白城市人工楊樹品種間熱值和灰分含量的對(duì)比研究

于世宏,郭君強(qiáng)，呂繼春

(1.吉林省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，吉林 長春 130022;2.吉林省敦化市林業(yè)局新立林場(chǎng)，吉林 郭化 133700；3.吉林省敦化市林業(yè)局，吉林 敦化 133714)

吉林省西部地區(qū)干旱少雨，主要栽植樹種是人工楊樹，黃快楊、三北一號(hào)楊、白林三號(hào)楊均具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干早、抗病蟲害等特點(diǎn)[1]。在白城地區(qū)廣泛栽植，植物通過光合作用將二氧化碳(或硫化氫)和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，有機(jī)物為植物的生長繁殖提供能量，這部分潛在的能量即熱值，通過研究植物熱值可以得出植物光合作用的強(qiáng)弱，也是林木生物質(zhì)開發(fā)利用的重要指標(biāo)之一[2]。因此，研究白城市人工楊熱值對(duì)開發(fā)利用人工楊樹生物質(zhì)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)地地理環(huán)境

白城市位于吉林省西北部，嫩江平原西部，科爾沁草原東部。地勢(shì)由西北向東南依次為低山、丘陵、平原、西南略有抬升。西北部為大興安嶺東麓褶皺地帶，分布著丘陵和低山，海拔300～662.6m；東北、東南部為平原，海拔130～140m；最高山峰敖牛山，海拔662.6m；最低地區(qū)為鎮(zhèn)賚縣和大安市境內(nèi)的月亮湖地區(qū)，海拔約為130m。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，白城市四季分明，冬長夏短，降水集中在夏季， 雨熱同期，春季干燥多風(fēng)，十年九春旱，夏季炎熱多雨，雨熱不均；秋季溫和涼爽且短暫；冬季干冷，雨雪較少。年平均降水量為399.9mm。

2 研究方法

2.1 樣品采集與保存

本文所采集的樣品是白城市常見的三種人工培育并廣泛栽植的8年生楊樹，分別是白林三號(hào)楊、黃快楊、三北一號(hào)楊，每一品種選取三株生長良好、無病蟲害、胸徑和樹高相近的樹木作為實(shí)驗(yàn)樣本，地上部分采用區(qū)分?jǐn)嗝娣e法，先將樹木伐倒，量取樹高，以樹干為基準(zhǔn)，每半米作一標(biāo)記，分別在標(biāo)記處采集等量的樹干、樹枝、樹葉、樹皮(樹枝和樹葉只在生長的部位采集)，并將采集樣品混合裝袋，地下樹根同樣采集等量的粗根、中根、細(xì)根，并用清水清洗干凈，裝袋標(biāo)號(hào)備用。

2.2 樣品測(cè)定

將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行烘干處理，烘干后的樣品用粉碎機(jī)處理，通過0.5mm過濾篩的粉末可用以熱值的測(cè)定，通過2mm過濾篩的粉末可用以灰分的測(cè)定，熱值測(cè)定用江蘇鶴壁天宇儀器有限公司生產(chǎn)的ZDHW2000微機(jī)全自動(dòng)量熱儀，每份樣品至少進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)定，測(cè)定誤差要控制在±200J/g；采用干灰化法測(cè)定每個(gè)樣品的灰分含量。

3 結(jié)果與分析

將每一株測(cè)定的干質(zhì)量熱值和灰分含量進(jìn)行整理，剔除誤差外的數(shù)值(其中：整株的熱值是通過各器官的熱值求和并取平均值)，去灰分熱值能比較正確反映單位有機(jī)物中所含的熱量，免受灰分含量不同的干擾，計(jì)算公式如下：去灰分熱值=干質(zhì)量熱值/(1-灰分含量)。可得最終分析結(jié)果(表1)。

3.1 人工楊干質(zhì)量熱值和去灰分熱值對(duì)比圖

為了比較三個(gè)品種的人工楊樹干質(zhì)量熱值和去灰分熱值的大小，本文筆者將同一品種三株樹的整株熱值取平均值，計(jì)算得出每一品種的干質(zhì)量熱值和去灰分熱值，結(jié)果見圖1。

圖1 人工楊樹干質(zhì)量熱值與去灰分熱值對(duì)比分析圖Fig.1 Comparison and Analysis Figure of Calorific Value and Ash Removal Calorific Value of Artificial Poplar Trunk

從圖1折線圖可以得出三個(gè)品種的人工楊樹干質(zhì)量熱值和去灰分熱值具有較明顯的差異，干質(zhì)量熱值和去灰分熱值的大小順序保持一致，即：黃快楊>三北一號(hào)楊>白林三號(hào)楊。

3.2 人工楊樹單因素方差分析

從表1中我們得出三個(gè)品種楊樹各器官的熱值和灰分含量是有差異的，卻不能確定差異性大小，為了進(jìn)一步了解它們之間的差異性，作者使用SAS軟件對(duì)不同品種各器官的熱值和整株樹的熱值進(jìn)行單因素方差分析，從單因素方差分析結(jié)果可以得出：干質(zhì)量熱值和灰分含量的p值大于0.05，說明不同品種人工楊樹整株樹的干質(zhì)量熱值和灰分含量的差異性不明顯，而整株樹的去灰分熱值差異性明顯。

表1 人工楊樹不同器官的干質(zhì)量熱值、灰分含量、去灰分熱值對(duì)比表Tab.1 Comparison Table of Caloric Value, Ash Content, and Calorific Value of Different Organs of Artificial Poplar

分析結(jié)果見表2、表3。

表2 人工楊品種間干質(zhì)量熱值、去灰分熱值、灰分含量方差分析表Tab.2 Table of Calorific Value of Dry Mass, Calorific Value of Ash Removal and Ash Content among Artificial Poplar Varieties

表3 人工楊各器官干質(zhì)量熱值、去灰分熱值、灰分含量方差分析表Tab.3 Table of Caloric Value, Caloric Value of Ash Removal and Variance Analysis of Ash Content in Various Organs of Artificial Poplar

從表3中的方差分析結(jié)果可知：三個(gè)品種的人工楊各器官間的干質(zhì)量熱值、灰分含量、去灰分熱值差異性均顯著。

3.3 干質(zhì)量熱值與灰分含量相關(guān)性分析

植物不同器官干質(zhì)量熱值直接關(guān)系到整株植物能量的分配與貯存，對(duì)于了解植物生長特性和生長具有重要的意義[3]。 植物干質(zhì)量熱值的差異主要是受自身組成(所含營養(yǎng)物質(zhì))、結(jié)構(gòu)和功能的影響，其次還受光照強(qiáng)度、日照長短及土壤類型和植物年齡影響。此外灰分含量對(duì)干質(zhì)量熱值產(chǎn)生較大的影響，林益明等[4]對(duì)福建華安竹園竹類植物根的研究證明了這一觀點(diǎn)。

本研究對(duì)人工場(chǎng)品種間的葉、枝、干、根、皮的干質(zhì)量熱值與灰分含量進(jìn)行了相關(guān)性分析(**代表差異極顯著，沒有*代表差異性不顯著)，分析結(jié)見表4。

表4 各器官干質(zhì)量熱值與灰分含量的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation Analysis of Dry Mass Calorific Value and Ash Content of Each Organ

其中x為器官的灰分含量，單位為%，Y為器官的干質(zhì)量熱值，單位為kJ/g，相關(guān)性分析結(jié)果表明白林三號(hào)楊灰分含量對(duì)樹枝、樹干、樹根的干質(zhì)量熱值影響顯著，對(duì)樹葉、樹皮干質(zhì)量熱值影響

不顯著；黃快楊灰分含量對(duì)樹葉、樹枝、樹皮的干質(zhì)量熱值影響顯著，對(duì)樹干、樹根干質(zhì)量熱值影響不顯著；三北一號(hào)楊灰分含量對(duì)樹葉、樹根的干質(zhì)量熱值影響顯著，對(duì)樹枝、樹干、樹皮干質(zhì)量熱值影響不顯著。

4 結(jié)論

1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明人工楊各器官的干質(zhì)量熱值存在較大差異，其中最大差異在于品種三北一號(hào)楊的各器官干質(zhì)量熱值最大的是枝。其它兩種楊樹最大的是葉，分析可能是因?yàn)槿币惶?hào)楊把自己大部分的能量投入到繁殖上，而不是個(gè)體生長上，導(dǎo)致它的葉片具有低熱值，表現(xiàn)出枝的熱值大于葉的熱值。黃快楊和白林三號(hào)楊葉的熱值最高，其他器官相對(duì)較低，分析可能是因?yàn)槿~是植物體生理活動(dòng)最活躍的器官，是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，含有較多的高能化合物如蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)；根、干、枝和皮是植物體的支持或營養(yǎng)運(yùn)輸器官，組成以纖維素和木質(zhì)素為主，而纖維素和木質(zhì)素的熱值相對(duì)蛋白質(zhì)和脂肪低[5]。

2)人工楊品種間單因素方差分析可知，人工楊去灰分熱值間的差異性顯著，干質(zhì)量熱值和灰分含量差異性不顯著。

3)人工楊各器官單因素方差分析結(jié)果可知，三個(gè)品種的人工楊各器官間干質(zhì)量熱值、灰分含量和干質(zhì)量熱值差異性顯著。

4)品種間干質(zhì)量熱值與灰分含量相關(guān)性分析得出，不同品種的人工楊樹，灰分含量對(duì)不同器官的干質(zhì)量熱值影響效果不一，灰分含量對(duì)干質(zhì)量熱值影響不大的器官，筆者分析主要是受自身所含營養(yǎng)物質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能的影響。

5)通過對(duì)人工楊樹干質(zhì)量熱值和去灰分熱值的對(duì)比研究，三個(gè)品種的人工楊干質(zhì)量熱值和去灰分熱值的大小順序均是黃快楊>三北一號(hào)楊>白林三號(hào)楊。