桉樹、厚莢相思和馬占相思樹種熱值比較分析

王 娜，孫墨瓏，王立海

(東北林業大學工程技術學院，哈爾濱150040)

桉樹 (Eucalyptus)是我國南方最重要的速生商品林樹種，也是優良的能源樹種。其抗旱能力、耐貧瘠能力、抗鹽堿、耐水浸、抗風和耐寒性都很強，適應性廣，且具有高效的光合作用機制，因此其人工林是世界上生長最快、生物量最大的一種人工林生態體系［1］。馬占相思 (Acacia mangium)與厚莢相思 (Acacia crassicarpa)均屬于相思屬樹種，是含羞草科金合歡屬常綠高大喬木，原產澳大利亞昆士蘭沿海，以及巴布亞新幾內亞等地，中國在20世紀70～80年代將它們引種于我國廣東和廣西省。由于其具有適應性廣，病蟲害少，出材率高，速生豐產，用途廣泛，并具改土固氮等優點，近年來，在南方短周期人工林建設中得了迅速的發展，并產生了顯著的生態效益和經濟效益［2－4］。

我國林業科學研究者在對上述樹種的樹木生理、森林生態、種源試驗、引種栽培、營養繁殖育苗、造林、木材加工及性質等方面進行了大量的研究。但對于其在能源利用方面及燃燒特性等方面的研究還較少。在當今世界性能源緊張、石油日漸稀少、環境污染嚴重、生態不平衡加劇的情況下，不斷開發使用生物質能源的優勢越發凸顯出來。木質能源以其能量密度相對較高、環境污染小、便于就地利用等優點已成為人類可以依靠的重要能源。有效地利用木質燃料來解決我國煤炭、石油等石化能源資源的短缺具有重要意義。而發熱量是木質燃料的重要參數之一，因此，本文以桉樹、馬占相思和厚莢相思三個南方常見的速生樹木為樣本，對其發熱量進行測定，以期為其熱值研究方面提供一定的參考，從而更好地發揮其能源利用方面的價值。

1 試驗材料

試驗樣本選自廣西省北海市合浦縣。合浦縣地處于東經108°50'45″～109°47'28″、北緯 21°26'～21°55'34″之間的過渡熱帶沿海平原地區，土壤土質由砂質粘土、砂礫構成，地層結構穩定，承壓能力強，是典型的季風海洋性氣候，多年平均氣溫22.4℃，年均降水量1 800mm，年均日照時數1 921h，極端最高氣溫約38℃，極端最低氣溫－0.8℃，全縣無霜期平均每年350d，光照充足，雨量充沛，一年四季均可耕種，在發展南亞熱帶作物方面具有優越的自然條件。全縣有林面積64 938.3hm2，其中桉樹類39 123.3hm2，速生桉樹26 600hm2，該縣的周邊地區亦大量種植相思類樹種。

在該地區取桉樹、厚莢相思和馬占相思各樹種的樹干、樹枝和樹葉備試驗用。將樹干試樣的樹皮與木質部分離，得到樹皮試件。再將樹干木質部的心、邊材分離開并挑選邊材靠外側及心材靠近內側的木質分別作為心、邊材試件。去除樹葉上的灰塵雜質，形成樹葉試件。連同樹枝，試樣共計15種。

2 試驗方法

分別將樹皮試件、心材試件和邊材試件切成火柴棒大小，放在實驗室中自然干燥30d;然后將所有試件利用FZ102型微型植物粉碎機進行粉碎;最后將試樣放進101－1A型電熱鼓風干燥箱內進行干燥，溫度設定為 (105±5)℃。連續干燥2h后，每隔10min從干燥箱內取出試樣稱重，當其前后之差不超過0.1g時視為干燥充分，此時干燥箱內的試樣可以直接用來試驗。因為樣本中包含桉樹等吸水性較強的樹種，為了盡量減小誤差，在試驗進行中每次取出足夠一次試驗用的試樣后，即將其放回干燥箱內以待下次使用。

發熱量采用YX-ZR金鷹自動量熱儀測定，每一個試驗用樣進行不少于2次的測定，取極差小于150J/g的2次數據的平均值作為試驗數據［5］。

3 結果與分析

此次試驗得出的試驗結果見表1。

由表1可見，本次試驗中，三個樹種各部位的熱值大小順序由高到低依次為樹葉、樹枝、樹干邊材、樹干心材和樹皮，此結果與相同氣候帶一般植物體器官熱值的大小規律相一致［6］。

表1 各樹種不同部位發熱量 MJ/kgTab.1 Caloric value of different parts of each tree species

植物體不同器官間熱值存在差異，其大小主要受器官內含有的有機成分的影響。木材的不同成分，其高位發熱量各不相同。其中，纖維素、半纖維素約為17 238kJ/kg，木素為26 656kJ/kg，樹脂為38 074［7］，故對植物熱值影響最大的因子是樹脂，其次為木素，纖維素等。由于植物熱值的高低受植物對太陽能的轉化效率的影響［5］，從植物解剖學和植物生理學角度看，葉是植物體生理活動最活躍的器官，能合成高能有機物，含有較多的高能化合物如蛋白質和脂肪等物質，因此，葉的干重熱值一般較高。而樹干、樹枝為支持器官，其內含有樹脂等高能化合物較少，故其熱值相對于樹葉來說較低［7］，但其木素、纖維素等含量較高，熱值相對于樹皮來說較高。由于樹木的熱值還與營養物質的輸送過程密切相關，樹木進行光和作用合成的有機物，沿枝輸送進樹干中。在營養物質傳送的過程中，脂類和蛋白質等高能化合物的輸送速率要低于碳水化合物等低能光和產物，但其各自的積累速率卻正好相反。因此，高能化合物在輸送過程中的積累濃度由葉、枝、干逐漸降低，所以樹枝的發熱量高于樹干。有機物的積累還在木材密度的變化上體現出來，一般情況下，樹干心材的密度應高于樹干邊材的密度，且由于心材比邊材含有更多的樹脂［8］，因此樹干心材的發熱量應高于樹干邊材的發熱量，本文研究卻有相反的結果，這與采樣選取樹種的樹齡有關系，本次取樣的各樹種均為幼樹，心材的轉化還不完全，在轉化過程中單寧樹脂等未得以完全沉積于心材處所致［9－10］。樹皮主要的功能是保護木質部和與外界進行水分交換等，其有機物含量較少，有一定的能量損失，因此其熱值最低。但是馬占相思的樹皮熱值僅低于樹葉的熱值，較其他部位相比都高，這是由于馬占相思樹皮是一種優良的栲膠原料，其絕干樹皮內有機物質單寧的含量高達36.75%所致。

桉樹、厚莢相思和馬占相思三樹種各自的平均發熱量依次為 19.7815 kJ/g、20.6395 kJ/g和20.978 kJ/g。其三者的平均熱值都高于我國南亞熱帶的平均植物熱值19.42kJ/g［5］。說明此三個樹種燃燒都能產生較高的熱量，在薪材利用方面均比較有優勢。三者相比較，發熱量由高到低依次為馬占相思、厚莢相思和桉樹，故對于此三個樹種作為薪材來講，僅從熱值方面考慮，同等條件下可優先選擇馬占相思樹種。但對于紙漿材來說，由于所選樹種應從熱值、年收獲量考慮，故4a就可以收獲的桉樹更適合作紙漿材。

4 結論

(1)桉樹、厚莢相思和馬占相思三樹種燃燒的平均熱值分別為 19.782kJ/g，20.640kJ/g和20.978kJ/g。

(2)桉樹、厚莢相思和馬占相思三樹種各器官部分的發熱量由高到低的順序大致為樹葉、樹枝、樹干邊材、樹干心材和樹皮。其中，馬占相思的樹皮發熱量界于樹葉與樹枝之間，這是因為其樹皮內含有有機物質單寧的成分較高得緣故。

(3)桉樹、厚莢相思和馬占相思三種南方常見速生樹種其發熱量由高到低依次為馬占相思、厚莢相思和桉樹。此三個樹種應用于薪材方面，可優先考慮馬占相思樹種;應用于紙漿材方面，應側重考慮桉樹。

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