全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 3) : 425 ～ 429
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 03-0425-05
11 个能源林杨柳无性系热值季节及年度变化
李 洪1 , 胡建军1 *
( 1 中国林业科学研究院林业研究所 , 国家林业局林木培育重点实验室 , 北京 100091)
摘要: 测定了 5 个乔灌木柳树无性系和 6 个杨树无性系夏季、冬季不同组分的干质量热值, 研究了 1 年生杨、柳无性
系皮部和干部在夏季和冬季的干质量热值的变化情况, 以及随着平茬次数的增加 1 年生柳树无性系全株热值的变
化规律。结果表明: 杨、柳树无性系不同组分在不同季节干质量热值的变化不完全一样, 但是在冬季皮部、干部和全
株热值均比在夏季时高; 5 个柳树无性系不同季节年份的干质量热值变化规律基本一致, 冬季热值为 1 年生根 1 年
生干 > 2 年生根 1 年生干 > 3 年生根 1 年生干, 柳树无性系间的 1 年生根 1 年生干冬季热值与 2 年生根 1 年生干冬
季热值的差异极显著, 与 3 年生根 1 年生干冬季热值的差异显著, 灌木柳的热值比乔木柳的高; 6 个杨树无性系( 1
年生根 1 年生干) 的冬季全株干质量热值 >夏季全株干质量热值, 但无性系间差异均不显著; 1 年生柳树全株冬季
干质量热值普遍高于杨树。
关键词: 能源林; 杨树; 柳树; 干质量热值
中图分类号: S792.11 S792. 12 文献标识码: A
收稿日期 : 2009-02-12
基金项目 : 国家“十一五”科技支撑计划课题“能源林培育技术”( 2006 BAD18 B01) 和国家林业局“948”项目“杨树生物能源品种选育栽
培技术引进”( 2006-4-121 )
作者简介 : 李洪 ( 1983— ) , 女 , 山西盂县人 , 在读硕士 , 主要从事杨柳能源林研究 .
* 通讯作者 : E-mail: hujj@ caf. ac. cn
Seasonal and Annual Dynamics of the Gross Caloric Value
of Eleven Poplar and Willow Clones
LI Hong, HU Jian-jun
( Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry; Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation,
State Forestry Administration, Beijing 100091, China)
Abstract: The gross caloric value of five Salix and six Populus clones harvested in summer and winter were
determined to explore the change of gross caloric value on one-year-old poplar and willow bark and trunk in the two
seasons. And the gross caloric value change on the whole tree of one-year-old willow clones after several harvests
were also discussed. The results show that the gross caloric value of different fractions of willow and poplar are not
the same. However, the gross caloric values of the bark, trunk and the whole tree in winter were higher than those
in summer; the variation of five willow clones were consistent with each other, the gross caloric value of one-year-
old trunk with one-year-old root in winter > the gross caloric value of one-year-old trunk with two-year-old root in
winter > the gross caloric value of one-year-old trunk with three-year-old root in winter, the gross caloric value of
one-year-old trunk with one-year-old root in winter and that of one-year-old trunk with two-year-old root in winter
among different willow clones reached significant level at P = 0. 01, the gross caloric value of one-year-old trunk
with three-year-old root in winter among different willow clones reached significant level at P = 0. 05, the gross
caloric value of shrub willow were higher than that of tree willow; Concerning six poplar clones, the gross caloric
value of one-year-old trunk with one-year-old root in winter was bigger than that in summer, the gross caloric value
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
among different of poplar clones did not reach significant level and was similar. The whole tree gross caloric value of
one-year-old willow clones was higher than those of poplar clones.
Key word: energy forest; poplar; willow; gross caloric value
植物的热值与其品种的自身因素和所生存的生
态环境有密切关系, 热值的大小可反映植物对太阳
辐射能的利用状况, 也反映了植物组织对生态环境
的适应性 [ 1 - 3 ] 。干质量 热值 ( gross caloric value,
GCV) 指的是单位质量的干物质在完全燃烧的情况
下释放的总热量, 单位为 J·g - 1或 kJ·g - 1[ 4] 。近年
来, 许多学者对植物热值进行了研究, 涉及的内容有
植物热值与营养元素的关系 [ 5 - 7] 和影响植物热值的
因素 [ 8] , 以及热值在植物不同器官中流动分配等
研究 [ 9 - 10 ] 。
杨树和柳树是我国主要造林树种, 具有分布
广、生长快、成材早、产量高、热值高、易于更新以
及木材用途广泛等特点 [ 11 ] 。自 20 世纪后期 , 化石
能源渐趋枯竭以及全球温室效应加剧, 促使主要发
达国家开始调整以化石燃料为主导的能源结构 , 制
订新的能源发展战略 ; 而我国实现可持续发展、提
高人民生活水平的先决条件就是解决能源问题 , 因
此, 对可再生能源的研究、开发和利用是当前重要
的国策 [ 1 2 - 13 ] 。杨柳科植物是重要的木质能源树
种, 柳树能源林的研究、开发和大规模利用以瑞典
和北美为先导 [ 14 - 1 6] 。进入 21 世纪, 我国也开始杨
柳能源林培育系统研究 , 植物热值作为生物质能源
的一个关键指标, 成为能源品种培育的重要研究内
容。本文研究了 5 个柳树无性系和 6 个杨树无性
系在不同季节、不同年份干质量热值的变化规律,
为确定能源林采伐期和加工利用提供参考 , 进而为
将来大面积营建能源林提供依据, 推动我国能源林
建设的进程。
1 能源试验林概况
北京玉泉山柳树能源试验林位于 39°53′～ 40°
09′N, 116°03′～ 116°23′E, 属暖温带半湿润气候区,
年平均气温 13 ℃, 年平均降水量 506. 7 mm, 全年降
水的 75% 集中在夏季, 7、8 月常有暴雨。无霜期 189
d, 全年光照时数 2 700 h。参试的 5 个柳树无性系
均来自江苏林业科学研究院, 2 个乔木柳分别为: 苏
柳 799( Salix ×Jiangsuensis CL‘J-799’) 、苏柳 172
( S. ×Jiangsuensis CL‘J-172’) ; 3 个灌木柳分别为:
银芽柳 ( S. leucopithecia Kimura) 、蒿柳 ( S. viminalis
L) 、绵毛柳( Salix erioclada) 。2006 年 4 月中旬, 采用
1 年生插穗扦插造林, 插穗长度为 10 ～ 15 cm , 扦插
密度为 30 cm×40 cm。
河南焦作杨树源能试验林位于 35°8′N, 113°
17′E, 属温带气候, 年平均气温为 15. 2 ℃, 年平均
降水量为 625. 4 mm, 相对湿度 61% , 无霜期 224
d, 全年光照时数 2 434 h。参试材料为: 3 个美洲
黑杨( Populus deltoids Bartr. ) 种内杂交无性系 ( 无
性系号为 313、239、276) 、1 个美洲黑杨引进种 50
号杨( P. deltoides Bartr cv. ‘55 /65’) 、1 个美洲黑
杨 ×马氏杨派间杂种 110 ( P. deltoides ×P. maxi-
mowiczii) 、1 个欧美杨无性系 2001 ( P. nigra ×P.
deltoides) 。2008 年 3 月 12—15 日 , 采用 1 年生插
穗扦插造林, 插穗长为 10 ～ 15 cm , 扦插密度为
30 ×40 cm。除正常浇水、锄草外, 不做任何修枝、
抹芽处理。
2 研究方法
2.1 采样方法
杨柳树取样分别在 2008 年夏季 ( 8 月 ) 和冬季
( 12 月) 取样 , 每个无性系选取 6 株长势中等的植
株 , 距离地面 5 cm 处砍伐, 除去叶片, 其中 3 株进
行剥皮 , 树皮、树干以及另 3 株整株材料分别装袋。
不同根龄( 1 ～ 3 年 ) 生长 1 年的柳树无性系取样
分别是在 2006 年 12 月和 2007 年 12 月采样, 各无
性系选择 3 株长势中等的植株 , 距地面 5 cm 处砍
伐 , 除去叶片, 剪短装袋。以上将所有材料带回实
验室, 在 85 ℃恒温烘箱烘干至恒质量 , 剪成碎片,
用植物粉碎机粉碎 , 过 60 目筛子后保留在塑料
袋中。
2.2 测定方法
采用 Parr6300 全自动氧弹热量仪 ( 美国 ) 测定
植物样品干质量热值, 测定环境温度控制在 25 ℃,
室内无强烈的冷源、热源及空气对流, 每次试验前用
标准物质苯甲酸标定。将粉碎的样品用压片机压
片, 样品质量控制在 0. 6 ～ 0. 7 g, 每个试样重复
2 ～ 3 次, 测量误差不超过 0. 1 kJ·g - 1。
2.3 数据处理
采用 SPSS 软件 ( 15. 0) 对数据进行统计分析。
采用 RANK 过程对数据进行正态分布检验后进行单
因素方差分析, 然后用 LSD 法进行多重比较。
624
第 3 期 李 洪等: 11 个能源林杨柳无性系热值季节及年度变化
3 结果与分析
3. 1 1年生杨树和柳树无性系树皮质量占植株的
比例
由表 1 可看出: 1 年生杨柳无性系树皮质量占
植株的比例随季节而异, 夏季为 23. 85% ～34. 41% ,
占植株比例最大的是苏柳 172, 为 34. 41% ; 冬季为
21. 87% ～ 29. 51% 。方差分析结果表明: 夏季和冬
季的树皮质量占植株的比例各无性系间差异均不显
著, 同一无性系不同季节树皮质量占植株的比例差
异也不显著。除银芽柳、蒿柳皮部质量占植株比例
冬季高于夏季外, 其它苏柳 799、苏柳 172、绵毛柳 3
个柳树无性系和 6 个杨树无性系的皮部质量占植株
比例冬季均低于夏季。与 Bojana[ 17] 测定的 1 年生
杨柳无性系树皮占全株的比例 ( 19. 0% ～ 26. 7% )
相近。
3. 2 5个柳树无性系干质量热值比较
植物的自身组成、结构、功能、营养条件和植物
所含营养成分、光照强度、日照长短、土壤类型等诸
多因素均影响植物的热值 [ 1 8 - 1 9] 。方差分析结果表
明: 5 个柳树无性系间的夏季皮部、夏季干部、冬季
皮部干质量热值的差异均极显著( P < 0. 01) , 冬季
干部和 1 年生根 1 年生干夏季全株干质量热值的差
异显著( P < 0. 05) 。从表 2 看出: 在夏季和冬季, 5
个柳树无性系不同组分的干质量热值变化不同, 总
表 1 1年生杨柳无性系树皮质量占植株的比例
杨柳无性系
夏季皮部质量
占植株比例 / %
冬季皮部质量
占植株比例 / %
柳树 苏柳 799 27. 92 ±8. 12 24. 85 ±3. 75
苏柳 172 34. 41 ±5. 82 27. 52 ±3. 98
银芽柳 23. 85 ±0. 83 25. 67 ±1. 09
蒿柳 27. 87 ±2. 56 29. 51 ±0. 76
绵毛柳 29. 17 ±1. 14 27. 63 ±3. 22
杨树 313 28. 48 ±1. 20 23. 14 ±1. 74
239 26. 23 ±1. 00 23. 82 ±3. 57
50 号杨 28. 36 ±1. 40 21. 87 ±0. 81
110 27. 48 ±3. 40 23. 16 ±1. 78
2001 25. 51 ±3. 60 24. 79 ±3. 33
276 27. 80 ±2. 30 23. 88 ±0. 51
注 : 数据为 3 次重复的平均值 , 采样时间为 2008 年夏季 ( 8 月 )
和冬季 ( 12) 月。
体趋势是皮部 <全株 <干部, 冬季皮部、干部和全株
的热值都比夏季的高。值得注意的是从夏季到冬
季, 干部干质量热值增加的幅度 ( 0. 90 ～ 1. 14 kJ·
g - 1 ) 和全株热值增加的幅度 ( 0. 55 ～ 1. 12 kJ·
g
- 1
) 大于皮部干质量热值增加的幅度( 0. 46 ～ 0. 83
kJ·g - 1 ) , 其中, 绵毛柳的夏季和冬季皮部的热值最
大, 分别为 18. 98、19. 44 kJ·g - 1, 均显著高于其他
几个柳树无性系, 究其原因是由于绵毛柳树皮表面
有较多的绒毛; 苏柳 799 的夏季和冬季干部的热值
最大, 分别为 18. 47、19. 38 kJ·g - 1 , 均显著高于其
他几个柳树无性系。灌木柳夏季和冬季全株热值均
高于乔木柳。
表 2 1年生柳树无性系不同组分干质量热值的比较
组分
热值 / ( kJ·g - 1 )
乔木
苏柳 799 苏柳 172
灌木
银芽柳 蒿柳 绵毛柳
夏季皮部 17. 81 ±0 . 31 aa 17. 94 ±0 . 30
a
a 17. 55 ±0. 09
a
a 17. 92 ±0. 22
a
a 18. 98 ±0. 02
b
b
夏季干部 18. 47 ±0 . 15 cb 18. 11 ±0 . 07
a
ab 18. 38 ±0. 03
bc
b 18. 37 ±0. 06
bc
ab 18. 25 ±0. 01
ab
a
冬季皮部 18. 32 ±0 . 05 ab 18. 46 ±0 . 21
ab
ab 18. 36 ±0. 05
a
b 18. 75 ±0. 19
b
bc 19. 44 ±0. 20
c
bc
冬季干部 19. 38 ±0 . 09 bcd 19. 25 ±0 . 03 abc 19. 35 ±0. 00 bd 19. 37 ±0. 05bd 19. 15 ±0. 12 abc
1 年生根 1 年生干全株 ( 夏季 ) 18. 18 ±0 . 14 abab 17. 92 ±0 . 12
a
b 18. 27 ±0. 05
ab
b 18. 49 ±0. 06
b
a 18. 36 ±0. 40
b
a
1 年生根 1 年生干全株 ( 冬季 ) 19. 62 ±0 . 10 bd 19. 36 ±0 . 15
a
d 19. 76 ±0. 13
bc
d 20. 02 ±0. 12
d
d 19. 84 ±0. 03
cd
a
2 年生根 1 年生干全株 ( 冬季 ) 18. 74 ±0 . 11 ac 19. 03 ±0 . 37
ab
c 19. 32 ±0. 18
bcd
c 19. 48 ±0. 18
cd
cd 19. 62 ±0. 07
d
cd
3 年生根 1 年生干全株 ( 冬季 ) 18. 98 ±0 . 22 abcd 18. 67 ±0 . 07 ac 19. 10 ±0. 19 bcc 19. 04 ±0. 30abbc 19. 48 ±0. 20 cbcd
注 : 不同上标小写字母表示同行数据差异显著 , 相同上标小写字母表示同行数据差异不显著 ; 不同下标小写字母表示同列数据差异显著 ,
相同下标小写字母表示同列数据差异不显著 ; ±后的数值为标准差。1 年生根 1 年生干指 2006 年扦插当年的材料 , 2 年生根 1 年生干指平茬 1
次后生长 1 年的材料 , 3 年生根 1 年生干指平茬 2 次后生长 1 年的材料。
方差分析表明: 5 个柳树无性系的 1 年生根的
全株热值( 冬季) 极显著高于 2 年生根的全株热值
( 冬季) , 显著高于 3 年生根的冬季全株热值 ( 冬
季) 。从表 2 还看出: 蒿柳的 1 年生根的全株冬季热
值最高为 20. 02 kJ· g - 1 , 显著高于苏柳 799、苏柳
172 和银芽柳, 与绵毛柳差异不显著; 绵毛柳的 2 年
生根 1 年生干和 3 年生根的全株冬季热值最高, 分
别为 19. 62、19. 48 kJ· g - 1 , 均分别显著高于苏柳
724
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
799 和苏柳 172。银芽柳、蒿柳、绵毛柳 3 个灌木柳
的冬季全株热值都比同年份的 2 个乔木柳苏柳 799
和苏柳 172 的高。除苏柳 799 外, 4 个柳树无性系
冬季全株干质量热值均随着平茬次数的增加而逐年
降低, 1 年生根的全株热值最大, 其次为 2 年生根全
株、3 年生根全株热值最小, 逐年降低幅度为 1. 8%
～ 4. 9% 。
3. 3 6个 1年生杨树无性系干质量热值的比较
经方差分析, 无论是在夏季采伐, 还是在冬季采
伐, 6 个 1 年生杨树无性系( 1 年生根) 的全株干质量
热值无显著差异, 因此, 这 6 个杨树无性系均适宜用
作能源林品种。由表 3 可以看出: 6 个 1 年生杨树无
性系( 1 年生根) 在夏季皮部、干部、全株的干质量热
值分别为 17. 00 ～ 17. 98、18. 18 ～ 18. 35、18. 24 ～
18. 49 kJ·g - 1 ; 在冬季皮部、干部、全株的干质量热
值分别为 18. 97 ～ 19. 44、19. 23 ～ 19. 39、19. 28 ～
19. 45 kJ·g - 1。不同组分在夏季和冬季的干质量热
值变化规律有所不同, 同一无性系的夏季皮部、干部
和全株干质量热值间的变化较大 ( 0. 82 ～ 1. 82 kJ
·g - 1 ) , 而在冬季的变化较小 ( 0 ～ 0. 34 kJ·g - 1 ) 。
6 个杨树无性系夏季皮部干质量热值均显著低于干
部和全株, 干部与全株间干质量热值无显著差异, 而
冬季皮部、干部、全株干质量热值间均差异不显著。
各杨树无性系冬季皮部、干部和全株的干质量热值
均显著高于夏季对应的干质量热值, 故在杨树休眠
期采伐能源林能够利用较多的能量。
表 3 1年生杨树( 1年生根) 无性系不同组分干质量热值的比较
组分
干质量热值 / ( kJ·g - 1 )
313 239 50 号杨 110 2001 276
夏季皮部 17. 61 ±0. 02a 17. 00 ±0 . 02a 17. 48 ±0. 03a 17. 98 ±0 . 04a 17. 54 ±0. 04a 17. 64 ±0. 01a
夏季干部 18. 35 ±0. 02b 18. 34 ±0 . 02b 18. 24 ±0. 05b 18. 28 ±0 . 02b 18. 30 ±0. 00b 18. 18 ±0. 01b
冬季皮部 19. 44 ±0. 23c 18. 97 ±0 . 10c 19. 43 ±0. 06c 19. 37 ±0 . 14c 19. 43 ±0. 06c 19. 30 ±0. 11d
冬季干部 19. 36 ±0. 05c 19. 23 ±0 . 18c 19. 39 ±0. 11c 19. 37 ±0 . 05c 19. 39 ±0. 11c 19. 31 ±0. 12d
夏季全株 18. 49 ±0. 07b 18. 24 ±0 . 06b 18. 30 ±0. 19b 18. 45 ±0 . 13b 18. 36 ±0. 03b 18. 42 ±0. 02c
冬季全株 19. 28 ±0. 08c 19. 31 ±0 . 01c 19. 40 ±0. 16c 19. 37 ±0 . 07c 19. 40 ±0. 16c 19. 45 ±0. 05d
注 : 同列数据后不同小写字母表示差异显著 , 相同小写字母表示差异不显著 , ±后的数值为标准差。1 年生根 1 年生干指 2008 年扦插当年
的材料。
3. 4 杨柳无性系干质量热值比较
杨柳在分类上属杨柳科 ( Salicaceae) 植物, 不仅
在分类上具有相似性, 生物学特性也相近, 如萌生能
力强、易繁殖、生长周期短等, 多用作生物质能源方
面。11 个杨柳无性系的夏季全株干质量热值都低
于其冬季热值, 其中 1 年生柳树无性系冬季全株干
质量热值为 19. 36 ～ 20. 02 kJ·g - 1 , 1 年生杨树无
性系干质量热值为 19. 28 ～ 19. 45 kJ·g - 1。经方
差分析, 除苏柳 172 外, 其它 5 个柳树无性系的冬季
干质量热值都显著高于杨树各无性系, 而且各杨柳
无性系冬季干质量热值均极显著高于夏季; 因此, 对
于杨柳能源林采伐利用以在其休眠期进行为宜。
4 结论与讨论
( 1) 试验的杨柳树在同一季节同一无性系的皮
部热值普遍低于干部和全株热值, 结果与昝启杰
等 [ 20] 对无瓣海桑( Sonneratia apetala) 和海桑( S. ca-
seolaris) 的研究结果一致, 其原因是植物树皮对矿物
质元素的吸收和积累能力较强, 因此其矿物质元素
含量较高, 含有较多的灰分物质 [ 21 ] ; 而且, Bojana
等 [ 1 7] 和 Tharakan 等 [ 22 ] 研究表明, 树皮的灰分含量
是干部的 5 ～ 6 倍, 所以树皮的热值比较低; 而且本
文作者在测定树皮热值的过程中, 观测到一些白色
或灰绿色物质, 这些物质具体是哪些矿物元素组成,
需要进一步检测分析。
( 2) 夏季杨柳树无性系的皮部、干部、全株干质
量热值的差异较冬季大, 因为夏季树木生长旺盛, 各
组分比较活跃, 尤其是皮部进行营养物质及矿物质
元素的运输而冬季植株处于休眠状态。冬季各组分
的热值较夏季高, 因为从夏季到秋冬季节, 气温逐渐
降低, 积累有机物质促使植物体增加能量来增强抗
寒能力, 因而干质量热值明显提高, 也可证明冬季比
较适合采伐。
( 3) 对不同根龄( 1 ～ 3 a) 生长 1 年的柳树不同
无性系全株冬季热值的测定表明, 随着平茬次数的
增加热值普遍降低, 降低的幅度为 1. 8% ～ 4. 9% ,
可能是随着平茬次数的增加, 促进了植株萌条数量
的增多和植株的生长, 使得单位质量植株的能量分
配有所减少。Bojana 等 [ 17 ] 对 1 年生、2 年生以及多
年生( 8 ～ 14 年 ) 杨柳无性系树皮占植株的比例以
824
第 3 期 李 洪等: 11 个能源林杨柳无性系热值季节及年度变化
及不同组分的热值研究表明, 树皮占植株的比例随
着生长年份的增加而降低, 而全株热值呈现先增高
( 2 年生最高) 后降低的趋势。由于能源林利用的生
物质与其生物量和热值有关, 因此选择一个合适的
轮伐期还需要结合种植密度和单位面积生物量进行
综合考虑。杨柳能源林种植后第 1 年冬季或第 2 年
春季进行平茬, 然后以 3 ～ 4 年的轮伐期进行采
伐 [ 23 - 2 6 ] 。轮伐期对植物热值的大小有影响, 因此
对不同轮伐期杨柳的热值测定具有重要意义, 有关
测定研究正在进行之中。
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