單麗燕　王鐵梅　馬金星　高凱

摘要 通過(guò)對(duì)虉草的熱值和灰分進(jìn)行測(cè)定，探討虉草熱值和灰分的動(dòng)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(shì)，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(shì)，成熟期灰分含量最低；去灰分熱值隨著生育時(shí)期推遲呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，其順序?yàn)樵兴肫?抽穗期>盛花期>成熟期>果后營(yíng)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(yíng)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。

關(guān)鍵詞 虉草；熱值；灰分；相關(guān)性；生物燃料

中圖分類號(hào) S181.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）11-250-02

能源問(wèn)題作為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)，化石燃料的短缺及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)化石燃料的依賴性越來(lái)越大，這已經(jīng)是社會(huì)發(fā)展不可回避的問(wèn)題。而生物質(zhì)能源是利用和開(kāi)發(fā)可再生能源，減少經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程對(duì)化石燃料依賴的重要途徑之一[1]。但在其發(fā)展過(guò)程中須避免“與人爭(zhēng)糧”和“與糧爭(zhēng)地”的矛盾[2]。因此某些生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、能夠在較差環(huán)境下規(guī)?；N植的植物成為生物質(zhì)能源供給料的首選。虉草（Phalaris arundinacea L.），別名草蘆，禾本科（Gram； nae）虉草屬。廣泛分布于我國(guó)東北、華北、西北、華東、華中的河漫灘、湖邊、低洼地、沼澤等地，對(duì)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(diǎn)，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(zhǎng)期研究過(guò)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(jià)值和栽培管理等方面進(jìn)行了細(xì)致的研究，并且取得了大量有價(jià)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(duì)較少，熱值和灰分是能源植物篩選和質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)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(guò)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(shì)[9]；且生物質(zhì)能源生產(chǎn)加工過(guò)程中，由于

在高溫情況下，灰分中所含的堿性物質(zhì)會(huì)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(huì)對(duì)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(duì)象，通過(guò)對(duì)其熱值、灰分及去灰分熱值等的對(duì)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(yàn)地位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)，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(wú)霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生長(zhǎng)季（4～9月）降水量占全年的89%。試驗(yàn)地土壤為灰色草甸土，為當(dāng)?shù)刂饕寥李愋?，土壤有機(jī)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(cè)定項(xiàng)目

試驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)期、枯黃期等6個(gè)時(shí)期進(jìn)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(guó)PARR公司生產(chǎn)的PARR6300型氧彈式熱量計(jì)測(cè)定熱值?；曳趾康臏y(cè)定采用干灰化法，即將樣品在馬福爐550 ℃下灰化5 h后測(cè)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(jì)分析均在Excel和SAS統(tǒng)計(jì)軟件上完成。采用ttest進(jìn)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?dòng)態(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(shì)，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期；不同生育期熱值順序?yàn)樵兴肫?抽穗期>成熟期>盛花期>果后營(yíng)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(yíng)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(dòng)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(shì)，成熟期灰分含量最低，顯著低于其他各個(gè)時(shí)期；孕穗期、果后營(yíng)養(yǎng)期和枯黃期3個(gè)時(shí)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(guò)對(duì)不同生育期虉草的干重?zé)嶂蹬c灰分含量進(jìn)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(yíng)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。

2.4 虉草去灰分熱值動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，去灰分熱值隨著生育時(shí)期推遲呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，其順序?yàn)樵兴肫?抽穗期>盛花期>成熟期>果后營(yíng)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(yíng)養(yǎng)期和枯黃期，抽穗期顯著高于盛花期、成熟期、果后營(yíng)養(yǎng)期和枯黃期，盛花期、成熟期、果后營(yíng)養(yǎng)期和枯黃期4個(gè)時(shí)期的去灰分熱值之間沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異。

注：不同字母表示不同生育期之間在0.05水平下差異顯著。

圖3 虉草去灰分熱值動(dòng)態(tài)變化

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(shí)期的變化趨勢(shì)

熱值作為植物的重要屬性，具有一定的穩(wěn)定性，同時(shí)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(shí)數(shù)、土壤類型、光強(qiáng)等外在因素[12-13]。灰分含量作為植物另外一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)植物的干重?zé)嶂稻哂幸欢ǖ挠绊?，學(xué)者們針對(duì)二者之間的關(guān)系進(jìn)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(guò)對(duì)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?cè)谘虿荨⒈莸炔莸刂参镅芯康慕Y(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(guò)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(wú)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(lái)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(shì)

草本植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中由于生活史對(duì)策的不同，因其個(gè)體較小，具有強(qiáng)烈的季節(jié)變化特點(diǎn)，隨著物候期的變化，光合產(chǎn)物的運(yùn)輸分配也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在這個(gè)過(guò)程中，植物的熱值也會(huì)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化[8，16]。在熱值動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究過(guò)程中，這一規(guī)律得到了驗(yàn)證。例如，劉世榮等對(duì)植物熱值動(dòng)態(tài)變化的研究過(guò)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(zhǎng)季末期達(dá)到最低值；而枝條熱值變化在整個(gè)生長(zhǎng)季沒(méi)有大的起伏，只是在生長(zhǎng)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(dá)到最高值[14]。通過(guò)對(duì)虉草植物熱值動(dòng)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(shì)，峰值分別出現(xiàn)在孕穗期和成熟期，該結(jié)論也進(jìn)一步表明植物熱值的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；而干重?zé)嶂翟伦兓腿セ曳譄嶂翟伦兓厔?shì)并不一致，其主要因?yàn)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(shì)，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(shì)，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(shì)，其順序?yàn)樵兴肫?抽穗期>盛花期>成熟期>果后營(yíng)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(yíng)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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責(zé)任編輯 楊瑩瑩 責(zé)任校對(duì) 李巖