：186－190.GU Lei，SHEN Zhenming，ZHOU Yufeng，et al.Analysis of carbon transfer in moso bamboo plank in Zhejiang Province［J］.Sci Silv Sin，2012，48（1）：186－190.

［12］張齊生.我國竹材加工利用要重視科學和創(chuàng)新［J］.浙江林學院學報，2003，20（1）：1－4.ZHANG Qisheng.Attaching importance to science and innovation in the processing and utilization of bambootimber in China［J］.J Zhejiang For Coll，2003，20（1）：1－4.