濕地植物蘆葦?shù)臒嶂岛突曳趾?/h1>
2017-03-21 11:27:05高錦紅
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年11期
高錦紅
摘要：利用氧彈式量熱計對不同濕地蘆葦?shù)臒嶂岛突曳趾窟M行測定。結(jié)果表明：蘆葦全株干質(zhì)量熱值在 22.24～29.45 kJ/g之間，去灰分熱值在23.35～31.02 kJ/g之間，灰分含量在5.75%～8.12%之間；對蘆葦全株熱值進行比較，樣本去灰分熱值均大于其干質(zhì)量熱值；植物蘆葦?shù)母⑶o、葉和穗等器官間的熱值大小規(guī)律性不顯著。這說明濕地植物的熱值和灰分含量與濕地地理位置、環(huán)境和氣候等因素有關(guān)。
關(guān)鍵詞：熱值；灰分含量；濕地；蘆葦；環(huán)境因子
中圖分類號： Q947.5；S564+.201 文獻標(biāo)志碼： A
文章編號：1002-1302（2016）11-0475-03
熱值是評價和反映生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的重要指標(biāo)，隨著生態(tài)系統(tǒng)功能過程研究的深入，熱值測定日益引起了人們的重視[1]。自Long于20世紀(jì)30年代比較系統(tǒng)地開展植物熱值研究以來，不少學(xué)者對此展開了大量研究[2]。國外對植物熱值的研究始于20世紀(jì)60年代，主要是對植物熱值的測定方法進行了研究；80年代后從植物熱值的動態(tài)變化研究逐漸延伸到能量動態(tài)和能量固定等方面。國內(nèi)對植物熱值的研究始于1978年，到目前為止主要是有關(guān)草原、森林、高寒草地等植物熱值的研究[3-6]。熱值不僅可以作為植物生長的有效指標(biāo)，還是能量生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)之一，對生理、栽培、育種、土壤、生態(tài)等研究有重要意義[7]。
濕地植物熱值也是濕地生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化評價的重要指標(biāo)。濕地植物蘆葦?shù)臒嶂的芊从程J葦組織各種生命活動的變化和蘆葦生長狀況的差異，熱值的變化在一定程度上可以反映出各種環(huán)境因子對蘆葦生長的影響。目前，國內(nèi)有關(guān)濕地植物蘆葦?shù)难芯恐簧婕梆B(yǎng)分吸收、N和P積累動態(tài)和重金屬元素含量方面[8-10]，而有關(guān)濕地植物熱值方面的工作較少，本試驗以湖南茶凌、渭南合陽，渭南大荔、渭河渭南城區(qū)段、渭南沋河水庫等5個地區(qū)的植物蘆葦作為分析樣本。利用氧彈式量熱計對蘆葦各器官熱值及灰分含量進行測定分析，為濕地生態(tài)系統(tǒng)的能流研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這對濕地植物蘆葦?shù)难芯亢捅Ｗo利用具有一定的參考價值。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
濕地蘆葦采樣區(qū)除了湖南1個采樣點外，其他采樣點均為陜西渭南濕地，渭南隸屬于陜西省，地理坐標(biāo)為位于108° 50′～110° 38′E、34° 13′～35° 52′N之間，地處陜西關(guān)中渭河平原東部，是陜西省的“東大門”，總面積約13 134 km2。年平均氣溫13.6 ℃，氣候條件為暖溫帶半濕潤氣候，年平均降水量570 mm，年日照時數(shù)2 200～2 500 h。
1.2 樣品采集
本試驗所分析植物蘆葦樣本采集地點為湖南茶凌、渭南大荔、渭南合陽、渭河渭南城區(qū)段和渭南沋河水庫。所有蘆葦樣本于2014年10月采樣，采樣時間為當(dāng)月15—25日。本研究采樣點除了湖南茶凌外，其他采樣點都在陜西渭南境內(nèi)，所選地點都適合蘆葦植物生長，在研究區(qū)內(nèi)選取長勢和高度大體一致的蘆葦植物群落，每個采樣點在一定的范圍內(nèi)都具有代表性。
1.3 樣品測定
試驗所用全部樣本都在野外實測各部分鮮質(zhì)量，帶回實驗室測定各樣品干質(zhì)量后進行試驗測定。所有樣品采集后經(jīng)80 ℃烘干至恒質(zhì)量，磨粉處理后過篩貯存?zhèn)溆?；用熱量計測定其熱值含量，儀器采用南京桑力電子設(shè)備廠生產(chǎn)的SHR-15B型電腦氧彈式熱量計。植物樣品的熱值以干質(zhì)量熱值（1 g 干物質(zhì)在完全燃燒條件下所釋放的總熱量，即GCV）和去灰分熱值（AFCV）來表示。測定環(huán)境溫度為21 ℃左右；每個樣本2～3次重復(fù)，每次試驗前用苯甲酸標(biāo)定。用干灰化法測定灰分含量，將樣品在馬福爐550 ℃下灰化5 h后測定其灰分含量，之后用以計算樣品的去灰分熱值，同樣取3次測定結(jié)果的平均值。去灰分熱值計算方法為：去灰分熱值=干質(zhì)量熱值/（1-灰分含量）[11]。
2 結(jié)果與分析
2.1 蘆葦?shù)臒嶂导盎曳趾?/p>
通過樣本處理、測定、收集數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)計算處理等試驗內(nèi)容后，將不同濕地蘆葦各器官的干質(zhì)量熱值GCV、灰分含量ASH及去灰分熱值A(chǔ)FCV測定結(jié)果列于表1。其中，GCV均值為根、莖、葉和穗4個部分的數(shù)值按各部分干質(zhì)量熱值加權(quán)計算，蘆葦全株的AFCV均值和ASH均值也按各器官相應(yīng)的去灰分熱值和灰分含量加權(quán)計算。
2.2 蘆葦各器官的熱值和灰分含量對比分析
根據(jù)表1可知，將樣本各器官AFCV間的關(guān)系（圖1）、樣本GCV與AFCV之間的關(guān)系（圖2）及不同器官ASH之間的關(guān)系（圖3）通過統(tǒng)計圖進行對比分析。
熱值有干質(zhì)量熱值和去灰分熱值，由于去灰分熱值能更準(zhǔn)確地反映單位干物質(zhì)所含能量，因此植物的去灰分熱值更具可比性。同一植物各器官的熱值也不同，從圖1可看出，各濕地蘆葦不同器官的去灰分熱值中，湖南和合陽樣本中根的去灰分熱值較高；湖南和渭南大荔樣本中器官莖的去灰分值最高，渭南合陽和渭南沋河樣本中器官莖的去灰分值次之，而渭河樣本中經(jīng)的去灰分值最??；而沋河樣本中器官穗的去灰分熱值最小。5個濕地蘆葦樣本的根、莖、葉和穗的去灰分熱值之間沒有顯著的大小排序規(guī)律，說明同株蘆葦不同部位熱值差異是由植物本身性質(zhì)決定的，也與蘆葦?shù)纳硖攸c及環(huán)境因素有關(guān)。
為了更加客觀、全面地反映植物含能狀況，分析濕地植物蘆葦?shù)臒嶂?，本試驗將每個樣本的GCV與AFCV均值結(jié)合起來分析。由圖2看出，從全株植物的平均熱值角度分析，各樣本的去灰分熱值均大于干質(zhì)量熱值。蘆葦不同的生長環(huán)境和氣候因素，在其生長過程中所具有的熱值也有所差異，本研究5個濕地中湖南蘆葦全株的GCV、AFCV均值分別為 29.45、31.02 kJ/g，在所有樣本中熱值最高，說明這與南方氣候及環(huán)境因素有關(guān)；渭南合陽蘆葦全株的GCV、 AFCV 均值分別為28.15、30.5 kJ/g；而渭南沋河蘆葦全株的GCV、AFCV均值分別為22.24、23.35 kJ/g，熱值最小，這說明熱值與蘆葦種類及遺傳特性、氣候條件以及蘆葦所在濕地營養(yǎng)成分有關(guān)，因為植物種類及生長環(huán)境都影響著植物的熱值。
灰分是植物體內(nèi)含礦物元素氧化物的總和，其含量高低可反映植物富集元素的作用大小。本研究測定結(jié)果顯示，各樣本間的ASH在5.75%～8.12%之間，平均為6.61%。從圖3可看出，不同濕地蘆葦樣本基本都是莖和根的灰分含量少，器官葉中除沋河樣本外，其他4個地方蘆葦中葉的灰分含量最高，而各樣本中穗的灰分含量與葉的含量相比，穗的灰分含量較少。文獻[12]中指出在相同的灰化條件下，從植物解剖學(xué)和植物生理學(xué)的角度看，葉是植物生理活動最活躍的器官，含較多的高能化合物，且它自身還能合成高能有機物，因此葉的熱值一般較高，本研究結(jié)果與文獻結(jié)論相近。
2.3 蘆葦不同器官GCV和ASH的相關(guān)性
濕地植物蘆葦?shù)母少|(zhì)量熱值（GCV）和灰分含量（ASH）之間有較顯著的線性關(guān)系（圖4），二者的相關(guān)方程為y=-0.780 3x+31.976，復(fù)相關(guān)系數(shù)r2=0.637 4，方程中的x為蘆葦各器官的灰分含量，單位為%，方程中y為蘆葦各器官的干質(zhì)量熱值，單位為kJ/g。從圖4可以看出，植物蘆葦各器官GCV相對較低的主要原因是蘆葦?shù)母呋曳趾克鶎?dǎo)致，從本次試驗測定結(jié)果可看出，對于濕地優(yōu)勢植物蘆葦來說，ASH越高，其GCV就越低。
3 結(jié)論
本試驗通過對濕地植物蘆葦各器官的熱值和灰分含量分析，從試驗測定結(jié)果可知，不同蘆葦樣本的熱值含量高低不同，蘆葦全株的干質(zhì)量熱值在22.24～29.45 kJ/g之間，去灰分熱值在23.35～31.02 kJ/g之間，灰分含量在5.75%～8.12%之間；從蘆葦全株熱值來看，各樣本的去灰分熱值均大于其干質(zhì)量熱值；不同濕地蘆葦樣本的根、莖、葉和穗等器官之間的熱值大小規(guī)律性不顯著，熱值和灰分含量隨蘆葦所在地理位置不同有所差異，說明蘆葦?shù)臒嶂岛突曳趾颗c濕地環(huán)境、地理位置、氣候等因素有關(guān)。
本次測定結(jié)果顯示，湖南、渭南合陽，渭南大荔、渭河渭南城區(qū)段、渭南沋河5個不同濕地蘆葦全株的GCV均值分別為29.45、28.15、24.32、22.58、22.24 kJ/g，AFCV均值分別為31.02、30.50、26.08、24.05、23.35 kJ/g，ASH均值分別為5.75%、8.12%、7.25%、5.86%、6.09%。結(jié)果表明，湖南蘆葦去灰分熱值最高，渭河渭南城市段均值最小，這種差異反映了其地帶性植被特點和區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，熱值的差異是植物本身遺傳性和生理生態(tài)特性和當(dāng)?shù)貧夂驐l件共同作用的結(jié)果。
測定結(jié)果表明不同區(qū)域蘆葦各器官之間的熱值沒有明顯的規(guī)律，各器官的熱值差異較大，這可能與不同植物自身組成、結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)外，還與光照度、日照長短、土壤類型及營養(yǎng)條件等各方面環(huán)境因素有關(guān)。
參考文獻：
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高錦紅
摘要：利用氧彈式量熱計對不同濕地蘆葦?shù)臒嶂岛突曳趾窟M行測定。結(jié)果表明：蘆葦全株干質(zhì)量熱值在 22.24～29.45 kJ/g之間，去灰分熱值在23.35～31.02 kJ/g之間，灰分含量在5.75%～8.12%之間；對蘆葦全株熱值進行比較，樣本去灰分熱值均大于其干質(zhì)量熱值；植物蘆葦?shù)母⑶o、葉和穗等器官間的熱值大小規(guī)律性不顯著。這說明濕地植物的熱值和灰分含量與濕地地理位置、環(huán)境和氣候等因素有關(guān)。
關(guān)鍵詞：熱值；灰分含量；濕地；蘆葦；環(huán)境因子
中圖分類號： Q947.5；S564+.201 文獻標(biāo)志碼： A
文章編號：1002-1302（2016）11-0475-03
熱值是評價和反映生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的重要指標(biāo)，隨著生態(tài)系統(tǒng)功能過程研究的深入，熱值測定日益引起了人們的重視[1]。自Long于20世紀(jì)30年代比較系統(tǒng)地開展植物熱值研究以來，不少學(xué)者對此展開了大量研究[2]。國外對植物熱值的研究始于20世紀(jì)60年代，主要是對植物熱值的測定方法進行了研究；80年代后從植物熱值的動態(tài)變化研究逐漸延伸到能量動態(tài)和能量固定等方面。國內(nèi)對植物熱值的研究始于1978年，到目前為止主要是有關(guān)草原、森林、高寒草地等植物熱值的研究[3-6]。熱值不僅可以作為植物生長的有效指標(biāo)，還是能量生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)之一，對生理、栽培、育種、土壤、生態(tài)等研究有重要意義[7]。
濕地植物熱值也是濕地生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化評價的重要指標(biāo)。濕地植物蘆葦?shù)臒嶂的芊从程J葦組織各種生命活動的變化和蘆葦生長狀況的差異，熱值的變化在一定程度上可以反映出各種環(huán)境因子對蘆葦生長的影響。目前，國內(nèi)有關(guān)濕地植物蘆葦?shù)难芯恐簧婕梆B(yǎng)分吸收、N和P積累動態(tài)和重金屬元素含量方面[8-10]，而有關(guān)濕地植物熱值方面的工作較少，本試驗以湖南茶凌、渭南合陽，渭南大荔、渭河渭南城區(qū)段、渭南沋河水庫等5個地區(qū)的植物蘆葦作為分析樣本。利用氧彈式量熱計對蘆葦各器官熱值及灰分含量進行測定分析，為濕地生態(tài)系統(tǒng)的能流研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這對濕地植物蘆葦?shù)难芯亢捅Ｗo利用具有一定的參考價值。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
濕地蘆葦采樣區(qū)除了湖南1個采樣點外，其他采樣點均為陜西渭南濕地，渭南隸屬于陜西省，地理坐標(biāo)為位于108° 50′～110° 38′E、34° 13′～35° 52′N之間，地處陜西關(guān)中渭河平原東部，是陜西省的“東大門”，總面積約13 134 km2。年平均氣溫13.6 ℃，氣候條件為暖溫帶半濕潤氣候，年平均降水量570 mm，年日照時數(shù)2 200～2 500 h。
1.2 樣品采集
本試驗所分析植物蘆葦樣本采集地點為湖南茶凌、渭南大荔、渭南合陽、渭河渭南城區(qū)段和渭南沋河水庫。所有蘆葦樣本于2014年10月采樣，采樣時間為當(dāng)月15—25日。本研究采樣點除了湖南茶凌外，其他采樣點都在陜西渭南境內(nèi)，所選地點都適合蘆葦植物生長，在研究區(qū)內(nèi)選取長勢和高度大體一致的蘆葦植物群落，每個采樣點在一定的范圍內(nèi)都具有代表性。
1.3 樣品測定
試驗所用全部樣本都在野外實測各部分鮮質(zhì)量，帶回實驗室測定各樣品干質(zhì)量后進行試驗測定。所有樣品采集后經(jīng)80 ℃烘干至恒質(zhì)量，磨粉處理后過篩貯存?zhèn)溆?；用熱量計測定其熱值含量，儀器采用南京桑力電子設(shè)備廠生產(chǎn)的SHR-15B型電腦氧彈式熱量計。植物樣品的熱值以干質(zhì)量熱值（1 g 干物質(zhì)在完全燃燒條件下所釋放的總熱量，即GCV）和去灰分熱值（AFCV）來表示。測定環(huán)境溫度為21 ℃左右；每個樣本2～3次重復(fù)，每次試驗前用苯甲酸標(biāo)定。用干灰化法測定灰分含量，將樣品在馬福爐550 ℃下灰化5 h后測定其灰分含量，之后用以計算樣品的去灰分熱值，同樣取3次測定結(jié)果的平均值。去灰分熱值計算方法為：去灰分熱值=干質(zhì)量熱值/（1-灰分含量）[11]。
2 結(jié)果與分析
2.1 蘆葦?shù)臒嶂导盎曳趾?/p>
通過樣本處理、測定、收集數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)計算處理等試驗內(nèi)容后，將不同濕地蘆葦各器官的干質(zhì)量熱值GCV、灰分含量ASH及去灰分熱值A(chǔ)FCV測定結(jié)果列于表1。其中，GCV均值為根、莖、葉和穗4個部分的數(shù)值按各部分干質(zhì)量熱值加權(quán)計算，蘆葦全株的AFCV均值和ASH均值也按各器官相應(yīng)的去灰分熱值和灰分含量加權(quán)計算。
2.2 蘆葦各器官的熱值和灰分含量對比分析
根據(jù)表1可知，將樣本各器官AFCV間的關(guān)系（圖1）、樣本GCV與AFCV之間的關(guān)系（圖2）及不同器官ASH之間的關(guān)系（圖3）通過統(tǒng)計圖進行對比分析。
熱值有干質(zhì)量熱值和去灰分熱值，由于去灰分熱值能更準(zhǔn)確地反映單位干物質(zhì)所含能量，因此植物的去灰分熱值更具可比性。同一植物各器官的熱值也不同，從圖1可看出，各濕地蘆葦不同器官的去灰分熱值中，湖南和合陽樣本中根的去灰分熱值較高；湖南和渭南大荔樣本中器官莖的去灰分值最高，渭南合陽和渭南沋河樣本中器官莖的去灰分值次之，而渭河樣本中經(jīng)的去灰分值最??；而沋河樣本中器官穗的去灰分熱值最小。5個濕地蘆葦樣本的根、莖、葉和穗的去灰分熱值之間沒有顯著的大小排序規(guī)律，說明同株蘆葦不同部位熱值差異是由植物本身性質(zhì)決定的，也與蘆葦?shù)纳硖攸c及環(huán)境因素有關(guān)。
為了更加客觀、全面地反映植物含能狀況，分析濕地植物蘆葦?shù)臒嶂?，本試驗將每個樣本的GCV與AFCV均值結(jié)合起來分析。由圖2看出，從全株植物的平均熱值角度分析，各樣本的去灰分熱值均大于干質(zhì)量熱值。蘆葦不同的生長環(huán)境和氣候因素，在其生長過程中所具有的熱值也有所差異，本研究5個濕地中湖南蘆葦全株的GCV、AFCV均值分別為 29.45、31.02 kJ/g，在所有樣本中熱值最高，說明這與南方氣候及環(huán)境因素有關(guān)；渭南合陽蘆葦全株的GCV、 AFCV 均值分別為28.15、30.5 kJ/g；而渭南沋河蘆葦全株的GCV、AFCV均值分別為22.24、23.35 kJ/g，熱值最小，這說明熱值與蘆葦種類及遺傳特性、氣候條件以及蘆葦所在濕地營養(yǎng)成分有關(guān)，因為植物種類及生長環(huán)境都影響著植物的熱值。
灰分是植物體內(nèi)含礦物元素氧化物的總和，其含量高低可反映植物富集元素的作用大小。本研究測定結(jié)果顯示，各樣本間的ASH在5.75%～8.12%之間，平均為6.61%。從圖3可看出，不同濕地蘆葦樣本基本都是莖和根的灰分含量少，器官葉中除沋河樣本外，其他4個地方蘆葦中葉的灰分含量最高，而各樣本中穗的灰分含量與葉的含量相比，穗的灰分含量較少。文獻[12]中指出在相同的灰化條件下，從植物解剖學(xué)和植物生理學(xué)的角度看，葉是植物生理活動最活躍的器官，含較多的高能化合物，且它自身還能合成高能有機物，因此葉的熱值一般較高，本研究結(jié)果與文獻結(jié)論相近。
2.3 蘆葦不同器官GCV和ASH的相關(guān)性
濕地植物蘆葦?shù)母少|(zhì)量熱值（GCV）和灰分含量（ASH）之間有較顯著的線性關(guān)系（圖4），二者的相關(guān)方程為y=-0.780 3x+31.976，復(fù)相關(guān)系數(shù)r2=0.637 4，方程中的x為蘆葦各器官的灰分含量，單位為%，方程中y為蘆葦各器官的干質(zhì)量熱值，單位為kJ/g。從圖4可以看出，植物蘆葦各器官GCV相對較低的主要原因是蘆葦?shù)母呋曳趾克鶎?dǎo)致，從本次試驗測定結(jié)果可看出，對于濕地優(yōu)勢植物蘆葦來說，ASH越高，其GCV就越低。
3 結(jié)論
本試驗通過對濕地植物蘆葦各器官的熱值和灰分含量分析，從試驗測定結(jié)果可知，不同蘆葦樣本的熱值含量高低不同，蘆葦全株的干質(zhì)量熱值在22.24～29.45 kJ/g之間，去灰分熱值在23.35～31.02 kJ/g之間，灰分含量在5.75%～8.12%之間；從蘆葦全株熱值來看，各樣本的去灰分熱值均大于其干質(zhì)量熱值；不同濕地蘆葦樣本的根、莖、葉和穗等器官之間的熱值大小規(guī)律性不顯著，熱值和灰分含量隨蘆葦所在地理位置不同有所差異，說明蘆葦?shù)臒嶂岛突曳趾颗c濕地環(huán)境、地理位置、氣候等因素有關(guān)。
本次測定結(jié)果顯示，湖南、渭南合陽，渭南大荔、渭河渭南城區(qū)段、渭南沋河5個不同濕地蘆葦全株的GCV均值分別為29.45、28.15、24.32、22.58、22.24 kJ/g，AFCV均值分別為31.02、30.50、26.08、24.05、23.35 kJ/g，ASH均值分別為5.75%、8.12%、7.25%、5.86%、6.09%。結(jié)果表明，湖南蘆葦去灰分熱值最高，渭河渭南城市段均值最小，這種差異反映了其地帶性植被特點和區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，熱值的差異是植物本身遺傳性和生理生態(tài)特性和當(dāng)?shù)貧夂驐l件共同作用的結(jié)果。
測定結(jié)果表明不同區(qū)域蘆葦各器官之間的熱值沒有明顯的規(guī)律，各器官的熱值差異較大，這可能與不同植物自身組成、結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)外，還與光照度、日照長短、土壤類型及營養(yǎng)條件等各方面環(huán)境因素有關(guān)。
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