石漠化地區(qū)能源植物能量指標(biāo)的測定

何靜+蘇生+韓永芬

摘要 對貴州省表現(xiàn)優(yōu)良的10種能源植物進(jìn)行了纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和熱值的測定。結(jié)果表明，纖維素含量莖葉混合物>葉，同時熱值高的能源植物為斑茅、紫色象草、象草、皇竹草、柳枝稷；從木質(zhì)素含量看，香根草作為纖維素能源植物具有一定的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 能源植物；能量指標(biāo)；測定；石漠化地區(qū)

中圖分類號 S216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）09-0253-01

我國能源植物種植資源豐富，貴州省地處典型的喀斯特地貌區(qū)，是世界喀斯特地貌最復(fù)雜、類型最齊全、分布面積最大且石漠化面積最大、災(zāi)害最嚴(yán)重的省份。針對石漠化地區(qū)能源植物資源豐富但開發(fā)利用較少、石漠化程度較嚴(yán)重等問題，在全省范圍內(nèi)收集并保存能源植物資源，對非洲狗尾草、香茅草、象草、皇竹草、紫色象草、香根草、五節(jié)芒、斑茅、柳枝稷、青貯玉米10 種植物的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及熱值的含量進(jìn)行了測定，旨在為石漠化地區(qū)利用和開發(fā)能源植物提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地選在貴州省草業(yè)研究所獨山試驗基地。該試驗地位于東經(jīng)107°33′、北緯25°30′，海拔970 m，≥10 ℃積溫4 538 ℃，年均溫15 ℃，極端低溫-8 ℃，極端高溫34 ℃，年降水量1 346.7 mm，大多數(shù)集中在5—8月，無霜期272 d，年日照時數(shù)1 336.7 h，空氣相對濕度82%，雨熱同季，干濕季節(jié)明顯。土壤為黃棕壤土，pH值6.6、有機(jī)質(zhì)2.25%、全氮 0.161%、水解氮68.42 mg/kg、有效磷30.45 mg/kg、速效鉀50 mg/kg，土壤總體肥力水平為中等。

1.2 試驗材料

選擇在貴州省表現(xiàn)優(yōu)良的能源植物資源作為供試材料，分別為非洲狗尾草（Setaria grass）、香茅草（Cymbopogon citr-atus）、象草[Pennisetum purpureum（L.）Schum.]、皇竹草（Penn-isetum sinese Roxb）、紫色象草（Pennisetum purpureum schumab.cv.Red）、香根草（Vetiveria zizanioides L.）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulu）、斑茅（Sacchamm arundinaceum）、柳枝稷（Panicum virgatum）、青貯玉米（Zea mays）。以上材料均來自貴州省草業(yè)研究所獨山試驗基地能源草資源圃，均選擇成熟植株。

1.3 測定內(nèi)容

各樣品于65 ℃干燥至恒重，然后用粉碎機(jī)粉碎，再過30目分樣篩。測定纖維素含量、半纖維素含量、木質(zhì)素含量和熱值。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維素與半纖維素含量

多年生草本纖維素作物是生態(tài)功能良好和生產(chǎn)成本低的能源作物類型。由表1、2可知，供試的能源植物從纖維素、半纖維素含量來看，同一物種表現(xiàn)為莖葉混合物>葉；葉片纖維素含量由高到低依次為斑茅>皇竹草>五節(jié)芒>象草>紫色象草>非洲狗尾草>柳枝稷；莖葉混合物纖維素含量由高到低依次為象草>斑茅>皇竹草>紫色象草>柳枝稷>青貯玉米。綜合說明能源草纖維素含量較高的為象草、斑茅、皇竹草、紫色象草和柳枝稷[1-2]。

2.2 木質(zhì)素含量

供試的能源植物，從木質(zhì)素含量來看，同一物種表現(xiàn)為莖葉混合物>葉；葉片木質(zhì)素含量由低到高依次為非洲狗尾草<五節(jié)芒<香茅草<香根草<青貯玉米；莖葉混合物木質(zhì)素含量由低到高依次為香根草<非洲狗尾草<五節(jié)芒<青貯玉米<皇竹草。結(jié)果表明在能源植物中香根草的木質(zhì)素含量相對較低[3-4]。

2.3 熱值

供試的能源植物熱值均較高，莖葉混合物的熱值均在12 MJ/kg以上。從熱值來看，同一物種表現(xiàn)為莖葉混合物>葉；葉片熱值由高到低依次為斑茅>紫色象草>象草>皇竹草>柳枝稷；莖葉混合物熱值由高到低也是如此。

3 結(jié)論

能源植物均為禾本科多年生草本C4植物，具有較高的光合能力和較快的生長速率，在種植生長過程中對肥料要求都比較低、很少需用除草劑和殺蟲劑等，都能夠適應(yīng)惡劣的邊際性土壤種植環(huán)境[4-7]。纖維素、半纖維素含量同一物種表現(xiàn)為莖葉混合物>葉，熱值也如此。從試驗結(jié)果篩選出纖維素含量高、同時熱值高的能源植物材料為斑茅、紫色象草、象草、皇竹草、柳枝稷。這5種能源植物在貴州省表現(xiàn)好，具有較高的能源價值，纖維素含量高，燃燒熱值高，可用于生物質(zhì)發(fā)電、沼氣工程，可制成“生物質(zhì)煤”直接作為環(huán)保燃料使用，或在制成“生物質(zhì)煤”的基礎(chǔ)上，利用干餾技術(shù)制成“人工植物生物質(zhì)木炭”，還可以通過發(fā)酵或化學(xué)熱解等方法制成甲醇、乙醇、生物柴油等清潔液體燃料[1，8]。

已有研究結(jié)果表明，植物細(xì)胞壁所含的木質(zhì)素能夠抵抗自然界中多數(shù)微生物的有效降解，它和半纖維素組分交織在一起，緊密包裹著纖維素的多糖部分，導(dǎo)致木質(zhì)素預(yù)處理過程復(fù)雜且耗能；同時木質(zhì)素還會對纖維素酶的水解活性產(chǎn)生致鈍作用。因此，降低木質(zhì)素含量或改變其組分，將有利于能源植物資源的充分利用[2]。從木質(zhì)素含量看，香根草作為纖維素能源植物具有一定的優(yōu)勢。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 姚娜，賴志強(qiáng)，易顯鳳，等，象草多功能應(yīng)用進(jìn)展[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，43（3）：151-153.

[2] FU C X，MIELENZ J R，XIAO X R，et al.Genetic manipulation of lignin reduces recalcitrance and improves ethanol production from switchgrass[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2011，108：3803-3808.

[3] 易顯鳳，賴志強(qiáng)，姚娜，等.能源用草本植物篩選區(qū)域性試驗研究[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2013（5）：5-7.

[4] 周強(qiáng)，於丙軍. 潛在木質(zhì)纖維素能源植物香根草的初步研究[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報，2012（1）：98-103.

[5] 徐大偉，韓永芬，盧欣石，等.貴州地區(qū)不同秋眠級苜蓿品種根系發(fā)育能力研究[J].草業(yè)學(xué)報，2012（1）：18-23.

[6] 徐大偉，姚春艷，莫本田，等.不同秋眠級苜蓿品種在貴州的適應(yīng)性研究[J].草地學(xué)報，2011（2）：242-246.

[7] 吳靜，吳佳海，吳紅艷，等.長順縣種草治理石漠化成效[J].農(nóng)技服務(wù)，2015（9）：184.

[8] 蘇生，韓永芬，孟軍江，等.黔育1號菊苣在貴州的區(qū)域性試驗初報[J].種子，2014（7）：115-117.