全 文 ：当前环境问题和粮食安全问题已经成为国际性
难题。 粮食供给紧张， 把粮食作物作为原料生产燃
料乙醇或生物柴油均存在一定的弊端。 此外， 森林
资源也需重点保护， 不可过度开发利用。 因此， 在
能源植物的开发方面， 需加快筛选能利用非农用
地、 抗逆性强、 易于繁殖、 成活率高、 单位质量产
能高的能源植物。 与木本植物相比， 某些高大的多
年生禾本科植物对环境要求低， 种植成本低， 再生
能力强， 是更加理想的能源植物 [1-2]。 目前对草本
能源植物研究主要有 2 方面： 一是对不同生物质的
热带作物学报 2014， 35（12）： 2349-2354
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2014-04-21 修回日期 2014-08-24
基金项目 国家自然科学基金（No.31170067， No.21303142）； 福建省自然科学基金（No.2012J05029）； 国家重点基础研究发展计划（973 计划）
（No. 2010CB732201）。
作者简介 闫芸芸（1988 年—）， 女， 硕士研究生； 研究方向： 生物质转化制生物基燃料。 *通讯作者（Corresponding author）： 龙敏南（LONG
Minnan）， E-mail： longmn@xmu.edu.cn。
能源植物斑茅在不同生长时期的产量与组分变化
闫芸芸 1， 刘 健 2， 甘礼惠 2， 余小龙 2， 龙敏南 2 *， Nasir Ali1
1 厦门大学生命科学学院， 福建厦门 361100
2 厦门大学能源学院， 福建厦门 361100
摘 要 研究不同时期斑茅产量及其化学组分的变化。 结果表明： 斑茅生物质产量在 11 月达到最高， 其后开
始下降； 整个生长发育过程中茎叶生物质产量比呈现上升趋势； 含水量随生长发育的进行显著降低； 叶片灰分
含量全年最低为 5 月， 从 10 月份开始显著增加， 至 12 月份达到最高。 茎秆灰分含量略低于叶片， 全年最低为
10 月， 最高为 7 月， 变化幅度不大。 叶片中木质素含量全年由高到低排列顺序为 12 月＞11 月＞9 月＞10 月＞7 月＞
8 月＞6 月； 茎秆中木质素含量全年由高到低排列顺序为 12 月＞11 月＞9 月＞7 月＞8 月＞10 月＞6 月。 10 月份茎秆含
水量低， 灰分含量最低， 热值较高， 结合产量和燃料品质考虑其更适于直接燃烧， 而 9 月份叶片则更加适于作
为生物转化的材料。
关键词 斑茅； 收获时间； 化学组分
中图分类号 Q949.94 文献标识码 A
Variation of Yield and Composition of Energy Plant
Erianthus arundinaceum During Different Growth Stages
YAN Yunyun1， LIU Jian2， GAN Lihui2，
YU Xiaolong2， LONG Minnan2 *， Nasir Ali1
1 College of life science， Xiamen University， Xiamen， Fujian 361100， China
2 College of Energy， Xiamen University， Xiamen， Fujian 361100， China
Abstract The effect of harvesting time on the yield and chemical composition of E. arundinaceum was studied.
The results revealed that the highest biomass yield was available in November， and then the proportion of leaf
biomass was gradually started to decline. The water content decreased significantly while the quantity of ash in
leaves remained the lowest in May， which increased significantly in October and reached the highest amount in
December. The quantity of ash in the stem was slightly lower than that in the leaf with little change year around.
The maximum was appeared in July and the minimum was observed in October. The lignin content in the leaf
was in the following downward order: Dec., Nov., Sept., Oct., July, Aug., June, and that for the stem was: Dec.,
Nov., Sept., July., Aug., Oct., June. The calorific value of the leaf was the lowest in September and the highest in
October， whereas that for the stem was the highest in August. The study showed that the best biomass
accumulation was usually available with the lowest moisture and ash in October, which was more suitable for the
production of fuel. The results proved that the lignin content of the leaf was lower than that of stem， which may
be more suitable for bioconversion.
Key words Erianthus arundinaceum； Harvest time； Composition
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.12.006
第 35 卷热 带 作 物 学 报
图 2 斑茅生物量月变化图
Fig. 2 Monthly changes of biomass of E.arundinaceum

6 7 8 9 10 11 12
时间/月
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
茎生物量
叶生物量
生
物
量
/（
kg
/m
2 ）
图 1 斑茅株高月变化图
Fig. 1 Plant height changes of Erianthus arundinaceum
5 6 7 8 9 10 11 12
400
350
300
250
200
150
100
50
0
株
高
/c
m
时间/月
化学成分的研究以及通过基因工程手段改变植物细
胞壁结构； 二是不同预处理以及发酵等降解转化工
艺的优化。 这 2种做法均存在缺陷。 通过上游基因
工程手段改良能源植物， 有可能对能源植物本身产
生较大负面影响， 影响其生长发育和最终产量， 而
且一般只能改良单一的因素， 对从整个细胞壁结构
来把握其降解转化效率效果不佳； 通过下游改进预
处理方式， 则由于能源植物的多样性， 种间差异
性， 很难研究出一种适合所有能源植物的预处理方
法 [1-4]。 因此， 挑选合适的能源植物品种和制定适
宜的收获计划， 可以有效提高其利用率， 促进能源
植物的开发和利用。
斑茅（Erianthus arundinaceum）为禾本科蔗茅属
植物， 在中国热带和亚热带地区广泛分布， 有较强
的抗旱能力和生态竞争能力。 此外， 斑茅纤维含量
高， 在生产燃料乙醇方面具有很大优势。 在国外，
斑茅因其高产、 良好的抗虫性及方便大规模管理，
被认为比象草和甘蔗更适于作为能源作物大面积推
广 [5-7]。 而国内对将斑茅作为能源植物的研究才刚
刚起步， 主要集中在斑茅种质资源的杂交利用和抗
性研究、 生理生化研究及遗传动态研究， 鲜见关于
将其作为优良能源植物的报道 [8-11]。 因此， 本研究
通过研究斑茅（E. arundinaceum）生长过程中的有机
组分、 灰分、 热值的构成或变化情况， 挑选其作为
原料直接燃烧或作为酶解底物的最佳收获季节及加
工方式， 做到物尽其用， 最大程度降低生产成本。
1 材料与方法
1.1 材料
实验材料为斑茅（E. arundinaceum）， 2013 年 5
月 5日播种于厦门大学翔安校区生态园， 地理位置
为 24°26′N， 118°19′E， 海拔 23.69 m。 当地气候属
于亚热带季风气候， 实验土壤为红壤土。 种植行距为
35 cm， 小区面积为 30 m×30 m。 播种后每隔一天灌
溉一次， 发芽后停止灌溉， 试验期内不施肥。
1.2 方法
每月 25 日采集一次样品， 齐地面刈割， 将叶
片和茎秆分开， 分别测其生物量与含水量， 取茎秆
基部以上 50 cm 作为测试样品， 用剪刀剪成约 5 cm
长的小段； 叶片按其长度平均分为上、 中、 下 3部
分， 取中部叶片， 剪成 5 cm 左右的小段， 于 45 ℃
烘箱烘干， 粉碎处理后过筛备用。 含水量测定用烘
干法， 灰分含量用干灰化法测定， 干重热值用氧弹
式热量计测定 [12]， 纤维素、 半纤维素和木质素的含
量测定参照了美国国家可再生能源实验室[13]（National
renewable energy laboratory， NREL）制订的实验规程
（Laboratory analytical procedure， LAP）。预处理方法
参考Banerjee等 [14]的实验方法， 酶解方法参考赵春
桥[2]的实验方法。
1.3 数据处理
试验数据的处理和相关分析采用 DPS 数据处
理系统。
2 结果与分析
2.1 收获时间对斑茅生物质产量的影响
斑茅在整个生长季节中生长迅速（图 1）， 在拔
节期生长速度最大， 达到 4.2 cm/d， 在开花期后
期， 生长速度也达到 4.6 cm/d， 结实期以及枯黄期
生长逐步减慢直到停止生长。 随着收获时间的推
移， 斑茅各组分的产量和比例见图 2。 从图 2 中可
以看出， 斑茅的生物质产量在枯黄期早期（11月）
达到最高 8.23 kg/m2， 其后呈下降趋势。 其生物质
产量的组成也随时间发生变化， 拔节期（6月）开始
后， 茎叶比一直呈上升趋势， 直到枯黄期稍有回
落。 叶的生物量从展叶期到拔节期前期增长缓慢，
从拔节期中期开始， 伴随着叶片的迅速伸长和分蘖
2350- -
第 12 期
图 3 斑茅含水量月变化图
Fig. 3 Monthly changes of water content of E.arundinaceum
70
65
60
55
50
45
40
35
30
6 7 8 9 10 11 12
时间/月
含
水
量
/％
月份 均值 5％显著水平 1％极显著水平
12 月 0.196 7 a A
11 月 0.17 b B
10 月 0.146 7 c C
6 月 0.07 d D
8 月 0.066 7 d D
9 月 0.063 3 d D
7 月 0.06 d D
表 2 斑茅叶灰分含量 SNK 法多重比较
Table 2 Multiple comparison of ash content of
leaf for E.arundinaceum via SNK
月份 均值 5％显著水平 1％极显著水平
7 月 0.08 a A
9 月 0.08 a A
11 月 0.08 ab AB
6 月 0.07 ab AB
8 月 0.07 b B
10 月 0.05 c C
12 月 0.05 c C
表 3 斑茅茎灰分含量 SNK 法多重比较
Table 3 Multiple comparison o of ash content
of stem for E.arundinaceum via SNK
月份
灰分/％ 热值 ／ （kJ/g） 单位面积热值（×103 kJ/m2）
叶片 叶片 叶片 茎秆
6 月 6.979 7.492 17.640 16.908 2.148 1.068
7 月 5.842 8.299 18.384 16.849 5.635 3.933
8 月 6.569 7.221 17.816 17.825 19.278 16.064
9 月 6.285 8.209 16.594 16.632 35.788 55.958
10 月 14.731 4.962 18.500 17.553 35.905 98.099
11 月 16.843 7.648 17.228 17.434 29.875 113.325
12 月 19.706 5.048 17.546 17.278 24.722 89.453
茎秆 茎秆
表 1 斑茅不同部位灰分和热值月变化
Table 1 Monthly changes of ash content and caloric value of E.arundinaceum
数的增加， 直至抽穗初期生物量比拔节期初期增加
了 8 倍， 而开花期中期（9月）叶的生物量达到了整
个生育期最高值， 比抽穗期中期（8月）翻了约 1倍。
茎生物量从拔节后期（7月）到抽穗期（8月）及从抽穗
期到开花期中期（9月）均翻 2 倍增加， 从开花期后
期到结实期末期增长幅度减小， 仅增加了 16.1％。
枯黄期（11月）后产量开始降低。 整个生长发育过程
中茎叶生物量比呈现上升趋势， 生长节律呈现出
“慢-快-慢” 的增长规律。
2.2 收获时间对斑茅含水量的影响
由图 3 可看出， 展叶期植株含水量最大， 在
6~7 月期间波动不大， 略有减少。 随着拔节期的继
续， 含水量比 7 月减少了 12.5％， 从开花期后期
（9 月）开始到结实期中期含水量下降了 16.7％， 随
后含水量呈缓慢降低， 直到枯黄期末期。 通过比较
可以看出， 枯黄期含水量比开花期中期降低了约
25.8％。 整个生长期间含水量差异显著（p＜0.01），
开花期后期到枯黄期含水量差异不显著。
2.3 不同时间斑茅不同部位灰分含量和热值的变化
由表 1 可看出， 生长初期（6~9 月）， 斑茅茎的
灰分含量均高于叶 。 茎灰分含量范围在 5.0％~
8.2％， 平均值 7.8％， 叶灰分含量 5.0％~7.0％， 年
平均值 6.4％。 叶片灰分含量变化趋势为 12 月＞11
月＞10月＞6月＞8月＞9月＞7月， 茎秆灰分含量变化
趋势为 7 月＞9 月＞11 月＞6 月＞8 月＞12 月＞10 月。
开花期 （9月） 后， 叶的灰分含量显著增加， 从
6.3％增加到 19.7％， 增加了 2 倍多； 而茎灰分含
量始终在 5.0％上下浮动。 6~9 月叶片灰分含量差
异均不显著（表 2）； 6 月、 7 月、 9 月和 11 月间茎
秆灰分含量差异不显著， 10 月和 12 月间差异不显
著（表3）。
闫芸芸等： 能源植物斑茅在不同生长时期的产量与组分变化 2351- -
第 35 卷热 带 作 物 学 报
月份
纤维素/％ 半纤维素/％ 木质素/％
叶片 叶片 叶片 茎秆
6 月 28.75±0.82 27.62±0.20 23.69±0.60 19.83±0.71 16.51±0.60 15.55±0.49
7 月 30.11±0.29 28.184±0.62 24.66±0.10 22.59±0.29 17.60±0.10 17.59±0.18
8 月 30.96±0.92 29.26±0.85 19.93±0.79 23.90±0.60 17.40±0.29 17.50±0.26
9 月 32.27±0.42 32.09±0.65 22.11±0.70 24.17±0.45 18.78±0.61 21.31±0.41
10 月 29.95±0.43 32.76±0.87 19.63±0.40 19.76±0.68 18.11±0.28 17.07±0.40
11 月 31.48±0.56 35.50±0.30 22.52±0.46 22.99±0.16 22.59±0.27 24.90±0.11
12 月 30.02±0.40 36.92±0.17 21.92±0.15 22.91±0.56 27.93±0.09 31.27±0.49
茎秆 茎秆
表 4 不同物候期斑茅纤维素、 半纤维素和木质素含量变化
Table 4 Monthly changes of cellulose， hemicelluloses and lignin content of E. arundinaceum
月份 均值 5％显著水平 1％极显著水平
12 月 27.92 a A
11 月 22.59 b B
9 月 18.78 c C
10 月 18.12 c CD
7 月 17.60 cd CD
8 月 17.40 cd CD
6 月 16.51 d D
表 5 斑茅叶木质素含量 SNK 法多重比较
Table 5 Multiple comparison of lignin content of
leaf for E.arundinaceum via SNK
月份 均值 5％显著水平 1％极显著水平
12 月 31.26 a A
11 月 24.90 b B
9 月 21.30 c C
7 月 17.60 d D
8 月 17.50 d D
10 月 17.07 d D
6 月 15.56 e E
表 6 斑茅茎木质素含量 SNK 法多重比较
Table 6 Multiple comparison of lignin content of
stem for E.arundinaceum via SNK
斑茅叶片热值在整个生长过程中基本都高于茎
秆， 只在结实期到枯黄期（11月）略低于茎秆。 叶片
的热值为 16.59~18.85 kJ/g， 年平均值为 17.60 kJ/g，
全年最高值出现在 10 月， 最低值在 9 月； 茎秆的
热值为 16.63~17.82 kJ/g， 年平均值为 17.21 kJ/g，
全年最高值出现在 8月， 最低值也在 9月。 斑茅叶片
单位面积热值最高出现在 10月（35.91 kJ/m2）， 其次为
9月（35.79 kJ/m2）。 茎秆单位面积热值最高出现在 11
月（113.33 kJ/m2）， 其次为 10月（98.10 kJ/m2）。
2.4 收获时间对斑茅有机组分含量的影响
从表 4中可知， 不同收获时期斑茅叶和茎的有
机组分也不同。 斑茅叶片纤维素含量差异不显著；
半纤维素含量在拔节期后期有所降低， 结实期后又
逐渐恢复； 木质素含量变化较大， 整个生长期内由
高到低为 12 月＞11 月＞9 月＞10 月＞7 月＞8 月＞6 月；
6~10 月木质素含量差异不显著（表 5）， 11 月和 12
月差异极显著（p＜0.01）， 12 月木质素含量是 6 月
的 1.69 倍。
茎秆中纤维素含量随收获时间的推移呈梯度增
长趋势， 12 月纤维素含量比 6 月增加了 33.70％；
半纤维素含量在 9 月即开花期前期达到最高
（24.17％）， 至 12 月份即枯黄期时达到稳定， 维持
在 22.90％左右 ； 木质素含量在 12 月份达到
31.27％， 比 6 月增加了 1.01 倍， 整体由高到低排
列为 12 月＞11 月＞9 月＞7 月＞8 月＞10 月＞6 月。 茎
秆木质素含量在 7月、 8月、 10月间差异均不显著
（表 6）， 其他时期则差异显著（p＜0.01）。
对比叶片和茎秆木质素含量可知， 整个生长过
程中叶片平均木质素含量为 19.85％， 茎秆平均木
质素含量略高， 为 20.74％。
2.5 收获时间对斑茅叶片和茎秆水解产还原糖的
影响
由图 4 可看出， 从展叶期到枯黄期， 茎秆和
叶片的酶水解所得还原糖浓度均呈下降趋势。 叶
片酶水解所得还原糖浓度由高到低为 6 月＞9 月＞8
月＞10 月＞7 月＞11 月＞12 月， 茎秆为 8 月＞6 月＞9
月＞10 月＞7 月＞12 月＞11 月。 茎秆酶水解所得的
还原糖浓度在整个生长期内平均值为 1.86 mg/mL，
叶片为 2.12 mg/mL， 茎秆较低， 这可能与其木质
化程度和木质素的结构有关。 叶片酶水解后还原
糖浓度在不同物候期间差异显著， 7 月和 10 月差
异不显著； 茎秆酶水解所得还原糖浓度在不同物
候期间差异较显著， 11 月和 12 月最低， 两者间
差异不显著。
2352- -
第 12 期 闫芸芸等： 能源植物斑茅在不同生长时期的产量与组分变化
图 4 斑茅不同部位酶水解所得还原糖浓度月变化图
Fig. 4 Monthly changes of reducing sugar concentration
of different parts of E.arundinaceum

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
6 7 8 9 10 11 12
时间/月
叶
茎
还
原
糖
浓
度
/（
m
g/
m
L）
3 讨论与结论
随着收获时间的推移， 斑茅的生物质产量会减
少， 这与 Shinners 等[15]对玉米秸秆生物质产量的研
究结果一致。 Hadders 等 [16]分析认为， 多年生草本
能源植物生物产量降低的原因主要包括呼吸消耗、
生物降解、 淋洗作用以及机械损失等。 本研究中
12 月生物质产量降低可能是成熟期后斑茅含水量
降低引起的。 研究结果表明斑茅生长后期生物质
含水量显著降低， 这对降低运输和干燥成本有重
要意义。
茎秆木质素和纤维素含量随着收获时间的推移
也有明显的提高， 而灰分含量基本保持稳定。 叶片
灰分 11 月份比 7 月份增加了近 1.9 倍， 有研究表
明生物质燃烧发电时， 灰分高会造成烧结、 结块、
沉积、 侵蚀和腐蚀等问题， 并且灰分含量越高净化
难度越大[17]。 而生物质热解气化也要求生物质产量
高、 含水量低、 体积密度高、 热值高、 挥发性物质
多及 S和 Cl含量低 [17]。 因此， 10 月份 （生长 5 个
月）茎秆的燃料品质是最佳的。
植物组分或器官干重热值的差异主要受自身
组成物质结构和功能的影响， 热值随季节的变化
情况与植物的物候节律及其对环境因子变化的反
应有关 [18]， 其次还受光照强度、 日照长短、 土壤类
型和植物年龄等影响。 高光效植物在其生长旺盛时
期可从根部吸收较多的矿质元素， 而矿物质是灰分
的主要成分， 其热值变化可能受植物体内矿质元素
的含量和种类影响 [19]。 叶片灰分含量一般比茎秆
高， 可能是由于其矿质元素含量相对较高， 可见
对于选育可燃性能源植物而言， 茎叶比是一个较
好的评价指标， 茎叶比值偏高时品质较好， 因此
也可以通过某个时期的茎叶比值大小来确定最佳
收获时期。
本研究结果也显示， 不同时期斑茅不同部位木
质素含量不同， 同一预处理方式下产糖量也不同。
随着木质素总含量的降低， 酶水解后还原糖浓度提
高， 一方面是由于木质素结构复杂， 阻碍了酶解，
另一方面可能在预处理过程中产生了毒副产物 ，
影响酶解效果。 Davison 等 [20]研究指出， 改变木质
素含量和木质素中单体 S/G 值有利于杨属植物中
木糖（五碳糖）的释放。 也有一些研究认为， 预处
理后木质素的剥离效果也与木质素的组成相关 ，
比如 （S/G比）[21]。
在解决纤维素降解过程中的难题时， 可以避开
复杂而昂贵的预处理过程， 从材料本身出发， 选取
植物木质素含量和结构相对易于处理的生长阶段，
直接降低成本。 综合来看， 10 月份茎秆含水量低，
灰分含量最低， 单位面积热值较高， 结合产量和
燃料品质考虑其更适于用作燃料。 9 月（生长 4 个
月）的斑茅叶片生物量积累较高， 经过预处理后，
酶水解所得的还原糖浓度较高， 更适于作为降解
的底物。
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责任编辑： 林海妹
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