石漠化地区能源植物能量指标的测定

何静+苏生+韩永芬

摘要 对贵州省表现优良的10种能源植物进行了纤维素、半纤维素、木质素和热值的测定。结果表明，纤维素含量茎叶混合物>叶，同时热值高的能源植物为斑茅、紫色象草、象草、皇竹草、柳枝稷；从木质素含量看，香根草作为纤维素能源植物具有一定的优势。

关键词 能源植物；能量指标；测定；石漠化地区

中图分类号 S216.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0253-01

我国能源植物种植资源丰富，贵州省地处典型的喀斯特地貌区，是世界喀斯特地貌最复杂、类型最齐全、分布面积最大且石漠化面积最大、灾害最严重的省份。针对石漠化地区能源植物资源丰富但开发利用较少、石漠化程度较严重等问题，在全省范围内收集并保存能源植物资源，对非洲狗尾草、香茅草、象草、皇竹草、紫色象草、香根草、五节芒、斑茅、柳枝稷、青贮玉米10 种植物的纤维素、半纤维素、木质素及热值的含量进行了测定，旨在为石漠化地区利用和开发能源植物提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地选在贵州省草业研究所独山试验基地。该试验地位于东经107°33′、北纬25°30′，海拔970 m，≥10 ℃积温4 538 ℃，年均温15 ℃，极端低温-8 ℃，极端高温34 ℃，年降水量1 346.7 mm，大多数集中在5—8月，无霜期272 d，年日照时数1 336.7 h，空气相对湿度82%，雨热同季，干湿季节明显。土壤为黄棕壤土，pH值6.6、有机质2.25%、全氮 0.161%、水解氮68.42 mg/kg、有效磷30.45 mg/kg、速效钾50 mg/kg，土壤总体肥力水平为中等。

1.2 試验材料

选择在贵州省表现优良的能源植物资源作为供试材料，分别为非洲狗尾草（Setaria grass）、香茅草（Cymbopogon citr-atus）、象草[Pennisetum purpureum（L.）Schum.]、皇竹草（Penn-isetum sinese Roxb）、紫色象草（Pennisetum purpureum schumab.cv.Red）、香根草（Vetiveria zizanioides L.）、五节芒（Miscanthus floridulu）、斑茅（Sacchamm arundinaceum）、柳枝稷（Panicum virgatum）、青贮玉米（Zea mays）。以上材料均来自贵州省草业研究所独山试验基地能源草资源圃，均选择成熟植株。

1.3 测定内容

各样品于65 ℃干燥至恒重，然后用粉碎机粉碎，再过30目分样筛。测定纤维素含量、半纤维素含量、木质素含量和热值。

2 结果与分析

2.1 纤维素与半纤维素含量

多年生草本纤维素作物是生态功能良好和生产成本低的能源作物类型。由表1、2可知，供试的能源植物从纤维素、半纤维素含量来看，同一物种表现为茎叶混合物>叶；叶片纤维素含量由高到低依次为斑茅>皇竹草>五节芒>象草>紫色象草>非洲狗尾草>柳枝稷；茎叶混合物纤维素含量由高到低依次为象草>斑茅>皇竹草>紫色象草>柳枝稷>青贮玉米。综合说明能源草纤维素含量较高的为象草、斑茅、皇竹草、紫色象草和柳枝稷[1-2]。

2.2 木质素含量

供试的能源植物，从木质素含量来看，同一物种表现为茎叶混合物>叶；叶片木质素含量由低到高依次为非洲狗尾草<五节芒<香茅草<香根草<青贮玉米；茎叶混合物木质素含量由低到高依次为香根草<非洲狗尾草<五节芒<青贮玉米<皇竹草。结果表明在能源植物中香根草的木质素含量相对较低[3-4]。

2.3 热值

供试的能源植物热值均较高，茎叶混合物的热值均在12 MJ/kg以上。从热值来看，同一物种表现为茎叶混合物>叶；叶片热值由高到低依次为斑茅>紫色象草>象草>皇竹草>柳枝稷；茎叶混合物热值由高到低也是如此。

3 结论

能源植物均为禾本科多年生草本C4植物，具有较高的光合能力和较快的生长速率，在种植生长过程中对肥料要求都比较低、很少需用除草剂和杀虫剂等，都能够适应恶劣的边际性土壤种植环境[4-7]。纤维素、半纤维素含量同一物种表现为茎叶混合物>叶，热值也如此。从试验结果筛选出纤维素含量高、同时热值高的能源植物材料为斑茅、紫色象草、象草、皇竹草、柳枝稷。这5种能源植物在贵州省表现好，具有较高的能源价值，纤维素含量高，燃烧热值高，可用于生物质发电、沼气工程，可制成“生物质煤”直接作为环保燃料使用，或在制成“生物质煤”的基础上，利用干馏技术制成“人工植物生物质木炭”，还可以通过发酵或化学热解等方法制成甲醇、乙醇、生物柴油等清洁液体燃料[1，8]。

已有研究结果表明，植物细胞壁所含的木质素能够抵抗自然界中多数微生物的有效降解，它和半纤维素组分交织在一起，紧密包裹着纤维素的多糖部分，导致木质素预处理过程复杂且耗能；同时木质素还会对纤维素酶的水解活性产生致钝作用。因此，降低木质素含量或改变其组分，将有利于能源植物资源的充分利用[2]。从木质素含量看，香根草作为纤维素能源植物具有一定的优势。

4 参考文献

[1] 姚娜，赖志强，易显凤，等，象草多功能应用进展[J].南方农业学报，2012，43（3）：151-153.

[2] FU C X，MIELENZ J R，XIAO X R，et al.Genetic manipulation of lignin reduces recalcitrance and improves ethanol production from switchgrass[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2011，108：3803-3808.

[3] 易显凤，赖志强，姚娜，等.能源用草本植物筛选区域性试验研究[J].上海畜牧兽医通讯，2013（5）：5-7.

[4] 周强，於丙军. 潜在木质纤维素能源植物香根草的初步研究[J].植物资源与环境学报，2012（1）：98-103.

[5] 徐大伟，韩永芬，卢欣石，等.贵州地区不同秋眠级苜蓿品种根系发育能力研究[J].草业学报，2012（1）：18-23.

[6] 徐大伟，姚春艳，莫本田，等.不同秋眠级苜蓿品种在贵州的适应性研究[J].草地学报，2011（2）：242-246.

[7] 吴静，吴佳海，吴红艳，等.长顺县种草治理石漠化成效[J].农技服务，2015（9）：184.

[8] 苏生，韩永芬，孟军江，等.黔育1号菊苣在贵州的区域性试验初报[J].种子，2014（7）：115-117.