热带灌木热值动态变化研究

字学娟, 李 茂, 周汉林

(1. 海南大学应用科技学院，海南 儋州 571737；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737)



热带灌木热值动态变化研究

字学娟1,2, 李 茂2 *, 周汉林2

(1. 海南大学应用科技学院，海南 儋州 571737；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737)

对15种热带灌木的热值和灰分含量的月变化进行了研究。结果表明：①热带灌木干重热值平均值分别为：大果榕15.82 kJ/g、对叶榕14.02 kJ/g、克拉豆17.37 kJ/g、银合欢17.89 kJ/g、大叶千斤拔17.98 kJ/g、木豆19.16 kJ/g、假木豆18.01 kJ/g、长穗决明17.59 kJ/g、双荚决明17.42 kJ/g、刺桐16.65 kJ/g、圆叶舞草18.09 kJ/g、白饭树17.02 kJ/g、黄牛木18.03 kJ/g、破布叶17.54 kJ/g、金合欢19.57 kJ/g。②热带灌木去灰分热值平均值分别为：大果榕18.23 kJ/g、对叶榕17.30 kJ/g、克拉豆19.14 kJ/g、银合欢19.55 kJ/g、大叶千斤拔19.04 kJ/g、木豆20.12 kJ/g、假木豆19.13 kJ/g、长穗决明18.96 kJ/g、双荚决明19.02 kJ/g、刺桐18.40 kJ/g、圆叶舞草18.96 kJ/g、白饭树18.37 kJ/g、黄牛木19.46 kJ/g、破布叶18.98 kJ/g、金合欢20.43 kJ/g。热带灌木的干重热值、灰分含量和去灰分热值存在差异且具有不同的月变化，干重热值和灰分含量呈极显著线性负相关。

热带灌木；干重热值；灰分含量；去灰分热值；动态变化

植物热值是指植物在一定的温度条件下干物质完全燃烧时所释放的能量，它直接反映植物对太阳能的转化效率, 是评价和反映生态系统中物质循环和能量转化规律的重要指标之一[1]。另外，植物转化的太阳能通过各种方式提供给其他生物，因此植物的热值在很大程度上决定了其营养价值，是评价其营养价值的重要标志[2]。

杨福囤在1983年对高寒植物的热值进行了研究，是我国最早研究植物热值的学者[3]。其后许多学者针对不同的研究目的对水稻、草本植物、竹林、苜蓿、桉树、热带红树林、亚热带常绿阔叶林等的热值进行了测定[4-10]。龙瑞军等研究发现灌木具有易燃烧、热值高、灰分含量低、生物量大等特点，具有巨大的开发利用潜力[11-12]。目前对我国热带地区灌木研究不多，对其热值的研究更是未见报道。因此，本研究对海南常见的15种热带灌木热值、灰分动态变化进行了研究，并对其热值特征进行探讨，从能源利用的角度认识它们的生物质特性，以期为这类植物作为生物质能源的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

植物样品采集于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所十队实验基地。试验地概况：试验地点位于北纬19°30′，东经109°30′，海拔149 m，属热带季风气候，气候特点是夏秋季节高温多雨，冬春季节低温干旱，干湿季节明显；实验基地土壤为花岗岩发育而成的砖红壤土，土壤质地较差，无灌溉条件。

1.2 试验材料

试验材料：大果榕(Ficusauriculata)，对叶榕(F.hispida)，克拉豆(Cratyliaargentea)，银合欢(Leucaenaleucocephala)，大叶千斤拔(Flemingiamacrophylla)，木豆(Cajanuscajan)，假木豆(Dendrolobiumtriangulare)，长穗决明(Sennadidymobotrya)，双荚决明(S.bicapsularis)，刺桐(Erythrinavariegate)，圆叶舞草(Codariocalyxgyroides)，白饭树(Flueggeavirosa)，黄牛木(Cratoxylumcochinchinense)，破布叶(Microcospaniculata)，金合欢(Acaciafarnesiana)。采样时间为2009年3月至2010年3月每月采集1次。所采样品均为植物枝叶，各约500 g。采集的植物样本通过120 ℃杀青20 min后用65 ℃烘48 h，过40目筛粉碎制成样品备测。

1.3 测定方法

干重热值采用美国parr6300全自动氧弹测热仪测定，灰分含量采用干灰化法测定[13]，去灰分热值=干重热值/(1-灰分含量)。

2 结果与分析

2.1 15种热带灌木的干重热值及月变化

随着植物的生长发育，植物热值必然发生不同程度的变化。15种热带灌木之间热值存在一定差异，且随着生长发育其变化特点有所不同(表1)。15种热带灌木干重热值最高为4月木豆(22.14 kJ/g)，最低为12月对叶榕(13.47 kJ/g)；热带灌木平均干重热值金合欢最高(19.57 kJ/g)，对叶榕最低(14.02 kJ/g)。大果榕的干重热值为14.81～16.98 kJ/g,平均为15.82 kJ/g；对叶榕的干重热值为13.47～14.59 kJ/g，平均为14.02kJ/g；克拉豆的干重热值为16.79～18.87 kJ/g，平均为17.37 kJ/g；大叶千斤拔的干重热值为17.43～18.54 kJ/g，平均为17.98 kJ/g；木豆的干重热值为18.17～22.14 kJ/g，平均为19.16 kJ/g；假木豆的干重热值为17.53～18.82 kJ/g，平均为18.01 kJ/g；长穗决明的干重热值为16.91～18.64 kJ/g，平均为17.59 kJ/g；双荚决明的干重热值为16.35～18.75 kJ/g，平均为17.42 kJ/g；刺桐的干重热值为15.18～17.79 kJ/g，平均为16.65 kJ/g；圆叶舞草的干重热值为17.51～18.66 kJ/g，平均为18.09 kJ/g；白饭树的干重热值为16.29～17.62 kJ/g，平均为17.02 kJ/g；黄牛木的干重热值为17.34～18.64 kJ/g，平均为18.03 kJ/g；破布叶的干重热值为16.48～18.16 kJ/g，平均为17.54 kJ/g；金合欢的干重热值为18.61～20.83 kJ/g，平均为19.57 kJ/g。

表1 热带灌木不同月份干重热值

注：同列不同字母表示差异极显著(P<0.01)，下同。

Note: Means within the same column with different letters are significantly different at 0.01 level.The same as below.

表2 热带灌木不同月份灰分含量

2.2 15种热带灌木的灰分含量及月变化

灰分是指植物体矿质元素氧化物的总和，不同植物以及不同生长发育时期其含量不同。不同热带灌木间灰分含量存在着差异，且具有不同的月变化趋势(表2)。15种热带灌木灰分最高为2月对叶榕(28.18 %)，最低为7月金合欢(3.20 %)；热带灌木灰分平均含量对叶榕最高(18.63 %)，金合欢最低(4.22 %)。大果榕的灰分为9.97 %～25.26 %,平均为13.02 %；对叶榕的灰分为13.13 %～28.18 %，平均为18.63 %；克拉豆的灰分为7.41 %～12.72 %，平均为9.25 %；银合欢的灰分为5.73 %～21.02 %，平均为8.27 %；大叶千斤拔的灰分为3.23 %～14.61 %，平均为5.40 %；木豆的灰分为3.50 %～9.89 %，平均为4.80 %；假木豆的灰分为4.67 %～8.77 %，平均为5.85 %；长穗决明的灰分为5.30 %～13.21 %，平均为7.19 %；双荚决明的灰分为5.11 %～12.59 %，平均为8.32 %；刺桐的灰分为6.74 %～14.38 %，平均为9.49 %；圆叶舞草的灰分为3.38 %～8.79 %，平均为4.57 %；白饭树的灰分为6.01 %～7.89 %，平均为7.40 %；黄牛木的灰分为3.56 %～23.89 %，平均为6.99 %；破布叶的灰分为5.60 %～14.07 %，平均为7.53 %；金合欢的灰分为3.20 %～5.37 %，平均为4.22 %。

2.3 15种热带灌木的去灰分热值及月变化

用热值来反映植物生物量转化成相应的能量是有实用价值的，不同植物热值差异很大，而灰分含量的差异是植物热值差异的重要原因。去灰分热值能比较正确地反映单位有机物中所含的热量,可以消除灰分含量不同而造成的影响。因而,在对不同植物种类或不同生态环境下的同种植物的热值比较时，采用去灰分热值对植物样品进行比较分析更为科学合理。15种热带灌木去灰分热值最高为10月黄牛木(23.44 kJ/g)，最低为3月对叶榕(15.98 kJ/g)；热带灌木去灰分热值平均含量金合欢最高(20.43 kJ/g)，对叶榕最低(17.30 kJ/g)。大果榕的去灰分热值为17.09～21.22 kJ/g,平均为18.23 kJ/g；对叶榕的去灰分热值为15.98～19.58 kJ/g，平均为17.30 kJ/g；克拉豆的去灰分热值为18.40～20.67 kJ/g，平均为19.14 kJ/g；银合欢的去灰分热值为18.41～22.69 kJ/g，平均为19.55 kJ/g；大叶千斤拔的去灰分热值为18.23～21.42 kJ/g，平均为19.04 kJ/g；木豆的去灰分热值为19.27～23.17 kJ/g，平均为20.12 kJ/g；假木豆的去灰分热值为18.52～20.63 kJ/g，平均为19.13 kJ/g；长穗决明的去灰分热值为18.02～21.00 kJ/g，平均为18.96 kJ/g；双荚决明的去灰分热值为17.71～21.45 kJ/g，平均为19.02 kJ/g；刺桐的去灰分热值为17.04～20.10 kJ/g，平均为18.40 kJ/g；圆叶舞草的去灰分热值为18.26～20.35 kJ/g，平均为18.96 kJ/g；白饭树的去灰分热值为17.64～19.10 kJ/g，平均为18.37 kJ/g；黄牛木的去灰分热值为18.14～23.44 kJ/g，平均为19.46 kJ/g；破布叶的去灰分热值为18.09～20.49 kJ/g，平均为18.98 kJ/g；金合欢的去灰分热值为19.55～21.62 kJ/g，平均为20.43 kJ/g。

表3 热带灌木不同月份去灰分热值含量

图1 热带灌木热值和灰分含量的关系Fig.1 The relationship between gross caloric value and ash content for the tropical shrubs

2.4 热带灌木热值与灰分含量的相关性

通过对15种热带灌木热值和灰分含量进行相关性分析，结果表明两者呈极显著的线性负相关(P<0.01)(图1)，相关方程为：y=-2.6678x+54.682(R2=0.8972)。杨福囤在我国首次提出灰分含量较高的植物干重热值较低，反之则干重热值较高[3]。龙瑞军、林鹏等的研究也得出类似的结论[10,14]。其后有很多学者针对不同植物灰分和热值的关系进行深入研究，如榕属植物、棕榈、高大禾草、牧草和作物秸秆等，结果发现很多植物干重热值与灰分有极显著的线性负相关，只是不同植物其相关方程存在一定差异[15-18]。

3 讨 论

3.1 热带灌木干重热值及其影响因素

15种热带灌木平均干重热值为17.48 kJ/g，明显高于一年生禾谷类作物平均热值：小麦秸秆 (16.81±0.02)kJ/g、大麦秸秆 (16.12±0.02)kJ/g、玉米秸秆 (16.18±0.05)kJ/g[19]；高于宁祖林等报道的8种高大禾草平均干重热值17.46 kJ/g；高于毕玉芬报道的苜蓿平均干重热值17.04 kJ/g，表明热带灌木可为家畜生产提供所需的能量。本研究中榕属的大果榕和对叶榕干重热值含量最低，低于向平等报道的榕属植物平均干重热值19.05 kJ/g。龙瑞军等报道的天祝高山15种饲用灌木平均干重热值为20.24 kJ/g高于本研究的结果，可能是植物种类不同所造成的。热带灌木平均干重热值与热带亚热带地区不同植被类型相比，低于向平等报道的海南东寨港红树林干重热值为19.51 kJ/g，广东鼎湖山季风常绿阔叶林干重热值为20.63 kJ/g，南亚热带福建厦门10种榕属植物叶片的平均干重热值为19.05 kJ/g，福建南靖和溪南亚热带雨林干重热值为20.97 kJ/g，大致有随纬度升高热值有上升的趋势。Golley的研究表明植物的热值随着纬度的增加而上升,随着纬度的降低而下降[20]。林鹏等从海南琼山(19° 54′N)到浙江温州(27° 51′N)共选择8个样点进行秋茄的热值测定，得到干重热值含量在冬季随纬度升高而升高的结论。官丽莉等分析国内学者的研究结果发现暖温带、南亚热带和热带的平均植物热值分别为19.71、19.42和19.22 kJ/g，从南到北逐渐升高，与国外的多数研究结果吻合[21]。杨福囤等指出影响植物热值含量的原因是多方面的如：生境条件，植物种类，植物化学组成，物候期等。由于这些研究是在不同时间单独得到的结果，只能在一定程度上反映大概的趋势，要得出更为精确的结论，必须针对不同的研究目的，采用统一的方法，进行同步的研究，才能得到我国植物热值较为科学的规律。

3.2 热带灌木灰分含量及其意义

15种热带灌木中，榕属的大果榕和对叶榕灰分含量较高，与向平等报道的榕属植物灰分含量接近。其他13种热带灌木灰分平均含量为6.87 %，略高于龙瑞军等报道的天祝高山15种饲用灌木平均灰分含量6.32 %，明显高于王立海报道的东北12种灌木平均灰分含量0.96 %，除了植物种类的不同外，采样方法不同可能是造成灰分差异较大的原因。热带灌木平均灰分含量明显低于小麦秸秆 (8.32±0.06) %、大麦秸秆 (10.72±0.05) %、玉米秸秆 (7.46±0.02) %[19]，略高于8种高大禾草平均灰分6.23 %，总的说来热带灌木具有相对较低的灰分含量，这对其作为生物能源生产是极为有利的。低灰分含量植物比较适合作固体生物燃料，这是因为：一方面灰分含量对植物的热值产生负面效应，灰分较高的植物热值则较低；另一方面，灰分含量高也会造成灰熔点下降，导致流化床的床料粘结和热面灰污、污垢和腐蚀问题，从而降低生产效率[22]。

3.3 热带灌木去灰分热值及其影响因素

15种热带灌木去灰分热值平均值为19.01 kJ/g，高于世界陆生植物的平均去灰分热值为17.79 kJ/g[23]，相当于同等重量煤炭热值的64.88 %(1kg标准煤的平均热值为29.3MJ)[24]，是很有潜力的生物质能源。热带灌木去灰分热值平均值低于天祝高山15种饲用灌木平均去灰分热值(21.84 kJ/g)和东北12种灌木平均木去灰分热值(20.86 kJ/g)，可能主要是植物种类和纬度的影响。综合去灰分热值和热值的变化情况可以看出，两者变化的趋势不同，而造成该差异的重要原因可能是灰分含量的差异。因此，在对不同植物种类或不同生境条件下同种植物的热值进行比较时，应该采用去灰分热值以消除灰分含量不同而造成的不利影响。

4 结 论

15种热带灌木平均热值较高，平均灰分含量较低。不同植物不同月份热值、灰分含量存在差异，且月变化趋势因种类不同而不同。植物热值种间差异受其本身遗传特性和生长规律的影响，也与生长环境密切相关。热带灌木干重热值与灰分含量呈极显著的线性负相关(P<0.05)。干重热值与去灰分热值的月变化趋势不同，灰分含量的不同可能导致差异的主要原因。热带灌木去灰分热值高于世界陆生植物的平均值，且水分含量较草本植物低，加工更方便，是很有潜力的生物质能源。此外热带灌木生命力强，对栽培生长条件没有特殊要求，可以充分利用盐碱化、滩涂、沙地等不适宜农作物生产的土地，在提供生物质能源和改善生态环境等方面都将发挥出积极的作用。

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(责任编辑 李 洁)

Dynamic Change of Gross Caloric Value of Some Tropical Shrubs

ZI Xue-juan1, 2, LI Mao2 *, ZHOU Han-lin2

(1.College of Applied Science and Technology, Hainan University, Hainan Danzhou 571737, China; 2. Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Hainan Danzhou 571737, China)

Monthly dynamic changes in the caloric values and ash contents of 15 tropical shrubs in Hainan province were discussed in this paper. The results showed as follows：(i) The annual average gross caloric values of tropical shrubs in Hainan province were 15.82 kJ/g forFicusauriculata，14.02 kJ/g forFicushispida，17.37 kJ/g forCratyliaargentea，17.89 kJ/g forLeucaenaleucocephala，17.98 kJ/g forFlemingiamacrophylla，19.16 kJ/g forCajanuscajan，18.01 kJ/g forDendrolobiumtriangulare，17.59 kJ/g forCassiadidymobotrya，17.42 kJ/g forC.bicapsularis，16.65 kJ/g forErythrinavariegate，18.09 kJ/g forCodariocalyxgyroides，17.02 kJ/g forFlueggeavirosa，18.03 kJ/g forCratoxylumcochinchinense，17.54 kJ/g forMicrocospaniculata，19.57 kJ/g forAcaciafarnesiana，respectively；(ii) The annual average ash free caloric values of tropical shrubs in Hainan province were 18.23 kJ/g forFicusauriculata，17.30 kJ/g forFicushispida，19.14 kJ/g forCratyliaargentea，19.55 kJ/g forLeucaenaleucocephala，19.04 kJ/g forFlemingiamacrophylla，20.12 kJ/g forCajanuscajan，19.13 kJ/g forDendrolobiumtriangulare，18.96 kJ/g forCassiadidymobotrya，19.02 kJ/g forCassiabicapsularis，18.40 kJ/g forErythrinavariegate，18.96 kJ/g forCodariocalyxgyroides，18.37 kJ/g forFlueggeavirosa，19.46 kJ/g forCratoxylumcochinchinense，18.98 kJ/g forMicrocospaniculata，20.43 kJ/g forAcaciafarnesiana，respectively .Gross caloric values， ash contents and ash free caloric value of the 15 tropical shrubs in Hainan province were different and varied with month. Gross caloric values of the tropical shrubs showed significantly negative correlation with ash contents.

Tropical shrubs；Gross caloric value；Ash content；Ash free caloric value；Dynamic change

1001-4829(2016)07-1713-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.07.038

2015-06-09

中国热带农业科学院基本科研业务费(163003201 2049)；农业部财政项目“海南黑山羊舍饲养殖中非常规饲料利用技术示范与推广”

字学娟(1984-)，女，硕士，讲师， E-mail：zixuejuan@163.com，*为通讯作者：李 茂(1984-)，男，助理研究员，E-mail: limaohn@163.com。

S718

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