尾巨桉不同器官热值影响因素研究

韩斐扬，陈少雄，周群英



尾巨桉不同器官热值影响因素研究

韩斐扬1，陈少雄2，周群英2

(1. 广西壮族自治区林业勘测设计院，广西 南宁 530011；2.国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

对广东廉江石岭林场5年生尾巨桉不同器官的燃烧特性因子、物质组成成分和营养元素等指标进行了研究，并做了相关性分析。结果表明：5种器官去灰分热值在18.57 ~ 21.09 kJ·g-1间，排序为叶片>树枝>树根>树干>树皮；去灰分热值和干质量热值、灰分相关显著，和粗纤维、粗蛋白、粗脂肪、全氮都显著相关，尾巨桉不同器官的热值受其物质成分及营养元素的影响。

尾巨桉；热值；影响因素

植物热值反映着植物组织各种生命活动的变化和植物生长状况的差异[1]，是衡量植物体生命活动及组成成分的指标[2]，也是评价植物营养成分及木材的燃烧性能的指标[3-5]。自1934年Long[6]测定了向日葵()不同部位叶片热值后，Golley[7]、Bliss[8]和Olson[9]也进行了相关的能值研究，此后生物个体、种群和群落热值测定普遍开展[7-8,10-11]。我国在这方面的研究起步较晚，开展较早的是杨福囤等[12]于1978年对高寒草甸地区常见植物热值的测定，之后祖元刚等[13]、陈佐忠等[14]、龙瑞军等[15]、刘世荣等[16]、孙雪峰[17]、任海等[18]、李意德等[19]相继开展了各种森林群落的热值研究。

桉树()是我国南方重要的速生商品林树种，也是优良的能源树种。桉树因为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[20]。周群英等[21]、韩斐扬等[22]曾对我国南方常见的几种桉树的热值进行了测定，研究分析了桉树不同林龄和不同器官的热值变化。本文对尾巨桉不同器官的热值变化原因进行进一步研究，试图从影响其变化的内在机理出发，找出影响其变化的物质成分或营养元素，为进一步寻找热值变化的内在因素及更好地开展植物热值的研究提供参考。

1 试验地概况

试验地位于广东省廉江市的国营雷州林业局石岭林场(21°25′ ~ 21°55′N，109°45′ ~ 110°30′E)。属南亚热带季风气候，年平均温度22.9℃，最热月平均气温28℃(7月)，最冷月平均气温14℃(1月)，年平均日照1 884 h。4—9月为雨季，年平均1 600 ~ 1 900 mm。地势平坦，成土母质为浅海沉积物，土层较深，但土壤肥力低下、酸度大。

2 材料和方法

2.1　试验材料

试验林为4.5年生尾巨桉(×)纯林，林分平均树高16.2 m，平均胸径10.4 cm，种植密度为2 500株·hm-2，林分保存率87%，现存密度2 175株·hm-2。采用无性系苗造林，种植穴的规格为50 cm × 50 cm × 40 cm，造林前施复合肥0.5 kg·穴-1，定植后3个月追施复合肥0.5 kg·株-1，此后第2、3年的4月份各追肥1次，肥料为复合肥0.3 kg·株-1+尿素0.2 kg·株-1。林下灌木、草本稀少，主要物种有桃金娘()、马樱丹()、铁芒萁()、五节芒()等。样品采集方法见韩斐扬等[22]的文献。

2.2　热值、物质成分和元素等测定

热值和灰分含量的测定见韩斐扬等[22]的文献，去灰分热值计算方法为：去灰分热值＝干质量热值/(1-灰分含量)；挥发份测定：称取1.000 g样品，放入坩埚中，加盖隔绝空气，在马弗炉中加热到400℃保持10 min，称重样品测定挥发分；固定碳：W固定碳=100%-(WH2O+W灰分+W挥发分)。

粗脂肪：石油醚索氏提取法；粗纤维测定：重量法；木质素测定：采用Foss Fibertech2010系统测定，木质素代指酸性洗涤木质素，标准差由3次独立实验结果计算获得，3次实验结果偏差木质素≤1%；粗蛋白：含量为6.25×N%。

全氮和全磷：纳氏试剂比色法，植物样品经浓H2SO4-H2O2溶液消煮后，用连续流动分析仪AA3测定全氮和全磷含量；植物有机碳(C)测定采用外加热、重铬酸钾容量法。

2.3 统计分析

数据采用Excel图表和SPSS13.0软件对各试验数据进行方差分析、邓肯多重比较、相关性分析。

3 结果与分析

3.1 燃烧特性

由表1可知，尾巨桉5种器官间灰分含量、干质量热值、去灰分热值、挥发份和固定碳等均差异极显著(<0.05)。5种器官灰分含量为0.29% ~ 4.08%，排序为叶片>树皮>树枝>树根>树干；干质量热值为17.94~ 20.23 kJ·g-1，排序为叶片>树根>树枝>树干>树皮；去灰分热值为18.57 ~ 21.09 kJ·g-1，排序为叶片>树枝>树根>树干>树皮；挥发份为72.36% ~ 83.97%，排序为树干>树根>树枝>叶片>树皮；固定碳为15.74% ~ 24.27%，排序为树皮>叶片>树枝>树根>树干。

表1 燃烧特性各指标状况

注：同列数字后不同小写字母表示<0.05，下同。

3.2 主要物质成分

对尾巨桉5种器官主要物质成分指标做方差分析(表2)，结果表明尾巨桉5种器官间粗脂肪、粗纤维、木质素、蛋白质等差异显著(<0.05)。5种器官粗脂肪含量为9.13% ~ 16.30%，以叶片的最高；粗纤维为10.73% ~ 68.47%，排序为树干>树根>树枝>树皮>叶片，且两两间差异极显著；木质素为23.64% ~ 26.01%，排序为树皮>树根>树干>树枝>叶片；粗蛋白含量为4.84% ~ 17.56%，排序为叶片>树枝>树皮>树根>树干。

　　　　　表2 主要物质成分各指标状况　　　　　　　　　　%

3.3 主要元素含量

对尾巨桉5种器官主要元素含量做方差分析(表3)，5种器官全氮和全磷含量差异显著(<0.01)，有机碳差异不显著(>0.05)。5种器官全氮含量为0.77 ~ 2.81 mg·g-1，排序为叶片>树枝>树皮>树根>树干，以叶片最高；全磷含量为0.11 ~ 0.93 mg·g-1，排序为叶片>树皮>树枝>树根>树干；有机碳含量为37.74% ~ 42.18%。

表3 主要元素各指标状况

3.4 相关性分析

对尾巨桉5种器官的燃烧特性、主要物质成分和元素指标做相关性分析，结果见表4，从中可知去灰分热值和灰分含量相关显著，和干质量热值相关极显著，和挥发份、固定碳相关不显著(相关系数分别为-0.568和0.512，>0.05)，说明灰分含量和干质量热值越大，去灰分热值越大；而灰分含量和挥发份、固定碳相关极显著(相关系数分别为-0.986和-0.989，<0.01)。

去灰分热值和粗蛋白、粗纤维相关极显著(相关系数分别为0.772和-0.884，<0.01)，和粗脂肪相关显著(相关系数为0.752，<0.05)，而和木质素相关不显著(相关系数为-0.585，>0.05)，说明粗蛋白和粗脂肪含量越高，去灰分热值越大，粗纤维含量越高，去灰分热值就越小；灰分含量也和粗蛋白、粗纤维相关极显著(相关系数分别为0.972和-0.932，<0.01)，和粗脂肪相关显著(相关系数为0.718，<0.05)。

表4 燃烧特性、主要物质组成成分和元素的相关系数表

注：*表示<0.05，**表示<0.01。

去灰分热值和主要元素各指标的相关性分析中，和全氮相关极显著(相关系数为0.814，<0.01)，和全磷、有机碳相关不显著(相关系数分别为0.537和0.365，>0.05)，说明全氮含量越高，去灰分热值越大；而灰分含量和全氮、全磷相关极显著(相关系数分别为0.983和0.918，<0.01)，和有机碳相关不显著(相关系数为-0.341，>0.05)。

综上所述，去灰分热值除和干质量热值、灰分相关显著外，和粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和全氮都有显著相关。而灰分含量和水分含量、挥发份及固定碳相关显著，和粗脂肪、粗蛋白、粗纤维、全氮和全磷也都相关显著。

4 结论与讨论

植物热值是植物含能产品能量水平的一种度量，反映了绿色植物在光合作用中转化日光能的能力，热值高低体现了植物的能量代谢水平，各种环境因子对植物生长的影响，可以从热值的变化上反映出来，热值是衡量植物体生命活动及组成成分的指标之一，可作为植物生长状况的一个有效指标[2]。植物热值首先受植物种自身生物生态学特征的制约，不同植物种有其本身的遗传特性，具有不同生长发育节律和对环境的同化能力，反映在热值含量也有差异。Whittaker[23]研究认为世界陆生植物的平均去灰分热值为17·79 kJ·g-1。本研究尾巨桉5种器官去灰分热值为18.57 ~ 21.09 kJ·g-1，高于世界陆生植物的平均去灰分热值。

植物不同部位和器官的热值有所不同，对于同种植物来说，以地上部分热值高于地下部分[24-25]为多，叶片的热值高于茎的热值[26]。郭继勋等[27]对羊草草原55种植物热值研究显示，同一植物不同器官的热值存在着差异，各器官的平均热值花19.40 kJ·g-1>茎18.02 kJ·g-1>叶17.89 kJ·g-1>根17.21 kJ·g-1。刘世荣等[16]对落叶松()人工林测定，林光辉等[28]对海莲()、秋茄()两种红树的测定，Ovington等[29]研究欧洲赤松()林的测定均是树根的热值最低。张清海等[30]在对东南滨海沙地主要造林树种的研究中指出，在木麻黄()和厚荚相思()林各组分中，树根干质量热值均最低；湿地松()各组分中，叶片干质量热值最高，果实干质量热值最低。倪穗等[31]对青冈()种群的热值研究表明，青冈各径级器官的热值大小顺序均为：叶片>树枝>树干，并且实生青冈各器官的热值均大于萌生青冈。本研究尾巨桉5种器官去灰分热值排序为叶片>树枝>树根>树干>树皮，与前人的研究结论相符。

植物组分或器官干质量热值的差异主要是受自身组成(所含的营养物质)、结构和功能的影响；其次，还受光照强度、日照长短及土壤类型和植物年龄影响[1]。本研究对尾巨桉5种器官的燃烧特性、主要物质成分和元素各指标的相关性研究结果表明，去灰分热值除了和干质量热值、灰分相关显著外，和粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和全氮均有显著相关。说明植物各器官去灰分热值的不同，与各器官所含粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和营养元素氮的数量有关。各器官粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和营养元素氮的含量分布不均的原因，与营养物质的运输过程关系密切。光合器官合成有机物，沿枝送入茎干中，最后才流入根中。在营养物质的输送过程中，高能产品，如脂类和蛋白质的输送速率要低于低能产品，如碳水化合物；而积累速率却要高于低能产品。因此，高能产品在输送过程中的积累浓度由叶片→树枝→树干→树根逐渐降低，故热值也相应逐渐减小，形成叶片>树枝>树干>树根的顺序[17]。另外，叶片、树枝养分含量高，特别是氮、磷、钾高，热值高；而树干营养元素含量低，故热值较低[31]。

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Study on Factors the Influencing Calorific Value of Component Tissues of

HAN Fei-yang1, CHEN Shao-xiong2, ZHOU Qun-ying2

(1.; 2.,,,)

We studied combustion characteristics, material composition and nutrient elements in different component tissues of 5 years oldat Shiling forest farm in Lianjiang, Guangdong, and examined associations among component tissue characteristics. Ash free calorific values (AFCV) of the 5 different component tissues ranged from 18.57 to 21.09 kJ·g-1, with their rank order by AFCVs being: leaves>branches>roots>stem-wood>bark. AFCV, gross caloric value and ash content were significantly correlated with each other, as were crude fiber, crude protein, crude fat and total nitrogen. AFCV of’s component tissues were found to be associated with their material composition and levels of key nutrient elements.

; caloric values; influence factor

Q947.5

A

韩斐扬(1986— )，男，硕士，工程师，主要从事营造林工程技术研究，E-mail:hfy03-1@163.com.