全 文 ：收稿日期： 2012–04–09　　　　接受日期： 2012–07–06
基金项目： 林业公益性行业科研专项(201104003)资助
作者简介： 周群英(1978 ~ )，女，高级工程师，主要从事桉树培育和科研管理工作
* 通讯作者 Corresponding author. E-mail: qyzhou999@sina.com
短周期尾巨桉能源林生物量与能量特征研究
周群英1*, 陈少雄1, 韩斐扬2, Roger ARNOLD1
(1. 国家林业局桉树研究开发中心， 广东 湛江 524022; 2. 广西林业勘测设计院， 南宁 530011)
摘要： 为开发和利用尾巨桉能源林，通过测量 1 ~ 4 年生植株的叶片、树枝、树根、树干和树皮的热值和生物量，对短周期尾巨桉
能源林的生物量和能量特征进行了研究。结果表明，尾巨桉叶片、树枝、树干、树根、树皮和林分生物量均随林龄增加而增加，叶
片、树枝、树皮生物量占单株总生物量的比例逐年减小，而树干则呈逐年升高趋势。1 ~ 4 年生尾巨桉单株和林分的生物量分别
为 4.32 ~ 66.29 kg和10.68 ~ 153.33 t hm-2。生物量的结构特征表明，尾巨桉林分在第4年开始郁闭，生长以增加树干的生物量为主。
尾巨桉各组分的平均干质量热值为 17.23 ~ 20.56 kJ g-1，且差异极显著(P < 0.01)，以叶片的值最高、树皮的最低；同一组分不同林
龄的热值差异不显著(P > 0.05)。1 ~ 4 年生尾巨桉的单株和林分能量现存量为 81.61 ~ 1255.22 MJ 和 201.83 ~ 2903.32 GJ hm-2，
其变化趋势及大小排列顺序与生物量相同。因此，对尾巨桉能源林可以 4 年短周期进行经营。
关键词： 尾巨桉； 组分； 生物量； 干质量热值； 能量
doi: 10.3969/j.issn.1005–3395.2013.01.006
Studies on Biomass and Energy Characteristics of Short Rotation
Energy Plantations of Eucalyptus urophylla × E. grandis
ZHOU Qun-ying1*, CHEN Shao-xiong1, HAN Fei-yang2, Roger ARNOLD1
(1. China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, China; 2. Forestry Inventory and Planning Institute of Guangxi, Nanning 530011, China)
Abstract: In order to development and utilization of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantation, biomass
and calorific values of 1- to 4-year-old E. urophylla × E. grandis were determined to reveal biomass and energy
characteristics of Eucalyptus at different ages. The results showed that the biomass of leaves, branches, stem,
roots, bark and total biomass increased with increasing age. The ratio of leaf, branch and bark biomass to total
biomass decreased with age, while the ratio of stem biomass to total biomass increased. Biomass of 1- to 4-year-
old individual and stands ranged from 4.32 to 66.29 kg, and 10.68 to 153.33 t hm-2, respectively. Biomass structure
characteristics revealed that Eucalyptus plantation began to closure at the 4th year, and stem growth was dominant.
Gross calorific values had significant difference (P < 0.01) among five components, such as leaf, branch, root,
stem and bark, with ranged from 17.23 kJ g-1 for bark to 20.56 kJ g-1 for leaf, those of the same component had
no significant differences among different ages (P > 0.05). The retained energy of 1- to 4-year-old individual and
stands ranged from 81.61 to 1255.22 MJ and 201.83 to 2903.32 GJ hm-2, respectively, the change trend and orders
of components were the same as biomass. Therefore, it suggested that E. urophylla × E. grandis energy plantation
could manage with short rotation for 4 years.
Key words: Eucalyptus urophylla × E. grandis; Component; Biomass; Gross calorific value; Energy
热带亚热带植物学报　2013， 21(1)： 45~51
Journal of Tropical and Subtropical Botany
46 第21卷热带亚热带植物学报
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，仅
次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量
第四位，在整个能源系统中占有重要地位。生物质
能源的发展方向早在 1981 年联合国新能源和可再
生能源会议上就已得到肯定；2004 年在波恩召开的
可再生能源国际会议上强调，生物质能源是未来最
有希望的能源之一 [1]。作为生物质能源的一部分，
林业生物质能源对有效补充我国能源、改善能源结
构和保护生态环境将发挥重要的作用。
桉树(Eucalyptus sp.)不仅是工业原料林生产的
重要树种，也是林业生物质能利用的良好原材料，
可直接作为薪材使用，并可用于生物质发电及生产
生物柴油等。生物质能源林经营的最大目的是寻
求能量的最大产出，而林分总能量的输出取决于树
木各组分的热值及其生物量。研究表明，热值可反
映植物对太阳辐射能的利用状况，能有效地评价植
物的生长状况[2–3]；生物量是指一个有机体或群落
在一定时间内积累的有机质总量，可作为研究森
林生态系统结构和功能的重要依据 [4–5]，是评价能
源林产量的重要指标。本文以尾巨桉(Eucalyptus
urophylla × E. grandis)为研究对象，从能量生态学
角度出发，通过研究其各组分的热值和生物量，了
解在短周期内(1 ~ 4 年)林分的能量结构特征，为合
理开发和利用尾巨桉生物质能源林提供基础数据。
1 试验地及林分概况
试验地位于广东省遂溪县国营雷州林业局北
坡林场(21°15′ N, 109°59′ E)，属南亚热带海洋性季
风气候。最冷月平均气温 14℃ (1 月)，最热月平均
气温 28℃ (7 月)，年均气温 23.5℃。年降雨量为
1600 ~ 1900 mm，4 – 9 月为雨季，占全年降雨量的
85.5%，年相对湿度 80.4%。林地地势平坦，土层厚
度在 80 cm 以上，为浅海沉积沙质砖红壤，肥力低
下、酸度大(pH 为 5.3)[6]。
试验林为尾巨桉无性系纯林，株行距为 2 m ×
2 m (2500 ind. hm-2)，种植穴的规格为 50 cm × 50 cm ×
40 cm。造林前每穴施 0.5 kg 复合肥作基肥，定植
后 3 个月追施复合肥(0.5 kg ind.-1)。1 ~ 4 年生尾巨
桉林分生长概况见表 1。
2 材料和方法
2.1 生物量的测定
在 1 ~ 4 年生试验林内各随机设立 3 块 20 m ×
20 m 的样地，对样地内进行每木检尺，根据树高和
胸径选取各林龄、不同径级(2 cm 为一径级)的平均
木 3 株并砍伐。地上部分采用分层切割法分别测
定树干、树皮、树枝、叶片的鲜质量，地下部分按根
系的主要分布层内(0 ~ 20、21 ~ 40、41 ~ 60 cm)将
根挖出，测量各层根的鲜质量。采集各平均木不同
组分的鲜质量样品 500 g，在 80℃下烘至恒重，计算
样品的含水率和干质量生物量。用径级平均木的
单株生物量乘以该径级的林木株数得到该径级的
林分生物量。各径级的林分生物量的总和即为林
分总生物量。
2.2 热值的测定
收集所有伐倒样木的叶片、树枝、树根、树干和
树皮共 5 个组分用于热值测定。样品先在 105℃下
烘 10 min，然后在 80℃下烘至恒质量，磨粉后过筛
装瓶贮存备用。用 WZR-1TC Ⅱ型电脑自动热量
计测定样品的干质量热值。
2.3 生物量结构特征
生物量结构特征是指林分各组分质量之间或
各组分质量与总生物量的比值[7]。主要指标有：
枝叶比(BNR) = W 树枝 /W 叶片；
表 1 尾巨桉林分生长概况
Table 1 Growth state of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantation
林龄
Age (a)
平均树高
Average height (m)
平均胸径
Average DBH (cm)
造林密度
Planting density (ind. hm-2)
林分保存率
Survival (%)
现实密度
Current density (ind. hm-2)
1 5.4 4.4 2500 98.9 2473
2 14.0 10.0 2500 96.3 2408
3 16.0 11.3 2500 95.7 2393
4 17.5 12.2 2500 92.5 2313
第1期 47
枝叶指数(BNI) = (W 树枝 + W 叶片 )/W 总；
光合器官与非光合器官比值(FC) = W 叶片 /W 总；
干材与地上部分生物量比值(STR) = W树干/(W总–
W 树根 )。
2.3 数据分析
用 One-Way ANOVA 进行单因素方差分析，用
邓肯检验法对相关指标进行多重比较，数据处理和
分析软件为 SPSS 13.0。
3 结果和分析
3.1 生物量
3.1.1 现存生物量
不同林龄尾巨桉单株各组分的生物量及其分
配见表 2。随着林龄增加，单株各组分的生物量均
增加，但分配比例发生变化。叶片、树枝、树皮生物
量所占比例逐渐下降，4 年生比 1 年生的生物量所
占比例分别下降了 7.04%、10.7% 和 7.43%；树干
生物量所占比例逐年上升，4 年生所占比例已高
达 75% 以上；树根生物量所占比例的变化无显著
规律。不同林龄各组分生物量的大小顺序为：1 年
生“树干 > 树枝 > 树皮 > 树根 > 叶片”，2 年生“树
干 > 树枝 > 树根 > 树皮 > 叶片”，3 ~ 4 年生同为“树
干 > 树根 > 树枝 > 树皮 > 叶片”。由此可见，在任
一林龄阶段树干生物量在所有组分中均是最高的，
表明在尾巨桉生长过程中光合作用的主要产物基
本用于增加树干的生物量。至 4 年生时，单株现存
生物量达 66.29 kg，分别是 1 ~ 3 年生的 15.34、2.47
和 1.74 倍。
随 林 龄 增 加，林 分 的 现 存 生 物 量 显 著 增 加
(图 1)。4 年生林分的现存生物量达 153.33 t hm-2，
是 1 ~ 3 年 生 林 分 的 14.36、2.38 和 1.68 倍。 就
增 长 量 而 言，4 年 生 林 分 生 物 量 的 增 幅 最 大，
为 62.23 t hm-2a-1，2 年 生 的 次 之(53.88 t hm-2a-1)，
3 年 生 的 最 少(26.54 t hm-2a-1)。 由 于 林 分 保 存 率
随林龄增加而有所下降(表 1)，因此林分最终现
存 生 物 量 会 低 于 实 际 造 林 密 度 所 拥 有 的 数 值。
3.1.2 生物量结构特征
表 3 是不同林龄尾巨桉生物量的结构特征。
BNR 在 1 ~ 3 年生时逐年上升，至第 4 年时下降，
表明此时林分已开始郁闭，枝叶的生长空间受到
表 2 不同林龄尾巨桉单株现存生物量及其分配
Table 2 Retained biomass and allocation of Eucalyptus urophylla × E. grandis individuals at different ages
林龄
Age (a)
现存生物量 Retained biomass (kg) 合计
Total叶片 Leaf 树枝 Branch 树根 Root 树干 Stem 树皮 Bark
1 0.42(9.72%) 0.78(18.05%) 0.46(10.65%) 2.06(47.69%) 0.60(13.89%) 4.32(100%)
2 1.06(3.95%) 2.98(11.12%) 2.12(7.91%) 18.56(69.22%) 2.09(7.80%) 26.81(100%)
3 1.21(3.18%) 3.56(9.35%) 3.85(10.11%) 26.71(70.16%) 2.74(7.20%) 38.07(100%)
4 1.78(2.68%) 4.87(7.35%) 5.56(8.39%) 49.80(75.12%) 4.29(6.46%) 66.29(100%)
图 1 不同林龄尾巨桉林分生物量现存量
Fig. 1 Retained biomass of Eucalyptus urophylla × E. grandis planfations at different ages
周群英等：短周期尾巨桉能源林生物量与能量特征研究
48 第21卷热带亚热带植物学报
一定限制。随着林龄增加，BNI 和 FC 逐年下降，
STR 则上升，表明尾巨桉的生长过程是以增加树干
生物量为主。
3.2 干质量热值
在能量生态研究时，干质量热值在将植物生物
量转换成相应能量时具有实用价值[8]。表 4 的方
差分析表明，尾巨桉各组分的干质量热值差异极显
著(P < 0.01)，同一组分不同林龄的差异不显著(P >
0.05)，表明随林龄增加，尾巨桉干质量热值并未出
现显著的上升或下降的趋势。从表 5 可知，尾巨桉
叶片的干热量热值最高，均在 20 kJ g-1 以上，平均
值高达20.56 kJ g-1；其次是树枝，均在19 kJ g-1 以上；
树根与树干的值较为接近，均在 18.66 kJ g-1 以上；
树皮的最低，均低于 17.50 kJ g-1，4 年生的更是低
于 17 kJ g-1。4 个林龄阶段不同组分的干质量热值
的大小顺序为：1 年生和 4 年生为叶片 > 树枝 > 树
干 > 树根 > 树皮；2 年生为叶片 > 树枝 > 树根 > 树
干 > 树皮；3 年生为叶片 > 树干 > 树枝 > 树根 > 树皮。
相同林龄不同组分的平均值为 18.91 ~ 19.07 kJ g-1，
林龄间的差异较小。
3.3 能量结构
能量现存量由各组分的平均干质量热值与
各组分的现存生物量相乘累加而得[9]，它比生物
量能更好地体现植物或群落在现有生态条件下所
固定的太阳能总量。从表 6 可见，随林龄增加，各
组分及单株的能量现存量均增加。虽然不同组分
热值大小存在差异，但生物量的大小直接决定了
其能量现存量的优势。4 年生单株的能量现存量
达 1255.22 MJ，分 别 是 1 ~ 3 年 生 单 株 的 15.38、
2.49 和 1.72 倍。不同组分能量现存量与现存生
表 4 尾巨桉干质量热值方差分析
Table 4 Variance analyses of gross calorific values of Eucalyptus urophylla × E. grandis
变异源 Variation source 平方和 Sum of square 自由度 Degree of freedom 均方 Mean square F P
林龄 Age 组间 Between groups 0.471 3 0.157 0.126 0.945
组内 Within groups 145.051 116 1.250
总计 Total 145.522 119
组分 Component 组间 Between groups 135.266 4 33.816 379.173 0.000
组内 Within groups 10.256 115 0.089
总计 Total 145.522 119
表 5 不同林龄尾巨桉的干质量热值
Table 5 Gross calorific value of Eucalyptus urophylla × E. grandis at different ages
林龄
Age (a)
干质量热值 Gross calorific value (kJ g-1) 平均
Average叶片 Leaf 枝 Branch 根 Root 树干 Stem 树皮 Bark
1 20.40±0.19A 19.20±0.37B 18.66±0.56C 18.98±0.12BC 17.31±0.11D 18.91
2 20.85±0.23A 19.33±0.07B 19.02±0.11C 18.78±0.12D 17.37±0.11E 19.07
3 20.22±0.45A 19.16±0.14ABC 18.98±0.18C 19.33±0.16AB 17.44±0.23D 19.03
4 20.75±0.09A 19.26±0.16B 18.94±0.25C 19.02±0.23C 16.78±0.12D 18.95
平均 Average 20.56 19.24 18.90 19.03 17.23
同行数字后不同大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。
Data followed different capital letters within line indicate significant difference at 0.01 level.
表 3 不同林龄尾巨桉生物量的结构特征
Table 3 Biomass structure of Eucalyptus urophylla × E. grandis at
different ages
林龄
Age (a)
指标 Index
BNR BNI FC STR
1 1.695 0.287 0.107 0.528
2 2.815 0.151 0.040 0.752
3 2.940 0.125 0.032 0.781
4 2.743 0.100 0.027 0.820
第1期 49
物量的排列顺序相同。组分干质量热值的差异导
致其能量现存量的分配比例较生物量现存量有所
不同，如叶片的热值最高，其 4 个林龄阶段的能
量现存量分配比例较生物量的分配比例均有所
升高，升幅为 0.17% ~ 0.83%；树皮则反之，降幅为
0.35% ~ 0.73%。4 年生尾巨桉林分能量现存量达
2903.32 GJ hm-2，分别是 1 ~ 3 年生的 14.38、 2.39
和 1.66 倍(图 2)，其变化趋势与生物量相近。
4 结论和讨论
本研究结果表明，尾巨桉叶片、树枝、树根、树
干、树皮及林分生物量均随林龄增加而升高，叶片、
树枝、树皮生物量所占比例逐年下降，树干生物量
则相反，树根生物量变化无显著规律。生物量结构
特征数据表明，尾巨桉林分在第 4 年开始郁闭，枝
叶的生长空间受到一定限制，林分生长过程以增
加树干的生物量为主，这与薛鹏[10]的研究结果相
似。本研究中，4 年生尾巨桉林分现存生物量为
153.33 t hm-2，高于广东省遂溪县北坡林场 4 年生尾
细桉(E. urophylla × E. tereticornis)的 147.28 t hm-2 [11]、
广东省廉江市石岭林场 7.5 年生尾叶桉(E. urophylla)
的 112.60 t hm-2、赤桉(E. camaldulensis)的 83.81 t hm-2
和雷林 1 号桉(E. leizhou No.1)的 71.36 t hm-2[12]，表
明尾巨桉在桉树品系中表现优良，具有较强的速生
性能。
尾巨桉不同组分的干质量热值差异显著，同
一组分不同林龄的热值差异不显著，这与周群英
等[11,13] 及韩斐扬等[14–15]的研究结果一致。4 个林龄
阶段中，叶片的干质量热值最高，树皮的最低，这与
周群英等[11–13,16]的研究结果一致。本研究结果表明，
1 ~ 4 年生尾巨桉植株的平均干质量热值为 18.91 ~
19.07 kJ g-1，高于云南牟定 2 ~ 6 年生史密斯桉(E.
smithii)的 18.61 ~ 18.86 kJ g-1 [14]，与广东省遂溪县
北坡林场 1 ~ 4 年生尾细桉的 18.88 ~ 19.15 kJ g-1
接近[12]，低于广东省廉江市石岭林场 7.5 年生赤
表 6 不同林龄尾巨桉单林的能量现存量及其分配
Table 6 Retained energy and allocation of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantation at different ages
林龄
Age (a)
能量现存量 Retained energy (MJ ind.-1) 合计
Total叶片 Leaf 枝 Branch 根 Root 树干 Stem 树皮 Bark
1 8.57(10.50%) 14.98(18.35%) 8.58(10.52%) 39.10(47.91%) 10.39(12.73%) 81.61(100%)
2 22.10(4.38%) 57.60(11.41%) 40.32(7.99%) 348.56(69.04%) 36.30(7.19%) 504.89(100%)
3 24.47(3.35%) 68.21(9.35%) 73.07(10.01%) 516.30(70.74%) 47.79(6.55%) 729.84(100%)
4 36.94(2.94%) 93.80(7.47%) 105.31(8.39%) 947.20(75.46%) 71.99(5.73%) 1255.22(100%)
图 2 不同林龄尾巨桉林分能量现存量
Fig. 2 Retained energy of Eucalyptus urophylla × E. grandis plantations at different age
周群英等：短周期尾巨桉能源林生物量与能量特征研究
50 第21卷热带亚热带植物学报
桉的 19.15 kJ g-1、尾叶桉的 19.17 kJ g-1、尾细桉的
19.18 kJ g-1 及雷林 1 号桉的 19.32 kJ g-1 [12]。植物
热值受多种因素影响，除与植物自身营养物质组成
密切相关外，还受光强、土壤理化性质、日照长短、
采样季节等外界因素共同作用，因此不同植物的热
值高低虽有一定规律，但不是恒定的。
尾巨桉各组分和林分的能量现存量均随林龄
增加而增加。因受各组分热值差异的影响，尾巨桉
各组分的能量分配比例与生物量的不同，但生物量
的大小直接决定其能量现存量的优势，因此能量分
配比例的变化趋势与生物量的相同。4 年生尾巨桉
林分的能量现存量达 2903.32 GJ hm-2，与同属品系
林分的能量现存量相比，高于广东省遂溪县北坡林
场 4 年生尾细桉的 2837.20 GJ hm-2 [11]、云南牟定 6
年生史密斯桉的 1789.91GJ hm-2 [14]及广东省廉江市
石岭林场 4.5 年生雷林 1 号桉的 1482.91 GJ hm-2 [15]，
表明尾巨桉对自然环境的资源利用效率较高，具有
较高的能量固定能力和生产力。
关于能源林的种植密度与采伐周期已有研究
报道。巴西的澳洲金合欢(Acacia decurrens) 3 年
收获时的密度以 1 × 104 ind. hm-2 的生物量最大[17]；
Mead[18] 认为典型的桉树能源林收获周期为 7 年，
密度为 900 ~ 1500 ind. hm-2；对于巨桉，一般的造林
密度为 2268 ind. hm-2，采伐年龄为 4 年[18]；韩斐扬
等[14]建议史密斯桉能源林的采伐周期应为 6 年；澳
大利亚的桉树能源林第 5 年起开始采收[19]。本研
究尾巨桉能源林初植密度为 2500 ind. hm-2，虽林分
生物量有随林龄增加而增加的趋势，但因病虫害、
自然灾害等不可抗拒因素而导致林分保存率逐渐
下降，现实密度将低于 2500 ind. hm-2，最终林分能
量产出会受到一定影响。结合相关研究结果，作为
能源林培育的桉树人工林可适当密植。发展林业
生物质能源需有充足的原料保证，而要实现林木的
高能效转化，就必须把尾巨桉的生产力全部发挥出
来。本研究的尾巨桉能源林能量产出在第 4 年时
增幅最大，为保证生物质能源供应，缩短经营周期，
减少成本投入，建议在适当密植的条件下，以 4 年
短周期对其能源林进行采收。
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