不同種源三年桐種子能源品質(zhì)比較

吳文景，梅輝堅(jiān)，王兆勇，馬祥慶，吳鵬飛

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.撫州市林業(yè)局森林資源監(jiān)測中心，江西 撫州 344000； 3.福州市不動產(chǎn)登記和交易中心，福建 福州 350002)

三年桐(Verniciafordii)又名油桐或光桐，屬大戟科，主要分布于長江流域，福建、江西和浙江等省均有栽培[1]，是我國南方重要木本油料樹種。其種仁含油率高達(dá)52%～65%，且所提煉的桐油是最優(yōu)質(zhì)的干性油，各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到我國生物柴油理化特性標(biāo)準(zhǔn)[2-3]，具清潔、高效和安全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于生物柴油的生產(chǎn)[2]。在面臨能源危機(jī)的今天，因地制宜地利用植物油加工成代用燃料油已成目前國際上開發(fā)新能源的重要趨勢[3]。研究表明，不同種源三年桐在群體間和群體內(nèi)存在極其豐富的變異[4]。歐陽準(zhǔn)等[5]研究發(fā)現(xiàn)，福建引種浙江的8個三年桐優(yōu)良家系經(jīng)濟(jì)性狀有所差異，其中以浙林08號和浙林02號的抗逆和豐產(chǎn)性能較佳。武華衛(wèi)等[4]研究發(fā)現(xiàn)，14個種源的三年桐種實(shí)性狀存在不同程度的差異，以萬山和秀山群體為佳?？梢姡捎谖覈晖┓植紖^(qū)域較廣且優(yōu)劣混雜，經(jīng)過長期的自然選擇和物種進(jìn)化，易出現(xiàn)種質(zhì)分化的現(xiàn)象[6]，這為三年桐的良種選育研究提供了試材[7]。然而，目前對于其種源選擇和評價等方面研究較少[8]，且大部分學(xué)者較多考慮其質(zhì)量和產(chǎn)油率，忽略油脂品質(zhì)的差異，無法全面對能源品質(zhì)進(jìn)行綜合評價[9]。

鑒于此，本文選擇福建南平、永春、尤溪和江西九江、河南崇縣等5個地區(qū)采集的三年桐種子為研究對象，綜合比較其種子形態(tài)、質(zhì)量及油脂特性，從產(chǎn)油能力和油脂品質(zhì)進(jìn)行綜合考慮，利用隸屬函數(shù)法結(jié)合權(quán)重對不同種源三年桐種子能源品質(zhì)進(jìn)行評價，以期篩選出產(chǎn)油量與油脂特性皆優(yōu)良的種源，為今后三年桐的良種選育和引種栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2010年11月從福建南平、尤溪、永春和江西九江、河南崇縣等地區(qū)(表1)自然散生的成熟健壯三年桐母株上采集種子，分別選出成熟、飽滿的種子供室內(nèi)研究[10]。

表1 不同種源地三年桐分布區(qū)基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 種子形態(tài)及質(zhì)量測定 分別隨機(jī)選取不同種源三年桐當(dāng)年采集的種子100粒，進(jìn)行百粒重測定，重復(fù)3次。用游標(biāo)卡尺(精度為0.02 mm)測定種子形態(tài)，以種子最長、最寬處長度作為長、寬，以種臍上頂點(diǎn)到其垂直種面最大距離為厚[11]。

1.2.2 種子含油率及油脂特性測定 將當(dāng)年采集的三年桐種子置85 ℃烘箱內(nèi)烘干后粉碎，采用索式提取法測定含油率[12]。將無水乙醇(分析純)加入不同種源三年桐提取的原料油中，利用NaOH催化劑制備出生物柴油后，分別利用ST2540-1密度測定器、ST2433-2灰分測定器、ST2433-2硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定器、ST260-2水分測定器、ST264-1酸值測定器、ST265-2運(yùn)動黏度測定器測定生物柴油的密度、灰分、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分、酸值、運(yùn)動黏度等油脂品質(zhì)指標(biāo)[13]。

1.2.3 種子能源品質(zhì)綜合評價 選擇種子形態(tài)、百粒重、含油率、油脂品質(zhì)等指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)法結(jié)合權(quán)重對不同種源三年桐的能源品質(zhì)進(jìn)行全面評價[14]。隸屬函數(shù)公式為μ(Xab)=(Xab-Xbmin)/(Xbmax-Xbmin)，式中：μ(Xab)為a種源b指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xa為a種源b指標(biāo)的值；Xbmax為各種源b指標(biāo)值中的最大值；Xbmin為該指標(biāo)中的最小值。若與能源品質(zhì)評價呈負(fù)相關(guān)(即不良指標(biāo))，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式為μ(Xab) =1-(Xab-Xbmin)/(Xbmax-Xbmin)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，利用Origin 9.1作圖；研究結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源三年桐種子形態(tài)特征的差異

不同種源三年桐種子形態(tài)特征之間存在顯著差異(圖1)。福建南平三年桐種子百粒重較大，單粒平均質(zhì)量達(dá)1.62 g，與福建尤溪相接近，顯著大于其余3個種源(P<0.05)；江西九江、河南崇縣三年桐種子百粒重較輕，單粒平均質(zhì)量僅為1.02、1.22 g，顯著小于其它3個種源(P<0.05)；且其種子長度、寬度和厚度均較小。可見，福建南平、尤溪和永春三年桐種子個體較大且飽滿，而江西九江和河南崇縣種子個體則較小。

*：圖中不同小寫字母為同一測定指標(biāo)在三年桐不同種源之間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。圖1 不同種源三年桐種子形態(tài)與質(zhì)量特征的比較

2.2 不同種源三年桐種子油脂提取率及其生物材料油脂特性的差異

由表2可知，以無水乙醇作為提取劑，福建南平三年桐種子油脂提取率最低(50.76%)，顯著小于其它4個種源(P<0.05)；而福建永春與福建尤溪無顯著差異，但顯著大于其它3個種源。

不同種源三年桐種子油脂加工提取的生物柴油的密度、灰分和酸值差異均未達(dá)顯著水平(P>0.05)；但福建尤溪三年桐種子油脂加工的生物柴油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著小于其它4個種源(P<0.05)；福建南平與尤溪三年桐種子油脂加工的生物柴油的水分差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)，但均顯著小于其它3個種源(P<0.05)；不同種源三年桐種子所加工的生物柴油的運(yùn)動黏度較接近。

表2 不同種源三年桐種子油脂提取率及油脂特性的比較

2.3 不同種源三年桐種子能源品質(zhì)綜合評價

由表3可知，選用種子的百粒重、含油率、長度、寬度和厚度，以及種子提取油脂的密度、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、灰分、水分、酸值和運(yùn)動黏度等指標(biāo)對5個種源三年桐種子能源品質(zhì)進(jìn)行綜合評價，獲得百粒重的權(quán)重最大(0.23)，而種子提取油脂的密度、水分和運(yùn)動黏度權(quán)重較低，均為0.01。運(yùn)用隸屬函數(shù)法結(jié)合權(quán)重，得出不同種源三年桐種子能源品質(zhì)的綜合評價值排序?yàn)楦＝ㄓ认?福建永春≈福建南平>河南崇縣>江西九江。

表3 不同種源三年桐種子隸屬函數(shù)值、權(quán)重及綜合評價值

3 結(jié)論與討論

油料作物的能源品質(zhì)是由多個指標(biāo)綜合決定的，單個指標(biāo)無法全面反映能源品質(zhì)差異[15]。在對其品質(zhì)進(jìn)行綜合評價中，比較常用的方法有層次分析法[16]、灰色關(guān)聯(lián)度分析法[17]、隸屬函數(shù)法[18]。然而，灰色關(guān)聯(lián)度分析法和層次分析法是對供試材料的主要性狀進(jìn)行定性和定量評價，需要龐大的數(shù)據(jù)樣本和復(fù)雜的計(jì)算，過程較為繁瑣；隸屬函數(shù)法則被認(rèn)為是一種可以綜合考慮不同類型指標(biāo)以消除不同指標(biāo)間權(quán)重差別的有效辦法。即在多指標(biāo)測定的基礎(chǔ)上，通過無量綱化將各品質(zhì)指標(biāo)的平均數(shù)都轉(zhuǎn)化為(0，1)的度量值，同時兼顧各個指標(biāo)對能源品質(zhì)的貢獻(xiàn)值(權(quán)重)，將其最終得到的綜合評價值(D)作為評定標(biāo)準(zhǔn)[19]。已成功運(yùn)用于作物品種抗旱性、農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量和花卉觀賞性狀等方面的綜合評價，獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。嚴(yán)明建等[20]選取單株有效穗、實(shí)粒數(shù)、株高、千粒重等指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法篩選出氮素利用效率高的水稻(Oryzasativa)品系。鄧真華等[21]研究可得，選取5個果桑(FructusMori)的生物學(xué)性狀和經(jīng)濟(jì)性狀加以測定，并利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評價獲得了產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)的“大十”品種果桑。本文運(yùn)用隸屬函數(shù)法結(jié)合權(quán)重研究發(fā)現(xiàn)，不同種源三年桐種子的能源品質(zhì)差異顯著，若綜合評價值越高，說明其能源品質(zhì)較佳。不同種源三年桐種子能源品質(zhì)綜合評價為福建尤溪>福建永春≈福建南平>河南崇縣>江西九江，可見，福建尤溪種源的三年桐是具有一定開發(fā)潛力的能源樹種。

本文研究發(fā)現(xiàn)，福建尤溪三年桐種子飽滿、質(zhì)量大，且油脂提取率和油脂特性均較優(yōu)秀，整體表現(xiàn)出較佳的能源品質(zhì)。從種子百粒重來看，福建尤溪與福建南平種源兩者間差異不顯著，但明顯大于其余3個種源；且福建尤溪的三年桐種子長度、寬度和厚度均大于江西九江和河南崇縣。雖然本文選擇的5個種源三年桐種子油脂提取率均較高(50.76%～58.41%)，但福建尤溪和永春三年桐種子油脂提取率顯著大于其它3個種源。有研究表明，不同種源油料作物種子形態(tài)質(zhì)量和產(chǎn)油量差異顯著[22]；不同種源黃連木(PistaciachinensisBunge)種子的形態(tài)特征和含油率有顯著差異，以江西彭澤種源黃連木種子為最佳[23]；不同種源文冠果(XanthocerassorbifoliumBunge)種子的形態(tài)特征和含油率也存在顯著差異[24]。

然而，隨著能源危機(jī)的蔓延和生態(tài)環(huán)境的惡化，市場上不僅需要產(chǎn)油量高的油料作物，其所加工的提取生物柴油的理化特性也至關(guān)重要[25]。研究發(fā)現(xiàn)新疆棉子(Gossypiumspp.)提取的生物柴油在硫含量、灰分和水分等理化指標(biāo)值特別低，有利于環(huán)境保護(hù)[26]。無患子(SapindusmukorossiGaertn.)種仁含油量高且其酸值和碘值均較低，是制備生物柴油的理想原料[27]；而蝴蝶果(Cleidiocarponcavaleriei)和東京桐(Deutzianthustonkienensis)在皂化值、水分及揮發(fā)物的指標(biāo)較低，有利于生物柴油的提煉[28]。本研究表明：不同種源三年桐種子油脂特性指標(biāo)都較佳，符合國家標(biāo)準(zhǔn)；福建尤溪三年桐種子所提取生物柴油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水分均顯著小于福建永春、江西九江等種源；不同種源三年桐種子所提取生物柴油的運(yùn)動黏度較接近。

綜上，福建尤溪種源三年桐所提取生物柴油在硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分和運(yùn)動黏度等生物柴油理化特性指標(biāo)中值均較低，有利于保護(hù)環(huán)境和提高資源利用率；而且福建尤溪種源三年桐的能源品質(zhì)綜合評價值為0.72，在5個參試種源中排名第一，表明該種源具有一定的開發(fā)潛力，值得進(jìn)一步深入研究與選育。