虉草熱值與灰分動態(tài)變化研究

單麗燕,王鐵梅，馬金星,高 凱

(1.全國畜牧總站，北京 100125；2.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,北京 100083；3.內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古通遼 028043)

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虉草熱值與灰分動態(tài)變化研究

單麗燕1,王鐵梅2，馬金星1,高 凱3

(1.全國畜牧總站，北京 100125；2.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,北京 100083；3.內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古通遼 028043)

通過對虉草的熱值和灰分進行測定，探討虉草熱值和灰分的動態(tài)變化及二者之間相關(guān)性。結(jié)果表明，虉草干重?zé)嶂党尸F(xiàn)雙峰的變化趨勢，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期；虉草灰分含量隨物候期呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，成熟期灰分含量最低；去灰分熱值隨著生育時期推遲呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢，其順序為孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后營養(yǎng)期>枯黃期；各生育期干重?zé)嶂蹬c灰分含量之間均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中抽穗期表現(xiàn)為極顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.01)，孕穗期和果后營養(yǎng)期表現(xiàn)為顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.05) ，盛花期、成熟期和枯黃期相關(guān)性不顯著。

虉草；熱值；灰分；相關(guān)性；生物燃料

能源問題作為全世界關(guān)注的熱點，化石燃料的短缺及經(jīng)濟發(fā)展對化石燃料的依賴性越來越大，這已經(jīng)是社會發(fā)展不可回避的問題。而生物質(zhì)能源是利用和開發(fā)可再生能源，減少經(jīng)濟發(fā)展過程對化石燃料依賴的重要途徑之一[1]。但在其發(fā)展過程中須避免“與人爭糧”和“與糧爭地”的矛盾[2]。因此某些生態(tài)適應(yīng)性強、能夠在較差環(huán)境下規(guī)模化種植的植物成為生物質(zhì)能源供給料的首選。虉草(PhalarisarundinaceaL.)，別名草蘆，禾本科(Gram; nae)虉草屬。廣泛分布于我國東北、華北、西北、華東、華中的河漫灘、湖邊、低洼地、沼澤等地，對環(huán)境要求低，具有喜濕但耐旱、喜溫但耐寒、耐鹽堿等優(yōu)點，其莖稈中纖維素含量高，是發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的上等原料[3-4]。因此，虉草是新型生物能源的首選植物之一。

在虉草的長期研究過程中，學(xué)者們分別從其生態(tài)適應(yīng)性、新品種選育、飼用價值和栽培管理等方面進行了細(xì)致的研究，并且取得了大量有價值的研究成果[5-7]。然而，關(guān)于虉草熱值和灰分含量方面的研究相對較少，熱值和灰分是能源植物篩選和質(zhì)量評價過程中的重要指標(biāo)[8]。熱值主要從能量角度反映作為能源植物的潛力，而灰分在能源植物篩選過程中也是重要的參考指標(biāo)。大量研究表明，隨著灰分含量的增加，植物熱值呈現(xiàn)下降的趨勢[9]；且生物質(zhì)能源生產(chǎn)加工過程中，由于在高溫情況下，灰分中所含的堿性物質(zhì)會產(chǎn)生大量的廢渣以及腐蝕性物質(zhì)，導(dǎo)致生物能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化率下降，其中腐蝕性物質(zhì)會對轉(zhuǎn)化設(shè)備造成破壞，從而增加轉(zhuǎn)化成本[10-11]。因此，筆者擬以不同物候期的虉草為研究對象，通過對其熱值、灰分及去灰分熱值等的對比研究，探討虉草的能用潛力和品質(zhì)特性，為虉草的合理利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 自然概況試驗地位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學(xué)試驗農(nóng)場，地理位置為43°36′ N，122°22′ E，海拔178 m。氣候?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫6.4 ℃，極端最低溫-30.9 ℃，≥10 ℃積溫3 184 ℃，無霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生長季(4～9月)降水量占全年的89%。試驗地土壤為灰色草甸土，為當(dāng)?shù)刂饕寥李愋停寥烙袡C質(zhì)含量18.23 g/kg、堿解氮62.41 mg/kg、速效磷38.61 mg/kg、速效鉀184.58 mg/kg、pH為8.20。

1.2 樣品采集與測定項目試驗材料為2012年4月種植的虉草。分別在孕穗期、抽穗期、成熟期、盛花期、果后營養(yǎng)期、枯黃期等6個時期進行樣品采集，5次重復(fù)。先將粉碎的樣品放在80 ℃烘箱內(nèi)烘2 h，之后采用美國PARR公司生產(chǎn)的PARR6300型氧彈式熱量計測定熱值。灰分含量的測定采用干灰化法，即將樣品在馬福爐550 ℃下灰化5 h后測定其灰分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均在Excel和SAS統(tǒng)計軟件上完成。采用t-test進行不同處理間各參數(shù)的差異顯著性分析。去灰分熱值=干重?zé)嶂?(1-灰分含量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 虉草干重?zé)嶂祫討B(tài)變化由圖1可知，虉草干重?zé)嶂惦S物候期呈現(xiàn)為雙峰的變化趨勢，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期；不同生育期熱值順序為孕穗期>抽穗期>成熟期>盛花期>果后營養(yǎng)期>枯黃期，其中孕穗期和抽穗期顯著高于盛花期和成熟期(P<0. 05)，盛花期和成熟期又顯著高于果后營養(yǎng)期和枯黃期(P<0. 05)；孕穗期熱值最高，枯黃期熱值最低。

2.2 虉草灰分含量動態(tài)變化由圖2可知，虉草灰分含量隨物候期呈現(xiàn)先降低后升高的變花趨勢，成熟期灰分含量最低，顯著低于其他各個時期；孕穗期、果后營養(yǎng)期和枯黃期3個時期灰分含量顯著高于抽穗期、盛花期和成熟期，但三者之間差異不顯著；抽穗期和盛花期灰分含量顯著高于成熟期。

2.3 虉草干重?zé)嶂蹬c灰分相關(guān)性分析通過對不同生育期虉草的干重?zé)嶂蹬c灰分含量進行相關(guān)性分析(表1)，結(jié)果表明，各生育期干重?zé)嶂蹬c灰分含量之間均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中抽穗期表現(xiàn)為極顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.01)，孕穗期和果后營養(yǎng)期表現(xiàn)為顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.05) ，盛花期、成熟期和枯黃期相關(guān)性不顯著。

表1 不同生育期干重?zé)嶂蹬c灰分含量的相關(guān)關(guān)系

生育期方程相關(guān)系數(shù)(r)樣本數(shù)孕穗期y=-0．042x+17．440．561?12抽穗期y=-0．093x+17．520．877??12盛花期y=-0．027x+16．960．26612成熟期y=-0．041x+17．080．42512果后營養(yǎng)期y=-0．033x+16．690．571?12枯黃期y=-0．042x+16．590．49512

注：y為干重?zé)嶂?MJ/kg)，x為灰分含量(%);*表示顯著水平為0.05，**表示顯著水平為0.01。

2.4 虉草去灰分熱值動態(tài)變化由圖3可知，去灰分熱值隨著生育時期推遲呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢，其順序為孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后營養(yǎng)期>枯黃期，其中孕穗期顯著高于抽穗期、盛花期、成熟期、果后營養(yǎng)期和枯黃期，抽穗期顯著高于盛花期、成熟期、果后營養(yǎng)期和枯黃期，盛花期、成熟期、果后營養(yǎng)期和枯黃期4個時期的去灰分熱值之間沒有表現(xiàn)出顯著差異。

3 結(jié)論與討論

3.1 虉草干重?zé)嶂蹬c灰分含量在不同時期的變化趨勢熱值作為植物的重要屬性，具有一定的穩(wěn)定性，同時也受多種因素的影響，如植物物種、組織器官、養(yǎng)分含量、物候期等內(nèi)在因素及日照時數(shù)、土壤類型、光強等外在因素[12-13]。灰分含量作為植物另外一個重要指標(biāo)，對植物的干重?zé)嶂稻哂幸欢ǖ挠绊懀瑢W(xué)者們針對二者之間的關(guān)系進行了大量研究。研究表明，植物灰分含量每升高1%，其熱值約降低0.2 MJ/kg[9]。通過對不同物候期虉草干重?zé)嶂岛突曳趾恐g相關(guān)性分析，結(jié)果表明，干重?zé)嶂岛突曳趾恐g表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，該結(jié)論與學(xué)者們在羊草、冰草等草地植物研究的結(jié)論相一致[14]。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是由于植物燃燒過程中，參與燃燒的元素主要是C、N等元素，而灰分的主要組成成分多為鈣、鎂、鐵等無法參與燃燒的金屬元素[15]。因此，灰分含量越高，則植物體內(nèi)參與燃燒的元素所占的比例越少，燃燒所釋放的熱量越少，最終將以植物熱值的高低來反映。

3.2 虉草干重?zé)嶂蹬c灰分含量出現(xiàn)雙峰的變化趨勢草本植物生長發(fā)育過程中由于生活史對策的不同，因其個體較小，具有強烈的季節(jié)變化特點，隨著物候期的變化，光合產(chǎn)物的運輸分配也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在這個過程中，植物的熱值也會表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化[8，16]。在熱值動態(tài)變化規(guī)律的研究過程中，這一規(guī)律得到了驗證。例如，劉世榮等對植物熱值動態(tài)變化的研究過程中發(fā)現(xiàn)，葉片熱值6月份最高，之后逐漸降低，直至生長季末期達到最低值；而枝條熱值變化在整個生長季沒有大的起伏，只是在生長季末期略有增加[17]；高凱等研究發(fā)現(xiàn)，羊草等植物熱值月變化呈現(xiàn)單峰型變化曲線，并且在8月份達到最高值[14]。通過對虉草植物熱值動態(tài)變化研究發(fā)現(xiàn)，虉草熱值隨物候期呈現(xiàn)為雙峰型曲線的變化趨勢，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期，該結(jié)論也進一步表明植物熱值的動態(tài)變化規(guī)律；而干重?zé)嶂翟伦兓腿セ曳譄嶂翟伦兓厔莶⒉灰恢拢渲饕驗椴煌路莼曳趾恐g存在一定的差異。

虉草干重?zé)嶂党尸F(xiàn)雙峰的變化趨勢，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期；虉草灰分含量隨物候期呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，成熟期灰分含量最低；去灰分熱值隨著生育期推遲呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢，其順序為孕穗期>抽穗期>盛花期>成熟期>果后營養(yǎng)期>枯黃期；各生育期干重?zé)嶂蹬c灰分含量之間均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中抽穗期表現(xiàn)為極顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.01)，孕穗期和果后營養(yǎng)期表現(xiàn)為顯著線性負(fù)相關(guān)(P<0.05)，盛花期、成熟期和枯黃期相關(guān)性不顯著。

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Study on the Changes of Caloric Value and Ash Dynamic of Reed Canarygrass

SHAN Li-yan1, WANG Tie-mei2, MA Jin-xing1et al

(1. National Animal Husbandry Service, Beijing 100125; 2. College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083)

This paper measured the caloric value and ash content of Reed Canarygrass, and discussed the dynamic variations and the correlation between the caloric value and ash content. The results showed: The dynamic variations of dry mass caloric value followed a double peak pattern, and the peak value was observed booting stage and autumn; The dynamic variations of ash content indicated variation trend of firstly decreases and then increases, and the lowest value was observed autumn; The dynamic variations of ash-free caloric value followed change trend of gradually decreasing, and the order was booting stage>heading stage>flower stage>autumn>nutrition period after the fruit>scorch phase; There was significantly negative correlation between the dry mass caloric value and ash content of booting stage and nutrition period after the fruit(P<0.05) and heading stage(P<0. 01), and there was no significant negative correlation at flower stage, autumn and scorch phase.

Reed Canarygras; Caloric value; Ash; Correlation; Biofuel

單麗燕(1979-)，女，吉林臨江人，工程師，碩士，從事草原與飼料管理工作。

2015-03-17

S 181.4

A

0517-6611(2015)11-250-02