虉草热值与灰分动态变化研究

单丽燕,王铁梅，马金星,高 凯

(1.全国畜牧总站，北京 100125；2.北京林业大学林学院,北京 100083；3.内蒙古民族大学，内蒙古通辽 028043)



虉草热值与灰分动态变化研究

单丽燕1,王铁梅2，马金星1,高 凯3

(1.全国畜牧总站，北京 100125；2.北京林业大学林学院,北京 100083；3.内蒙古民族大学，内蒙古通辽 028043)

通过对虉草的热值和灰分进行测定，探讨虉草热值和灰分的动态变化及二者之间相关性。结果表明，虉草干重热值呈现双峰的变化趋势，峰值分别出现在孕穗期和成熟期；虉草灰分含量随物候期呈现先降低后升高的变化趋势，成熟期灰分含量最低；去灰分热值随着生育时期推迟呈现逐渐降低的变化趋势，其顺序为孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后营养期>枯黄期；各生育期干重热值与灰分含量之间均表现为负相关关系，其中抽穗期表现为极显著线性负相关(P<0.01)，孕穗期和果后营养期表现为显著线性负相关(P<0.05) ，盛花期、成熟期和枯黄期相关性不显著。

虉草；热值；灰分；相关性；生物燃料

能源问题作为全世界关注的热点，化石燃料的短缺及经济发展对化石燃料的依赖性越来越大，这已经是社会发展不可回避的问题。而生物质能源是利用和开发可再生能源，减少经济发展过程对化石燃料依赖的重要途径之一[1]。但在其发展过程中须避免“与人争粮”和“与粮争地”的矛盾[2]。因此某些生态适应性强、能够在较差环境下规模化种植的植物成为生物质能源供给料的首选。虉草(PhalarisarundinaceaL.)，别名草芦，禾本科(Gram; nae)虉草属。广泛分布于我国东北、华北、西北、华东、华中的河漫滩、湖边、低洼地、沼泽等地，对环境要求低，具有喜湿但耐旱、喜温但耐寒、耐盐碱等优点，其茎秆中纤维素含量高，是发酵生产生物乙醇的上等原料[3-4]。因此，虉草是新型生物能源的首选植物之一。

在虉草的长期研究过程中，学者们分别从其生态适应性、新品种选育、饲用价值和栽培管理等方面进行了细致的研究，并且取得了大量有价值的研究成果[5-7]。然而，关于虉草热值和灰分含量方面的研究相对较少，热值和灰分是能源植物筛选和质量评价过程中的重要指标[8]。热值主要从能量角度反映作为能源植物的潜力，而灰分在能源植物筛选过程中也是重要的参考指标。大量研究表明，随着灰分含量的增加，植物热值呈现下降的趋势[9]；且生物质能源生产加工过程中，由于在高温情况下，灰分中所含的碱性物质会产生大量的废渣以及腐蚀性物质，导致生物能源物质转化率下降，其中腐蚀性物质会对转化设备造成破坏，从而增加转化成本[10-11]。因此，笔者拟以不同物候期的虉草为研究对象，通过对其热值、灰分及去灰分热值等的对比研究，探讨虉草的能用潜力和品质特性，为虉草的合理利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 自然概况试验地位于西辽河平原内蒙古民族大学试验农场，地理位置为43°36′ N，122°22′ E，海拔178 m。气候属于典型的温带大陆性季风气候，年平均气温6.4 ℃，极端最低温-30.9 ℃，≥10 ℃积温3 184 ℃，无霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生长季(4～9月)降水量占全年的89%。试验地土壤为灰色草甸土，为当地主要土壤类型，土壤有机质含量18.23 g/kg、碱解氮62.41 mg/kg、速效磷38.61 mg/kg、速效钾184.58 mg/kg、pH为8.20。

1.2 样品采集与测定项目试验材料为2012年4月种植的虉草。分别在孕穗期、抽穗期、成熟期、盛花期、果后营养期、枯黄期等6个时期进行样品采集，5次重复。先将粉碎的样品放在80 ℃烘箱内烘2 h，之后采用美国PARR公司生产的PARR6300型氧弹式热量计测定热值。灰分含量的测定采用干灰化法，即将样品在马福炉550 ℃下灰化5 h后测定其灰分含量。

1.3 数据处理与分析所有数据的统计分析均在Excel和SAS统计软件上完成。采用t-test进行不同处理间各参数的差异显著性分析。去灰分热值=干重热值/(1-灰分含量)。

2 结果与分析

2.1 虉草干重热值动态变化由图1可知，虉草干重热值随物候期呈现为双峰的变化趋势，峰值分别出现在孕穗期和成熟期；不同生育期热值顺序为孕穗期>抽穗期>成熟期>盛花期>果后营养期>枯黄期，其中孕穗期和抽穗期显著高于盛花期和成熟期(P<0. 05)，盛花期和成熟期又显著高于果后营养期和枯黄期(P<0. 05)；孕穗期热值最高，枯黄期热值最低。

2.2 虉草灰分含量动态变化由图2可知，虉草灰分含量随物候期呈现先降低后升高的变花趋势，成熟期灰分含量最低，显著低于其他各个时期；孕穗期、果后营养期和枯黄期3个时期灰分含量显著高于抽穗期、盛花期和成熟期，但三者之间差异不显著；抽穗期和盛花期灰分含量显著高于成熟期。

2.3 虉草干重热值与灰分相关性分析通过对不同生育期虉草的干重热值与灰分含量进行相关性分析(表1)，结果表明，各生育期干重热值与灰分含量之间均表现为负相关关系，其中抽穗期表现为极显著线性负相关(P<0.01)，孕穗期和果后营养期表现为显著线性负相关(P<0.05) ，盛花期、成熟期和枯黄期相关性不显著。

表1 不同生育期干重热值与灰分含量的相关关系

生育期方程相关系数(r)样本数孕穗期y=-0．042x+17．440．561∗12抽穗期y=-0．093x+17．520．877∗∗12盛花期y=-0．027x+16．960．26612成熟期y=-0．041x+17．080．42512果后营养期y=-0．033x+16．690．571∗12枯黄期y=-0．042x+16．590．49512

注：y为干重热值(MJ/kg)，x为灰分含量(%);*表示显著水平为0.05，**表示显著水平为0.01。

2.4 虉草去灰分热值动态变化由图3可知，去灰分热值随着生育时期推迟呈现逐渐降低的变化趋势，其顺序为孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后营养期>枯黄期，其中孕穗期显著高于抽穗期、盛花期、成熟期、果后营养期和枯黄期，抽穗期显著高于盛花期、成熟期、果后营养期和枯黄期，盛花期、成熟期、果后营养期和枯黄期4个时期的去灰分热值之间没有表现出显著差异。

3 结论与讨论

3.1 虉草干重热值与灰分含量在不同时期的变化趋势热值作为植物的重要属性，具有一定的稳定性，同时也受多种因素的影响，如植物物种、组织器官、养分含量、物候期等内在因素及日照时数、土壤类型、光强等外在因素[12-13]。灰分含量作为植物另外一个重要指标，对植物的干重热值具有一定的影响，学者们针对二者之间的关系进行了大量研究。研究表明，植物灰分含量每升高1%，其热值约降低0.2 MJ/kg[9]。通过对不同物候期虉草干重热值和灰分含量之间相关性分析，结果表明，干重热值和灰分含量之间表现为负相关关系，该结论与学者们在羊草、冰草等草地植物研究的结论相一致[14]。产生这种结果的原因可能是由于植物燃烧过程中，参与燃烧的元素主要是C、N等元素，而灰分的主要组成成分多为钙、镁、铁等无法参与燃烧的金属元素[15]。因此，灰分含量越高，则植物体内参与燃烧的元素所占的比例越少，燃烧所释放的热量越少，最终将以植物热值的高低来反映。

3.2 虉草干重热值与灰分含量出现双峰的变化趋势草本植物生长发育过程中由于生活史对策的不同，因其个体较小，具有强烈的季节变化特点，随着物候期的变化，光合产物的运输分配也呈现出一定的变化规律。在这个过程中，植物的热值也会表现出明显的季节变化[8，16]。在热值动态变化规律的研究过程中，这一规律得到了验证。例如，刘世荣等对植物热值动态变化的研究过程中发现，叶片热值6月份最高，之后逐渐降低，直至生长季末期达到最低值；而枝条热值变化在整个生长季没有大的起伏，只是在生长季末期略有增加[17]；高凯等研究发现，羊草等植物热值月变化呈现单峰型变化曲线，并且在8月份达到最高值[14]。通过对虉草植物热值动态变化研究发现，虉草热值随物候期呈现为双峰型曲线的变化趋势，峰值分别出现在孕穗期和成熟期，该结论也进一步表明植物热值的动态变化规律；而干重热值月变化和去灰分热值月变化趋势并不一致，其主要因为不同月份灰分含量之间存在一定的差异。

虉草干重热值呈现双峰的变化趋势，峰值分别出现在孕穗期和成熟期；虉草灰分含量随物候期呈现先降低后升高的变化趋势，成熟期灰分含量最低；去灰分热值随着生育期推迟呈现逐渐降低的变化趋势，其顺序为孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后营养期>枯黄期；各生育期干重热值与灰分含量之间均表现为负相关关系，其中抽穗期表现为极显著线性负相关(P<0.01)，孕穗期和果后营养期表现为显著线性负相关(P<0.05)，盛花期、成熟期和枯黄期相关性不显著。

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Study on the Changes of Caloric Value and Ash Dynamic of Reed Canarygrass

SHAN Li-yan1, WANG Tie-mei2, MA Jin-xing1et al

(1. National Animal Husbandry Service, Beijing 100125; 2. College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083)

This paper measured the caloric value and ash content of Reed Canarygrass, and discussed the dynamic variations and the correlation between the caloric value and ash content. The results showed: The dynamic variations of dry mass caloric value followed a double peak pattern, and the peak value was observed booting stage and autumn; The dynamic variations of ash content indicated variation trend of firstly decreases and then increases, and the lowest value was observed autumn; The dynamic variations of ash-free caloric value followed change trend of gradually decreasing, and the order was booting stage>heading stage>flower stage>autumn>nutrition period after the fruit>scorch phase; There was significantly negative correlation between the dry mass caloric value and ash content of booting stage and nutrition period after the fruit(P<0.05) and heading stage(P<0. 01), and there was no significant negative correlation at flower stage, autumn and scorch phase.

Reed Canarygras; Caloric value; Ash; Correlation; Biofuel

单丽燕(1979-)，女，吉林临江人，工程师，硕士，从事草原与饲料管理工作。

2015-03-17

S 181.4

A

0517-6611(2015)11-250-02