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《北京林业大学》 2013年
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河南洛宁浅山区刺槐能源林生物量与热值研究

杨芳绒  
【摘要】:随着石油资源的日益枯竭,世界各国都已开始重视对可再生的生物质能源的研究。燃料型能源林是生物质能源的重要组成部分。刺槐(Robinia pseudoacacia L.)因其适应性强、生长快、易繁殖和耐燃烧,是一种传统而又具有良好开发前景的能源树种。本文以河南洛宁浅山丘陵区刺槐萌蘖林为研究对象,通过主要对冬季地上部分生长量的调查和对林木相关组成物质(灰分、挥发分)和元素(碳、氮、磷、钾)的测定,研究了刺槐能源林生物量、生物质当量热值和林分热值的变化特征及其影响因素。6年的持续调查研究得出以下主要结论: (1)刺槐能源林收获物热值变化有以下特征:矮林型生物质的当量热值高于乔林型。其中:1-5年生矮林型生物质当量热值随年龄增加而升高,在4-5年生时热值明显升高(P0.05),变幅为18.76-19.16kj·g-1;8~39年生的乔林型当量热值随年龄增加而下降,变幅为18.50-19.06kj·g-1。不同器官的当量热值不同,其排列顺序为:叶干枝皮;不同立地条件下的当量热值表现为阴坡大于阳坡;当量热值随枝条基径的增大而降低。 (2)刺槐能源林生物量的变化有以下特征:1-5年生矮林型刺槐林基径和高度的年均生长量持续下降,连年生长量表现为波浪形下降,生物量平均值和连年增长量的变化都表现为上升的“V”型,5年生的连年生物量增长极为明显;8~39年生乔林型年均生物量的变化为8-22年为上升阶段,22年后为下降,34年时明显下降,22年生左右为转折点。 (3)刺槐能源林不同形式收获物的特征为,生物量是标准煤量和发电量基础。其中矮林型生物质煤当量系数为0.6401~0.6538,乔林型为0.6313~0.6505。1度电耗标准煤为320g,以矮林型5年生林分为例,单位面积不同形式收获量分别为:生物量达32.1t·hm-2时,折合标准煤为20.6t·hm-2,可发电量约为64375度·hm-2;林分总热值的高低主要取决于林分生物量,当量热值影响较小(1.37%-1.92%)。煤质和电质收获量与生物质量有同样趋势和几乎一致的变化。 (4)立地条件对乔林型和矮林型刺槐当量热值和生物质量有一致的影响,即阴坡高于阳坡,而且对矮林型的影响更明显,矮林型3年生后阴坡生物量超过阳坡1.98~2.23倍。 (5)对矮林型2年生样地的抚育强度的试验表明,自然生长1年后,与对照相比,1/4抚育强度下生物量明显增加了20.64%,1/2抚育强度下生物量极明显,增加了30.25%。说明适时适当抚育对生物量增加是有效的。 (6)影响矮林型刺槐能源林热值差异的原因之一是木纤维结构的差异。初步断定,刺槐树干木纤维壁厚与热值呈正相关,而长度与腔径对热值则有负向影响。木纤维结构与热值间明显相关性。 (7)影响热值差异的另一个原因是不同的组成成分。刺槐不同器官粗灰分含量的变化为:树叶树皮树枝树干;挥发分含量随基径的增大有下降的趋势;矮林型刺槐林木的碳含量顺序是为:2年生4年生3年生1年生。粗灰分和挥发分含量与干重热当量值为负相关,林分的碳储量与总热值呈正相关。各因子综合相关性分析结果为:热值与灰分、全碳、氮、磷和钾等因子的相关性较高;全碳、灰分与其它因子的相关性很高。 本研究系统分析了矮林型与乔林型刺槐能源林生物量和当量热值的变化特征,从热值与灰分、挥发分、养分以及碳含量等方面,揭示了影响刺槐热值的主要因子;将生物学、热力学的参数引入评价燃料能源林指标,为能源林理论研究与实践应用相结合提供一个新途径。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S792.27

【参考文献】
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