栓皮栎热值与碳含量相关性研究

谭元国，杜 燕，孟 伟，彭祚登

(1.贵州省林业调查规划院，贵州 贵阳 550003； 2.贵州省清镇市生态文明建设局，贵州 贵阳 551400； 3.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083)

栓皮栎热值与碳含量相关性研究

谭元国1，杜 燕2，孟 伟1，彭祚登3

(1.贵州省林业调查规划院，贵州 贵阳 550003； 2.贵州省清镇市生态文明建设局，贵州 贵阳 551400； 3.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083)

以16 a到70 a的11株栓皮栎为研究对象，分别测定其树叶、树皮、树枝、树干的干重热值、灰分含量及碳含量值；利用栓皮栎各器官的干重比值计算栓皮栎地上部分的干重热值、灰分含量和碳含量值，运用SPSS软件对栓皮栎地上部分热值与碳含量做曲线估计，得出最佳拟合方程。结果表明：栓皮栎树叶和树皮的热值含量较高，是地上植株部分的主要热值器官，树叶、树皮的热值与碳含量的相关性强于树枝、树干热值与碳含量的相关性；栓皮栎地上部分的干重热值与碳含量、去灰分热值与碳含量的最佳模型均为二次方模型，分别为：y=-190.911x2+1182.426x-28.057、y=-131.696x2+137.217x-18.841，相关系数分别为0.929、0.933。研究结果可为栓皮栎能源林灌木化的可行性提供参考。

栓皮栎；干重热值；去灰分热值；碳含量；相关性

清洁能源的开发与利用越来越受到人们的关注，森林能源既是高热值的可再生能源又是无污染的清洁能源[1]。自20世纪70年代发生石油危机以来，世界各国开始重新评估森林能源的价值，“能源林”也逐渐发展成为一门新的分支学科[2]。能源林的主要评价指标是植物热值和碳含量[3]，因此开展植物热值与碳含量的关系研究对生物质能源的开发具有重要意义。

关于植物热值与碳含量关系的研究，国外的研究侧重于植物热值测定及能量分配研究[4-6]，国内在植物热值与碳含量间相关性研究较多[7-8]，研究侧重于植物的单个指标，即热值、碳含量在各个器官之间的比重[9-11]，如阮宏华等[12]在苏南丘葭主要森林类型碳循环研究中涉及栓皮栎各个器官的碳含量排序为皮>叶>干>枝>根，但并未涉及热值与碳含量的相关关系研究，关于栓皮栎树种的热值与碳含量相关性的研究较少。栓皮栎是我国分布广泛且十分重要的山地造林树种，具有重要的能源开发利用价值。本文对栓皮栎的热值和碳含量关系进行研究，可以为今后栓皮栎的能源林的灌木化培育经营提供参考。

1 材料与方法

1.1研究区概况

研究材料选自北京林业大学妙峰山教学实验林场，该林场位于北京市西北郊太行山北部，燕山东端，面积为811.73 hm2，地理坐标为39°54′N、116°28′E，距北京市中心30 km，最低海拔约为70 m，最高峰海拔1150 m，年均降水量650～750 mm，年平均气温12 ℃[13]。属华北大陆性季风气候，植被属于温带落叶林带的山地栎林和油松林带。

1.2样品制备

栓皮栎为林场的造林树种，林分林相整齐，群落相对稳定。根据实地调查后，选择自然密度下的标准地进行采样。采集的栓皮栎树龄分别是16、17、24、27、32、36、46、48、55、57、70 a。在胸径处采树皮、树干样品(尽量采集树干心材部位)，树叶、树枝根据不同冠幅、层次混合取样。分别将采集的叶、皮、枝和干样品装入纸袋封好，带回实验室在80 ℃的恒温箱内烘干至恒重，将烘干的样品用高速粉碎机粉碎、过100目筛之后装入自封袋备用。

1.3指标测定方法

采用美国PARR6300氧弹量热仪测定热值，得到被测试样的弹筒发热量值(gross caloric value，GCV)，即干重热值；采用干灰化法测定灰分含量；根据测定的干重热值和灰分含量计算样品的去灰分热值(ash-free caloric value，AFCV)；采用K2Cr2O7容量法测定全碳含量。

2 结果与分析

2.1各个器官热值与碳含量相关性

不同年龄栓皮栎各器官热值比较见图1～图2。由图1、图2可知，各个器官的干重热值范围在16.5555～21.3216 kJ·g-1之间，去灰分热值范围在17.7079～22.3962 kJ·g-1之间，树叶和树皮的干重热值、去灰分热值均高于树枝和树干，是地上部分的主要热值器官。

图1 各器官干重热值比较

图2 各器官去灰分热值比较

利用SPSS软件对11个年龄的栓皮栎各器官热值与其碳含量做相关分析，结果见表1。由表1可以看出，各器官干重热值与碳含量的相关系数在0.492～0.786之间，相关性由强到弱依次是树叶、树皮、树枝、树干；去灰分热值与碳含量的相关系数在0.528～0.615之间，相关性由强到弱依次是树皮、树叶、树枝、树干。

2.2栓皮栎地上部分热值与碳含量关系

本研究对干重比例根据已有研究成果及调查实际情况制定[14]，各器官干重比例见表2。栓皮栎地上部分各指标值计算公式为：地上部分权重值=树叶×叶的干重比例+树皮×皮的干重比例+树枝×枝的干重比例+树干×干的干重比例。计算结果见表3。

表1 各器官热值与其含碳量相关性分析

*：**为极显著相关；*为显著相关。

表2 栓皮栎各器官干重比例

表3 栓皮栎地上部分各指标权重值

用SPSS对栓皮栎干重热值—碳含量做曲线估计，结果见表4。由表4可知，在回归分析中，从R值可知，二次方模型和三次方模型相关系数较高，分别为0.929、0.930，结合F值，最终选取二次方模型为栓皮栎地上部分干重热值—碳含量方程，即y=-190.911x2+1182.426x-28.057。

表4 栓皮栎干重热值—碳含量曲线估计分析

*：因变量为干重热值；自变量为碳含量。

同理，可得栓皮栎地上部分去灰分热值—碳含量曲线估计结果见表5。由表5可知，结合R值与F值，二次方方程模拟效果最好，因此去灰分热值—碳含量方程为：y=-131.696x2+137.217x-18.841。

表5 栓皮栎去灰分热值—碳含量曲线估计分析

*：因变量为去灰分热值；自变量为碳含量。

栓皮栎地上部分干重热值、去灰分热值与碳含量的模拟方程均为开口向下的抛物线方程，这表示当碳含量达到一定值时，热值能取到最大值。在实际工作中，可围绕如何调节碳含量的方法来研究增加热值的问题。

3 小结

1)栓皮栎树叶和树皮的热值含量较高，是地上植株部分的主要供能器官；各个器官的干重热值与碳含量的相关性由强到弱依次是叶、皮、枝、干；去灰分热值与碳含量的相关性由强到弱依次是皮、叶、枝、干，即叶、皮的热值与碳含量的相关性强于枝、干热值与碳含量的相关性。

2)以栓皮栎地上部分的干重热值、去灰分热值为因变量，以碳含量为自变量得到模拟方程分别为：y=-190.911x2+1182.426x-28.057、y=-131.696x2+137.217x-18.841。

3)栓皮栎在能源林的开发利用方面具有较高的利用价值，地上部分的树叶和树皮热值含量高，是重要供能器官，且树叶、树皮热值与其各自碳含量关系密切，栓皮栎能源林在灌木化的过程中，树皮和树叶的面积相应增大，现阶段利用经营措施和其他技术手段增加植物碳含量较容易实现，研究结果从一方面说明栓皮栎能源林的灌木化具有可行性，为下一步栓皮栎能源林的开发和利用提供一定的参考。

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AStudyontheCorrelationBetweenCaloricValueandCarbonContentofQuercusvariabilis.

TANYuanguo1，DUYan2，MENGWei1，PENGZuodeng3

(1.GuizhouForestrySurveyPlanningInstitute，Guiyang550003，Guizhou，China； 2.EcologicalcivilizationconstructionbureauofQingzhenCityinGuizhouprovince，Guiyang551400，Guizhou，China； 3.TheKeyLaboratoryforSilvicultureandConservationofMinistryofEducationofBeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

11 trees ofQuercusvariabilisfrom age 16 to age 70 are chosen as the research objects，and then the gross caloric values，ash content and carbon content value of leave，bark，branch and trunk were determined in turn.To use the dry weight ratio to calculate the gross caloric values，ash content and carbon content of the aerial part.Making curve estimations of the aerial part caloric values and carbon content to get the the best fitting equation by using SPSS.The results show that：the caloric value of leave and bark is much higher，which means the main energy supply organs are leave and bark，the correlation of caloric value and carbon content of leave and bark is stronger than the branch and trunk；the best-fit model of the gross caloric value and carbon content is quadratic linear regression model，the ash-free caloric value either，y=-190.911x2+1182.426x-28.057，y=-131.696x2+137.217x-18.841，the correlation index are 0.929 and 0.933.The results can be providing a reference for the feasibility ofQuercusvariabilisenergy forest.

Quercusvariabilis；gross caloric value；ash free caloric value；carbon content；correlation

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.005

2017-03-01；

： 2017-04-06

“十一五”国家科技支撑计划(2006BAD18B0103)；教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目(706007)

谭元国(1968—)，男，贵州贵阳人，贵州省林业调查规划院工程师，从事林业调查规划设计工作。E-mail：tanyuanguo0207@126.com。

孟伟(1987—)，男，河南宁陵人，贵州省林业调查规划院工程师，从事林业调查规划设计工作。E-mail：641816613@qq.com。

S727.4

： A

： 1002-7351(2017)03-0030-03