收稿日期：2022-09-08

基金項(xiàng)目：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程；財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助（CARS-02）

通信作者：姚宗路（1980—）， 男， 博士、 研究員， 主要從事生物質(zhì)高值利用方面的研究。yaozonglu@ caas .com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1334 文章編號(hào)：0254-0096（2023）12-0358-08

摘 要：為深入探究不同成熟期玉米秸稈組成特性之間的關(guān)聯(lián)性以及生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)不同秸稈資源化利用潛力的影響，以3個(gè)不同成熟期，生長(zhǎng)時(shí)間分別為110～116、116～122、122～132 d的玉米秸稈為原料，系統(tǒng)分析14個(gè)指標(biāo)特性（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖、粗蛋白、C、H、O、N、S、灰分、揮發(fā)分、固定碳、低位發(fā)熱量），采用主成分分析法對(duì)3種利用路徑進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在玉米植株生長(zhǎng)時(shí)間為110～132 d的整個(gè)成熟階段，秸稈的纖維素、半纖維素和低位發(fā)熱量顯著升高，升幅分別為7.6%、14.0%和2.8%，粗蛋白、可溶性糖、N、S和固定碳顯著降低，降幅分別為19.8%、96.7%、18.9%、73.8%和3.1%，木質(zhì)素、C、H、O、揮發(fā)分和灰分無(wú)顯著差異；玉米秸稈利用潛力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明玉米秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用適宜采收時(shí)期為乳熟期，生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用適宜采收時(shí)期為蠟熟期，燃燒利用適宜采收時(shí)期為完熟期。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；秸稈；成熟期；資源化利用；主成分分析；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TK6"""""""""""""" "" """" """"""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

中國(guó)秸稈資源豐富，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)秸稈產(chǎn)生量為8.56億t，可收集資源量約為7.22億t；利用量為6.32億t，秸稈綜合利用率為87.5%。秸稈利用關(guān)系種養(yǎng)殖綠色高質(zhì)量生產(chǎn)、農(nóng)田地力保護(hù)與提升、農(nóng)村居民低碳能源需求等，涉及糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品保障、農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳等國(guó)家重大需求。玉米秸稈綜合利用主要包括肥料化、飼料化、基料化、燃料化和原料化等五料化利用［1］，其中秸稈肥料化利用可顯著提高糧食產(chǎn)量、保護(hù)土壤地力并減緩氣候變化［2］，秸稈飼料化利用可促進(jìn)草食畜牧質(zhì)量提升［3］，秸稈能源化利用可為村鎮(zhèn)地區(qū)提供清潔低碳能源，秸稈基料化和原料化利用可提升農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物價(jià)值。同時(shí)，秸稈綜合利用具有減排固碳作用，預(yù)計(jì)2030年、2060年秸稈綜合利用減排固碳潛力將分別達(dá)到1.52×108、2.20×108 t CO2e［1］，可為中國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作出積極貢獻(xiàn)。

秸稈利用潛力和價(jià)值主要受其復(fù)雜的組成特性影響，不同組成特性在資源化利用過(guò)程中往往發(fā)揮著不同作用。同時(shí)，秸稈原料本身具有的非均質(zhì)、多變異等特征是影響秸稈資源化利用的關(guān)鍵因素。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈原料的組成特性進(jìn)行了一定研究。Godin等［4］對(duì)49種生物質(zhì)的化學(xué)組成進(jìn)行了相關(guān)性分析和主成分分析，并根據(jù)化學(xué)組成對(duì)不同類別的生物質(zhì)進(jìn)行了分組；Crovetto等［5］研究了成熟期對(duì)小麥青貯飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響，提出在雙季種植系統(tǒng)中，收獲全麥青貯最適宜的成熟期是在開(kāi)花中期和乳熟期之間；王鑫磊等［6］基于大樣本量，揭示了秸稈部分組成特性的非正態(tài)分布，采用不同的非參數(shù)多元分析方法詳細(xì)分析了秸稈的組成特性及其相關(guān)性。

已有研究結(jié)果顯示，不同品種、種植區(qū)以及成熟期的秸稈組成特性存在一定差異，然而目前對(duì)不同成熟期玉米秸稈組成特性的分析和數(shù)據(jù)挖掘存在不足：一方面，對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)間玉米秸稈組成特性的相關(guān)性和差異性分析不足；另一方面，對(duì)玉米秸稈不同資源化利用路徑的適宜采收時(shí)期缺乏指導(dǎo)。本文以不同成熟期的玉米秸稈為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析玉米秸稈的14個(gè)重要組成特性（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖、粗蛋白、C、H、O、N、S、灰分、揮發(fā)分、固定碳、低位發(fā)熱量），并采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)成熟期不同秸稈資源化利用路徑潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出玉米秸稈不同資源化利用路徑的最佳采收時(shí)期，以期為促進(jìn)玉米秸稈的高效利用提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米秸稈樣品采集地點(diǎn)為北京順義，玉米品種為京科青貯516。當(dāng)玉米植株頂部穗變?yōu)榘缀稚~顏色變?yōu)闇\綠色，可以開(kāi)始秸稈青貯時(shí)進(jìn)行采樣，玉米秸稈的啟始采收日期為生長(zhǎng)期第110天，每隔2天采一次樣本，至第132天結(jié)束，包含玉米成熟的3個(gè)階段。根據(jù)玉米植株成熟期的性狀差異將采樣過(guò)程中秸稈成熟階段劃分為3個(gè)時(shí)期［7］：第110～116天為乳熟期；第116～122天為蠟熟期，第122～132天為完熟期。

每個(gè)樣品共采集3株玉米秸稈的地上部分（含苞葉），切斷后用去離子水洗凈，置于105 ℃烘箱中烘干至恒重，然后再用HLP150型破碎機(jī)進(jìn)行粗粉，采用PT-34型粉碎機(jī)進(jìn)行樣品制備，將樣品均勻混合并過(guò)60目篩，放入自封袋中備用。

1.2 測(cè)試內(nèi)容及方法

參照NB/T 34057—2017方法，使用Fibertec纖維素分析儀（丹麥FOSS公司）、SpectraMax M5酶標(biāo)儀（美國(guó)MD公司）和KDN-04C全自動(dòng)凱氏定氮儀（湖南力辰儀器科技有限公司）測(cè)定秸稈中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖和粗蛋白含量；參照NY/T 3498—2019方法，使用vario MACRO cube元素分析儀（德國(guó)Elementar公司）測(cè)定秸稈中C、H、O、N和S含量，其中O含量通過(guò)差減法計(jì)算；參照GB/T 28731—2012方法，使用MFL-2202K馬弗爐（湖南三德科技股份有限公司）測(cè)定秸稈中的灰分、揮發(fā)分和固定碳含量，其中固定碳含量通過(guò)差減法計(jì)算；參照GB/T 30727—2014方法，使用JZLR-9000CD微機(jī)全自動(dòng)量熱儀（鶴壁精中科技有限公司）測(cè)定秸稈的低位發(fā)熱量。本文試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)結(jié)果均以干燥基為基準(zhǔn)。

1.3 資源化利用潛力綜合評(píng)價(jià)方法

1.3.1 秸稈資源化利用潛力評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

本文基于不同利用路徑確定秸稈特性中的相關(guān)影響指標(biāo)，采用極差法分別對(duì)正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后基于主成分分析法確定主成分和主成分得分并計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，再采用線性加權(quán)綜合法進(jìn)行評(píng)價(jià)得分的計(jì)算，最終得出不同成熟期秸稈資源化利用路徑的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.3.2 秸稈資源化利用路徑及評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建

秸稈的資源化利用潛力受秸稈原料品質(zhì)的影響，而玉米秸稈的組成特性影響秸稈原料的品質(zhì)。已有研究顯示，揮發(fā)分、固定碳、木質(zhì)素、C和H等是影響秸稈發(fā)熱量的重要特性，就秸稈燃燒利用而言，它們是與燃燒產(chǎn)生能量相關(guān)的特性［8-9］；S和灰分是秸稈中的重要無(wú)機(jī)成分，灰分中的堿金屬化合物在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣溶膠且S在燃燒過(guò)程中會(huì)生成SO2，不僅會(huì)腐蝕燃爐等設(shè)備，而且會(huì)產(chǎn)生顆粒物和有害氣體排放到空氣中，進(jìn)而影響空氣質(zhì)量［10］，因此S和灰分是影響燃燒品質(zhì)的特性。秸稈中的纖維素和半纖維素是O有機(jī)形式的主要載體之一，秸稈中豐富的纖維素和半纖維素經(jīng)過(guò)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇、沼氣、生物柴油和生物塑料等多種生物基產(chǎn)品［11-13］。可溶性糖作為植物體生長(zhǎng)發(fā)育的主要能量來(lái)源，影響植物N的吸收和蛋白質(zhì)的合成，秸稈中的N在還田后可對(duì)土壤中的氮素進(jìn)行補(bǔ)充，可溶性糖和粗蛋白也是反芻動(dòng)物飼料的能量和營(yíng)養(yǎng)成分［14］，因此N、可溶性糖和粗蛋白是飼料化、肥料化和基料化利用等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用品質(zhì)的重要參考指標(biāo)。

根據(jù)現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，將秸稈資源化利用路徑劃分為燃燒利用、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用3種，其中秸稈燃燒利用是通過(guò)熱化學(xué)將秸稈轉(zhuǎn)化為能源的一種利用途徑，包括捆燒和成型燃料等；秸稈生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用是將秸稈通過(guò)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)環(huán)境友好的化工產(chǎn)品和綠色能源的一種利用途徑［15］，包括生物液化和生物氣化等；秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用是將秸稈與種養(yǎng)殖業(yè)有機(jī)銜接，從而達(dá)到保護(hù)土壤地力、提高草食畜牧質(zhì)量的目的，包括秸稈還田、飼料和栽培基質(zhì)等。同時(shí)確定3種利用路徑的基礎(chǔ)指標(biāo)，并基于以上14個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)評(píng)價(jià)不同成熟期3種秸稈資源化利用路徑的利用潛力，形成秸稈資源化利用潛力指數(shù)構(gòu)成表見(jiàn)表1。

1.3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

構(gòu)成秸稈資源化利用潛力指數(shù)的各項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)之間既有正向指標(biāo)又有逆向指標(biāo)，同時(shí)各基礎(chǔ)指標(biāo)具有不同的量綱、量級(jí)和不可公度性，無(wú)法直接進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，需對(duì)其進(jìn)行一定的變換和處理。而標(biāo)準(zhǔn)化即是一種消除維度影響、保持指標(biāo)方向一致性的數(shù)據(jù)處理方法。本文采用極差法對(duì)基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

如果指標(biāo)為正向指標(biāo)，即評(píng)價(jià)結(jié)果與指標(biāo)呈正相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化處理如式（1）所示。

[bij=aij-aminamax-amin]""""" （1）

式中：[bij]——標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值；[aij]——指標(biāo)原始數(shù)據(jù)；[amin、][amax]——[aij]中的最小、最大值。

如果指標(biāo)為逆向指標(biāo)，即評(píng)價(jià)結(jié)果與指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化處理如式（2）所示。

[bij=amax-aijamax-amin]""""" （2）

1.3.4 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

通過(guò)主成分分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算［16］，具體計(jì)算方法為：

[σij=αijλi] （3）

[γi=i=1kφiσiji=1kφi]""""" （4）

[uj=γji=1nγi]"""" （5）

式中：[σij]——第[i]個(gè)主成分第[j]個(gè)指標(biāo)的主成分得分；[αij]——第[i]個(gè)主成分第[j]個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)；[λi]——主成分的初始特征值；[γj]——指標(biāo)綜合系數(shù)；[φi]——主成分的方差貢獻(xiàn)率；[uj]——指標(biāo)權(quán)重。

1.3.5 綜合評(píng)價(jià)得分的計(jì)算

采用線性加權(quán)綜合法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)得分的計(jì)算［17］，具體計(jì)算方法為：

[yi=j=1nμjbij]""""" （6）

式中：[yi]——評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)得分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)輸入和處理采用Microsoft Excel 2016軟件，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 26.0軟件，數(shù)據(jù)相關(guān)結(jié)果圖表的繪制采用Origin 2019軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟期玉米秸稈的組成特性

在玉米秸稈化學(xué)組成隨成熟期的變化過(guò)程（圖1）中，乳熟期纖維素和半纖維素含量隨生長(zhǎng)時(shí)間的增加呈顯著增加的趨勢(shì)（[Plt;0.01]），隨后在蠟熟期和完熟期分別穩(wěn)定在36.2%～39.1%和28.2%～31.7%之間，均無(wú)顯著變化；在整個(gè)成熟期木質(zhì)素含量在4.0%～6.9%之間波動(dòng)，無(wú)明顯變化規(guī)律；粗蛋白含量在乳熟期和蠟熟期穩(wěn)定在約5.0%，無(wú)顯著變化，在完熟期呈緩慢下降的趨勢(shì)（[Plt;0.01]），在整個(gè)采收過(guò)程中降幅為19.8%；可溶性糖含量在整個(gè)成熟期隨生長(zhǎng)時(shí)間的增加呈波動(dòng)式下降的趨勢(shì)[（Plt;0.01]），降幅達(dá)到96.7%，這與現(xiàn)有的玉米秸稈和小麥秸稈的研究結(jié)果一致［18-19］。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素屬于結(jié)構(gòu)性化合物，可溶性糖和粗蛋白屬于非結(jié)構(gòu)性化合物［20］。在玉米秸稈成熟過(guò)程中，秸稈本身的木質(zhì)化加劇，莖葉比逐漸增大，而莖的次生細(xì)胞壁和高度木質(zhì)化的初生細(xì)胞壁更豐富［4］，同時(shí)可溶性糖和粗蛋白等營(yíng)養(yǎng)成分由秸稈向籽粒中運(yùn)輸積累［18］，這可能是導(dǎo)致玉米秸稈中的結(jié)構(gòu)性化合物增加、非結(jié)構(gòu)性化合物減少的主要原因。

在玉米秸稈元素組成隨成熟期的變化過(guò)程（圖1）中，C、H和O含量分別穩(wěn)定在43.8%～44.9%、5.2%～5.6%和41.6%～43.5%之間，均無(wú)顯著變化；N含量在乳熟期和蠟熟期穩(wěn)定在約1.1%，在完熟期逐漸下降（[Plt;0.01]），在整個(gè)采收過(guò)程中降幅為18.9%；S含量在整個(gè)采收過(guò)程中逐漸下降（[Plt;0.01]），且在乳熟期降幅最大，為73.8%。C、H、O、N和S是形成復(fù)雜有機(jī)化合物的元素，玉米秸稈中的C、H和O是玉米秸稈光合作用的產(chǎn)物，而在玉米秸稈成熟過(guò)程中通過(guò)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物較少。N和S主要由玉米秸稈從土壤中吸收獲得，在植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收、還原和同化后，N通常以酰胺和氨基酸的形式運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ?，S以還原或氧化形式遞送到籽粒中［21］；所以玉米秸稈中N和S含量的減少可能是由于秸稈成熟階段含有N和S的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從莖稈轉(zhuǎn)移到籽粒中。

在玉米秸稈工業(yè)組成和發(fā)熱量隨成熟期的變化過(guò)程（圖1）中，揮發(fā)分和固定碳含量分別穩(wěn)定在74.7～76.9%和17.4%～18.3%之間，變化范圍較?。换曳趾吭谌槭炱诤拖炇炱诜€(wěn)定在約6.5%，在完熟期先迅速下降后保持穩(wěn)定，降幅為18.7%。低位發(fā)熱量在蠟熟期無(wú)明顯變化趨勢(shì)，在乳熟期和完熟期呈顯著升高的趨勢(shì)，且在整個(gè)成熟期升幅僅為2.8%，變化幅度不大。玉米秸稈的低位發(fā)熱量是通過(guò)燃燒秸稈中各種有機(jī)物獲得的能量值，玉米秸稈的有機(jī)物主要是通過(guò)光合作用生成。在玉米秸稈成熟過(guò)程中，植株光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)主要用于籽粒的生長(zhǎng)成熟，在秸稈中有機(jī)物的積累極少［19， 22］，這可能是導(dǎo)致秸稈低位發(fā)熱量在不同成熟期變化很小的主要原因。

2.2 Pearson相關(guān)性分析

玉米秸稈生長(zhǎng)時(shí)間與組成特性的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2。玉米秸稈的木質(zhì)素、C、H、O、揮發(fā)分和灰分隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加無(wú)明顯變化規(guī)律。玉米秸稈固定碳含量先減小后增加，與生長(zhǎng)時(shí)間有一定相關(guān)性（[Plt;0.05]）。玉米秸稈的低位發(fā)熱量、纖維素、半纖維素含量與生長(zhǎng)時(shí)間呈極顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]），粗蛋白、可溶性糖、S和N含量與生長(zhǎng)時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)（[Plt;0.01]）。

注： *在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，**在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

由表2可看出，在相關(guān)系數(shù)[|R|≥0.50]的組成成分中，灰分與揮發(fā)分、C、O呈顯著負(fù)相關(guān)（[Plt;0.01]）但與N呈顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]），揮發(fā)分和O呈顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]），可溶性糖與纖維素、半纖維素、低位發(fā)熱量呈顯著負(fù)相關(guān)（[Plt;0.01]）但和S呈顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]），粗蛋白和N、S呈顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]）但和半纖維素呈顯著負(fù)相關(guān)（[Plt;0.01]），纖維素和半纖維素、S呈顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]）。由于玉米秸稈不同理化特性指標(biāo)差異不同，同時(shí)某些指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性，因此通過(guò)多個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)單相加評(píng)定不同成熟期玉米秸稈利用潛力不客觀，需要通過(guò)主成分分析確定指標(biāo)權(quán)重，通過(guò)線性加權(quán)綜合法計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分來(lái)確定不同成熟期玉米秸稈的利用潛力。

3 玉米秸稈資源化利用潛力綜合評(píng)價(jià)

3.1 主成分分析

基于式（1）和式（2）對(duì)玉米秸稈14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖、粗蛋白、C、H、O、N、S、揮發(fā)分、灰分、固定碳、低位發(fā)熱量）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并采用協(xié)方差矩陣進(jìn)行主成分分析，明確玉米秸稈成熟期不同秸稈資源化利用路徑的關(guān)鍵指標(biāo)，所得相關(guān)矩陣的特征值和方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3，因子負(fù)荷矩陣見(jiàn)表4。以特征值大于平均特征值的原則提取2個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為90.8%，可代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息。

每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，組合中各變量對(duì)主成分的影響可用因子負(fù)荷表示，即各指標(biāo)和主成分之間的相關(guān)系數(shù)，因子負(fù)荷絕對(duì)值越大，其對(duì)主成分影響越大［23］。由表3和表4可知，可溶性糖和S是影響主成分1的主要特征向量，主要反映了秸稈的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分潛力，木質(zhì)素、灰分和O是影響主成分2的主要特征向量，主要反映了秸稈的燃燒潛力和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化潛力。

3.2 不同成熟期秸稈資源化利用路徑綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)式（3）～式（6）計(jì)算出不同基礎(chǔ)指標(biāo)相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重，在此基礎(chǔ)上求得各評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)得分。各基礎(chǔ)指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表5，各評(píng)價(jià)對(duì)象綜合評(píng)價(jià)得分如圖2所示。

由表5可知，不同基礎(chǔ)指標(biāo)所占權(quán)重?cái)?shù)值各不相同，它們對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)間相應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)得分的變化貢獻(xiàn)各不相同。在燃燒潛力的各項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)中，木質(zhì)素和S所占權(quán)重較高，說(shuō)明木質(zhì)素和S是導(dǎo)致成熟期秸稈燃燒潛力變化的主要指標(biāo)；在生物基產(chǎn)品潛力中纖維素和半纖維素所占權(quán)重遠(yuǎn)大于O所占權(quán)重，說(shuō)明纖維素和半纖維素是影響不同成熟期秸稈生物化學(xué)轉(zhuǎn)化潛力變化的主要指標(biāo)；在營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分潛力的各項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)中，可溶性糖所占權(quán)重遠(yuǎn)大于粗蛋白和N，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分潛力指數(shù)的變化更多地體現(xiàn)在可溶性糖這一指標(biāo)上。

由圖2可知，秸稈燃燒潛力隨秸稈成熟期的延長(zhǎng)，其綜合評(píng)價(jià)得分逐漸增加，且在乳熟期的增幅較大，在生長(zhǎng)時(shí)間第128天取得最大值（1.43），其綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為完熟期（1.29）、蠟熟期（1.09）、乳熟期（0.54），因此秸稈燃燒利用最佳采收時(shí)期為完熟期。秸稈生物基產(chǎn)品潛力綜合評(píng)價(jià)得分在整個(gè)成熟期變化幅度較小，隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加略微上升，在第130天取得最大值（1.06），其綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為完熟期（1.04）、蠟熟期（1.00）、乳熟期（0.95），因此秸稈生產(chǎn)生物基產(chǎn)品的最佳采收時(shí)期為完熟期。秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分潛力隨成熟期的延長(zhǎng)逐漸降低，且在乳熟期和完熟期降幅較大，在蠟熟期下降緩慢，趨于平緩，在第110天取得最大值（2.82），其綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為乳熟期（1.81）、蠟熟期（0.70）、完熟期（0.60），因此玉米秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用最佳采收時(shí)期為乳熟期。

4 結(jié) 論

1）在玉米植株生長(zhǎng)時(shí)間為110～132 d的整個(gè)成熟階段，玉米秸稈的纖維素、半纖維素和低位發(fā)熱量顯著升高，升幅分別為7.6%、14.0%和2.8%，粗蛋白、可溶性糖、N、S和固定碳顯著降低，從乳熟期至完熟期降幅分別為19.8%、96.7%、18.9%、73.8%和3.1%，木質(zhì)素、C、H、O、揮發(fā)分和灰分無(wú)顯著差異。

2）玉米秸稈生長(zhǎng)時(shí)間和組成特性相關(guān)性分析結(jié)果顯示，成熟期玉米秸稈的低位發(fā)熱量、纖維素、半纖維素與生長(zhǎng)時(shí)間呈極顯著正相關(guān)（[Plt;0.01]），粗蛋白、可溶性糖、S和N含量與生長(zhǎng)時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)（[Plt;0.01]）。

3）利用主成分分析法對(duì)不同成熟期玉米秸稈燃燒利用、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用和營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用3種秸稈資源化利用路徑的潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)表明，玉米秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用潛力的綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為乳熟期（1.81）、蠟熟期（0.70）、完熟期（0.60），燃燒利用潛力的綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為完熟期（1.29）、蠟熟期（1.09）、乳熟期（0.54），生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用潛力的綜合評(píng)價(jià)得分排序依次為蠟熟期（1.01）、完熟期（0.97）、乳熟期（0.95）。玉米秸稈營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分利用、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用和燃燒利用適宜采收時(shí)期分別為乳熟期、蠟熟期和完熟期。

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CHARACTERISTIC ANALYSIS AND UTILIZATION POTENTIAL EVALUATION OF CORN STALK AT DIFFERENT MATURITY STAGES

Fu Guohao1-3，Huo Lili1-3，Yao Zonglu1-3，Zhao Lixin1-3，Jia Jixiu1-3，Xie Teng1-3

（1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China；

2. Chinese Academy of Agricultural Sciences， Center for Carbon Neutrality in Agriculture and Rural Region， Beijing 100081， China；

3. Key Laboratory of Low-Carbon Green Agriculture in North China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs P. R. China， Beijing 100081， China）

Abstract：Physical and chemical Characteristics of corn stalk are different in different growth period，which affect the potential of its resource utilization directly. To find out the influence of the composition characteristics of corn stalk at different maturity stages and the growth days on different corn stalk resource utilization potential，corn stalks at three different maturity stages with growth times of 110-116， 116-122 and 122-132 days were used as raw materials to systematically analyze the characteristics of 14 indexes（cellulose，hemicellulose，lignin，soluble sugar，crude protein，C，H，O，N，S，ash，volatile matter，fixed carbon and low calorific value）. The principal component analysis method was used to evaluate the three utilization paths. The results show that cellulose，hemicellulose and lower heating value increases significantly by 7.6%，14.0% and 2.8%，respectively，during the whole maturity stage from 110-132 growth days. On the contrary，the crude protein，water-soluble Carbohydrates，N，S，and fixed carbon significantly reduces by 19.8%，96.7%，18.9%，73.8% and 3.1%，respectively. Interestingly，there is no significant difference in lignin，C，H，O，volatile matter，and ash content. The comprehensive evaluation results of corn stalk utilization potential show that it is suitable for corn straw nutrient utilization during the milky stage， it is beneficial to biochemical conversion and utilization in the full dough stage，and it is good for fuel utilization in the ripe stage. it was beneficial to biochemical conversion and utilization in the full dough stage，and it was good for fuel utilization in" the ripe stage.

Keywords：biomass； straw； maturation period； resource utilization； principal component analysis； comprehensive evaluation