桉树、厚荚相思和马占相思树种热值比较分析

王 娜，孙墨珑，王立海

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040)

桉树 (Eucalyptus)是我国南方最重要的速生商品林树种，也是优良的能源树种。其抗旱能力、耐贫瘠能力、抗盐碱、耐水浸、抗风和耐寒性都很强，适应性广，且具有高效的光合作用机制，因此其人工林是世界上生长最快、生物量最大的一种人工林生态体系［1］。马占相思 (Acacia mangium)与厚荚相思 (Acacia crassicarpa)均属于相思属树种，是含羞草科金合欢属常绿高大乔木，原产澳大利亚昆士兰沿海，以及巴布亚新几内亚等地，中国在20世纪70～80年代将它们引种于我国广东和广西省。由于其具有适应性广，病虫害少，出材率高，速生丰产，用途广泛，并具改土固氮等优点，近年来，在南方短周期人工林建设中得了迅速的发展，并产生了显著的生态效益和经济效益［2－4］。

我国林业科学研究者在对上述树种的树木生理、森林生态、种源试验、引种栽培、营养繁殖育苗、造林、木材加工及性质等方面进行了大量的研究。但对于其在能源利用方面及燃烧特性等方面的研究还较少。在当今世界性能源紧张、石油日渐稀少、环境污染严重、生态不平衡加剧的情况下，不断开发使用生物质能源的优势越发凸显出来。木质能源以其能量密度相对较高、环境污染小、便于就地利用等优点已成为人类可以依靠的重要能源。有效地利用木质燃料来解决我国煤炭、石油等石化能源资源的短缺具有重要意义。而发热量是木质燃料的重要参数之一，因此，本文以桉树、马占相思和厚荚相思三个南方常见的速生树木为样本，对其发热量进行测定，以期为其热值研究方面提供一定的参考，从而更好地发挥其能源利用方面的价值。

1 试验材料

试验样本选自广西省北海市合浦县。合浦县地处于东经108°50'45″～109°47'28″、北纬 21°26'～21°55'34″之间的过渡热带沿海平原地区，土壤土质由砂质粘土、砂砾构成，地层结构稳定，承压能力强，是典型的季风海洋性气候，多年平均气温22.4℃，年均降水量1 800mm，年均日照时数1 921h，极端最高气温约38℃，极端最低气温－0.8℃，全县无霜期平均每年350d，光照充足，雨量充沛，一年四季均可耕种，在发展南亚热带作物方面具有优越的自然条件。全县有林面积64 938.3hm2，其中桉树类39 123.3hm2，速生桉树26 600hm2，该县的周边地区亦大量种植相思类树种。

在该地区取桉树、厚荚相思和马占相思各树种的树干、树枝和树叶备试验用。将树干试样的树皮与木质部分离，得到树皮试件。再将树干木质部的心、边材分离开并挑选边材靠外侧及心材靠近内侧的木质分别作为心、边材试件。去除树叶上的灰尘杂质，形成树叶试件。连同树枝，试样共计15种。

2 试验方法

分别将树皮试件、心材试件和边材试件切成火柴棒大小，放在实验室中自然干燥30d;然后将所有试件利用FZ102型微型植物粉碎机进行粉碎;最后将试样放进101－1A型电热鼓风干燥箱内进行干燥，温度设定为 (105±5)℃。连续干燥2h后，每隔10min从干燥箱内取出试样称重，当其前后之差不超过0.1g时视为干燥充分，此时干燥箱内的试样可以直接用来试验。因为样本中包含桉树等吸水性较强的树种，为了尽量减小误差，在试验进行中每次取出足够一次试验用的试样后，即将其放回干燥箱内以待下次使用。

发热量采用YX-ZR金鹰自动量热仪测定，每一个试验用样进行不少于2次的测定，取极差小于150J/g的2次数据的平均值作为试验数据［5］。

3 结果与分析

此次试验得出的试验结果见表1。

由表1可见，本次试验中，三个树种各部位的热值大小顺序由高到低依次为树叶、树枝、树干边材、树干心材和树皮，此结果与相同气候带一般植物体器官热值的大小规律相一致［6］。

表1 各树种不同部位发热量 MJ/kgTab.1 Caloric value of different parts of each tree species

植物体不同器官间热值存在差异，其大小主要受器官内含有的有机成分的影响。木材的不同成分，其高位发热量各不相同。其中，纤维素、半纤维素约为17 238kJ/kg，木素为26 656kJ/kg，树脂为38 074［7］，故对植物热值影响最大的因子是树脂，其次为木素，纤维素等。由于植物热值的高低受植物对太阳能的转化效率的影响［5］，从植物解剖学和植物生理学角度看，叶是植物体生理活动最活跃的器官，能合成高能有机物，含有较多的高能化合物如蛋白质和脂肪等物质，因此，叶的干重热值一般较高。而树干、树枝为支持器官，其内含有树脂等高能化合物较少，故其热值相对于树叶来说较低［7］，但其木素、纤维素等含量较高，热值相对于树皮来说较高。由于树木的热值还与营养物质的输送过程密切相关，树木进行光和作用合成的有机物，沿枝输送进树干中。在营养物质传送的过程中，脂类和蛋白质等高能化合物的输送速率要低于碳水化合物等低能光和产物，但其各自的积累速率却正好相反。因此，高能化合物在输送过程中的积累浓度由叶、枝、干逐渐降低，所以树枝的发热量高于树干。有机物的积累还在木材密度的变化上体现出来，一般情况下，树干心材的密度应高于树干边材的密度，且由于心材比边材含有更多的树脂［8］，因此树干心材的发热量应高于树干边材的发热量，本文研究却有相反的结果，这与采样选取树种的树龄有关系，本次取样的各树种均为幼树，心材的转化还不完全，在转化过程中单宁树脂等未得以完全沉积于心材处所致［9－10］。树皮主要的功能是保护木质部和与外界进行水分交换等，其有机物含量较少，有一定的能量损失，因此其热值最低。但是马占相思的树皮热值仅低于树叶的热值，较其他部位相比都高，这是由于马占相思树皮是一种优良的栲胶原料，其绝干树皮内有机物质单宁的含量高达36.75%所致。

桉树、厚荚相思和马占相思三树种各自的平均发热量依次为 19.7815 kJ/g、20.6395 kJ/g和20.978 kJ/g。其三者的平均热值都高于我国南亚热带的平均植物热值19.42kJ/g［5］。说明此三个树种燃烧都能产生较高的热量，在薪材利用方面均比较有优势。三者相比较，发热量由高到低依次为马占相思、厚荚相思和桉树，故对于此三个树种作为薪材来讲，仅从热值方面考虑，同等条件下可优先选择马占相思树种。但对于纸浆材来说，由于所选树种应从热值、年收获量考虑，故4a就可以收获的桉树更适合作纸浆材。

4 结论

(1)桉树、厚荚相思和马占相思三树种燃烧的平均热值分别为 19.782kJ/g，20.640kJ/g和20.978kJ/g。

(2)桉树、厚荚相思和马占相思三树种各器官部分的发热量由高到低的顺序大致为树叶、树枝、树干边材、树干心材和树皮。其中，马占相思的树皮发热量界于树叶与树枝之间，这是因为其树皮内含有有机物质单宁的成分较高得缘故。

(3)桉树、厚荚相思和马占相思三种南方常见速生树种其发热量由高到低依次为马占相思、厚荚相思和桉树。此三个树种应用于薪材方面，可优先考虑马占相思树种;应用于纸浆材方面，应侧重考虑桉树。

［1］陈少雄，刘杰锋，孙正军，等.桉树生物质能源的优势、现状和潜力［J］.生物质化学工程，2006，27(S1):119 －128.

［2］陈丛瑾，胡华宇，覃宇奔，等.马占相思与厚荚相思树皮抽提物的比较研究［J］.经济林研究，2005(2):13 －16.

［3］秦武明，唐继新，苏有文，等.厚荚相思人工林综合效益评价［J］.安徽农业科学，2008，36(14):5888 －5890.

［4］唐继新.马占相思人工林生长特性及综合效益评价［D］.广西南宁:广西大学.

［5］孟 春，王立海，游祥飞.人工林樟子松发热量与碳氢含量的关系分析［J］.森林工程，2008，24(4):11 －15.

［6］官丽莉，周小勇，罗 艳.我国植物热值研究综述［J］.生态学杂志，2005，24(4):452 －457.

［7］孙 军，邹 玲.木质燃料发热量的研究［J］.可再生能源，2003，(6):10 －11.

［8］李 坚，葛明裕.木材科学研究［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［9］章文杰.江城县薪炭林造林树种选择［J］.林业调查规划，2004，29(S1):211－214.

［10］杨 磊，孙 强，王 化，等.林源活性物质提取生产中固形剩余物的热鲜利用［J］.森林工程，2009，25(2):5 －8.