全 文 ：12个海州常山种源间的热值对比分析
孙 舒 1,2，张文婷 3，曹桂萍 4，王华田 1,2
（1山东省高校森林培育重点实验室，山东泰安 271018；2国家林业局泰山森林生态系统定位研究站，山东泰安 271018；
3北京市交通委员会路政局通州公路分局，北京 101100；4泰山风景名胜区管理委员会，山东泰安 271018）
摘 要：海州常山是一种适应性强、生长迅速的多用途木本植物，为探讨其作为生物质能原料树种的可
行性，采用弹氧热值分析仪和直接灰分测定法，分析了海州常山12个种源的木质材料热值和灰分含量，
试图评价海州常山种源间热值的差异，以便为海州常山生物质能原料优良无性系选择奠定基础。结果
表明：海州常山种源间木质材料的平均热值为15.25 kJ/g，与杨树(I-107)1年生枝条（热值为15.34 kJ/g）
相当，低于刺槐(18.45 kJ/g)；海州常山种源间的热值差异较大，变异幅度3%，说明开展种内生物质能种
源选择和无性系选择具有较大潜力；海州常山1年生的枝条灰分含量很少，矿质含量低，具有作为生物
质能原料的优良条件。
关键词：海州常山；种源；生物质能；热值；灰分
中图分类号：S759.4 文献标志码：A 论文编号：2014-0518
Comparison and Analysis of Caloric Value in the Branch of 12 Different Provenances
Clerodendrum trichotomum Thumb
Sun Shu1,2, Zhang Wenting3, Cao Guiping4, Wang Huatian1,2
(1Key Laboratory of Silviculture, Taian Shandong 271018;
2Taishan Forest Ecological Research Station of the State Forestry Administration, Tai’an Shandong 271018;
3Tongzhou Branch of Road Administration of Beijing Municipal Commission of Transpot, Beijing 101100;
4Taishan Scenic Area Management Committee, Tai’an Shandong 271018)
Abstract: Clerodendrum trichotomum Thumb. is a kind of multi-purpose woody plant which grows quickly
and has well-adapted ability. In order to discuss the feasibility of being biomass raw materials, caloric value
and ash content in 1 year branch of 12 different provenances C. trichotomum Thumb. were measured
respectively by the oxygen bomb combustion analyzer and method for determination of ash. The caloric value
of 12 different provenances C. trichotomum Thumb.’s was evaluated. The results would provide a foundation
for selecting excellent clone. The results proved that the average calorific value of the 12 different provenances
was 15.25 kJ/g which did not vary much from the annual branches of the poplar (Populus×euramericana‘Neva’,
I-107) whose calorific value was 15.34 kJ/g, but was lower than that of the Robinia pseudoacacia (18.45 kJ/g).
The calorific-value’s discrepancy between 12 provenances was large and its variation amplitude was 3%. It
showed that C. trichotomum Thumb. could be selected as biomass energy as the branches contained little ash.
Key words: Clerodendrum trichotomum Thumb.; provenance; biomass energy; calorific-value; ash
基金项目：山东省农业良种产业化工程。
第一作者简介：孙舒，女，1988年出生，在读硕士，研究方向：森林生态生理。通信地址：271018山东省泰安市泰山区岱宗大街61号山东农业大学林
学院，Tel：0538-8242216，E-mail：yinghuahudie@126.com。
通讯作者：王华田，男，1960年出生，山东海阳人，教授，博士，主要从事森林生态生理领域研究工作。通信地址：271018山东省泰安市泰山区岱宗大
街61号山东农业大学校本部林学院，Tel：0538-8242216，E-mail：wanght@sdau.edu.cn。
收稿日期：2014-03-05，修回日期：2014-04-10。
中国农学通报 2014,30(25):28-32
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
植物热值是植物干物质完全燃烧后所释放出来的
能量值，它反映了绿色植物在光合作用中固定太阳辐
射能的能力，是衡量第一性生产力的重要指标，也是生
物质能原料选择的重要依据[1]。随着化石资源的日益
枯竭，迫使人类开始了对清洁能源及可再能源的开发
利用，而作为仅次于煤炭、化石和天然气的第四大能
源，生物质能在能源结构中的地位日渐突出。动物、植
物、微生物中，有许多的种类含油丰富的生物质能，或
具有固定或储藏生物质能的强大能力。其中，一些木
本植物由于生物量积累速度快、热值高、适应性强、栽
培和开发潜力大等优点，在生物质能源开发中占有重
要的地位。高热值生物质能植物原料的规模化开发利
用历史已经有近40年历史。美国自1979年起开始采
用生物质燃料直接燃烧发电，欧洲一些国家依托丰富
的森林资源在开发和利用生物质能源方面也取得了可
喜成就[2]。
中国自 20世纪 80年代开始正式研究生物质能源
的开发利用，不仅选育了文冠果、麻疯树等高热值生物
柴油树种，而且还通过生物质原材料的热解气化为居
民生活提供电力热力，并逐步开展生物质原料燃烧发
电的技术攻关及生产应用，并取得了较好的效果[3]。
国内外对生物质能材料热值的研究大体分为物质
循环和能量循环 2个方面。而对能量的研究，不仅为
生态系统的能量流动研究提供了重要的依据，还对生
物质能源树种的选择和能源林建设具有重要指导意
义。植物的总热值及去灰分热值高低因不同树种、种
源、组织和器官和季节而异。树木不同器官的热值依
树干、树枝、树皮和树叶而降低，平均灰分含量是针叶
树种普遍低于阔叶树种，平均去灰分热值针叶树种普
遍高于阔叶树种[4]；有研究表明，植物不同品种的热值
及灰分含量有明显差异[5-6]，李洪等[7]对杨柳无性系能
源林热值的研究结果也证明了无性系之间及不同生长
季节存在显著差异。
海州常山(Clerodendrum trichotomum Thumb)为马
鞭草科大青属灌木，原产中国，广泛分布在中国华北、
华东、中南和西南各省。海州常山根系发达，适应性
强，根蘖能力较强，具有较大的生物量。目前，对海州
常山的研究多集中在抗逆性的生理指标的研究，有关
该树种的热值特性及种源和无性系选择方面尚未见报
道。因此，笔者对12个海州常山种源木质部热值和灰
分含量的测定分析结果，以期为木本生物质能原料树
种的开发提供新的资源。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
所用试材定植于山东农业大学林学实验站(36°16′
E, 117°11′N)，属温带季风大陆性气候，年均温12.8 ℃，
极端高温 40℃，极端低温-20℃，＞10℃积温 4283.1℃，
无霜期 186.6天，年降水量 600~700 mm，相对湿度
65%。壤土，pH 7.0，容重 1.29 g/cm3，地下水位 8 m以
下，肥力中等。
测试分析于 2013年 12月在山东省高校森林培育
重点实验室内完成。
1.2 试验材料
12个海州常山种源分别来自陕西杨凌、山东枣
庄、山东长清、南京紫金山、山东泰安桃花峪、河南洛
宁、山东泰安马套、辽宁大连、河南新县、安徽舒城、河
南栾川和江苏连云港。2008年春定植，随机区组设
计，株行距为 2 m×3 m，每个小区 6株，重复 3次，小区
之间开沟后用高度120 cm铝塑板无缝隙隔离。
1.3 试验方法
1.3.1 取样方法 落叶后至发芽前的休眠期内，在每个
小区中选取1株生长中等的植株，剪取树冠上部外围1
年生枝条装入纸袋带回实验室，在85℃烘箱内烘干至
恒重，然后将枝条剪碎，样品装入自封袋内，置于干燥
皿内备用。
1.3.2 灰分和热值测定
（1）干重热值(gross caloric value, GCV)测定。采
用GR3500-SR1数显氧弹式热量仪测定。准确称取
1.0 g（精度 0.0001 g）植物样品，每个样品重复测定 3
次，保证充分燃烧的样品热值重复误差在±0.1 kJ范围
内，取平均值作为该植株的热值。
（2）灰分含量测定。采用直接灰化法，将样品在马
福炉550℃下灰化5 h后测定其灰分含量，计算样品的
去灰分热值(ash-free caloric value, AFCV)，见公式(1)。
去灰分热值 = 干重热值( )1 -灰分含量 ……………… (1)
1.3.3 统计分析 采用SAS 9.0软件对测定的各项指标
进行统计分析，采用Excel 2007绘制数据图。
2 结果与分析
2.1 海州常山种源间干质量热值的比较
图1为12个海州常山种源的干重热值，其顺序由
高到低分别为：陕西杨凌、山东枣庄、山东济南长清、
江苏南京紫金山、山东泰安桃花峪、河南洛宁、山东泰
安马套、辽宁大连、河南新县、安徽舒城、河南栾川、江
苏连云港，种源间变化幅度 14.17~15.99 kJ/g，变异系
数0.03。
孙 舒等：12个海州常山种源间的热值对比分析 ··29
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方差分析和多重比较结果（见表 1）表明，海州
常山种源间热值差异显著。与同步测定的 1年生
杨树枝条热值(15.34 kJ/g)差异不大，可作为能源林
树种；从另一方面看，海州常山种源间热值的差异
性为高热值种源选择及优良无性系选择提供了可靠
依据。
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
江
苏
连
云
港
河
南
栾
川
安
徽
舒
城
河
南
新
县
辽
宁
大
连
山
东
泰
安
马
套
河
南
洛
宁
江
苏
南
京
紫
金
山
陕
西
杨
凌
山
东
枣
庄
山
东
济
南
长
清
山
东
泰
安
桃
花
峪
种源
热
值
/(kJ/g
)
变异来源
种源间
种源内
总计
自由度
11
24
36
平方和
10212978.94
3498.61
10216477.55
均方
928452.63
145.78
F值
6369.06
P＞F
<0.0001
图1 海州常山12个种源的干重热值比较
表1 12个种源的海州常山热值的方差分析
2.2 海州常山种源间灰分的比较
灰分是将干物质充分燃烧后余下的不能挥发的矿
质残渣。植物热值的大小与灰分含量有关，灰分含量
高则热值必然偏小。通常用去灰分热值评价植物热值
的高低。图2是12个海州常山种源1年生枝条灰分含
量的测定结果，由图2可知，海州常山枝条木质部灰分
含量 0.71%~0.99%，其中南京紫金山、泰安桃花峪、陕
西杨凌 3个种源的灰分水平较高，均在 0.99%左右，江
苏连云港与河南栾川的灰分含量 0.75%以下，其余种
源 0.90%左右，种源间灰分含量的变异系数 0.415，其
变异幅度远远超种源之间的干重热值差异。
2.3 海州常山种源间去灰分热值的比较
灰分含量的差异可能引起干重热值的明显变化，
因此在实际热值分析中，通常在总热值分析基础上，进
一步测定灰分含量，扣除其中灰分的影响，以比较去灰
分热值的差异。
由图 3可知，12个种源的海州常山的去灰分热值
与干重热值所呈现的基本一样，在14.27~16.15 kJ/g之
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
江
苏
连
云
港
河
南
栾
川
河
南
新
县
山
东
泰
安
马
套
山
东
泰
安
桃
花
峪
河
南
洛
宁
安
徽
舒
城
山
东
枣
庄
东
郭
村
辽
宁
大
连
江
苏
南
京
紫
金
山
山
东
济
南
长
清
陕
西
杨
凌
种源
灰
分
含
量
/%
图2 海州常山12个种源1年生枝条灰分的比较
··30
间，变异系数为 0.03，与种源间干重热值变异程度相
同，去灰分热值由高到低分别为：陕西杨凌、山东枣庄、
山东济南长清、江苏南京紫金山、山东泰安桃花峪、河
南洛宁、山东泰安马套、辽宁大连、河南新县、安徽舒
城、河南栾川、江苏连云港。
3 结论与讨论
热值能有效地反映植物组织固定有机碳的能力，
是分析和评价不同组织或器官、不同树种、种源或品种
（无性系）生物质能高低的重要指标[8-10]。本研究结果
表明，海州常山 1年生枝条木质部热值 15.25 kJ/g，与
I-107杨树无性系 1年生枝条热值(15.34 kJ/g)相当，略
低于刺槐(18.45 kJ/g)，具有作为生物质能原料的基本
条件。
同一植物在异质环境下经长期自然选择而产生生
态生理性变化和适应，形成具有稳定遗传特征的地理
种源。海州常山种源间热值的差异，必然是具有可遗
传的特性，这为开展海州常山高热值种源选择奠定了
基础。通过对海州常山种源热值的分析比较，发现12
个种源的海州常山的热值差异较大，最大的为陕西杨
凌种源，最小的为江苏连云港种源。Hadley等[11]对在
阿尔卑斯山 Saxifraga和Primula 2属植物的研究中发
现，随海拔高度的增加植物的脂肪含量会相应增加。
Golley[12]在研究热带植物时也发现，植物热值随纬度
增加而增加。植物为了抵御不良环境，增加体内有机
物含量，从而提高了植物的热值。官丽莉等[13]在对中
国植物研究中发现，植物的热值从南到北逐渐升高，与
国外的多数研究结果吻合。海州常山种源间热值的差
异也印证了前人的相关研究结论。
灰分是植物体矿质元素的总和，因此灰分含量的
高低与植物吸收的元素量有关。植物体从土壤吸收矿
质元素，满足自身生长发育的需要，故灰分含量与生长
的土壤条件有关。灰分含量的高低可反映不同植物对
矿质元素选择吸收与积累的特点[14-15]。本研究中12个
种源的海州常山的灰分含量范围是 0.71%~0.99%，含
量偏低，说明具备作为生物质能源料的基本条件。通
过计算得出的海州常山的去灰分热值，与其干重热值
的大小顺序相同，与灰分大小间的关系不明显，可能与
12个种源间热值差异大有关。许多研究表明，植物样
品的灰分含量直接影响了植物干重热值，灰分含量较
高的植物，则干重热值较低[16]。但本研究结果与此结
论并不相符，原因可能是个种源间的干重热值差异较
大，灰分的影响体现不出来。
生物质能源的开发与利用为林业生物质能源的发
展提供了广阔的前景与新的机遇。海州常山作为抗逆
性强、生物量积累迅速树种[17-19]，为木本生物质能源发
展提供了一种新材料。本研究以1年生的海州常山枝
条为材料，研究不同种源的海州常山的热值，以期选育
出高热值的生物质能源树种，这对中国北方阔叶树能
源人工林的培育研究具有重要意义，也为发展海州常
山生物质能源林提供了理论依据。然而，本研究结果
仅是海州常山种源间热值的比较，在生物量积累速率、
单位面积热值密度等方面，尚需要进行专门深入的
研究。
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16.0
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江
苏
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云
港
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栾
川
安
徽
舒
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南
新
县
辽
宁
大
连
山
东
泰
安
马
套
河
南
洛
宁
山
东
泰
安
桃
花
峪
江
苏
南
京
紫
金
山
山
东
济
南
长
清
山
东
枣
庄
东
郭
村
陕
西
杨
凌
种源
去
灰
分
热
值
/(kJ/g
)
图3 海州常山12个种源1年生枝条去灰分热值的比较
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