華南十種桉樹的熱值與灰分含量比較

周群英，陳少雄, 韓斐揚(yáng)

( 1. 國(guó)家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心, 廣東 湛江 524022； 2. 廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院，南寧 530011 )

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華南十種桉樹的熱值與灰分含量比較

周群英1*，陳少雄1, 韓斐揚(yáng)2

( 1. 國(guó)家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心, 廣東 湛江 524022； 2. 廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院，南寧 530011 )

桉樹是林業(yè)生物質(zhì)能源的原料之一，了解桉樹的熱值和灰分含量能為合理利用桉樹能源林提供理論參考。該研究采用熱量計(jì)和馬福爐對(duì)華南尾巨桉等10種桉樹的不同器官進(jìn)行熱值和灰分含量測(cè)定。結(jié)果表明：10種桉樹樹葉、樹枝、樹根、樹干和樹皮的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值分別為15.10～21.06 kJ·g-1和16.50～22.11 kJ·g-1，器官的平均干質(zhì)量熱值、去灰分熱值以樹葉最高(19.50和20.56 kJ·g-1)、樹皮的最低(17.32和18.09 kJ·g-1)，說明樹葉所含的高能有機(jī)物質(zhì)比其它器官多；不同器官的干質(zhì)量熱值與去灰分熱值在不同品種中的大小排序不完全一致。灰分含量在0.14%～8.5%之間，器官平均的灰分含量以樹葉最高(5.13%)、樹干最低(0.30%)，說明樹葉所含的礦質(zhì)元素較多。不同器官的熱值與灰分含量均差異顯著(P<0.05)。植株個(gè)體的干質(zhì)量熱值與去灰分熱值均以尾葉桉最高(18.99和19.18 kJ·g-1)，以托里桉最低(17.53和17.86 kJ·g-1)；灰分含量則以托里桉最高(1.90%)、巨桉最低(0.61%)。相關(guān)分析結(jié)果表明，灰分含量與干質(zhì)量熱值、去灰分熱值存在一定的負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平；干質(zhì)量熱值與去灰分熱值呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系 (P<0.01)。由于理想的植物燃料應(yīng)具備熱值高與灰分含量低的特點(diǎn)，結(jié)合該研究的結(jié)果分析，托里桉作為燃料資源利用不理想，以尾葉桉較為適宜。

桉樹, 熱值, 灰分含量, 生物質(zhì)能源, 華南

能源短缺已經(jīng)成為當(dāng)前面臨的最大問題之一，能源樹種作為林業(yè)生物質(zhì)能利用的主要方式，其發(fā)展對(duì)解決我國(guó)能源危機(jī)、發(fā)展可再生的清潔能源、促進(jìn)森林的開發(fā)利用等方面有著十分重要的意義。桉樹(Eucalyptus)是我國(guó)重要的工業(yè)原料林樹種之一，其用途廣泛，主要用于制漿造紙、人造板材、建筑、家具等行業(yè)。近年來，桉樹作為林業(yè)生物質(zhì)能利用受到關(guān)注，如2010年3月正式開工建設(shè)、亞洲最大的生物質(zhì)電廠—廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目其主要的燃料資源之一即為桉樹的樹皮、枝葉、樹根等(楊佩旋，2011)。

植物熱值是指植物干物質(zhì)完全燃燒后釋放出來的能量值，其數(shù)值的高低直接反映了綠色植物在光合作用過程中將日光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能力(官麗莉等，2005；鮑雅靜等，2006)，了解植物熱值能為合理利用燃料資源提供依據(jù)。有關(guān)桉樹熱值研究已有相關(guān)報(bào)道，如黃世能等(1991)測(cè)定了窿緣桉(E.exserta) 和雷林1號(hào)桉(E.leizhouNo. 1)樹葉等器官的熱值，得出器官熱值大小順序?yàn)椤皹淙~>樹枝>樹干>樹根”的規(guī)律；楊成源等(1996)對(duì)巨桉(E.grandis)、赤桉(E.camaldulensis)、直干桉(E.maidenii)等9種桉樹在內(nèi)的薪材樹種開展熱值測(cè)定，明確了赤桉與直干桉為該地區(qū)的優(yōu)質(zhì)薪材樹種；周群英等(2009,2010,2013)研究了廣東省樟木頭林場(chǎng)巨桉等5種桉樹的能量特征、廣東雷州半島尾細(xì)桉(E.urophylla×E.tereticornis)與尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)林分的能量分配，認(rèn)為林分能量產(chǎn)出與林齡顯著相關(guān)；韓斐揚(yáng)等(2010)研究了云南牟定史密斯桉(E.smithii)樹葉等5個(gè)器官的熱值，從生物量和能量的角度考慮，得出史密斯桉能源林的收獲周期為6 a。

在華南地區(qū)相關(guān)桉樹熱值研究中，涉及多個(gè)桉樹品種，但未進(jìn)行系統(tǒng)比較。為綜合比較桉樹常種品種的熱值性能，該文以華南地區(qū)尾巨桉等10種桉樹為研究對(duì)象，測(cè)定了樹葉、樹枝、樹干、樹皮、樹根5個(gè)不同器官的熱值和灰分含量，分析不同器官及不同桉樹品種的熱值和灰分含量差異，以期為合理利用桉樹生物質(zhì)能源提供參考。

1　試驗(yàn)地概況

樣品于2008年8月分別采自國(guó)營(yíng)雷州林業(yè)局北坡林場(chǎng)與廣東省樟木頭林場(chǎng)，試驗(yàn)地的自然條件概況見表1。

2　材料與方法

2.1 樣品采集

供試品種共10個(gè)，分別為國(guó)營(yíng)雷州林業(yè)局北坡林場(chǎng)的尾巨桉、尾葉桉(E.urophylla)、尾細(xì)桉、雷林1號(hào)桉、赤桉和廣東省樟木頭林場(chǎng)的巨桉、粗皮桉(E.pellita)、柳桉(E.saligna)、大花序桉(E.cloeziana)、托里桉(Corymbiatorelliana)，其林分生長(zhǎng)概況見表2。

采集方法參見文獻(xiàn)(周群英等，2011)。

2.2 測(cè)定方法

干質(zhì)量熱值(Gross Calorific Value,GCV)與灰分含量(Ash Content, AC)的測(cè)定方法見文獻(xiàn)(周群英等，2011)。由于各器官的灰分含量不同，應(yīng)采用去灰分熱值(Ash Free Calorific Value,AFCV)以消除灰分含量不同而造成的影響(陳波等，2006)。去灰分熱值計(jì)算方法為去灰分熱值=干重?zé)嶂?(1-灰分含量)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用EXCEL整理原始數(shù)據(jù)并作圖，用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中單個(gè)樹種不同器官及樹種植株體加權(quán)的熱值與灰分含量采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，采用多重比較(鄧肯檢驗(yàn)法)對(duì)單因素方差分析所涉指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，并對(duì)研究指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

表 1　試驗(yàn)地自然條件概況Table 1　Natural conditions of experimental sites

表 2　10種桉樹林分生長(zhǎng)概況Table 2　Growth survey of ten Eucalyptus plantations

3　結(jié)果與分析

3.1 10種桉樹不同器官的熱值

10種桉樹器官的干質(zhì)量熱值、去灰分熱值介于15.10～21.06 kJ·g-1與16.50～22.11 kJ·g-1之間(表3)。干質(zhì)量熱值除粗皮桉樹葉的值略低于樹枝值外，其余9個(gè)品種均以樹葉的值最高，10種桉樹均以樹皮的熱值最低。排除灰分含量的影響，所得的去灰分熱值仍以樹葉的最高，最低值在部分品種器官間的排序發(fā)生了變化，如尾葉桉、尾細(xì)桉與雷林1號(hào)桉器官的最低值為樹干，粗皮桉的為樹根。不同品種其不同器官的干質(zhì)量熱值與去灰分熱值的高低排序不完全一致。同一品種其不同器官的熱值差異顯著(P<0.05)，但差異程度有所不同。

從表3可知，各器官的干質(zhì)量熱值與去灰分熱值如下：樹葉為18.08～21.06 kJ·g-1與19.39～22.11 kJ·g-1，平均值為19.50和20.56 kJ·g-1；樹枝為17.74～19.60 kJ·g-1與18.04～20.16 kJ·g-1，平均值為18.89和19.23 kJ·g-1；樹根為17.57～19.40 kJ·g-1與17.79～19.84 kJ·g-1，平均值為18.60和18.87 kJ·g-1；樹干為17.80～18.85 kJ·g-1與17.93～18.90 kJ·g-1，平均值為18.49和18.54 kJ·g-1；樹皮為15.10～18.59 kJ·g-1與16.50～19.14 kJ·g-1，平均值為17.32和18.09 kJ·g-1。

表 3　10種桉樹的熱值與灰分含量Table 3　Calorific values and ash contents of ten Eucalyptus species

表 4　10種桉樹不同器官所占生物量比例Table 4　Biomass allocation of different organs of ten Eucalyptus speceis

3.2 10種桉樹不同器官的灰分含量

由表3數(shù)據(jù)可知，10種桉樹不同器官的灰分含量在0.14%～8.5%之間，最大值是最小值的60倍。總體以樹葉的灰分含量最高(托里桉除外)，均以樹干最低。各器官的平均灰分含量為樹葉5.13%，樹枝1.72%，樹根1.42%，樹干0.30%與樹皮4.30%。不同器官的平均灰分含量亦存在顯著差異(P<0.05)。

圖 1　10種桉樹植株個(gè)體的加權(quán)平均干質(zhì)量熱值1. 尾巨桉； 2. 尾葉桉； 3. 尾細(xì)桉； 4. 雷林1號(hào)桉； 5. 赤桉； 6. 巨桉； 7. 粗皮桉； 8. 柳桉； 9. 大花序桉； 10. 托里桉。下同。Fig. 1　Weighted mean GCV of ten Eucalyptus whole tree1. E. urophylla × E. grandis； 2. E. urophylla； 3. E. tereticornis； 4. E. leizhou No. 1； 5. E. camaldulensis； 6. E. grandis； 7. E. pellita； 8. E. saligna； 9. E. cloeziana； 10. Corymbia torelliana. The same below.

圖 2　10種桉樹植株個(gè)體的加權(quán)平均去灰分熱值Fig. 2　Weighted mean AFCV of ten Eucalyptus whole tree

圖 3　10種桉樹植株個(gè)體的加權(quán)平均灰分含量Fig. 3　Weighted mean AFCV of ten Eucalyptus whole tree

3.3 10種桉樹植株個(gè)體的加權(quán)平均熱值和灰分含量

10種桉樹植株個(gè)體的加權(quán)平均熱值和灰分含量由其不同器官所占生物量比例(周群英等，2009，2010)計(jì)算而得(表4)。由圖1-3可知，10種桉樹植株個(gè)體加權(quán)的平均干質(zhì)量熱值、去灰分熱值及灰分含量差異顯著(P<0.05)，其值分別為17.53～18.99 kJ·g-1、17.86～19.18 kJ·g-1與0.61%～1.90%，它們的大小順序分別為尾葉桉>尾細(xì)桉>雷林1號(hào)桉>赤桉>尾巨桉>柳桉>巨桉>粗皮桉>大花序桉>托里桉、尾葉桉>雷林1號(hào)桉>赤桉>尾細(xì)桉>尾巨桉>柳桉>巨桉>粗皮桉>大花序桉>托里桉及托里桉>赤桉>雷林1號(hào)桉>尾葉桉>粗皮桉>尾巨桉>尾細(xì)桉>大花序桉>柳桉>巨桉。由排序可知，尾葉桉植株個(gè)體熱值最高、托里桉的最低，灰分含量以托里桉最高、巨桉最低。由圖1-3還可知，去除灰分后，樹種間的熱值差異程度有所減小。

3.4 灰分含量、干質(zhì)量熱值與去灰分熱值的相關(guān)關(guān)系

將10種桉樹植株個(gè)體的熱值和灰分含量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析(表5)，結(jié)果表明灰分含量與干質(zhì)量熱值、去灰分熱值存在一定的負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平；干質(zhì)量熱值與去灰分熱值呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系 (P<0.01)。

表 5　10種桉樹灰分含量、干質(zhì)量熱值 和去灰分熱值的相關(guān)系數(shù)Table 5　Correlation coefficients among AC, GCV and AFCV of ten Eucalyptus species

**P<0.01.

4　討論與結(jié)論

10種桉樹不同器官的熱值差異顯著，基本以樹葉的值最高，該結(jié)果與多數(shù)研究結(jié)論一致(周群英等，2009，2010，2013；韓斐揚(yáng)等，2010，2013)。植物不同器官熱值的差異與其自身的組成、結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，較高的熱值預(yù)示該器官含有高能物質(zhì)。由于樹葉是光合作用的器官和有機(jī)物合成的最主要場(chǎng)所，含有較多的蛋白質(zhì)、脂肪等高能有機(jī)物質(zhì)，因此其熱值較高。樹枝、樹根、樹干為植物的支持器官，其內(nèi)樹脂等高能化合物含量較少，但木素、纖維素含量較高，熱值相對(duì)于樹皮而言則較高。由于樹皮的主要功能是保護(hù)木質(zhì)部并與外界進(jìn)行水分交換等，其有機(jī)物含量較少并在水分交換時(shí)存在一定的能量損失，因此其熱值最低(王娜等，2011)。

灰分是植物體礦質(zhì)元素氧化后的總和。10種桉樹不同器官的平均灰分含量以樹葉最高、樹干最低，這是由于樹葉生理活動(dòng)較為活躍、積累了較多的礦質(zhì)元素緣故所致，而樹干高度木質(zhì)化，其主要由纖維素組成，礦質(zhì)含量很低，因此灰分含量少(林益明等，2000)。

在生物質(zhì)能源樹種相關(guān)研究中，江麗媛等(2011)測(cè)定了5個(gè)不同林齡(17～57 a)栓皮櫟(Quercusvariabilis)的干質(zhì)量熱值(18.34～18.75 kJ·g-1)與去灰分熱值(19.54～19.71 kJ·g-1)，通過比較得出27 a 為栓皮櫟能源林的理想經(jīng)營(yíng)年齡；王玉魁等(2006)比較了西北沙區(qū)4種能源樹種的干質(zhì)量熱值，分別為梭梭(Haloxylonammodendron)18.68 kJ·g-1、沙棘(Hippophaerhamnoides)18.94 kJ·g-1、沙棗(Elaeagnusangustifolia)18.87 kJ·g-1和沙拐棗(Calligonummongolicum)17.74 kJ·g-1，得出梭梭單位面積生物量和熱能產(chǎn)出指標(biāo)最優(yōu)的結(jié)論；李洪和胡建軍(2010)研究了11個(gè)能源林楊柳無性系熱值季節(jié)變化，得出5個(gè)1年生柳樹(Salix)無性系夏冬兩季全株干質(zhì)量熱值為17.92～18.49 kJ·g-1與19.36～20.02 kJ·g-1，6個(gè)1年生楊樹(Populus)無性系夏冬兩季干質(zhì)量熱值為18.24～18.49 kJ·g-1與19.28～19.45 kJ·g-1。本研究10種桉樹植株個(gè)體加權(quán)的平均干質(zhì)量熱值與去灰分熱值分別為17.53～18.99 kJ·g-1與17.86～19.18 kJ·g-1，與上述相關(guān)研究相比，其熱值較居中，但桉樹具有速生、培育周期短、生物量大等優(yōu)點(diǎn)，作為生物質(zhì)能源利用優(yōu)勢(shì)顯著(陳少雄等，2006)。同類研究表明，從產(chǎn)量和熱值角度考慮，桉樹可作為能源樹種利用(楊成源等，1996；潘艷艷，2010)。

10種桉樹植株個(gè)體加權(quán)的灰分含量為0.61%～1.90%，低于5個(gè)不同林齡(17～57 a)栓皮櫟的平均灰分含量4.55%～6.05%(江麗媛等，2011)。Bhatt & Todaria(1990)認(rèn)為，理想的植物燃料應(yīng)具備熱值高與灰分含量低的特點(diǎn)。結(jié)合熱值和灰分含量?jī)身?xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，本研究10種桉樹植株個(gè)體的灰分含量以托里桉最高，且其熱值最低，作為燃料資源利用不理想，以尾葉桉較為適宜。

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Comparison of calorific values and ash contents of tenEucalyptusspecies in South China

ZHOU Qun-Ying1*, CHEN Shao-Xiong1, HAN Fei-Yang2

( 1. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, China; 2. Forestry InventoryandPlanningInstituteofGuangxi, Nanning 530011, China )

Eucalyptusis one of the raw materials for forest bio-energy industry. Calorific value and ash content were two important indices for rational use of bio-energyEucalyptusforest. Calorific values and ash contents of leaves, branches, roots, stem-wood and bark of 10Eucalyptusspecies includingEucalyptusurophylla×E.grandisin South China were determined by using calorimeter and muffle furnace. The results showed that gross calorific values (GCV) and ash free calorific values (AFCV) of different organs ranged from 15.10 to 21.06 kJ·g-1and 16.05 to 22.11 kJ·g-1respectively, leaves had the highest mean GCV and AFCV(19.50 kJ·g-1and 20.56 kJ·g-1) and bark the lowest(17.32 and 18.09 kJ·g-1), which indicated that leaf had higher organic matters than other organs. The orders of decreasing GCV and AFCV of 5 organs in 10Eucalyptusspecies were not exactly the same. The ash contents of different organs ranged from 0.14% to 8.5% with leaves having the highest mean value(5.13%) and stem-wood the lowest(0.30%),which indicated that leaf had more mineral elements than other organs. There were significant differences in calorific values and ash contents of 5 organs (P<0.05). As to the whole tree,E.urophyllahad the highest GCV and AFCV(18.99 and 19.18 kJ·g-1), whileCorymbiatorellianahad the lowest GCV and AFCV (17.53 and 17.86 kJ·g-1);C.torellianahad the highest ash contents(1.9%) andEucalyptusgrandisthe lowest(0.61%). The results of correlation analyses showed that ash content had negative correlation with GCV and AFCV,which was not significant; GCV and AFCV had significantly positive correlation (P<0.01). For ideal plant fuel should have the characteristics of high calorific value and low ash content, of 10 species,Corymbiatorellianahad low calorific values and high ash contents, which indicated that it was not ideal fuel species whileEucalyptusurophyllawas the optimal species.

Eucalyptus，calorific value，ash content，bio-energy，South China

10.11931/guihaia.gxzw201412017

2014-12-17

2015-12-31

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng) (CAFINT2008C13) [Supported by the Special Foundamental Research Fund of the Central Research Institutes of Public Benefit (CAFINT2008C13)]。

周群英(1978-)，女，廣東羅定人，高級(jí)工程師，主要從事桉樹能源林培育和科研管理工作，(E-mail)qyzhou999@sina.com。

S718.5

A

1000-3142(2016)07-0788-07

周群英，陳少雄,韓斐揚(yáng). 華南十種桉樹的熱值與灰分含量比較 [J]. 廣西植物，2016，36(7):788-794

ZHOU QY,CHEN SX,HAN FY. Comparison of calorific values and ash contents of tenEucalyptusspecies in South China [J]. Guihaia，2016，36(7):788-794