华南十种桉树的热值与灰分含量比较

周群英，陈少雄, 韩斐扬

( 1. 国家林业局 桉树研究开发中心, 广东 湛江 524022； 2. 广西林业勘测设计院，南宁 530011 )



华南十种桉树的热值与灰分含量比较

周群英1*，陈少雄1, 韩斐扬2

( 1. 国家林业局 桉树研究开发中心, 广东 湛江 524022； 2. 广西林业勘测设计院，南宁 530011 )

桉树是林业生物质能源的原料之一，了解桉树的热值和灰分含量能为合理利用桉树能源林提供理论参考。该研究采用热量计和马福炉对华南尾巨桉等10种桉树的不同器官进行热值和灰分含量测定。结果表明：10种桉树树叶、树枝、树根、树干和树皮的干质量热值、去灰分热值分别为15.10～21.06 kJ·g-1和16.50～22.11 kJ·g-1，器官的平均干质量热值、去灰分热值以树叶最高(19.50和20.56 kJ·g-1)、树皮的最低(17.32和18.09 kJ·g-1)，说明树叶所含的高能有机物质比其它器官多；不同器官的干质量热值与去灰分热值在不同品种中的大小排序不完全一致。灰分含量在0.14%～8.5%之间，器官平均的灰分含量以树叶最高(5.13%)、树干最低(0.30%)，说明树叶所含的矿质元素较多。不同器官的热值与灰分含量均差异显著(P<0.05)。植株个体的干质量热值与去灰分热值均以尾叶桉最高(18.99和19.18 kJ·g-1)，以托里桉最低(17.53和17.86 kJ·g-1)；灰分含量则以托里桉最高(1.90%)、巨桉最低(0.61%)。相关分析结果表明，灰分含量与干质量热值、去灰分热值存在一定的负相关，但未达显著水平；干质量热值与去灰分热值呈极显著的正相关关系 (P<0.01)。由于理想的植物燃料应具备热值高与灰分含量低的特点，结合该研究的结果分析，托里桉作为燃料资源利用不理想，以尾叶桉较为适宜。

桉树, 热值, 灰分含量, 生物质能源, 华南

能源短缺已经成为当前面临的最大问题之一，能源树种作为林业生物质能利用的主要方式，其发展对解决我国能源危机、发展可再生的清洁能源、促进森林的开发利用等方面有着十分重要的意义。桉树(Eucalyptus)是我国重要的工业原料林树种之一，其用途广泛，主要用于制浆造纸、人造板材、建筑、家具等行业。近年来，桉树作为林业生物质能利用受到关注，如2010年3月正式开工建设、亚洲最大的生物质电厂—广东粤电湛江生物质发电项目其主要的燃料资源之一即为桉树的树皮、枝叶、树根等(杨佩旋，2011)。

植物热值是指植物干物质完全燃烧后释放出来的能量值，其数值的高低直接反映了绿色植物在光合作用过程中将日光能转化为化学能的能力(官丽莉等，2005；鲍雅静等，2006)，了解植物热值能为合理利用燃料资源提供依据。有关桉树热值研究已有相关报道，如黄世能等(1991)测定了窿缘桉(E.exserta) 和雷林1号桉(E.leizhouNo. 1)树叶等器官的热值，得出器官热值大小顺序为“树叶>树枝>树干>树根”的规律；杨成源等(1996)对巨桉(E.grandis)、赤桉(E.camaldulensis)、直干桉(E.maidenii)等9种桉树在内的薪材树种开展热值测定，明确了赤桉与直干桉为该地区的优质薪材树种；周群英等(2009,2010,2013)研究了广东省樟木头林场巨桉等5种桉树的能量特征、广东雷州半岛尾细桉(E.urophylla×E.tereticornis)与尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)林分的能量分配，认为林分能量产出与林龄显著相关；韩斐扬等(2010)研究了云南牟定史密斯桉(E.smithii)树叶等5个器官的热值，从生物量和能量的角度考虑，得出史密斯桉能源林的收获周期为6 a。

在华南地区相关桉树热值研究中，涉及多个桉树品种，但未进行系统比较。为综合比较桉树常种品种的热值性能，该文以华南地区尾巨桉等10种桉树为研究对象，测定了树叶、树枝、树干、树皮、树根5个不同器官的热值和灰分含量，分析不同器官及不同桉树品种的热值和灰分含量差异，以期为合理利用桉树生物质能源提供参考。

1　试验地概况

样品于2008年8月分别采自国营雷州林业局北坡林场与广东省樟木头林场，试验地的自然条件概况见表1。

2　材料与方法

2.1 样品采集

供试品种共10个，分别为国营雷州林业局北坡林场的尾巨桉、尾叶桉(E.urophylla)、尾细桉、雷林1号桉、赤桉和广东省樟木头林场的巨桉、粗皮桉(E.pellita)、柳桉(E.saligna)、大花序桉(E.cloeziana)、托里桉(Corymbiatorelliana)，其林分生长概况见表2。

采集方法参见文献(周群英等，2011)。

2.2 测定方法

干质量热值(Gross Calorific Value,GCV)与灰分含量(Ash Content, AC)的测定方法见文献(周群英等，2011)。由于各器官的灰分含量不同，应采用去灰分热值(Ash Free Calorific Value,AFCV)以消除灰分含量不同而造成的影响(陈波等，2006)。去灰分热值计算方法为去灰分热值=干重热值/(1-灰分含量)。

2.3 数据处理

用EXCEL整理原始数据并作图，用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，其中单个树种不同器官及树种植株体加权的热值与灰分含量采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用多重比较(邓肯检验法)对单因素方差分析所涉指标进行两两比较，并对研究指标进行Pearson相关分析。

表 1　试验地自然条件概况Table 1　Natural conditions of experimental sites

表 2　10种桉树林分生长概况Table 2　Growth survey of ten Eucalyptus plantations

3　结果与分析

3.1 10种桉树不同器官的热值

10种桉树器官的干质量热值、去灰分热值介于15.10～21.06 kJ·g-1与16.50～22.11 kJ·g-1之间(表3)。干质量热值除粗皮桉树叶的值略低于树枝值外，其余9个品种均以树叶的值最高，10种桉树均以树皮的热值最低。排除灰分含量的影响，所得的去灰分热值仍以树叶的最高，最低值在部分品种器官间的排序发生了变化，如尾叶桉、尾细桉与雷林1号桉器官的最低值为树干，粗皮桉的为树根。不同品种其不同器官的干质量热值与去灰分热值的高低排序不完全一致。同一品种其不同器官的热值差异显著(P<0.05)，但差异程度有所不同。

从表3可知，各器官的干质量热值与去灰分热值如下：树叶为18.08～21.06 kJ·g-1与19.39～22.11 kJ·g-1，平均值为19.50和20.56 kJ·g-1；树枝为17.74～19.60 kJ·g-1与18.04～20.16 kJ·g-1，平均值为18.89和19.23 kJ·g-1；树根为17.57～19.40 kJ·g-1与17.79～19.84 kJ·g-1，平均值为18.60和18.87 kJ·g-1；树干为17.80～18.85 kJ·g-1与17.93～18.90 kJ·g-1，平均值为18.49和18.54 kJ·g-1；树皮为15.10～18.59 kJ·g-1与16.50～19.14 kJ·g-1，平均值为17.32和18.09 kJ·g-1。

表 3　10种桉树的热值与灰分含量Table 3　Calorific values and ash contents of ten Eucalyptus species

表 4　10种桉树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种桉树不同器官的灰分含量

由表3数据可知，10种桉树不同器官的灰分含量在0.14%～8.5%之间，最大值是最小值的60倍。总体以树叶的灰分含量最高(托里桉除外)，均以树干最低。各器官的平均灰分含量为树叶5.13%，树枝1.72%，树根1.42%，树干0.30%与树皮4.30%。不同器官的平均灰分含量亦存在显著差异(P<0.05)。

图 1　10种桉树植株个体的加权平均干质量热值1. 尾巨桉； 2. 尾叶桉； 3. 尾细桉； 4. 雷林1号桉； 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.

图 2　10种桉树植株个体的加权平均去灰分热值Fig. 2　Weighted mean AFCV of ten Eucalyptus whole tree

图 3　10种桉树植株个体的加权平均灰分含量Fig. 3　Weighted mean AFCV of ten Eucalyptus whole tree

3.3 10种桉树植株个体的加权平均热值和灰分含量

10种桉树植株个体的加权平均热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)计算而得(表4)。由图1-3可知，10种桉树植株个体加权的平均干质量热值、去灰分热值及灰分含量差异显著(P<0.05)，其值分别为17.53～18.99 kJ·g-1、17.86～19.18 kJ·g-1与0.61%～1.90%，它们的大小顺序分别为尾叶桉>尾细桉>雷林1号桉>赤桉>尾巨桉>柳桉>巨桉>粗皮桉>大花序桉>托里桉、尾叶桉>雷林1号桉>赤桉>尾细桉>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号桉>尾叶桉>粗皮桉>尾巨桉>尾细桉>大花序桉>柳桉>巨桉。由排序可知，尾叶桉植株个体热值最高、托里桉的最低，灰分含量以托里桉最高、巨桉最低。由图1-3还可知，去除灰分后，树种间的热值差异程度有所减小。

3.4 灰分含量、干质量热值与去灰分热值的相关关系

将10种桉树植株个体的热值和灰分含量进行Pearson相关分析(表5)，结果表明灰分含量与干质量热值、去灰分热值存在一定的负相关，但未达显著水平；干质量热值与去灰分热值呈极显著的正相关关系 (P<0.01)。

表 5　10种桉树灰分含量、干质量热值 和去灰分热值的相关系数Table 5　Correlation coefficients among AC, GCV and AFCV of ten Eucalyptus species

**P<0.01.

4　讨论与结论

10种桉树不同器官的热值差异显著，基本以树叶的值最高，该结果与多数研究结论一致(周群英等，2009，2010，2013；韩斐扬等，2010，2013)。植物不同器官热值的差异与其自身的组成、结构和功能密切相关，较高的热值预示该器官含有高能物质。由于树叶是光合作用的器官和有机物合成的最主要场所，含有较多的蛋白质、脂肪等高能有机物质，因此其热值较高。树枝、树根、树干为植物的支持器官，其内树脂等高能化合物含量较少，但木素、纤维素含量较高，热值相对于树皮而言则较高。由于树皮的主要功能是保护木质部并与外界进行水分交换等，其有机物含量较少并在水分交换时存在一定的能量损失，因此其热值最低(王娜等，2011)。

灰分是植物体矿质元素氧化后的总和。10种桉树不同器官的平均灰分含量以树叶最高、树干最低，这是由于树叶生理活动较为活跃、积累了较多的矿质元素缘故所致，而树干高度木质化，其主要由纤维素组成，矿质含量很低，因此灰分含量少(林益明等，2000)。

在生物质能源树种相关研究中，江丽媛等(2011)测定了5个不同林龄(17～57 a)栓皮栎(Quercusvariabilis)的干质量热值(18.34～18.75 kJ·g-1)与去灰分热值(19.54～19.71 kJ·g-1)，通过比较得出27 a 为栓皮栎能源林的理想经营年龄；王玉魁等(2006)比较了西北沙区4种能源树种的干质量热值，分别为梭梭(Haloxylonammodendron)18.68 kJ·g-1、沙棘(Hippophaerhamnoides)18.94 kJ·g-1、沙枣(Elaeagnusangustifolia)18.87 kJ·g-1和沙拐枣(Calligonummongolicum)17.74 kJ·g-1，得出梭梭单位面积生物量和热能产出指标最优的结论；李洪和胡建军(2010)研究了11个能源林杨柳无性系热值季节变化，得出5个1年生柳树(Salix)无性系夏冬两季全株干质量热值为17.92～18.49 kJ·g-1与19.36～20.02 kJ·g-1，6个1年生杨树(Populus)无性系夏冬两季干质量热值为18.24～18.49 kJ·g-1与19.28～19.45 kJ·g-1。本研究10种桉树植株个体加权的平均干质量热值与去灰分热值分别为17.53～18.99 kJ·g-1与17.86～19.18 kJ·g-1，与上述相关研究相比，其热值较居中，但桉树具有速生、培育周期短、生物量大等优点，作为生物质能源利用优势显著(陈少雄等，2006)。同类研究表明，从产量和热值角度考虑，桉树可作为能源树种利用(杨成源等，1996；潘艳艳，2010)。

10种桉树植株个体加权的灰分含量为0.61%～1.90%，低于5个不同林龄(17～57 a)栓皮栎的平均灰分含量4.55%～6.05%(江丽媛等，2011)。Bhatt & Todaria(1990)认为，理想的植物燃料应具备热值高与灰分含量低的特点。结合热值和灰分含量两项指标进行评价，本研究10种桉树植株个体的灰分含量以托里桉最高，且其热值最低，作为燃料资源利用不理想，以尾叶桉较为适宜。

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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

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 (CAFINT2008C13) [Supported by the Special Foundamental Research Fund of the Central Research Institutes of Public Benefit (CAFINT2008C13)]。

周群英(1978-)，女，广东罗定人，高级工程师，主要从事桉树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，陈少雄,韩斐扬. 华南十种桉树的热值与灰分含量比较 [J]. 广西植物，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