六種竹材灰分及二氧化硅含量分析

何　蕊　邱　堅(jiān)　羅　蓓

(西南林業(yè)大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院 昆明 650224)

?

六種竹材灰分及二氧化硅含量分析

何蕊邱堅(jiān)羅蓓

(西南林業(yè)大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院 昆明 650224)

以3年生勃氏甜龍竹、龍竹、麻竹、泰竹、小葉龍竹與黃皮綠筋竹的竹葉與竹稈為研究對(duì)象，分析了6個(gè)竹種竹稈及竹葉中的灰分含量及二氧化硅含量。結(jié)果表明：6種竹材間無(wú)論是竹葉還是竹稈，其灰分含量及二氧化硅含量均存在明顯差異，其原因可能為竹種及生長(zhǎng)環(huán)境的差異所致；同一竹種竹葉中的灰分含量和二氧化硅含量大于竹稈中的含量；竹稈不同部位二氧化硅含量表現(xiàn)為自頂部至基部逐漸減小的變化趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：勃氏甜龍竹；龍竹；麻竹；泰竹；小葉龍竹；黃皮綠筋竹；竹稈；竹葉；灰分；二氧化硅

硅(Si)廣泛存在于植物體內(nèi)，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有促進(jìn)作用，是禾本科植物的必需元素[1]。硅以可溶性單硅酸形式[H4SiO4或Si(OH)4]被植物從土壤中吸收，并以無(wú)定形硅形態(tài)(SiO2· nH2O)沉淀在植物體內(nèi)，形成的生物硅稱作植硅體[2-3]。以這種形式存在的硅，占植物體內(nèi)硅總量的90%以上[4]。有研究認(rèn)為，竹材的硬度和強(qiáng)度可部分歸因于纖維結(jié)構(gòu)中的硅。研究竹材中的硅一方面有助于了解竹材中的植硅體分布、硅含量，進(jìn)而了解竹材的生物礦化機(jī)理；另一方面，有研究學(xué)者提出，竹材中植硅體在形成的過(guò)程中封存了一部分有機(jī)碳(1%～6%)，亦即植硅體封存的有機(jī)碳，研究竹材中二氧化硅含量可以為竹類植物植硅體碳封存速率的估算提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用竹材的采集和試材鋸制，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采集于云南省玉溪市新平縣竹園。竹種包括勃氏甜龍竹、龍竹、麻竹、泰竹、小葉龍竹與黃皮綠筋竹共6個(gè)竹種，取各竹種3年生成熟材的竹葉與竹稈，每個(gè)竹種分基部、中部、頂部分別取材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

竹稈在常溫下自然風(fēng)干，用粉碎機(jī)粉碎成屑，過(guò)40目篩，不同樣品分裝在封口袋中。將竹葉用清水洗凈后自然風(fēng)干，用粉碎機(jī)粉碎成粉。

1.2.2 坩堝處理

把實(shí)驗(yàn)用坩堝進(jìn)行數(shù)字標(biāo)記，之后用烘箱烘干坩堝4 h，溫度設(shè)定為105 ℃，每經(jīng)過(guò)1 h，都將坩堝取出置于干燥皿中冷卻0.5 h后用電子天平稱重并記錄，直到前后誤差小于0.000 2 g結(jié)束，此時(shí)坩堝為絕干，記錄各個(gè)坩堝的絕干質(zhì)量。

1.2.3 含水率測(cè)定

取竹粉置于錫紙碟中，稱其質(zhì)量，記為m1；然后按上述處理坩堝的干燥方式，記錄每一次的質(zhì)量，直到前后誤差小于0.000 2 g，此時(shí)的質(zhì)量記為m2。通過(guò)公式(1)計(jì)算竹種的含水率(W)。每個(gè)樣本做3組平行樣，取其平均值。

W=(m1-m2)/m2×100%

(1)

式(1)中：m1為竹材干燥前質(zhì)量，g；m2為竹材絕干質(zhì)量，g。

1.2.4 灰分含量測(cè)定

分別精確稱取3 g(精確至0.000 1 g)樣本放入恒重的坩堝中，然后放入萬(wàn)用電子爐中燃燒使其炭化。其后將坩堝移入馬弗爐中，在溫度575 ± 25 ℃下灼燒至灰渣中無(wú)黑色炭素并恒重為止?；曳趾坑?jì)算依據(jù)公式(2)。

X=G/[G1(100-W)] ×100%

(2)

式(2)中：X為灰分含量，%；G為灰渣質(zhì)量，g；G1為風(fēng)干試樣質(zhì)量，g；W為試樣含水率，%。

1.2.5 硅含量的測(cè)定

在裝有灰分的坩堝中緩慢加入一定量的濃鹽酸，至殘?jiān)咳芙夂笤俣嗉?～2 mL，在沸水浴上蒸干；再加入濃鹽酸至殘?jiān)鼭?rùn)濕，再蒸干；而后將坩堝移入烘箱，在105～110 ℃烘干1 h后，取出冷卻；加入濃鹽酸至殘?jiān)繚?rùn)濕，再加入熱水以溶解殘?jiān)?，并將其移?50 mL燒杯中；加沸水至溶液總量為100 mL，煮沸，濾紙過(guò)濾，將殘?jiān)B同濾紙移入已恒重的坩堝中，烘箱烘干，馬弗爐灼燒至恒重，所增加的質(zhì)量即為二氧化硅的質(zhì)量(M)。二氧化硅含量的計(jì)算如公式3。

M=(G1-G)/ [G2×(100-W)]×100%

(3)

式(3)中：G為坩堝質(zhì)量+濾紙灰分，g；G1為含有二氧化硅的坩堝質(zhì)量，g；G2為風(fēng)干試樣質(zhì)量，g；W為試樣含水率，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同竹種竹葉中的灰分和二氧化硅含量

各竹種竹葉中的灰分和二氧化硅含量分析結(jié)果見圖1。由圖1可知，竹葉中的灰分和二氧化硅含量在6個(gè)竹種間存在很大差異，其中麻竹含量最高，黃皮綠筋竹含量最少；就各竹種的灰分含量與二氧化硅含量而言，各竹種間表現(xiàn)出一致的規(guī)律，即竹葉中灰分含量高則對(duì)應(yīng)的二氧化硅含量也高。

2.2 不同竹種竹稈中的灰分和二氧化硅含量

各竹種竹稈中的灰分含量和二氧化硅含量分析結(jié)果見圖2和圖3?？梢钥闯?，竹稈中灰分與二氧化硅含量存在差異，其中泰竹含量最高，黃皮綠筋竹總體含量較低。這是因?yàn)橹参锏亩趸韬渴芏喾N因素影響，試驗(yàn)的6個(gè)竹種雖然都采自云南玉溪市新平縣竹園，但竹種生長(zhǎng)的海拔與坡向不同，導(dǎo)致土壤的含水率、酸堿度與環(huán)境小氣候也不同，加之竹種之間的差異，從而導(dǎo)致灰分含量與二氧化硅含量不同。

2.3 竹葉與竹稈中的灰分和二氧化硅含量差異

對(duì)比竹葉和竹稈中的灰分和二氧化硅含量可以發(fā)現(xiàn)(表1)，各竹種竹葉中的灰分和二氧化硅含量均遠(yuǎn)高于相應(yīng)竹稈中灰分和二氧化硅含量。這是因?yàn)楣杷狍w在禾本科植物中主要沉積在硅質(zhì)細(xì)胞中，而硅質(zhì)細(xì)胞只存在于植物表皮中，植物葉片上表皮和下表皮中均存在大量的硅酸體竹子葉表皮占整個(gè)葉子的比例大，因而竹葉中灰分和二氧化硅的含量大于竹稈的另外竹葉的蒸騰作用強(qiáng)于竹稈，從而能積累更多的二氧化硅。

圖1　各竹種竹葉中的灰分和二氧化硅含量

圖2　各竹種竹稈中不同部位的灰分含量

圖3　各竹種竹稈中不同部位的二氧化硅含量

同一竹種竹稈不同部位的灰分含量變化趨勢(shì)不明顯，因?yàn)樵诨曳掷锍斯枰酝?，還有鈣、鉀等其他元素，不同竹種之間對(duì)不同元素的吸收程度有所不同，因此灰分含量在縱向上的規(guī)律不明顯。竹稈不同部位的二氧化硅含量變化一般呈自頂部至基部逐漸減少的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)橹衿鞴賹?duì)硅的積累量主要與生物量和生物屏障等生理作用有關(guān)[5]，遵循“末端分布律”[6-7]。由于植物的蒸騰作用，導(dǎo)致在頂部對(duì)硅的積累多余底部。另外，頂部竹稈直徑小于基部，竹稈表皮的表面積比例大于基部表面積比例，而硅酸體只存在于表皮的硅質(zhì)細(xì)胞中，竹稈內(nèi)部無(wú)硅酸體沉積。

3 小結(jié)

6種竹材中灰分含量及二氧化硅含量因物種基因和生長(zhǎng)環(huán)境不同而差異顯著。勃氏甜龍竹、龍竹、麻竹、泰竹、小葉龍竹和黃皮綠筋竹竹稈中的二氧化硅含量分別為0.007 6%、0.005 4%、0.011 3%、0.030 2%、0.038 3%和0.009 9%。同一竹種竹葉中的灰分含量和二氧化硅含量大于竹稈中的含量；竹稈不同部位二氧化硅含量自頂部至基部呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，遵循“末端分布律”。

[1]刑雪榮, 張蕾. 植物的硅素營(yíng)養(yǎng)研究綜述[J]. 植物學(xué)通報(bào), 1998, 15(2): 33-41.

[2]夏石頭, 蕭浪濤, 彭克勤. 高等植物中硅元素的生理效應(yīng)及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 植物生理學(xué)通訊, 2001, 37(4): 356-360.

[3]王慧, 馬振民, 代力民. 森林生態(tài)系統(tǒng)硅素循環(huán)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(7): 3010-3017.

[4]王永吉, 呂厚遠(yuǎn). 植物硅酸體研究及應(yīng)用[M]. 北京: 海洋出版社, 1993.

[5]Conley D J. Terrestrial ecosystems and the global biogeochemical silica cycle[J]. Glob Biogeochem Cycles, 2002, 16(4): 1121-1129.

[6]白淑琴, 阿木日沙那, 那仁高娃, 等. 水稻中硅元素的分布及存在狀態(tài)[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 444-449.

[7]黃張婷, 姜培坤, 宋照亮, 等. 不同竹齡雷竹中硅及其他營(yíng)養(yǎng)元素吸收和積累特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(5): 1347-1353.

Analysis of Ash and Silica Content of Six Bamboo Species

He RuiQiu JianLuo Bei

(College of Art, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan， China)

This paper analyzed the ash and silica content in leaves and culms of six 3-year-old bamboo species,i.e.,Dendrocalamusbrandisii,D.giganteus,D.latiflorus,Thyrsostachyssiamensis,D.barbatus,Phyllostachyssulphurea(Carr.) A. et C. Riv. cv. Robert Young. The results showed that ash content and silica content among the six species had significant difference whether in leaves or in culms, which may be due to the difference in the species and growing environment. For the same species, the ash and silica contents in leaves were higher than those in culms. The silica content in different parts of a culm presented the decreasing trend from the top to the base.

Dendrocalamusbrandisii,D.giganteus,D.latiflorus,D.barbatus,Thyrsostachyssiamensis,Phyllostachyssulphurea(Carr.) A. et C. Riv. cv. Robert Young, bamboo leave, bamboo culm, ash, silicon dioxide

2014國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：31460169)；云南省生物學(xué)優(yōu)勢(shì)特色重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào)：50097505)；云南省高校林下生物

何蕊(1982-)，女，博士在讀，講師，研究方向?yàn)橹癫牟男?，竹制品設(shè)計(jì)。E-mail: 34534692@qq.com。

邱堅(jiān)(1965-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)槟静目茖W(xué)。

10.13640/j.cnki.wbr.2016.04.001

資源保護(hù)及利用科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(編號(hào)：51400605)。