耐鹽能源樹種竹柳燃燒值的檢測

張 健，李 敏，李玉娟，談 峰，王 瑩(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 如皋 226541)

耐鹽能源樹種竹柳燃燒值的檢測

張 健，李 敏，李玉娟，談 峰，王 瑩(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 如皋 226541)

對2年生竹柳(Salixpp.)莖干的燃燒值進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明：灰分含量為3.28g/100g，碳含量為46.22g/100g，干質(zhì)量熱值為19.295kJ/g，去灰分熱值為19.95kJ/g。綜合各種數(shù)據(jù)可以得出，竹柳屬于中熱值植物，可作為耐鹽能源林的栽培樹種。

竹柳(Salixpp.)；燃燒值；碳含量

我國是能源消耗大國，在石化能源日益耗竭的情況下，開發(fā)替代能源已十分緊迫。生物質(zhì)能源屬于可再生能源，對可再生能源的研究、開發(fā)和利用是當(dāng)前重要的國策。楊柳科(Salicaceae)植物是重要的木質(zhì)能源樹種，柳樹能源林的研究、開發(fā)和大規(guī)模利用以瑞典和北美為先導(dǎo)。21世紀(jì)以來，我國也開始楊柳能源林培育系統(tǒng)研究。但中國人多地少的國情使中國難以有足夠的耕地發(fā)展能源林。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國鹽堿地面積約9913萬公頃[1]，其中江蘇沿海灘涂總面積約68.7萬公頃，約占全國灘涂面積的25%[2]。因此利用廣大的沿海灘涂土地資源種植耐鹽能源樹種發(fā)展生物質(zhì)能源將是一項(xiàng)良好和可行的辦法，同時選擇抗性強(qiáng)、耗水量少、生物量和熱值高的樹種建立生物質(zhì)能源林，對于解決能源和生態(tài)問題具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗(yàn)區(qū)為江蘇沿海灘涂的如東東凌墾區(qū)，濱臨黃海，位于北緯32°19′，東經(jīng)121°24′，屬北亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋的調(diào)節(jié)和季風(fēng)環(huán)流影響，一年中四季分明、光照充足、雨量充沛，年平均氣溫15℃，無霜期近幾年均超過280d。

1.2 樣品的制備

試驗(yàn)材料選自2年生的竹柳(Salixpp.)的莖干，在80℃的恒溫箱內(nèi)烘干至恒定質(zhì)量，將烘干的樣品用高速粉碎機(jī)粉碎、過0.15mm篩之后裝入自封袋以備分析。

1.3 灰分含量、碳含量及熱值的測定

灰分含量的測定采用干灰化法；碳含量的測定采用動態(tài)燃燒法；熱值采用XKRL-2000A型數(shù)顯智能量熱儀進(jìn)行測定。

去灰分熱值=干質(zhì)量熱值/(1-灰分含量(%))

2 結(jié)果

經(jīng)測定，竹柳莖干的灰分含量為3.28g/100g，碳含量為46.22g/100g，干質(zhì)量熱值為19.295kJ/g，去灰分熱值為19.95kJ/g。

3 討論與結(jié)論

(1)灰分是植物體內(nèi)含有的礦物元素氧化物的總和，不同植物及植物的不同組分或器官含量不同[3]。灰分含量的高低與植物吸收的元素量有關(guān)，可指示植物富集元素的作用,也可以反映植物對礦物質(zhì)選擇吸收與積累的特點(diǎn)[4]。王立海等[5]測得東北12種灌木干皮中灰分含量為0.47%～2.55%。林益明等[6]測得幾種紅樹植物木材的灰分含量在2.43%～5.17%之間；蘭傳亮[7]測得不同楊樹無性系莖灰分含量的平均值是1.13%，變幅為0.73%～1.58%。陳振雄等[8]測得南方馬尾松樹干中灰分含量均值為0.36%，樹皮中為1.44%。劉燦等[9]比較了4種楊屬植物的灰分含量，得出4種楊屬植物莖的木質(zhì)灰分含量由高至低順序?yàn)椋汉鷹?俄羅斯楊>銀×新楊>新疆楊，胡楊木質(zhì)各組分中莖的灰分含量最高為1.18%；4種楊屬植物莖的皮灰分含量由高至低順序?yàn)椋恒y×新楊>俄羅斯楊>新疆楊>胡楊，胡楊莖的皮灰分含量最低為6.23%。本研究中竹柳的莖干灰分含量為3.28g/100g ，是莖中木質(zhì)和皮組灰分含量的總和，與上述其他樹種的灰分含量相比，竹柳莖干灰分含量比灌木要高，在紅樹植物所測的范圍內(nèi)；雖比楊屬植物莖干中灰分含量要高，但與楊屬的莖皮中灰分含量相比要低，因?yàn)槠ぶ械幕曳忠雀芍械幕曳趾恳摺?/p>

(2)碳素含量是反映物質(zhì)組分的一個較綜合指標(biāo)。碳濃度的高低決定了植物物質(zhì)中有機(jī)物的總含量，碳濃度越高，表明植物物質(zhì)中有機(jī)物的含量越高，往往決定了植物具有較高的熱值。孫國夫等[10]通過測定水稻葉片碳素含量與熱值隨生育期的變化，發(fā)現(xiàn)葉片碳素含量與熱值之間存在極顯著正相關(guān)。許永榮等[11]對幾種鹽漬土植物的研究表明，植物的干重?zé)嶂蹬c碳含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。王立海等[12]研究了小興安嶺15種主要樹種不同器官的平均碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其從高到低的順序依次為：落葉松、臭冷杉、魚鱗云杉、紅松、黃檗、紫杉、紫椴、山楊、白樺、楓樺、水曲柳、胡桃楸、五角楓、蒙古櫟、春榆。其中針葉樹種平均碳含量普遍高于闊葉樹種,樹干的碳含量在46.30%～47.46%之間。王立海等[5]對12種灌木不同器官的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定結(jié)果為：樹葉43.41%～44.80%，樹枝44.82%～46.05%，干皮45.12%～46.25%。蘭傳亮[7]指出不同楊樹無性系莖碳含量的平均值為52.78%，變幅為49.95～54.46%。由此可以看出，竹柳的莖干中碳含量比灌木要高，但比楊樹要低。

(3)干質(zhì)量熱值是指lg植物干物質(zhì)在恒容條件下完全燃燒后所釋放出的熱量值，它較有機(jī)物質(zhì)量更直接地反映了綠色植物通過光合作用固定太陽輻射能的能力[13]。去灰分熱值是去掉灰分含量后求算的熱值，因?yàn)橹参飿悠返幕曳趾恐苯佑绊懥酥参锔少|(zhì)量熱值。植物熱值既與有機(jī)物含量有關(guān)，也與礦物質(zhì)成分有關(guān)，有機(jī)物含量越高，干質(zhì)量熱值越大，燃燒后的灰分中主要為礦質(zhì)元素，因而灰分含量越高，干質(zhì)量熱值越小。去灰分熱值能比較正確地反映單位有機(jī)物中所含的熱量，消除了灰分對熱值的干擾[14]。江麗媛等[3]研究了不同年齡栓皮櫟的平均干質(zhì)量熱值最小為18.34kJ/g，最大為18.75kJ/g。不同年齡栓皮櫟的平均去灰分熱值最小為19.54kJ/g，最大為19.71kJ/g。王立海等[5]測定了12種灌木不同器官的去灰分熱值為：樹葉20.66～21.90kJ/g，樹枝20.10～21.39kJ/g，干皮19.75～21.0lkJ/g。王立海等[12]測定了小興安嶺的15種主要樹種不同器官的去灰分熱值,結(jié)果為：樹葉20.85～22.85kJ/g，樹枝19.92～21.95kJ/g，樹干19.66～21.98kJ/g，樹皮18.58～21.74kJ/g。林益明等[6]測得幾種紅樹植物木材干重?zé)嶂翟?7.23～19.21kJ/g之間，去灰分熱值在17.71～20.10kJ/g之間；蘭傳亮[7]測得不同楊樹無性系莖干重?zé)嶂灯骄禐?9.03kJ/g，變幅為18.72～19.36kJ/g。各無性系莖去灰分熱值均值為19.24kJ/g，變幅為l8.95～19.65kJ/g。王玉魁等[15]測得西北地區(qū)4種能源樹種沙棘、沙棗、梭梭和沙拐棗最高的熱值為18.94kJ/g。陳美玲等[16]測得4種園林植物美人梅、櫻花、白玉蘭和廣玉蘭的不同組分干質(zhì)量熱值和去灰分熱值在17.02～21.93kJ/g和18.42～22.57kJ/g之間。由此可以看出竹柳相比與其他的樹種，熱值含量是比較高的。

(4)植物的熱值與其所生存的生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。植物不同器官熱值與營養(yǎng)元素特性的研究是揭示不同植物對環(huán)境生態(tài)適應(yīng)性機(jī)制的有效途徑。植物組分或器官熱值的差異不僅與營養(yǎng)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)功能和年齡等自身因素有關(guān)，還受光強(qiáng)、日照長短及土壤理化性質(zhì)等外界因素的影響。因此，在衡量不同植物類群或種類問的熱值高低時不能僅比較某一重要組分(如葉或莖等)。本研究僅對竹柳的莖干進(jìn)行了灰分、碳值及熱值測定，具有片面性，因此有待于對其能量性狀做進(jìn)一步研究。

(5) Whittaker的研究認(rèn)為世界陸生植物的平均去灰分熱值為17.7905kJ/g[17]。美國Bliss等的研究表明，植物界中≤18kJ/g的低熱值植物占11.02%，18.1～20.9kJ/g的中熱值植物占84.7%，而>20.9kJ/g的高熱值植物僅占4.2%，基本呈正態(tài)分布。因此，根據(jù)竹柳所測的熱值可知屬于中熱值植物，將竹柳作為能源林的栽培樹種是可行的。

(6)李洪等[18]對5個柳樹無性系的干質(zhì)量的熱值比較分析表明，除蘇柳799外，蘇柳172、銀芽柳、蒿柳、綿毛柳4個柳樹無性系冬季全株干質(zhì)量熱值均隨著平茬次數(shù)的增加而逐年降低，1年生根的全株熱值最大，其次為2年生根全株、3年生根全株熱值最小。由于能源林利用的生物質(zhì)與其生物量和熱值有關(guān)，因此選擇一個合適的輪伐期還需要結(jié)合種植密度和單位面積生物量進(jìn)行綜合考慮。因此培育竹柳能源林，對于不同輪伐期、不同季節(jié)、不同平茬時間等竹柳的熱值測定也不可缺少的。因而應(yīng)從熱值和經(jīng)營成本角度綜合考慮竹柳能源林的能源利用理想經(jīng)營時期。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.08.011

Q949.733

A

1673-1409(2012)08-S032-03

2012-08-01

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項(xiàng)目(cx (10)126)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計劃項(xiàng)目(BE2011370)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2011384)。

張 健(1974-)，男，江蘇南通人，碩士，副研究員，研究方向?yàn)槟望}林木與彩葉苗木的育種與栽培。