全 文 ：施肥对五节芒热值和表型性状的影响
陈慧娟1 , 2 ,张卓文2 ,宁祖林1 ,扬 鸿3 , 孙贵平4
(1.中国科学院武汉植物园 ,湖北武汉 430074;2.华中农业大学园艺林学学院 ,湖北武汉 430070;
3.湖北省巴东民兴实业有限责任公司 ,湖北宜昌 443000;4.湖北清能有限责任公司 ,湖北宜昌 443000)
摘要:对五节芒 Miscanthus f lorid ulus进行施肥措施研究氮肥 、磷肥 、钾肥对其灰分含量 、热值以及表型性
状方面的影响 。采用正交试验设计 ,以热值 、灰分含量 、单株高度 、地径 、茎叶比 、产量等为指标 , 研究不同氮
磷钾配比对五节芒热值和表型性状的调控效应。结果表明 ,不同施肥水平对叶干质量热值 、叶灰分含量 、茎
灰分含量 、单支高度 、地径 、茎叶比达到显著影响 , 但对产量影响不显著。氮 、磷 、钾最佳组合为尿素(300
kg/hm2)+过磷酸钙(600 kg/ hm2)+氯化钾(50 kg/hm2)时 , 五节芒灰分含量低 ,热值高;氮 、磷 、钾最佳组合
为尿素(300 kg/ hm2)+过磷酸钙(200 kg/ hm2)+氯化钾(200 kg/ hm2)时 ,五节芒的表型评价指标高。
关键词:五节芒;能源植物;热值;施肥;表型性状
中图分类号:S216.2　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-0629(2009)08-0063-05
①　芒属 Miscanthus植物 ,是大多数欧盟国家认
为最适合 、最有希望的能源作物[ 1-2] ,其作为能源
植物的最大优势是巨大的生物产量 ,即产能效率
高。植物能量生产的一个重要方面就是植物热
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 , 是衡量植物燃烧性能的一个指
标[ 3-4] ,也是评价能源植物利用价值的重要指
标[ 5] 。植物热值是指植物在一定温度的条件下干
物质完全燃烧时所释放的能量 。在能源作物的生
产过程中 ,其热值和生物量对于改进作物的燃烧
品质 、提高作物的产能效率起到重要的作用。
五节芒M.f loridulus是禾本科芒属的一种
多年生 C4 草本植物 ,分布广泛 、资源多 、产量高 、
易栽种 ,是亚热带丘陵山区的一种很有开发利用
价值的野生资源植物。前人对其有一定的研
究[ 6-7] ,它具有作为直燃性能源植物开发的潜力:
株丛高大 ,生长快 、分蘖力强 ,生物产量高[ 8] ;适应
性广 ,抗逆性强 ,可种植于荒山地 、滩涂 、农业废弃
地等不宜种粮的土地上[ 9] ;一次栽种 ,多年利用;
作为生物质燃料使用时放出的 CO2 可被重新吸
收 ,不含有害气体 ,不会造成环境污染[ 10-12] ;总灰
分含量较低 ,体内纤维素含量高 ,质量好[ 13] ;是一
种极有开发前景的能源植物。
生物质特性对直燃发电的产能效率有一定的
影响 。灰分含量高 ,影响其干质量热值 ,会带来加
工利用上的技术问题 ,不仅经济效益低 ,而且会污
染环境;表型性状好 ,产量高 ,可以给直燃发电带
来更多的原材料进行能量生产 。植物热值和表型
性状受多种因素的影响 ,肥料是植物生长发育的
重要调节因子 ,必然会在不同程度上影响某些化
学成分的含量和生物量。目前 ,将热值指标同田
间栽培管理措施(如施肥 、灌溉 、刈割等)相联系的
并不多。而对于芒草类植物的研究和种植利用将
越来越受到人们的关注 ,通过不同肥料和不同施
肥水平来探讨施肥措施对五节芒热值 、灰分含量
和表型性状的影响 ,为能源植物种植 、品质评价及
开发利用提供重要的技术途径和理论依据。
1　试验材料和方法
1.1 试验地概况　试验地位于武汉植物园西岗
外(30°33′N , 114°24′E),海拔 46 m 。属于亚热带
季风性湿润气候 ,常年降水量丰沛 ,热量充足 ,雨
热同季 ,冬冷夏凉 ,四季分明 ,年均温度 15.8 ～
17.5 ℃,年平均降水 1 400 mm 。
土壤 pH 值 5.64 ,有机质 1.92%,全氮 0.88
26 卷 8 期
Vol.26.No.8 草　业　科　学PRA TACULTU RA L SCIENCE 63-678/ 2009
① 收稿日期:2008-09-22基金项目:中科院重要方向性项目资助(KSCX2-G-027-4);国家自然科学基金资助(30760024);巴东民兴实业有限责任公司资助(074932A06)作者简介:陈慧娟(1982-),女 ,湖北天门人 ,在读硕士生 ,从事园林植物应用的研究。
E mail:ch enhui juan111@163.com通信作者:宁祖林　E mai l:ningzu lin@163.com
g/kg ,全磷 0.53 g/kg ,全钾 15.1 g/kg , 速效磷
5.5 mg/kg ,速效钾 52.33 mg/kg 。
1.2 试验材料　试验肥料为国产尿素 、过磷酸
钙 、氯化钾 。五节芒为四年生实生苗。
1.3 小区设置　氮 、磷 、钾 3 因子 3 水平正交设
计(见表 1),每个处理 3个重复 ,每丛标记 3个大
小 、地径基本一致的萌芽挂牌进行观测 。每重复
的处理间随机区组排列。
表 1　五节芒 3因素 3水平的正交试验方案 kg/ hm2
处理编号 N(尿素) P(过磷酸钙) K(氯化钾) 组合
1 1(100) 1(200) 1(50) N1P1K 1
2 1(100) 2(600) 2(200) N1P2K 2
3 1(100) 3(1 200) 3(500) N1P3K 3
4 2(300) 1(200) 2(200) N2P1K 2
5 2(300) 2(600) 3(500) N2P2K 3
6 2(300) 3(1 200) 1(50) N2P3K 1
7 3(700) 1(200) 3(500) N3P1K 3
8 3(700) 2(600) 1(50) N3P2K 1
9 3(700) 3(1 200) 2(200) N3P3K 2
1.4 测定内容　2007年 11月 28日收获地上部
分测定每丛产量 ,同时测定挂牌的单株高度 、叶质
量 、茎质量 、地径 、热值 、灰分含量等指标 。
1.5 测定方法　将刈割的整丛芒草称量 ,并按
照其冠幅覆盖面积计算单位面积鲜质量;株高用
卷尺量度 ,以砍口至叶鞘与叶片交界处的高度为
准;地径用游标卡尺度量 。
刈割时采集五节芒不同器官的鲜样 ,带回实
验室分析 。供热值测定的样品 80 ℃烘干 ,粉碎后
过 1 mm 筛处理贮存备用。用长沙仪器厂生产的
WGR-1型微电脑氧弹式热量计测定热值 ,样品热
值以每克干物质在完全燃烧条件下所释放的总热
量和去灰分热值来表示 。每份样品重复 3次 ,重
复间误差控制在±0.2 kJ/g ,测定环境用空调控
温在 20 ℃左右 。
灰分含量的测定采用干灰化法 ,即样品在马
福炉 550 ℃下灰化 5 h 后测定其灰分含量。然后
用以计算样品的去灰分热值 ,计算方法为:
去灰分热值=干质量热值/(1-灰分含量)。
采用方差分析 、线性回归分析 、多重比较等方
法对五节芒热值 、灰分含量 、株丛高度 、地径 、茎叶
比 、产量等指标进行统计分析 。
2　结果与分析
2.1 施肥对五节芒热值和灰分含量的影响
　施肥对五节芒干质量热值和灰分含量产生影
响 ,测试结果见表 2。从表 2中可以看出 ,施肥对
五节芒叶干质量热值影响显著 ,对茎干质量热值
影响不显著 。多重比较分析表明 , N 2 处理时叶干
质量热值显著高于 N 1 、N 3 处理 ,而 N 1 与 N 3 处理
间差异不显著;P2 、P 3 处理时叶干质量热值显著
高于 P1 处理 ,P2 与 P 3 处理间差异不显著;K 1 、K3
处理时叶干质量热值显著高于 K2 处理 ,而 K 1 与
K 3 处理间差异不显著 。
　　氮肥对五节芒叶 、茎的灰分含量影响均达到
极显著水平 ,钾肥对叶灰分含量影响达显著水平。
多重比较分析表明 ,N 2 处理时叶灰分含量显著低
于 N 1 、N 3 处理 ,而 N 1 与 N 3 处理间差异不显著;
K 1 、K3 处理时叶灰分含量显著低于 K 2 处理 ,而
K 1 与 K 3 处理间差异不显著。同时 ,N 2 处理时茎
灰分含量显著低于 N 1 、N 3 处理 ,而 N 1 与 N 3 处理
间差异不显著 。磷肥对五节芒灰分含量影响不显
著 ,随着磷肥用量的增加灰分含量呈先减小后增
大的变化趋势 。这可能是因为试验地速效磷含量
非常低 ,五节芒对磷肥的吸收比较慢;另外磷元素
主要输送到了生殖器官 ———果穗当中 ,在营养后
64 PRATACULT URAL SCIENCE(Vo l.26.No.8) 8/ 2009
表 2　施肥对五节芒地上部植株干质量热值和灰分含量的影响
施肥 水平 叶干质量热值(J/g) 灰分含量(g/ kg)
茎
干质量热值(J/ g) 灰分含量(g/ kg)
氮肥
N 1 17 159b 76.8A 17 565A 25.3 A
N 2 17 610A 60.4B 17 764A 17.6B
N 3 17 244b 73.7 A 17 451A 22.0 A
磷肥
P1 17 201b 73.8A 17 498A 22.1A
P2 17 401A 67.4A 17 674A 20.7A
P3 17 412A 69.7A 17 608A 22.1A
钾肥
K 1 17 502A 66.5b 17 733A 21.7A
K 2 17 154b 75.4 A 17 404A 21.9A
K 3 17 356A 69.0b 17 643A 21.3A
　注:同列数字上标小写字母表示差异达显著性水平(P<0.05),大写字母则表示差异达极显著性水平(P<0.01),字母
相同者则表示差异不显著。下表同。
期大部分磷又输导到了根部 ,促进根系的形成和
生成 ,从而使得磷肥对叶及茎灰分含量没有显著
性影响。
　　五节芒干质量热值和灰分含量具有线性相
关 ,其回归方程为:y =-31.45x +18 913 , r =
0.827 3＊＊(P <0.01), n=9 。其中 , y 为干质量热
值 ,单位为 J/g , x为灰分含量 ,单位为 g/kg 。
回归方程表明 ,五节芒的灰分含量越高 ,其干
质量热值就越低。计算表明 1 kg 干物质中灰分
含量每增加 1 g ,干质量热值相应的减少 31.5 J 。
2.2施肥对五节芒表型性状的影响　施肥后
五节芒地上部植株表型性状测试结果如表 3 所
示 。从表中可以看出 ,氮肥对五节芒单株高度 、地
径影响达到极显著 ,对茎叶比影响达显著水平 ,单
株高度 、地径 、茎叶比随着施肥量的增加呈现先增
大后减小的趋势 ,N 2 与 N 3 处理间差异均达显著
水平。磷肥对五节芒单株高度有极显著差异 ,对
地径影响达到显著水平 ,单株高度随着施肥量的
增加呈现先减小后增大的趋势 , P 1 与 P2 处理间
差异极显著;地径随着施肥量的增加呈现先减小
后增大的趋势 , P1 与 P 2 、P3 处理间差异不显著 ,
P2 、P3处理间差异显著 。钾肥对五节芒表型性状
表 3　施肥对五节芒地上部分表型性状的影响
施肥 水平 单株高度(cm) 地径(mm) 茎叶比 产量(kg/ m2)
氮肥
N1 198.0A 8.951A 0.67Ab 21.622A
N2 210.0A 10.008A 0.75A 19.668A
N3 142.9B 7.438B 0.57b 17.674A
磷肥
P 1 204.0A 8.578ab 0.68A 18.793A
P 2 166.4B 8.408b 0.64A 26.609A
P 3 180.7AB 9.411a 0.67A 13.563A
钾肥
K1 179.7A 8.551A 0.62A 18.806A
K2 186.4A 9.334A 0.64A 20.966A
K3 184.9A 8.512A 0.72A 19.193A
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的影响不显著。
3　结论
不同施肥水平对叶干质量热值 、叶灰分含量 、
茎灰分含量 、单株高度 、地径 、茎叶比达到显著影
响 ,但对产量影响不显著 。
氮 、磷 、钾最佳组合为尿素(300 kg/hm2)+过
磷酸钙(600 kg/hm2)+氯化钾(50 kg/hm 2)时 ,
五节芒灰分含量低 ,热值高;氮 、磷 、钾最佳组合为
尿素(300 kg/hm2)+过磷酸钙(200 kg/hm2)+
氯化钾(200 kg/hm2)时 ,五节芒的表型评价指标
高。
4　讨论
4.1 施肥与五节芒干质量热值和灰分含量
之间的关系　对直燃性能源植物而言 ,灰分含
量在能量生产中具有重要作用 。理想的能源植物
应具有较低的灰分含量[ 14-18] :一方面灰分含量直
接影响植物的干质量热值 ,灰分含量较高则热值
较低[ 19-21] ;另一方面 ,灰分含量高会造成灰熔点下
降 ,导致流化床的床料粘结和热面灰污 、污垢和腐
蚀问题[ 22-23] ,给能源植物的加工利用带来技术上
的难题。所以在对五节芒进行栽培管理时 ,应该
考虑肥料的用量问题 ,尽可能平衡灰分含量和热
值之间的关系。
对能源植物栽培管理应尽量使其优良的生物
质特性发挥出来 ,进而提高生产效率和能源利用
率;同时 ,在一定范围内尽可能减少肥料用量 ,从
而降低肥料投入成本 ,减轻化学肥料对环境的污
染。
4.2 施肥与五节芒的表型性状有一定的关
系　试验中所测得五节芒茎的干质量热值均大
于叶 ,茎的灰分含量均小于叶 ,这说明茎秆利用价
值较高。因此 ,茎叶比可以作为能源植物五节芒
表型性状的一项重要评价指标 。尽管钾肥对五节
芒表型性状的影响不显著 ,但它参与植物的新陈
代谢 ,是植物生长发育所必需的营养元素 ,故为保
证五节芒的正常生长发育应施一定量的钾肥 。
4.3 影响五节芒产量的因素很多　土壤肥
力 、气候条件以及栽培管理措施等均能影响五节
芒的产量 。在欧洲的一些试验区域 ,研究人员发
现施用氮肥不能使芒属植物增产 ,但在土壤中含
氮量较低的情况下 ,氮肥是必需的[ 23] 。Wrigh 持
相同的观点 ,他认为氮肥只有在贫瘠的土壤上才
能使柳枝稷 Panicum v irgatum 产量增加 ,在更多
的施肥区域 ,氮肥对产量的增加起到负面或中立
效果[ 24] 。试验也得到类似的研究结果:施肥处理
对五节芒产量影响不显著;这可能与其发达的根
系有密切关系 ,如 3年生五节芒根深达到106 cm ,
在地下形成庞大的根系网[ 6-7] ,如此发达的根系大
大提高了其吸收能力 ,这可能是其耐瘠薄的重要
原因。
因此 ,在开发利用芒草类能源植物资源时应
该采用最优的栽培管理措施使其优良特性发挥出
来 ,通过农业栽培管理措施调控热值 、灰分含量 、
生物量及表型性状之间的关系 ,尽可能提高其生
物质潜能。
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Effect of fertil ization on the caloric value and morphological
properties ofMiscanthus f loridulus
CHEN Hui-juan1 , 2 , ZHANG Zhuo-wen2 , NING Zu-lin1 ,YANG Hong3 , SUN Gui-ping4
(1.Wuhan Botanical Garden , Chinese Academy of Sciences , Wuhan 430074 , China;
2.College o f Hort iculture and Fo rest ry S ciences , Huazhong
Agricul tural Universi ty , Wuhan 430070 , China;
3.Badong Minxing Limited Company , Yichang 443000 , China;
4.Hubei Qingneng Limi ted Company , Yichang , 443000 , China)
Abstract:The ef fect of ni tro gen fertilizer , phosphate fer tilizer and po tassium fert ilizer on the calo ric
value , ash content and morpho logical properties of Miscanthus f lorid ulus were studied.The orthogo-
nal design w as used to de termine the ef fects of N , P and Kcombinations on calo ric value , ash content ,
plant height , stem diameter , ra tio of stem to leaf and yield .The results show ed that differences of ca-
loric values in leaf , ash quantity of leaf and stem , plant height , stem diameter among dif ferent combi-
nations w ere significant except the yield.The best fer tilizer combination w as urea (300 kg/hm2)+
superpho sphate(600 kg/hm2)+KCl(50 kg/hm2)and the higher calo ric value and lower ash content
could be reached.Under the combination o f urea (300 kg/hm2)+ superphosphate(600 kg/hm 2)+
KC l(50 kg/hm 2), the bet ter mo rphological properties could be reached.
Key words:Miscanthus f lorid ulus;energy plant;calo ric v alue;ferti lization;morphological property
678/2009 草　业　科　学(第 26 卷 8 期)