六种竹材灰分及二氧化硅含量分析

何　蕊　邱　坚　罗　蓓

(西南林业大学 艺术学院 昆明 650224)



六种竹材灰分及二氧化硅含量分析

何蕊邱坚罗蓓

(西南林业大学 艺术学院 昆明 650224)

以3年生勃氏甜龙竹、龙竹、麻竹、泰竹、小叶龙竹与黄皮绿筋竹的竹叶与竹秆为研究对象，分析了6个竹种竹秆及竹叶中的灰分含量及二氧化硅含量。结果表明：6种竹材间无论是竹叶还是竹秆，其灰分含量及二氧化硅含量均存在明显差异，其原因可能为竹种及生长环境的差异所致；同一竹种竹叶中的灰分含量和二氧化硅含量大于竹秆中的含量；竹秆不同部位二氧化硅含量表现为自顶部至基部逐渐减小的变化趋势。关键词：勃氏甜龙竹；龙竹；麻竹；泰竹；小叶龙竹；黄皮绿筋竹；竹秆；竹叶；灰分；二氧化硅

硅(Si)广泛存在于植物体内，对植物的生长发育具有促进作用，是禾本科植物的必需元素[1]。硅以可溶性单硅酸形式[H4SiO4或Si(OH)4]被植物从土壤中吸收，并以无定形硅形态(SiO2· nH2O)沉淀在植物体内，形成的生物硅称作植硅体[2-3]。以这种形式存在的硅，占植物体内硅总量的90%以上[4]。有研究认为，竹材的硬度和强度可部分归因于纤维结构中的硅。研究竹材中的硅一方面有助于了解竹材中的植硅体分布、硅含量，进而了解竹材的生物矿化机理；另一方面，有研究学者提出，竹材中植硅体在形成的过程中封存了一部分有机碳(1%～6%)，亦即植硅体封存的有机碳，研究竹材中二氧化硅含量可以为竹类植物植硅体碳封存速率的估算提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

实验所用竹材的采集和试材锯制，按照国家标准规定采集于云南省玉溪市新平县竹园。竹种包括勃氏甜龙竹、龙竹、麻竹、泰竹、小叶龙竹与黄皮绿筋竹共6个竹种，取各竹种3年生成熟材的竹叶与竹秆，每个竹种分基部、中部、顶部分别取材进行实验。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

竹秆在常温下自然风干，用粉碎机粉碎成屑，过40目筛，不同样品分装在封口袋中。将竹叶用清水洗净后自然风干，用粉碎机粉碎成粉。

1.2.2 坩埚处理

把实验用坩埚进行数字标记，之后用烘箱烘干坩埚4 h，温度设定为105 ℃，每经过1 h，都将坩埚取出置于干燥皿中冷却0.5 h后用电子天平称重并记录，直到前后误差小于0.000 2 g结束，此时坩埚为绝干，记录各个坩埚的绝干质量。

1.2.3 含水率测定

取竹粉置于锡纸碟中，称其质量，记为m1；然后按上述处理坩埚的干燥方式，记录每一次的质量，直到前后误差小于0.000 2 g，此时的质量记为m2。通过公式(1)计算竹种的含水率(W)。每个样本做3组平行样，取其平均值。

W=(m1-m2)/m2×100%

(1)

式(1)中：m1为竹材干燥前质量，g；m2为竹材绝干质量，g。

1.2.4 灰分含量测定

分别精确称取3 g(精确至0.000 1 g)样本放入恒重的坩埚中，然后放入万用电子炉中燃烧使其炭化。其后将坩埚移入马弗炉中，在温度575 ± 25 ℃下灼烧至灰渣中无黑色炭素并恒重为止。灰分含量计算依据公式(2)。

X=G/[G1(100-W)] ×100%

(2)

式(2)中：X为灰分含量，%；G为灰渣质量，g；G1为风干试样质量，g；W为试样含水率，%。

1.2.5 硅含量的测定

在装有灰分的坩埚中缓慢加入一定量的浓盐酸，至残渣全部溶解后再多加1～2 mL，在沸水浴上蒸干；再加入浓盐酸至残渣润湿，再蒸干；而后将坩埚移入烘箱，在105～110 ℃烘干1 h后，取出冷却；加入浓盐酸至残渣全部润湿，再加入热水以溶解残渣，并将其移入150 mL烧杯中；加沸水至溶液总量为100 mL，煮沸，滤纸过滤，将残渣连同滤纸移入已恒重的坩埚中，烘箱烘干，马弗炉灼烧至恒重，所增加的质量即为二氧化硅的质量(M)。二氧化硅含量的计算如公式3。

M=(G1-G)/ [G2×(100-W)]×100%

(3)

式(3)中：G为坩埚质量+滤纸灰分，g；G1为含有二氧化硅的坩埚质量，g；G2为风干试样质量，g；W为试样含水率，%。

2 结果与分析

2.1 不同竹种竹叶中的灰分和二氧化硅含量

各竹种竹叶中的灰分和二氧化硅含量分析结果见图1。由图1可知，竹叶中的灰分和二氧化硅含量在6个竹种间存在很大差异，其中麻竹含量最高，黄皮绿筋竹含量最少；就各竹种的灰分含量与二氧化硅含量而言，各竹种间表现出一致的规律，即竹叶中灰分含量高则对应的二氧化硅含量也高。

2.2 不同竹种竹秆中的灰分和二氧化硅含量

各竹种竹秆中的灰分含量和二氧化硅含量分析结果见图2和图3。可以看出，竹秆中灰分与二氧化硅含量存在差异，其中泰竹含量最高，黄皮绿筋竹总体含量较低。这是因为植物的二氧化硅含量受多种因素影响，试验的6个竹种虽然都采自云南玉溪市新平县竹园，但竹种生长的海拔与坡向不同，导致土壤的含水率、酸碱度与环境小气候也不同，加之竹种之间的差异，从而导致灰分含量与二氧化硅含量不同。

2.3 竹叶与竹秆中的灰分和二氧化硅含量差异

对比竹叶和竹秆中的灰分和二氧化硅含量可以发现(表1)，各竹种竹叶中的灰分和二氧化硅含量均远高于相应竹秆中灰分和二氧化硅含量。这是因为硅酸体在禾本科植物中主要沉积在硅质细胞中，而硅质细胞只存在于植物表皮中，植物叶片上表皮和下表皮中均存在大量的硅酸体竹子叶表皮占整个叶子的比例大，因而竹叶中灰分和二氧化硅的含量大于竹秆的另外竹叶的蒸腾作用强于竹秆，从而能积累更多的二氧化硅。

图1　各竹种竹叶中的灰分和二氧化硅含量

图2　各竹种竹秆中不同部位的灰分含量

图3　各竹种竹秆中不同部位的二氧化硅含量

同一竹种竹秆不同部位的灰分含量变化趋势不明显，因为在灰分里除了硅以外，还有钙、钾等其他元素，不同竹种之间对不同元素的吸收程度有所不同，因此灰分含量在纵向上的规律不明显。竹秆不同部位的二氧化硅含量变化一般呈自顶部至基部逐渐减少的趋势，这主要是因为竹器官对硅的积累量主要与生物量和生物屏障等生理作用有关[5]，遵循“末端分布律”[6-7]。由于植物的蒸腾作用，导致在顶部对硅的积累多余底部。另外，顶部竹秆直径小于基部，竹秆表皮的表面积比例大于基部表面积比例，而硅酸体只存在于表皮的硅质细胞中，竹秆内部无硅酸体沉积。

3 小结

6种竹材中灰分含量及二氧化硅含量因物种基因和生长环境不同而差异显著。勃氏甜龙竹、龙竹、麻竹、泰竹、小叶龙竹和黄皮绿筋竹竹秆中的二氧化硅含量分别为0.007 6%、0.005 4%、0.011 3%、0.030 2%、0.038 3%和0.009 9%。同一竹种竹叶中的灰分含量和二氧化硅含量大于竹秆中的含量；竹秆不同部位二氧化硅含量自顶部至基部呈逐渐减小的变化趋势，遵循“末端分布律”。

[1]刑雪荣, 张蕾. 植物的硅素营养研究综述[J]. 植物学通报, 1998, 15(2): 33-41.

[2]夏石头, 萧浪涛, 彭克勤. 高等植物中硅元素的生理效应及其在农业生产中的应用[J]. 植物生理学通讯, 2001, 37(4): 356-360.

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[4]王永吉, 吕厚远. 植物硅酸体研究及应用[M]. 北京: 海洋出版社, 1993.

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[6]白淑琴, 阿木日沙那, 那仁高娃, 等. 水稻中硅元素的分布及存在状态[J]. 应用与环境生物学报, 2012, 18(3): 444-449.

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Analysis of Ash and Silica Content of Six Bamboo Species

He RuiQiu JianLuo Bei

(College of Art, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan， China)

This paper analyzed the ash and silica content in leaves and culms of six 3-year-old bamboo species,i.e.,Dendrocalamusbrandisii,D.giganteus,D.latiflorus,Thyrsostachyssiamensis,D.barbatus,Phyllostachyssulphurea(Carr.) A. et C. Riv. cv. Robert Young. The results showed that ash content and silica content among the six species had significant difference whether in leaves or in culms, which may be due to the difference in the species and growing environment. For the same species, the ash and silica contents in leaves were higher than those in culms. The silica content in different parts of a culm presented the decreasing trend from the top to the base.

Dendrocalamusbrandisii,D.giganteus,D.latiflorus,D.barbatus,Thyrsostachyssiamensis,Phyllostachyssulphurea(Carr.) A. et C. Riv. cv. Robert Young, bamboo leave, bamboo culm, ash, silicon dioxide

2014国家自然科学基金(编号：31460169)；云南省生物学优势特色重点学科建设项目(编号：50097505)；云南省高校林下生物

何蕊(1982-)，女，博士在读，讲师，研究方向为竹材材性，竹制品设计。E-mail: 34534692@qq.com。

邱坚(1965-)，男，博士，教授，研究方向为木材科学。

10.13640/j.cnki.wbr.2016.04.001

资源保护及利用科技创新团队项目(编号：51400605)。