全 文 ：川滇桤木幼树个体间生物量与热值的比较
谷凌云，和亚君，李世友，钱梅清，李福秀*
( 西南林业大学资源学院，云南 昆明 650224)
摘要:随着生产的发展、人口的增长和人民生活的改善，农村能源消耗量将越来越大，供需矛盾将更加突出。因
此开发能源树种、发展高效能源林是必然趋势。为了为能源树种及其优良个体的选择提供依据，本文以相同立
地条件下 3 年生川滇桤木实生幼树为研究材料，对不同个体的生物量和热值进行了测定分析。结果表明:不同
的幼树单株个体间的生物量差异较显著，个体器官生物量的差异显著，器官生物量的比例依次为干 ＞枝 ＞叶; 不
同器官的热值差异显著，各器官热值大小顺序为叶 ＞枝 ＞皮 ＞干; 生物量和热值之间几乎没有相关性;植株胸径
和干生物量及总生物量间具显著相关性，建立的曲线回归方程分别为 W1 = 234． 826 － 146． 521D + 70． 045D
2，W2
= 4274． 859 － 1803． 607D + 278． 687D2 ;对该树种薪炭能源优树选择的主要指标是总生物量，其次是热值。
关键词:能源树种;生物量;热值;川滇桤木
中图分类号: S 758． 5 文献标识码: A 文章编号: 1000 － 2324( 2011) 01 － 0017 － 06
收稿日期: 2009 － 12 － 09
基金项目:国家科技支撑计划子专题( 2006BAD18B103) ;云南省省级重点学科西南林学院森林培育学科资助项目
作者简介:谷凌云( 1986 － ) ，女，安徽宿州人，硕士研究生，主要从事能源林培育方面的研究。
* 通讯作者: Author for correspondence． E － mail: lfx3862158@ 163． com
COMPARISONS OF BIOMASS AND HEAT VALUE AMONG DIFFERENT INDIVIDUALS
OF ALNUS FERDINANDI － COBURGII
GU Ling － yun，HE Ya － jun，LI Shi － you，QIAN Mei － qing，LI Fu － xiu*
( Source College of South － west College，Kunming 650224，China)
Abstract:With the development of production，increasing population and improvement of people＇s live，rural en-
ergy consumption will increase and the conflict between supply and demand will become more and more serious-
ly． It is the time to develop the high － energy forest and research the high － energy species． In this paper，three
year － old seeding trees of Alnus ferdinandi － coburgii Schneid were selectee to be used as experimental materials．
By measuring the trees＇biomass and heat value，the results showed that individual differences of biomass and heat
value were significant． Difference of biomass between different organs was significant，the order was: stem ＞
branch ＞ leaf． Difference of heat value between different organs was more significant，the order is: leaf ＞
branch ＞ bark ＞ stem． No significant correlations between the heat value and biomass have an found． The dbh
was significantly correlated with stem biomass and total biomass，and the regressive curve equations were:W1 =
234． 826 － 146． 521D +70． 045D2，W2 =4274． 859 － 1803． 607D + 278． 687D
2 ． The main index of plus tree se-
lection to this kind of firewood energy plant were total biomass，and heat value．
Key words: Energy species; biomass; heat value; Alnus ferdinandi － coburgii Schneid
随着全球经济及社会的快速发展，人类对能源的需求日益增长。目前化石燃料在现有能源体系中占
主导地位，世界上约 85%的能源是通过燃烧不可再生的化石燃料如石油、天然气和煤来获得。据统计，若
按目前水平开采世界已探明的能源，煤炭资源仅可开采 100 a，石油可开采 30 ～ 40 a，天然气可开采 50 ～ 60
a［1］。能源短缺问题已成为目前世界各国面临的难题，同时化石能源也带来了严重的环境问题，严重制约
着国际社会经济可持续发展，因此大力发展可再生生物质能源的呼声日渐高涨。目前主要以速生、生物产
山东农业大学学报 ( 自然科学版) ，2011，42 ( 1) : 17 － 22
Journal of Shandong Agricultural University ( Natural Science)
量高、适应性强、萌发更新能力强、燃烧值高等几个因素作为对能源树种选择原则［2］。确定优良能源树种
的指标主要有生长量、生物量、光合速率、糖类、纤维素、热值等［3］。目前国际社会普遍关注并大力发展能
源林，目的是通过利用选育出优良能源树种种质资源，以定向优化集约栽培技术获取高产能源收获物，通
过加工利用替代化石能源，解决世界性的能源危机问题［4］。
川滇桤木( Alnus ferdinandi － coburgii Schneid) 属桦木科( Betulaceae) 桤木属( Alnus) ，落叶乔木。该树种
对土壤要求不严，适应性强，耐干旱瘠薄，具有育苗周期短、生长迅速、适应性强、萌芽力强、生物量大的特点，
是很好的薪炭能源树种。本题以相同立地条件下 3年生川滇桤木实生幼树为研究材料，对不同个体的生物
量和热值进行了测定分析，研究其实生幼树个体间的生长量、生物量和热值之间的差异，不同器官的生物量
热值极其分配的差异性和变异规律，为优良能源单株的评价、选择和遗传改良奠定基础和提供依据。
1 试验材料和方法
1． 1 试验材料
材料采自云南省昆明市 3 年生实生人工纯林，造林地的地势平坦，条件相同，抚育管理措施一致。为
了比较同一立地下不同个体的生长情况，本试验从样地中随机选择了 27 株立木为研究对象，测定地上部
分的生物量、热值等指标。
1． 2 测定方法
枝、叶生物量测定方法选用标准枝法( 分层标准枝法) ［5］。干生物量测定是将树的主干按 1 m长度进
行分段，并截取圆盘。将枝叶干称鲜重后分别取样，置烘箱内 103 ℃ ± 2 ℃下烘干至恒重，称量后根据干
物质率计算总生物量。
热值测定:用微型粉碎机将川滇桤木的已烘干的枝叶粉碎成粉末状，且放在烘箱中保持干燥，使用微
机氧弹热量计 XRY －1C测量。每个样品重复测量 3 次。
1． 3 分析方法
本实验图表由 excel软件生成。方差分析、相关分析及回归方程建立均通过 spss11． 5 软件［6］生成。
2 结果与分析
2． 1 川滇桤木个体间生长量的比较
对 27 株川滇桤木生长量统计分析的结果得知，树高、胸径和冠幅生长量的标准差分别为 0． 493、0．
432 和 0． 238，其值均较小，说明离散程度较小，表明在同一立地条件下川滇桤木不同个体间各个生长指标
的差异并不显著。但由图 1、2、3 可以看出，个体间的生长量极差很大，其中树高以第 13 株最高为 5． 3 m，
第 24 株最矮为 3． 2 m，相差 2． 1 m;胸径以 6 株最大为 5． 4 cm，第 7 株最小为 3． 7 cm，相差 1． 7 cm;冠幅以
第 14 株树的最大 2． 28 m，第 12 株最小为 1． 23 m，极差值为 1． 05 m。这种差异反映出了对该树种进行遗
传改良的潜力。
·81·
山东农业大学学报( 自然科学版) 第 42 卷
图 3 样本树平均冠幅
Fig． 3 Average crown of samples
2． 2 川滇桤木个体间生物量的比较
2． 2． 1 川滇桤木个体间生物量的比较 表 1 显示，27 株川滇桤木在相同的立地条件下，个体间的生物量
存在差异，其标准差为 408． 859，而且极差也很大。其中第 6 株树的生物量最大，其次是第 23 株，总生物量
最低的是第 22 株。第 6 株和第 23 株树的生物量分别是第 22 株的 2． 6 倍和 2． 2 倍。
表 1 生物量及热值测算结果(单位:株)
Table 1 Results of biomass and heat value calculation ( per plant)
编号
Number
叶生物量
Leaf
biomass
( g)
枝生物量
Branch
biomass
( g)
树干生物量
( 含皮生物量)
Stem biomass
( including bark
biomass) ( g)
总生物量
Total
Biomass
( g)
叶单位
热值
Leaf heat
value per unit
( J /g)
枝单位热值
Branch heat
value per unit
( J /g)
树干单
位热值
Stem heat
value per unit
( J /g)
树皮单
位热值
Bark heat
value per unit
( J /g)
平均热值
Average heat
value( J /g)
1 170． 138 716． 872 1096． 239 1983． 193 18983． 000 18204． 000 18351． 000 18140． 000 18419． 500
2 192． 980 837． 148 1171． 262 2124． 590 21136． 000 19260． 000 17426． 000 18248． 000 19017． 500
3 160． 236 516． 024 566． 208 1242． 468 19581． 000 19130． 000 18685． 000 18113． 000 18877． 300
4 173． 064 384． 874 1219． 659 1760． 837 19066． 000 19237． 000 19768． 000 19867． 000 19484． 500
5 188． 864 525． 138 945． 483 1730． 405 20214． 000 18921． 000 17734． 000 18548． 000 18857． 000
6 234． 710 914． 754 1840． 706 2954． 590 21107． 000 17523． 000 17555． 000 19025． 000 18802． 500
7 143． 396 349． 316 781． 540 1280． 972 21013． 000 19250． 000 17759． 000 18926． 000 19237． 000
8 196． 632 236． 726 1264． 772 1699． 950 19268． 000 18869． 000 18648． 000 16236． 000 18255． 200
9 206． 194 392． 854 1256． 134 1859． 298 18702． 000 18690． 000 17419． 000 16105． 000 17729． 000
10 190． 834 255． 403 1056． 665 1489． 862 20218． 000 18869． 000 17972． 000 17948． 000 18751． 700
11 68． 502 185． 586 998． 056 1276． 143 20463． 000 19284． 000 19374． 000 18634． 000 19438． 800
12 97． 302 231． 452 1060． 708 1401． 622 20221． 000 19277． 000 19869． 000 18116． 000 19370． 800
13 36． 420 363． 426 1258． 734 1634． 220 22327． 000 19527． 000 17527． 000 17947． 000 19332． 000
14 167． 568 448． 682 1338． 795 1955． 332 20935． 000 19390． 000 18314． 000 20208． 000 19711． 800
15 34． 274 425． 732 1640． 106 2085． 216 23252． 000 20398． 000 18922． 000 16727． 000 19824． 800
16 39． 992 285． 162 868． 659 1209． 253 21650． 000 19296． 000 18450． 000 19524． 000 19730． 000
17 224． 952 486． 782 1156． 233 1971． 186 20744． 000 19412． 000 17622． 000 20611． 000 19597． 300
18 360． 844 591． 020 1099． 613 2030． 484 20316． 000 18745． 000 17451． 000 17999． 000 18627． 700
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第 1 期 谷凌云等:川滇桤木幼树个体间生物量与热值的比较*
编号
Number
叶生物量
Leaf
biomass
( g)
枝生物量
Branch
biomass
( g)
树干生物量
( 含皮生物量)
Stem biomass
( including bark
biomass) ( g)
总生物量
Total
Biomass
( g)
叶单位
热值
Leaf heat
value per unit
( J /g)
枝单位热值
Branch heat
value per unit
( J /g)
树干单
位热值
Stem heat
value per unit
( J /g)
树皮单
位热值
Bark heat
value per unit
( J /g)
平均热值
Average heat
value( J /g)
19 58． 630 702． 550 1304． 197 2049． 467 19735． 000 19296． 000 16621． 000 18487． 000 18534． 700
20 42． 158 322． 686 1230． 219 1560． 677 19452． 000 18889． 000 16686． 000 18702． 000 18432． 200
21 26． 922 386． 416 1245． 792 1657． 700 20886． 000 18246． 000 18964． 000 17391． 000 18871． 800
22 103． 234 300． 110 723． 243 1150． 275 20994． 000 19641． 000 17955． 000 19879． 000 19617． 300
23 145． 946 416． 554 1898． 644 2475． 444 19824． 000 19375． 000 18525． 000 19830． 000 19388． 500
24 142． 432 715． 200 819． 680 1664． 288 20890． 000 18958． 000 18920． 000 19616． 000 19596． 000
25 103． 684 356． 260 1128． 069 1571． 227 19572． 000 20795． 000 18868． 000 19344． 000 19644． 800
26 133． 300 349． 460 934． 274 1528． 814 19912． 000 18378． 000 18856． 000 19796． 000 19235． 500
27 89． 556 419． 476 857． 028 1423． 148 20304． 000 18670． 000 17183． 000 17165． 000 18330． 500
平均 138． 251 448． 728 1139． 286 1732． 247 20398． 704 19093． 704 18200． 889 18560． 444 18359． 903
前人的研究表明，不同的立地条件下，生物量的差别尤为显著，在相同的立地条件下，生物量的差异不
显著［7］。本试验是对同一林分中立木进行的测定，并且树木在同一立地条件相同株行距和水肥管理条件
下生长，排除光照及竞争等影响，可以认为试验中 3 年生川滇桤木个体间总生物量存在的差异主要原因是
遗传因素，这对该树种能源林的遗传改良是很有意义的。
2． 2． 2 个体间不同器官生物量分配比及差异比较 对试验样株树干、枝和叶等器官生物量的分配比较得
知( 图 4 ) ，器官生物量的分配比例在 3 年生川滇桤木不同个体间存在较大的差异，叶、枝、干( 含皮) 生物
量的比例分别在在 17． 72 － 1． 61、41． 48 － 13． 94、81． 87 － 46． 87 之间。图 4 显示，27 株树其器官生物量分
配比例的顺序为:树干 ＞枝 ＞叶;其中，枝占 25． 99%，叶占 7． 87%，干占 65． 99%。方差分析的结果表明不
同器官间生物量分配比例的差异显著( F = 117． 249 ＞ F0． 05( 3，104) ) 。
图 4 不同个体的各部分器官生物量的分配
Fig． 4 Biomass distribution of each organ among different individuals
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山东农业大学学报( 自然科学版) 第 42 卷
2． 2． 3 生物量模型及相关系数 对样本生长量及生物量相关分析得知( 表 4) ，胸径与干生物量和总生物
量之间存在着极显著的相关关系，树高同干生物量有显著相关，冠幅同各生物量之间的关系极小。
表 2 生物量与生长量的相关分析
Table 2 Correlation analysis of samples＇ growth and biomass
树高
Tree Height
冠幅
Crown
叶生物量
Leaf biomass
枝生物量
Shoot biomass
干生物量
Stem biomass
总生物量
Total biomass
胸径 0． 334 0． 212 0． 161 0． 304 0． 814( ＊＊) 0． 752( ＊＊)
树高 0． 200 － 0． 286 － 0． 134 0． 422( * ) 0． 190
冠幅 0． 138 0． 050 0． 129 0． 155
注:＊＊ 显著性水平在 0． 01 下; * 显著性水平在 0． 05 下。
根据胸径与干生物量及总生物量之间具显著相关，进一步通过回归分析［8］，根据各模型复相关系数
的大小，最终筛选二次曲线模型为最优模型，回归方程如表所示。
表 3 生物量估算的回归方程
Table 3 Regression equation of biomass estimation
组分
Component
模型
Model
复相关系数
Coefficient multiple correlation
树干 W1 = 234． 826 － 146． 521D + 70． 045D2 0． 796*
全树( 地上部分) W2 = 4274． 859 － 1803． 607D + 278． 687D2 0． 762*
对树干生物量和胸径的二次曲线模型进行 F检验，得 F = 20． 817，Sig． = 0． 000 ＜ 0． 05。说明胸径和
干生物量之间存在显著的二次函数关系。对总生物量和胸径的二次曲线模型进行 F检验，得 F = 16． 583，
Sig． = 0． 000 ＜ 0． 05，说明胸径和总生物量之间存在显著的二次函数关系。
2． 3 热值的比较
2． 3． 1 不同个体平均热值比较 从表 1 中可以看出，川滇桤木样本树的平均热值为 18359． 903 J。在 27
个样株中以第 15 株树的热值最高，为 19824． 8 J;其次是第 16 株树为 19730． 00 J，第 9 株树的热值最低为
17729． 00 J。第 15 株树的热值较平均热值高 1464． 897 J，为 2． 7 个标准差;较 9 号树高 2095． 8 J，表明本
试验中 3 年生川滇桤木不同体间的热值存在差异，并不显著，极差却很明显。
2． 3． 2 不同器官的热值比较 图 6 显示，川滇桤木各个器官间的热值存在着较大的差异，其中叶的平均
热值为 20398． 7 J /g，枝的平均热值为 19093． 7 J /g，皮的单位平均热值 18560． 4 J /g，干的单位平均热值为
18200． 8 J /g。川滇桤木通过方差分析的结果表明，该树种不同器官间热值的差异显著 ( F = 27． 812 ＞
F0． 05( 3，104) ) 。本试验各器官热值大小顺序为叶 ＞枝 ＞皮 ＞干 。
叶的单位平均热值为 20398． 7 J /g，枝的单位平均热值为 19093． 7 J /g，皮的单位平均热值 18560． 4 J /
g，干的单位平均热值为 18200． 8 J /g。从植物解剖学和生理学角度看，植物体主要有木质素、纤维素、淀
粉、蛋白质、脂肪等物质构成，而不同物质成分热值差异很大，粗脂肪达到 38． 87 KJ /G，其次为木质素 26． 4
KJ /G，粗蛋白 22． 99 KJ /G，碳水化合物 17． 99 KJ /G，粗纤维 17． 56 KJ /G。所以这些物质成分含量的高低
决定着植物的热值［9］。叶是植物体生理活动最活跃的器官，含有较多的高能化合物如蛋白质和脂肪等物
质，另外它自身还能合成高能有机物，因此，叶的干重热值一般较高。而根、干均为支持器官，含纤维素成
分多，故热值也低［10］。
2． 4 生物量和热值的相关性分析
相关分析的数据表明生物量和热值之间的相关系数 r = － 0． 190，表明两者之间基本上没有关系。
2． 5 优良单株个体选择
能源树种的选择依据中一般要综合生物量和热值两方面因素作为评价指标，1 株树所产的总热量 =
生物量 × 1g材料完全燃烧所释放热量的平均热值。根据此公式算出 27 株川滇桤木的总热值量，从中选
择该树种 3 年生能源林的优良单株。图 5 显示，不同个体间总热值的差异很大，其中第 6 株及第 23 株的
总热值最大，分别为 53123． 455 KJ和 46833． 312 KJ，可以考虑选作优良单株。此指标下的选择结果与总
·12·
第 1 期 谷凌云等:川滇桤木幼树个体间生物量与热值的比较*
生物量的结果相当，因此认为川滇桤木薪炭能源优树选择的主要指标是总生物量，其次是热值。
图 5 样本树单株总热值
Fig． 5 Total heat value of sample plant
3 结论
1． 3 年生川滇桤木其树高、胸径和冠幅生长量的差异不显著，但是不同个体间的极差很大。
2．对 27 株 3 年生川滇桤木的地上部分生物量的测定结果得知，不同个体间的生物量存在较大的差异，其
中第 6 株树的生物量最大，为 2991． 64 g;是第 22 株( 1163． 28 g) 的 2． 6 倍。各个器官生物量的分配比例
顺序为干 ＞枝 ＞叶。植株胸径和干生物量及总生物量间具显著相关性，建立的曲线回归方程分别为 W1 =
234． 826 － 146． 521D +70． 045D2 ;W2 =4274． 859 － 1803． 607D +278． 687D
2。
3．对 27 株 3 年生川滇桤木的地上部分的热值平均为 18359． 903 J /g，不同个体间热值的差异不显著，但是
极差大，为该树种优良能源单株的选择提供依据。川滇桤木器官间热值的差异显著，依次排列为:叶 ＞枝
＞皮 ＞干。
4 讨论
本试验样本树均在相等株行距、同一立地条件及相等管理措施下生长，但不同个体间生物量及热值差
异较大，由此反映出对该树种进行遗传改良的潜力。在同一立地条件下若将生物量作为单一优良单株评
价指标，则第 6 株及第 23 株作为优良单株入选。若将热值作为单一优良单株评价指标，则第 15 株及第 16
株作为优良单株入选。可见生物量和热值作为单一评价指标所选择的优良单株是不同的。本文综合生物
量和热值两方面作为评价指标，评价结果表明，第 6 株和第 23 株的所产热量最高可作为优良的单株入选，
与生物量的评价结果一致，由此认为川滇桤木薪炭能源优树选择的主要指标是总生物量，其次是热值。
参考文献
［1］王大纲．世界生物质能利用的现状和展望［J］．世界林业研究，1996( 6) : 64 － 69
［2］汪有科．世界各国能源林的研究与发展综述［J］．水土保持通报，1989，9( 5) : 52 － 57
［3］万 劲，方升佐．能源林的发展概述［J］．现代农业科技，2006( 10) : 14 － 16
［4］施士争，潘明建，王保松，等．培育灌木柳生物质能源的前景［J］．江苏林业科技，2006，3( 3) : 37 － 41
［5］孟宪宇．测树学［M］．北京:中国林业出版社，第 3 版，2006
［6］郝黎仁，樊 元． SPSS实用统计分析［M］．北京:中国水利水电出版社，2003
［7］马增旺，毕 君．人工侧柏林单株生物量研究［J］．河北林业科技，2006，6( 1) : 1 － 3
［8］江泽慧，范少辉，冯慧想，等．华北沙地小黑杨人工林生物量及其分配规律［J］．林业科学，2007，43( 11) : 15 － 20
［9］包国章，李向林．湖北高山草地多年生黑麦草能量动态的初步研究［J］．湖北农业科学，2001，3: 55 － 57
［10］何 晓．中国高等植物干质量热值特点［J］．生态环境，2007，16( 3) : 973 － 981
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山东农业大学学报( 自然科学版) 第 42 卷