余滿江+蔣昭瓊+熊昌國+庹洪章++易文裕

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.13.057[HT9.]

摘要：為研究四川省主要農(nóng)作物秸稈的特性，在四川省平原區(qū)、丘陵區(qū)、山區(qū)采集50個(gè)麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣本，并對其相關(guān)理化特性進(jìn)行測試；探討粉碎長度對秸稈物理特性的影響，比較不同地區(qū)麥秸、油菜秸的理化特性，研究秸稈理化特性的種類差異性。結(jié)果顯示，粉碎長度對秸稈的自然堆積密度和振實(shí)堆積密度有顯著性影響，粉碎長度較大的秸稈樣品的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度離散程度較大；作物種類對秸稈的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值有顯著性影響，在麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸4種農(nóng)作物秸稈中，油菜秸最適宜作秸稈燃料，稻秸最差。

關(guān)鍵詞：四川省；秸稈；堆積角；堆積密度；全水分含量；干燥基灰分含量；熱值

中圖分類號： S216.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）13-0213-06[HS）][HT9.SS]

收稿日期：2016-03-18

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號：201503135-20）；四川省科技計(jì)劃 （編號：2015JY0210）。

作者簡介：余滿江（1978—），男，重慶人，高級工程師，主要從事農(nóng)村生物質(zhì)能源技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程裝備開發(fā)的應(yīng)用與研究。E-mail：ymj9701@163.com。

通信作者：易文裕，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)科學(xué)、工程與技術(shù)科學(xué)研究。E-mail：yiyi22_ywy@163.com。

[ZK）]

農(nóng)作物秸稈是一種重要的生物質(zhì)能源，是農(nóng)作物收獲經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物后所有剩余的地上部分產(chǎn)物[1]。隨著農(nóng)民生活水平的提高，越來越多的農(nóng)民擺脫了傳統(tǒng)的以農(nóng)作物秸稈直接作為燃料的生活方式，富余的秸稈大部分被直接燃燒還田，造成嚴(yán)重的大氣污染，成為農(nóng)村面源污染的新源頭。如何有效地利用農(nóng)作物秸稈，使農(nóng)作物秸稈變廢為寶引起了人們廣泛的關(guān)注。目前，秸稈的肥料化、飼料化、基料化、能源化、原料化等多種利用方式成為研究熱點(diǎn)，而這些利用方式與秸稈的物理化學(xué)特性是緊密相關(guān)的[2]。在秸稈能源化利用中，秸稈氣化工藝對秸稈的堆積密度、流動(dòng)特性等基本物理性質(zhì)有一定的要求，堆積密度大、自然堆積角小，流動(dòng)性好，對氣化工藝有利[3]；含水率和熱值是秸稈作為能源材料的重要指標(biāo)，含水率小于20%且越低越好，含水率相同時(shí)秸稈的熱值則越高越好[4]；秸稈成型加工對秸稈含水率也有明確要求[5]。因此，研究農(nóng)作物秸稈的堆積密度、自然堆積角、含水率、熱值等理化特性具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

田宜水等對安徽、河南、山東、北京、黑龍江、內(nèi)蒙古地區(qū)粒度為5～30 mm的切碎秸稈進(jìn)行理化特性研究[6]；霍麗麗等對安徽、河南、山東、河北、黑龍江、內(nèi)蒙古地區(qū)的粉碎秸稈物理特性進(jìn)行了研究[2]；而對四川省農(nóng)作物秸稈的理化特性研究較少[4-5，7-8]。

四川省是一個(gè)人口眾多而資源開發(fā)程度較差的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)耕歷史悠久。2014年，四川省水稻產(chǎn)量1 526.5萬t，居全國第6位；小麥產(chǎn)量423.2萬t，居全國第7位；玉米產(chǎn)量751.9萬t，居全國第9位；油菜籽產(chǎn)量233.1萬t，居全國第2位[9]。在四川省農(nóng)作物秸稈中，稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸的資源量名列前4位[1]。因此，對四川省這4種農(nóng)作物秸稈進(jìn)行基礎(chǔ)性研究具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本試驗(yàn)對四川省稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸的堆積角、堆積密度、全水分含量、彈筒熱值、干燥基灰分含量等物理化學(xué)特性進(jìn)行研究分析，為[HJ1.4mm]四川省農(nóng)作物秸稈的資源化利用，特別是能源化利用提供基礎(chǔ)性參考數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1儀器設(shè)備

FZ102型微型植物試樣粉碎機(jī)（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；HWR-15C型自動(dòng)快速熱量計(jì)（上海市檢測技術(shù)所上立檢測儀器廠）；ESJ200-4 型電子天平（沈陽龍騰電子有限公[CM（25]司）；ACS-6A型電子計(jì)重秤（上海友聲衡器有限公司）；[CM）][HJ]202型電熱恒溫干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）。

1.2試驗(yàn)原料采集

試驗(yàn)原料為四川省秸稈資源量排名前4的秸稈，即稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸。

四川省地形地貌復(fù)雜多樣，可分為成都平原區(qū)、盆地丘陵區(qū)、盆周山區(qū)、川西南山區(qū)、川西北高原區(qū)等五大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域。本試驗(yàn)擬研究具有代表性農(nóng)作物秸稈的理化特性，為秸稈資源化利用提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。因此，樣本采集地點(diǎn)選擇在農(nóng)作物秸稈資源密度較大的平原和丘陵山區(qū)，平原區(qū)采樣地點(diǎn)為眉山市，丘陵區(qū)采樣地點(diǎn)有綿陽、南充、瀘州、簡陽市，山區(qū)采樣地點(diǎn)為廣元市。采用隨機(jī)抽樣法抽取當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘慕斩? kg（取整株）左右，編號并裝入取樣袋中，記錄秸稈種類、采樣地點(diǎn)、戶名等相關(guān)信息。

抽樣具體情況：2015年5月6—17日在眉山市仁壽縣珠嘉鄉(xiāng)、閬中市沙溪金鼓村、綿陽市三臺縣建設(shè)鎮(zhèn)、廣元市劍閣縣漢陽鎮(zhèn)采集麥秸樣本4批次，每批次5個(gè)樣本，共20個(gè)麥秸樣本；在眉山市仁壽縣珠嘉鄉(xiāng)、南充市閬中市石子鄉(xiāng)、綿陽市三臺縣建設(shè)鎮(zhèn)、廣元市劍閣縣漢陽鎮(zhèn)采集油菜秸樣本4批次，每批次5個(gè)樣本，共20個(gè)油菜秸樣本；2015年8月12日在瀘州市瀘縣云龍鎮(zhèn)采集稻秸樣本1批次，每批次5個(gè)樣本，共5個(gè)稻秸樣本；2015年9月7日在簡陽市采集玉米秸樣本1批次，每批次5個(gè)樣本，共5個(gè)玉米秸樣本。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1秸稈樣品的制備

將秸稈樣本帶回四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，在陰涼通風(fēng)處攤開，待秸稈樣本自然干燥，達(dá)到平衡水分后再進(jìn)行制樣。將秸稈（整株）樣本分別粉碎制成 2～3 mm、1～3 mm長度的2種秸稈樣品，測試其堆積角、堆積密度、含水率、干燥基灰分含量、彈筒熱值。endprint

1.3.2秸稈靜態(tài)堆積角測試[10]

在固定的高度（250 mm）使秸稈樣品自由落下，直至秸稈料堆形成穩(wěn)定保持的最大自然坡角的料堆為止。然后測試料堆底徑d2、上底底徑d1、高度h。根據(jù)公式（1）計(jì)算秸稈樣品的靜態(tài)堆積角α。每個(gè)樣品平行測試3次，取平均值。

[JZ（]α=arctan[SX（]2hd2-d1[SX）]。[JZ）][JY]（1）

1.3.3秸稈堆積密度測試[11]

首先測試潔凈干燥容器的質(zhì)量為m1，然后將容器盛滿水，根據(jù)水的密度和質(zhì)量求得容器容積V。將樣品從高于容器上緣250 mm高度倒入該潔凈干燥的容器中，直至填滿并形成最大可能高度的錐體；刮去容器口多余的樣品，此時(shí)樣品體積即為容器容積，稱量容器和樣品質(zhì)量為m2，根據(jù)公式（2）可計(jì)算出樣品的自然堆積密度ρ。若將盛有樣品的容器從150 mm高度自由掉落在試驗(yàn)臺上，此時(shí)樣品占據(jù)的體積減小，容器未滿；向容器空出的空間中填充樣品，再次振動(dòng)，如此循環(huán)，直至整個(gè)容器振動(dòng)填滿秸稈樣品，刮去容器口多余的樣品，稱量容器和樣品質(zhì)量，同理可求得樣品的振實(shí)堆積密度。每個(gè)樣品平行測試3次，取平均值。

[JZ（]ρ=[SX（]m2-m1V[SX）]。[JZ）][JY]（2）

1.3.4秸稈全水分含量測試[12]

稱量空盤的質(zhì)量為m3，盤和樣品的總質(zhì)量為m4[樣品質(zhì)量為（500±10）g]，參照盤質(zhì)量為m6；放入（105±2） ℃的烘箱中干燥，直至托盤和樣品總質(zhì)量m5為恒質(zhì)量，同時(shí)測試參照盤干燥后質(zhì)量m7。質(zhì)量恒量是指 60 min、（105±2） ℃加熱過程中，其質(zhì)量變化不超過02%。根據(jù)公式（3）可計(jì)算出樣品全水分含量WQ。每個(gè)樣品平行測試2次，取平均值。

[JZ（]WQ=[SX（]（m4-m5）-（m6-m7）m4-m3[SX）]×100%。[JZ）][JY]（3）

1.3.5秸稈熱值測試[13]

將稱量瓶及蓋放置在105～110 ℃的干燥箱中干燥30 min，在干燥器皿中冷卻到室溫后稱量，記為m8；在稱量瓶中放入（10.000 0±0.200 0） g顆粒為1～3 mm 的樣品加蓋后稱量，記為m9。將裝有樣品的稱量瓶及蓋分開放置在105～110 ℃的干燥箱中干燥3 h后，每間隔 30 min，加蓋取出裝有樣品的稱量瓶放入干燥器皿中，冷卻至室溫后稱量，直到質(zhì)量恒定，即前后2次的稱量質(zhì)量相差≤1 mg，此時(shí)的質(zhì)量記為m10。根據(jù)公式（4）計(jì)算樣品含水率WS。

[JZ（]WS=[SX（]m9-m10m9-m8[SX）]×100%。[JZ）][JY]（4）

?。?.40±0.01）g顆粒為1～3 mm樣品，用已知發(fā)熱量的擦鏡紙包緊，裝入燃燒皿，安裝點(diǎn)火絲，在氧彈中添加 10 mL 蒸餾水，擰緊氧彈蓋，向氧彈中緩慢充入氧氣加壓至 1.5 MPa。輸入樣品質(zhì)量、自動(dòng)氧彈熱量計(jì)熱容量、擦鏡紙發(fā)熱量，進(jìn)入自動(dòng)測試得出彈筒發(fā)熱量QDJ（J/g）。根據(jù)公式（5）可換算出樣品的絕干彈筒熱值QJG。每個(gè)樣品平行測試2次彈筒熱值和含水率，計(jì)算后取平均值。

[JZ（]QJG=[SX（]QDT1-WS[SX）]。[JZ）][JY]（5）

1.3.6秸稈干燥基灰分含量測試[14]

稱量在馬弗爐中（550±10） ℃加熱1 h后冷卻的空灰皿的質(zhì)量m11；稱?。?.00±0.10）g 樣品放置在灰皿底，均勻攤開，稱量灰皿與樣品質(zhì)量m12；將裝有樣品的灰皿放入馬弗爐中，以5 ℃/min的加熱速率均勻加熱，加熱至250 ℃時(shí)保持該溫度1 h，然后繼續(xù)加熱至550 ℃，在550 ℃下灰化2 h；待灰皿溫度降至室溫時(shí)稱取灰皿質(zhì)量m13。同時(shí)測量樣品的含水率WS，根據(jù)公式（6）可計(jì)算出干燥基灰分含量Ad。每個(gè)樣品平行測試2次，取平均值。

[JZ（]Ad=[SX（]m13-m11m12-m11[SX）]×[SX（]11-WS[SX）]×100%。[JZ）][JY]（6）

2結(jié)果與分析

2.1不同粉碎長度對秸稈物理特性的影響

本研究對2～3 mm、1～3 mm 2種粉碎長度秸稈樣品的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度進(jìn)行了測試，并通過SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用配對樣本t檢驗(yàn)方法對這2種粉碎長度的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

2.1.1靜態(tài)堆積角從表1中可以看出，粉碎長度為1～3 mm 的秸稈樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果在46.2°～46.7°范圍內(nèi)，算術(shù)平均值為46.3°，標(biāo)準(zhǔn)差為0.23°；粉碎長度為2～3 cm 的秸稈樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果在44.2°～50.2°范圍內(nèi)[CM（25]，算術(shù)平均值為45.8°，標(biāo)準(zhǔn)差為1.90°。對2種粉碎長度[CM）][FL）]

[FK（W+45mm][HT6H][JZ]表1不同粉碎長度的秸稈物理特性[HTSS][STBZ]

[HJ*5][BG（！][BHDFG3，WK9，WK51W]測定名稱[ZB（][BHDWG1*2，WK17。3W]不同長度下靜態(tài)堆積角（°）不同長度下自然堆積密度（kg/m3）不同長度下振實(shí)堆積密度（kg/m3）

1～3 mm2～3 cm1～3 mm2～3 cm1～3 mm2～3 cm[ZB）W]

[BHDG1*2，WK9，WK8*2。6W]測試結(jié)果范圍46.2～46.744.2～50.2187.3～215.932.0～59.0262.2～300.040.0～73.8

[BHDW]均值46.345.8203.541.8285.254.7

[BH]標(biāo)準(zhǔn)差0.231.99.578.4111.712.39endprint

[BH]t值0.87863.927*62.372*

[BH]相伴概率（雙側(cè)）0.40100[HJ][BG）F]

注：*表示在0.05水平上差異顯著。表3同。[HT][FK）]

[FL（2K2]的秸稈樣品靜態(tài)堆積角進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示t值為0.878，相伴概率為0.401，大于顯著性水平0.05，由此推斷2種粉碎長度的秸稈樣品靜態(tài)堆積角無顯著性差異。從2種粉碎長度秸稈樣品靜態(tài)堆積角的標(biāo)準(zhǔn)差來看，粉碎長度為1～3 mm 的秸稈樣品靜態(tài)堆積角分布較集中，各樣品間的差異較小；而粉碎長度為2～3 cm的秸稈樣品間的靜態(tài)堆積角離散程度較大，樣品之間靜態(tài)堆積角差異較大。

2.1.2自然堆積密度從表1中可以看出，粉碎長度為1～3 mm的秸稈樣品自然堆積密度測試結(jié)果在187.3～215.9 kg/m3 范圍內(nèi)，算術(shù)平均值為203.5 kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)差為9.57 kg/m3；粉碎長度為2～3 cm的秸稈樣品自然堆積密度測試結(jié)果在32.0～59.0 kg/m3范圍內(nèi)，算術(shù)平均值為 41.8 kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)差為8.41 kg/m3；顯然，較短的秸稈樣品的（粉碎長度為1～3 mm）自然堆積密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于較長的秸稈樣品（粉碎長度為2～3 cm）。通過對2種粉碎長度的秸稈自然堆積密度數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，分析結(jié)果顯示t值為63.927，相伴概率為0，小于顯著性水平0.05，說明2種粉碎長度的秸稈自然堆積密度存在顯著性差異。

2.1.3振實(shí)堆積密度

從表1中可以看出，粉碎長度為1～3 mm的秸稈樣品振實(shí)堆積密度測試結(jié)果在262.2～300.0 kg/m3 范圍內(nèi)，算術(shù)平均值為285.2 kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)差為11.70 kg/m3；粉碎長度為2～3 cm的秸稈樣品振實(shí)堆積密度測試結(jié)果在40.0～73.8 kg/m3范圍內(nèi)，算術(shù)平均值為 54.7 kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)差為12.39 kg/m3；顯然，較短小的秸稈樣品（粉碎長度為1～3 mm）的振實(shí)堆積密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于較長的秸稈樣品（粉碎長度為2～3 cm）。通過對2種粉碎長度的秸稈振實(shí)堆積密度數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，分析結(jié)果顯示t值為62.372，相伴概率為0，小于顯著性水平0.05，說明2種粉碎長度的秸稈振實(shí)堆積密度存在顯著性差異。也就是說，秸稈的粉碎長度對其振實(shí)堆積密度有很大影響。

2.2不同地區(qū)麥秸和油菜秸的物化特性

為比較不同地區(qū)作物秸稈物理化學(xué)特性，對平原區(qū)眉山市、丘陵區(qū)綿陽市、山區(qū)廣元市、丘陵區(qū)南充市的麥秸和油菜秸樣品的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量進(jìn)行了測試，取各地區(qū)同種類秸稈理化特性的平均值來進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

[BH]相對標(biāo)準(zhǔn)差（%）2.646.883.986.775.212.7618.0714.77[HT][HJ][BG）F][FK）]

[FL（2K2]2.2.1靜態(tài)堆積角從表2中可以看出，粉碎長度為1～3 mm 的麥秸樣品靜態(tài)堆積角無地區(qū)差異，均為46.2°。粉碎長度為2～3 cm的麥秸樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果范圍為4460°～47.30°，均值為45.80°，其中平原區(qū)的眉山市最高，丘陵區(qū)的南充市最低，相對極差為5.90%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為276%。粉碎長度為1～3 mm的油菜秸樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果范圍為46.20°～46.70°，均值為46.60°，其中丘陵區(qū)的南充市最低，平原區(qū)的眉山市、丘陵區(qū)的綿陽市和山區(qū)的廣元市相同，相對極差為1.07%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為0.54%。粉碎長度為2～3 cm的油菜秸樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果范圍為44.20°～45.70°，均值為44.70°，丘陵區(qū)的綿陽市最高，山區(qū)的廣元市最低，相對極差為3.36%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為1.54%。平原區(qū)、丘陵區(qū)、山區(qū)粉碎長度為1～3 mm的麥秸樣品和油菜秸樣品及粉碎長度為2～3 cm的油菜秸樣品靜態(tài)堆積角相對極差均小于5%，在堆積角測量誤差范圍內(nèi)，近似無地區(qū)差異性[10]。粉碎長度為2～3 cm的麥秸樣品靜態(tài)堆積角相對極差大于5%，有較明顯的地區(qū)差異性。

2.2.2自然堆積密度不同地區(qū)麥秸和油菜秸樣品的自然堆積密度如表2所示。粉碎長度為1～3 mm的麥秸樣品自然堆積密度范圍為194.40～204.80 kg/m3，均值為 199.00 kg/m3，相對極差為5.23%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為2.26%，山區(qū)的廣元市最高，平原區(qū)的眉山市最低。粉碎長度為2～3 cm 的麥秸樣品自然堆積密度范圍為34.40～39.90 kg/m3，均值為36.40 kg/m3，相對極差為15.11%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為689%，最高的為丘陵區(qū)的綿陽市，最低的是山區(qū)的廣元市。粉碎長度為1～3 mm的油菜秸樣品自然堆積密度范圍為20000～215.90 kg/m3，均值為209.90 kg/m3，相對極差為758%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為3.41%，最高為平原區(qū)的眉山市，最低為丘陵區(qū)的綿陽市。粉碎長度為2～3 cm的油菜秸樣品自然堆積密度范圍為45.00～59.00 kg/m3，均值為 51.00 kg/m3，相對極差為27.45%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為1166%，最高為丘陵區(qū)的南充市，最低為平原區(qū)的眉山市。

2.2.3振實(shí)堆積密度不同地區(qū)麥秸和油菜秸樣品的振實(shí)堆積密度如表2所示。粉碎長度為1～3 mm的麥秸樣品振實(shí)堆積密度范圍為272.20～288.40 kg/m3，均值為 278.70 kg/m3，相對極差為5.81%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為2.64%，丘陵區(qū)的綿陽市最高，平原區(qū)的眉山市最低。粉碎長度為2～3 cm 的麥秸樣品振實(shí)堆積密度范圍為42.80～49.10 kg/m3，均值為45.50 kg/m3，相對極差為13.85%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為688%，最高的為丘陵區(qū)的綿陽市，最低的是同為丘陵區(qū)的南充市；粉碎長度為1～3 mm的油菜秸樣品振實(shí)堆積密度范圍為273.90～300.00 kg/m3，均值為 290.80 kg/m3，相對極差為8.98%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為3.98%，最高的為山區(qū)的廣元市，最低的為丘陵區(qū)的綿陽市；粉碎長度為2～3 cm的油菜秸樣品振實(shí)堆積密度范圍為64.70～73.80 kg/m3，均值為 69.00 kg/m3，相對極差為13.19%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為6.77%，最高的為丘陵區(qū)的南充市，最低的為平原區(qū)的眉山市。endprint

2.2.4全水分含量不同地區(qū)麥秸和油菜秸樣品的全水分含量如表2所示。麥秸樣品全水分含量測試結(jié)果范圍為1273%～1420%，均值為13.63%，相對極差為10.79%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為5.21%，其中平原區(qū)的眉山市和山區(qū)的廣元市全水分含量最大，均為14.20%，丘陵區(qū)的南充市最小。油菜秸樣品全水分含量測試結(jié)果范圍為14.66%～ 15.57%，均值為15.27%，相對極差為5.96%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為2.76%，最大的為丘陵區(qū)的綿陽市，最小的為山區(qū)的廣元市。

2.2.5干燥基灰分含量為方便比較，避免秸稈水分含量不同對秸稈樣品灰分含量的影響，本研究中提及的灰分是指折算為水分含量為0時(shí)（即絕干狀態(tài)下）的干燥基灰分。不同地區(qū)的麥秸和油菜秸樣品干燥基灰分含量如表2所示。麥秸樣品干燥基灰分含量測試結(jié)果范圍為7.73%～1167%，均值為9.30%，相對極差為42.37%，相對標(biāo)準(zhǔn)差為18.07%，其中南充市的最高，廣元市次之，綿陽市最低。油菜秸樣品干燥基灰分含量測試結(jié)果范圍為5.06%～680%，均值為600%，相對極差為29.00%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為14.77%，其中眉山市的最高，綿陽市次之，南充市最低。

2.3不同作物秸稈的物化特性

本試驗(yàn)通過SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用協(xié)方差分析法研究不同作物的秸稈物化特性差異，包括麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值，結(jié)果見表3。由于地區(qū)差異和水分含量對秸稈樣品的物理性質(zhì)有一定的影響，這里以粉碎長度為2～3 cm秸稈樣品的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度為例，以地區(qū)和水分含量為協(xié)變量進(jìn)行研究，控制變量為作物種類。全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值則僅以地區(qū)作為協(xié)變量進(jìn)行研究。

2.3.1靜態(tài)堆積角采用協(xié)方差分析法對粉碎長度為2～3 cm 的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的靜態(tài)堆積角進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果如表3、圖1所示。粉碎長度為2～3 cm 的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品靜態(tài)堆積角測試結(jié)果范圍為44.20～50.20°，平均值為45.80°，協(xié)方差分析F值為9649，相伴概率為0.013，小于顯著性水平0.05，說明粉碎長度為2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的靜態(tài)堆積角有顯著性差異。由圖1可以看出，粉碎長度為 2～3 cm的秸稈樣品靜態(tài)堆積角大小順序?yàn)榈窘?麥秸>油菜秸>玉米秸。

2.3.2自然堆積密度采用協(xié)方差分析法對粉碎長度為 2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的自然堆積密度進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果如表3、圖2所示。從表3中可以看出，粉碎長度為2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品自然堆積密度測試結(jié)果范圍為32.00～59.00 kg/m3，平均值為41.80 kg/m3，協(xié)方差分析F值為10.202，相伴概率為0012，小于顯著性水平0.05，說明粉碎長度為2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的自然堆積密度有顯著性差異。由圖2可以看出，粉碎長度為2～3 cm的秸稈樣品自然堆積密度大小順序?yàn)橛筒私?稻秸>麥秸>玉米秸。

[FK（W11][TPYMJ2.tif；S+4mm][FK）]

2.3.3振實(shí)堆積密度采用協(xié)方差分析法對粉碎長度為 2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的振實(shí)堆積密度進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果如表3、圖2所示。粉碎長度為2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品振實(shí)堆積密度測試結(jié)果范圍為40.00～73.80 kg/m3，算術(shù)平均值為 54.70 kg/m3，協(xié)方差分析F值為30.674，相伴概率為0.001，說明粉碎長度為2～3 cm的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的振實(shí)堆積密度有顯著性差異。由圖2可以看出，粉碎長度為 2～3 cm的秸稈樣品振實(shí)堆積密度大小順序?yàn)橛筒私?稻秸>麥秸>玉米秸。

2.3.4全水分含量采用協(xié)方差分析法對麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的全水分含量進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果如表3所示。秸稈樣品全水分含量測試結(jié)果范圍為12.73%～1603%，[JP2]算術(shù)平均值為14.71%，協(xié)方差分析F值為6.583，相伴概率為0.032，說明秸稈全水分含量與種類有關(guān)，存在顯著性種類差異。麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品全水分含量如圖3所示。從圖3中可以看出，麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品全水分含量大小順序依次為稻秸>玉米秸>油菜秸>麥秸。[JP]

[FK（W10][TPYMJ3.tif][FK）]

2.3.5干燥基灰分含量為排除水分含量對秸稈灰分含量的影響，將收到基灰分換算為干燥基灰分進(jìn)行分析。采用協(xié)方差分析法對基于干燥基的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的灰分含量進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果如表3、圖4所示。秸稈樣品干燥基灰分含量測試結(jié)果范圍為5.06%～15.78%，算術(shù)平均值為8.29%，協(xié)方差分析F值為10.568，相伴概率為0.012，說明基于干燥基的秸稈樣品灰分含量與種類有關(guān)，存在顯著性種類差異。從圖4中可以看出，基于干燥基的麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品灰分含量大小順序依次為稻秸>麥秸>油菜秸>玉米秸。

[FK（W11][TPYMJ4.tif；S+1mm][FK）]

2.3.6彈筒熱值為了使熱值具有可比性，排除水分含量對熱值的影響，本研究選用絕干彈筒熱值進(jìn)行分析。通過測試粉碎長度≤1 mm秸稈粉碎樣品的含水率和彈筒熱值，根據(jù)公式（4）、（5）計(jì)算含水率為0時(shí)的彈筒熱值，即為絕干彈筒熱值。采取協(xié)方差分析法對麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸樣品的絕干彈筒熱值進(jìn)行種類差異性分析，結(jié)果見表3。從表3中可以看出，秸稈樣品的絕干彈筒熱值測試結(jié)果范圍為15.51～18.56 kJ/g，算術(shù)平均值為17.24 kJ/g，協(xié)方差分析F值為40.420，相伴概率為0，說明秸稈樣品絕干彈筒熱值與種類有關(guān)，存在種類顯著性差異。秸稈樣品絕干彈筒熱值高低順序?yàn)橛筒私?玉米秸>麥秸>稻秸[4]。endprint

3結(jié)論與討論

本研究通過分析測試四川省平原地區(qū)、丘陵地區(qū)、山區(qū)的稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值，探討粉碎長度對靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度的影響，比較麥秸和油菜秸樣品靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量和干燥基灰分含量的地區(qū)差異，分析秸稈樣品靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值的種類差異性，為四川省農(nóng)作物秸稈的資源化利用，特別是能源化利用提供基礎(chǔ)性參考數(shù)據(jù)。

通過對2種粉碎長度的秸稈樣品物理性質(zhì)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，秸稈粉碎長度對秸稈的自然堆積密度、振實(shí)堆積密度有顯著性影響，粉碎長度為1～3 mm秸稈樣品的堆積密度約是粉碎長度為2～3 cm秸稈樣品堆積密度的5倍。由表2可以看出，粉碎長度為2～3 cm的秸稈樣品靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度的相對極差均大于粉碎長度為1～3 mm的秸稈樣品靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度的相對極差，說明粉碎長度較大的秸稈樣品的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度離散程度也較大。

從不同地區(qū)的麥秸和油菜秸理化特性研究中顯示，關(guān)于平原區(qū)、丘陵區(qū)、山區(qū)麥秸和油菜秸的理化特性地區(qū)差異性較復(fù)雜，沒有統(tǒng)一規(guī)律。粉碎長度為1～3 mm的麥秸和油菜秸靜態(tài)堆積角沒有地區(qū)差異性，粉碎長度為2～3 cm的麥秸靜態(tài)堆積角最小的為丘陵區(qū)的南充市，粉碎長度為2～3 cm的油菜秸靜態(tài)堆積角最小的是山區(qū)的廣元市。說明粉碎長度為2～3 cm時(shí)，南充市的麥秸和廣元市的油菜秸流動(dòng)性最好。雖然小麥和油菜均為小春作物，但它們的秸稈全水分含量地區(qū)排列順序卻不相同。麥秸樣品全水分含量大小順序?yàn)槠皆瓍^(qū)眉山市/山區(qū)廣元市>丘陵區(qū)綿陽市>丘陵區(qū)南充市；而油菜秸樣品全水分含量大小順序?yàn)榍鹆陞^(qū)綿陽市>丘陵區(qū)南充市>平原區(qū)眉山市>山區(qū)廣元市。基于干燥基的麥秸和油菜秸灰分含量地區(qū)排列順序也不相同，麥秸樣品干燥基灰分含量大小順序?yàn)榍鹆陞^(qū)南充市>山區(qū)廣元市>平原區(qū)眉山市>丘陵區(qū)綿陽市，而油菜秸樣品干燥基灰分含量大小順序?yàn)槠皆瓍^(qū)眉山市>丘陵區(qū)綿陽市>山區(qū)廣元市>丘陵區(qū)南充市。從灰分含量排序可以看出，同屬于丘陵地區(qū)的南充市和綿陽市，麥秸和油菜秸灰分含量相差大。由此可以看出，秸稈理化特性的地區(qū)差異比較復(fù)雜，除了地理位置導(dǎo)致的差異（如氣溫、濕度、降水量、日照、生長期等）。

通過對不同作物秸稈理化特性進(jìn)行協(xié)方差分析，結(jié)果顯示作物種類對秸稈的靜態(tài)堆積角、自然堆積密度、振實(shí)堆積密度、全水分含量、干燥基灰分含量、絕干彈筒熱值均有顯著性影響。由靜態(tài)堆積角可以看出，在麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸4種農(nóng)作物秸稈中，玉米秸的流動(dòng)性最好，油菜秸次之，稻秸最差。油菜秸的自然堆積密度和振實(shí)堆積密度最大，稻秸次之，玉米秸最差。而全水分含量大小順序?yàn)榈窘?玉米秸>油菜秸>麥秸；干燥基灰分含量大小順序?yàn)榈窘?麥秸>油菜秸>玉米秸；絕干彈筒熱值高低順序?yàn)橛筒私?玉米秸>麥秸>稻秸。秸稈作為燃料，其流動(dòng)性越好、堆積密度越大、含水率越小、干燥基灰分含量越小、熱值越高，則越有利。綜合考慮以上幾項(xiàng)秸稈特性，在麥秸、油菜秸、稻秸、玉米秸4種農(nóng)作物秸稈中，油菜秸最適宜作秸稈燃料，最不適宜的為稻秸。

[HS2]參考文獻(xiàn)：

[1][ZK（#]Wang X Y，Yang L，Steinberger Y，et al. Field cop rsidue etimate and aailability for bofuel poduction in China[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews，2013，27：864-875.

[2]霍麗麗，孟海波，田宜水，等. 粉碎秸稈類生物質(zhì)原料物理特性試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（11）：189-195.

[3]馬隆龍，吳創(chuàng)之，孫立. 生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：27-33.

[4]熊昌國，謝祖琪，易文裕，等. 農(nóng)作物秸稈能源利用基本性能的研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，23（5）：1725-1732.

[5]庹洪章，劉建輝，謝祖琪，等. 秸稈成型加工技術(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，31（11）：133-136.

[6]田宜水，姚宗路，歐陽雙平，等. 切碎農(nóng)作物秸稈理化特性試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（9）：124-128.

[7]謝祖琪，余滿江，庹洪章，等. 小麥秸稈儲存機(jī)理研究[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，33（7）：129-136.[HJ1.65mm]

[8]劉建輝，謝祖琪，姚金霞，等. 農(nóng)作物秸稈在遮雨通風(fēng)條件下的儲存研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，25（5）：1889-1894.

[9]中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局. 中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2015：393-422.[ZK）]

[10][ZK（#]北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所. 連續(xù)輸送設(shè)備散粒物料堆積角的測定：JB/T 9014.7—1999[S].北京：機(jī)械科學(xué)研究院，1999.

[11]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部科技教育司. 生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法第6部分堆積密度：NY/T 1881.6—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[12]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部科技教育司. 生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法第2部分全水分：NY/T 1881.2—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[13]四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法：DB51/T 1387—2011[S].

[14]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部科技教育司. 生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法第5部分灰分：NY/T 1881.5—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.endprint