KAILI XUEYUAN XUEBAO
凯 里 学 院 学 报
编 辑 委 员 会
宋建波
张雪梅 余晓林 陈怀利 龙 健 周江菊
（按姓氏笔画排序）
马国君 马敏耀 文新宇 王建中 龙 健
龙耀宏 兰东兴 宋建波 刘宗碧 刘振宁
刘伦沛 余晓林 李天翼 张雪梅 张小梅
陈怀利 吴秋林 吴正彪 吴媛姣 吴永忠
肖亚丽 肖育军 周江菊 周真刚 周正旭
陈明春 岳 莉 罗永常 罗康智 罗春寒
罗绂文 杨军昌 杨 芩 杨长泉 郑茂刚
郝立新 高荣海 崔海洋 彭思祥 谢贵华
暨爱民 戴贵东
张雪梅
罗康智
主 任
副 主 任
委 员
主 编
副 主 编
·双月刊·第 41 卷 2023 年第 3 期（总第 195 期） 2023 年 6 月 25 日出版
外电场下NO2分子的基态和激发态特性 ………………………………………… 荆 涛，梁冬梅（1）
团簇Al6M（8 M=Li，Be，B，C，N，O）结构与性质的第一性原理研究 ……………… 张 颂，陈广萍（8）
独立光伏发电系统中混合储能系统的优化配置策略…………………………………… 杨 露（13）
南天竹叶中黄酮含量的测定 …………………………………………………… 苑 静，黄亚琳（22）
非粮油料植物-油莎草的理化性能研究 ……………………… 周 全，胡莉蓉，姚 宇，闫 倩（29）
黔东南州蓝莓农药残留检测和风险评估 …………………… 刘太阳，周 敏，冯 毅，刘文锋（34）
不同地理种源红豆树幼苗叶片功能性状与碳氮磷化学计量分析
………………………………………… 崔 珺，孙 梦，程瀚远，徐晶晶，刘宇捷，潘 健（40）
食用菌培养基巨菌草纤维材料的再利用 ……………………………………… 黄广华，陈瑞英（51）
从江香猪CYP2D25 mRNA表达特性研究 ……………………………………………… 杨家大（56）
基于卷积神经网络和语义分割的苗族刺绣风格数字模拟 …………………… 谭永前，曾凡菊（64）
凯 里 学 院 学 报
2 0 2 3 年 6 月 第 41 卷 第 3 期
目 次
物 理 学
期刊基本参数：CN52 - 1147/ G4 ∗ 1983 ∗ b ∗ A4 ∗ 128 ∗ zh ∗ P ∗ ￥15.00 ∗ 1000 ∗18 ∗ 2023 - 06
语 言 学 研 究 化 学
语 言 学 研 究 计 算 机 科 学
语 言 学 研 究 生 物 学
基于随机森林算法的高校学生评教指标研究
——以程序设计基础课程为例……………………………………… 蒋明池，胡圣波，孟 欣（74）
基于超星学习通的普通植物病理学线上线下混合式教学模式探索
…………………………………………………… 黄伟东，李 静，段海明，张轶辉，杜军利（82）
“大思政”教育格局下的理工类院校第一课堂与第二课堂协同育人课程体系改革研究
……………………………………………………………………………………… 黄 娅（88）
贵州省化学专业英语教材建设探究…………………………………… 季 甲，侯银玲，石硫芳（94）
课程思政视角下高中数学教材数学史课程资源研究
——以人教A版教材为例…………………………………………… 刘超虎，李昌繁，杨孝斌（99）
“三新”背景下的高中数学三角函数模块教学策略研究 ……………………………… 赖建成（106）
贵州省初中生物学实验教学基础保障调查研究 ……………………………… 杨 梅，杨立昌（111）
利用民族传统文化开展乡村幼儿生物多样性教育探究
——以黔东南州乡村幼儿教育实践为例…………………………………… 罗丽萍，罗 静（120）
本期执行编辑：蒋 琴
声 明
为适应我国学术期刊信息化建设，扩大知识信息交流渠道，本刊已被《中国学术期刊网络出版总库》《中文科技期
刊数据库》《维普资讯中文期刊服务平台》《万方数据数字化期刊》《国家哲学社会科学学术期刊数据库》等数据库收
录，作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性给付. 如不同意文章被收录，请在来稿时向本刊声明，本刊将作适当
处理.
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语 言 学 研 究 高 等 教 育 教 学
语 言 学 研 究 中小学教育教学
JOURNAL OF KAILI UNIVERSITY
Vol. 41 No. 3 Jun. 2023
CONTENTS
Editor：SHI Xiu⁃tang
Ground State and Excited State Properties of NO2Molecule with External Electric Fields
……………………………………………………………………………… JING Tao，LIANG Dong⁃mei（1）
Structure and Properties of Al6M8
（M=Li，Be，B，C，N，O）Clusters Based on First - principles
………………………………………………………………………… ZHANG Song，CHEN Guang⁃ping（8）
Capacity Optimal Configuration of Hybrid Energy Storage System in Stand-alone PV Systems …… YANG Lu（13）
Determination of Flavonoid Content in the Leaves of Nadina domestica ……… YUAN Jing，HUANG Ya⁃lin（22）
Study on the Physical and Chemical Properties of Non - grain Oil Plants Cyperus esculentus
………………………………………………………… ZHOU Quan，HU Li⁃rong，YAO Yu，YAN Qian（29）
Pesticide Residue Detection and Risk Assessment of Blueberry in Qiandongnan
…………………………………………………… LIU Tai⁃yang，ZHOU Min，FENG Yi，LIU Wen⁃feng（34）
Analysis of Leaf Functional Characteristics and C，N，P Stoichiometry of Ormosia hosiei from Different Prove⁃
nances………………… CUI Jun，SUN Meng，CHENG Han⁃yuan，XU Jing⁃jing，LIU Yu⁃jie，PAN Jian（40）
Reuse of Pennisetum sp Fiber Material in Edible Mushroom Culture Medium
…………………………………………………………………… HUANG Guang⁃hua，CHEN Rui⁃ying（51）
Expression Characteristics of CYP2D25 mRNA in Congjiang - Xiang Pigs…………………… YANG Jia⁃da（56）
Digital Simulation of Miao Embroidery Style Based on Convolution Neural Network and Semantic Segmentation
…………………………………………………………………………… TAN Yong⁃qian，ZENG Fan⁃ju（64）
Research on the Teaching Evaluation Index of College Students Based on the Random Forest Algorithm：An Ex⁃
ample of the Programming Fundamentals Course ………… JIANG Ming⁃chi ，HU Sheng⁃bo ，MENG Xin（74）
Exploration of Online and Offline Mixed Teaching Mode of General Plant Pathology Based on Super Star Learning
Platform …………………… HUANG Wei⁃dong，LI Jing，DUAN Hai⁃ming，ZHANG Yi⁃hui，DU Jun⁃li（82）
Study on the Reform of the Curriculum System of Collaborative Education between the First Classroom and the
Second Classroom in Polytechnic Institutions under the Educational Pattern of“Big Thinking and Politics”
……………………………………………………………………………………………… HUANG Ya（88）
Study on the Construction of Textbook for Chemistry Specialized English in Guizhou Province
……………………………………………………………………… JI Jia，HOU Yin⁃ling，SHI Liu⁃fang（94）
Study on Curriculum Resources of Mathematics History in High School Mathematics Textbooks from the Perspec⁃
tive of Curriculum Ideology and Politics ………………… LIU Chao⁃hu，LI Chang⁃fan，YANG Xiao⁃bin（99）
Study on the Teaching Strategies of Trigonometric Function Module in High School Mathematics in the Context of
“Three -New”Backgraund ……………………………………………………………… LAI Jian⁃cheng（106）
Research on Basic Guarantee of Biology Experimental Teaching in Junior High Schools of Guizhou Province
…………………………………………………………………………… YANG Mei，YANG Li⁃chang（111）
Exploring Biodiversity Education for Rural Preschoolers through the Infiltration of Ethnic Traditional Culture
—Take the Practice of Rural Preschool Education in Qiandongnan as an Example
………………………………………………………………………………… LUO Li⁃ping，LUO Jing（120）
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·物理学·
外电场下 NO2分子的基态和激发态特性
荆 涛，梁冬梅①
（凯里学院，贵州 凯里 556011）
摘 要：以6 - 311++G（d，p）为基组，采用B3LYP方法研究了NO2分子在Z轴方向的外电
场（0~0.04 a.u.）下的基态参数、总能量、电偶极矩、电荷分布和能级分布，并采用CIS方法
研究了NO2分子前9个激发态的激发能、激发波长、振子强度和紫外—可见光谱.结果表
明：NO2的基态参数随电场变化明显.当Z轴电场由0增加到0.04 a.u.时，键长和键角不断
增大，电偶极矩先减少后增大，总能量先增大后减小，在电场 F=0.01 a.u.时，总能量数值
最大，电偶极矩数值最小，能隙不断减少，但Beta轨道的能隙比Alpha轨道的能隙减少更
快；激发态的激发能和激发波长随电场变化明显，振子强度受电场的影响不大 .紫外—
可见光谱在外电场作用下，吸收峰不但发生了明显的移动，而且有分裂现象发生.
关键词：外电场；激发态；光谱
中图分类号：O561 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0001 - 07
二氧化氮（NO2
）分子作为大气中主要的污染物之一，给人们的生产和生活带来了严重的影
响［1 - 3］
.许多科学家对大气中NO2分子进行了测量并试图降低其含量［4 - 7］
，并对NO2分子与小分子
体系的热力学和动力学进行了研究，例如NO2+C2H3、NO2+H2CO和NO2+HO2
［8 - 13］
等.关于NO2分子
光谱的研究与实验诠释，也是科学家关注的问题之一［14 - 16］
. 虽然科学家展开了一系列研究，但
NO2分子的电子结构和光谱性质，尤其是在外场作用下分子激发态的性质还没有报道，研究 NO2
分子在外电场作用下分子结构和光谱性质的改变会对改善其化学反应特征以及降低大气中NO2
含量提供一定的理论参考.
NO2分子的基态结构如图 1所示 .为了得出正确的计算结果，本文着重研究在外电场作用下
NO2分子的基态性质，包括几何构型、偶极矩、原子电荷分布、轨道能级分布以及激发态等方面的
性质，从而进一步认识NO2分子，为NO2分子在不同领域的广泛运用奠定理论基础.
图1 NO2分子的基态结构
收稿日期：2023 - 03 - 10
基金项目：凯里学院博士专项课题（BS201601）
作者简介：荆涛（1981 -），男，湖北荆门人，凯里学院理学院副教授，博士，研究方向为半导体材料光电性质.
·1·
1 理论和计算方法
外电场作用下分子体系的哈密顿量H［17 - 19］
为H=H0+Hint . （1）
在偶极矩近似下，分子体系与外电场F的相互作用哈密顿可以表示为Hint= - μ ⋅ F . （2）
其中，H0为没有电场存在时的哈密顿量，Hint为电场与分子体系的相互作用能，也就是微扰
项，µ为分子电偶极矩，F为偶极电场.
根据Grozema等［20 - 21］
提出的模型，激发能Eexc可以写为Eexc (E) = Eexc (0) - Δμ ⋅ F - 1
2
ΔαF2 . （3）
其中，Eexc（0）为无电场下的激发能，Δμ为电偶极矩的变化量，Δα为极化率的变化量，它们的
大小由电场强度和电场方向决定.
本文使用不同的基组对 NO2分子基态几何结构进行优化计算，通过将计算得到的键长与实
验值作比较，选取出最合适的 DFT/B3LYP 方法和 6 - 311++G（d，p）基组，在外加不同电场（0 -
0.04 a.u.）条件下，计算分析分子的几何构型、偶极矩、电荷分布、振动频率和轨道能级分布，在此
基础上，使用 CIS - B3LYP/6 - 311++G（d，p）方法计算分析 NO2分子外电场下的 UV - Vis光谱以
及分子前9个单重激发态的变化情况.
2 结果与讨论
2.1 不同外电场对NO2分子基态构型的影响
首先采用不同的基组对NO2分子进行基态结构优化，如表1所示，对比实验值［22］
，选取适当的
基组和方法.从表1可以看出，使用B3LYP/6 - 311++G（d，p）方法得到的数值和实验值最为接近，
所以，本文选用密度泛函B3LYP方法和基组6 - 311++G（d，p）对NO2分子进行基态结构优化的计
算，并在外电场的基础上，对NO2分子的键长、偶极矩和轨道能级分布等进行了计算.
表1 不同方法优化NO2分子的结构
基组
B3LYP/3 - 21G
B3LYP/6 - 31G
B3LYP/6 - 31G++
B3LYP/6 - 31++G（d）
B3LYP/6 - 31++G（d，p）
B3LYP/6 - 31++G（3d，p）
B3LYP/6 - 31++G（3d，3p）
B3LYP/6 - 31++G（3d2f，3p2d）
B3LYP/6 - 311G（d，p）
B3LYP/6 - 311++G（3d，3p）
B3LYP/6 - 311G（3d，3p）
B3LYP/6 - 311++G（d，p）
Experimental value［22］
R（1，2）/nm
0.125 03
0.123 11
0.123 09
0.120 17
0.120 17
0.119 68
0.119 68
0.119 51
0.119 46
0.119 19
0.119 31
0.119 33
0.119 34
选用 DFT/B3LYP 方法和 6 - 311++G（d，p）基组对 NO2 分子结构沿分子轴 Z 方向加电场
0~0.04 a.u（. 1a.u.=5.142×1011V/m）进行了优化，相关数据如表2所示，变化趋势如图2 - 5所示.
·2·
表2 NO2分子基态键长、键角、总能量和偶极矩随外电场变化
F/a.u.
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
R1 - 2/nm
0.119 33
0.119 35
0.119 37
0.119 39
0.119 41
R1 - 3/nm
0.119 33
0.119 35
0.119 37
0.119 39
0.119 41
A2 - 1 - 3/o
134.391 0
134.923 5
135.394 0
135.801 1
136.074 4
E/a.u.
- 205.140 694 6
- 205.139 963 6
- 205.140 476 1
- 205.142 267 0
- 205.145 410 0
μ/Debye
0.342 3
0.028 2
0.291 2
0.623 4
0.980 6
图2 键长随外电场的变化 图3 键角随外电场的变化
图4 总能量随外电场的变化 图5 偶极矩随外电场的变化
从图2可以看出，沿Z方向加入外电场后，键长增大，从0.119 33 nm线性增加到0.119 41 nm，
增加量很小，仅为 0.000 08 nm，而键角∠O - N - O 逐渐增大（图 3所示），２个 O原子之间的距离
增大，在外电场的作用下分子被拉长，这可以从电荷布局数的改变进行解释.无外电场时，N原子
带正电，O原子带负电.施加外电场后，N原子带负电，O原子带正电，且电荷数不断增大，如表3所
示，当电场由0.01 a.u.变化至0.04 a.u.时，NO2中1N上的正电荷量为增加的趋势，2O和3O上的负
电荷量为增加的趋势，外电场作用使N原子与O原子之间的库仑吸引力逐渐增强，在外电场力和
原子之间作用力的共同影响下，键长逐渐增大.外电场作用下，总能量呈先增大后减小的变化趋
势，如图4所示，在外电场从0增大到0.01 a.u.时总能量不断增大，而后随外电场从0.01 a.u.增大到
0.04 a.u.时能量不断变小.当外电场在0.01 a.u.时能量达到最高，这表明在此时分子不易发生化学
反应，当外加电场继续增大后分子能量降低，但总能量变化并不大，这表明施加外电场对NO2分子
总能量的影响较小.与总能量的变化趋势相反，如图5所示，分子偶极矩随外电场的增加呈先减小
后增大的变化趋势，这说明外电场的增强使分子极性先增大后减小，分子越来越容易解离.
·3·
表3 NO2分子电荷分布随外电场变化
F/a.u.
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
1N/e
0.001 785
- 0.040 989
- 0.088 531
- 0.142 511
- 0.205 759
2O/e
- 0.000 893
0.020 495
0.044 265
0.071 256
0.102 880
3O/e
- 0.000 893
0.020 495
0.044 265
0.071 256
0.102 880
2.2 外电场对NO2分子前线轨道分布的影响
使用同样的方法，计算得到NO2分子最高已占据轨道（HOMO）能级EH、最低未占据轨道（LU⁃
MO）能级EL和能隙Eg的数值.其中，Eg=（EL - EH）×27.2 eV.在NO2分子中，同一个电子有两种自旋，
自旋向上的电子称为Alpha电子，其中Alpha电子所组成的轨道为Alpha轨道，自旋向下的电子称
为Beta电子，而Beta电子所组成的轨道为Beta轨道.如表4和5所示，随着Z方向电场的增加，Alpha
轨道和Beta轨道的EH均呈先增大后减小的变化，在F=0.01a.u.时达到最大值，而EL随外电场的增
大均不断减小，从而使能隙Eg不断减少，如图6所示，但Alpha轨道的Eg比Beta轨道的Eg的变化幅
度小.能隙Eg的减少说明，电子在外电场作用下越来越容易从HOMO轨道激发至LUMO轨道.
表4 NO2分子的HOMO能级EH、LUMO能级EL和能隙Eg随外电场变化（Alpha轨道）
F/a.u.
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
EH/eV
- 8.209 232
- 8.199 712
- 8.211 136
- 8.245 952
- 8.314 224
EL/eV
- 2.878 576
- 2.886 736
- 2.911 760
- 2.955 552
- 3.023 824
Eg/eV
5.332 89
5.315 20
5.301 60
5.292 62
5.292 62
表5 NO2分子的HOMO能级EH、LUMO能级EL和能隙Eg随外电场变化（Beta轨道）
F/a.u
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
EH/eV
- 9.786 016
- 9.786 560
- 9.798 528
- 9.824 640
- 9.868 432
EL/eV
- 4.423 264
- 4.436 320
- 4.478 752
- 4.557 360
- 4.692 816
Eg/eV
5.365 000
5.352 480
5.322 010
5.269 490
5.177 790
Eg /eV
图6 能隙随外电场的变化
·4·
2.3 外电场对NO2分子激发态的影响
在得到NO2分子稳态基态构型的基础上，采用杂化CIS方法和B3LYP/6 - 311++G（d，p）基组
研究了沿Z方向外电场下分子的UV - Vis光谱、前9个激发态的能量、波长和振子强度，计算结果
如图 7 和表 6 所示 . 从图 7 可以看出，无外电场时，分子在 362.4 nm 处出现了一个强度较小的吸
收峰，吸收强度为 400.20 L·mol - 1
·cm - 1
，而在 148.8 nm处有一个大强度的吸收峰 S0，吸收强度为
4 031.66 L·mol - 1
·cm - 1
，它主要是由π键跃迁到σ*
键产生.加入外电场后，NO2分子的光谱吸收峰
出现了不同程度的红移.值得一提的是，随着外电场的增强，峰S0分裂成两个不同强度的吸收峰
S1和S2，而且两峰的吸收强度随着外电场的增强差别较大，当F=0.04 a.u.时，吸收峰S1位于180 nm
处，吸收强度为240.47 L·mol - 1
·cm- 1
，吸收峰S2位于247.2 nm处，吸收强度为1 380.19 L·mol - 1
·cm- 1
.
图7 NO2分子的紫外 - 可见吸收光谱随外电场变化
表6 NO2分子的激发能、激发波长和振子强度随外电场变化
F/a.u
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
E/eV
λ/nm
f
E/eV
λ/nm
f
E/eV
λ/nm
f
E/eV
λ/nm
f
E/eV
λ/nm
f
n=1
2.959 4
418.95
0.000 7
2.942 1
421.41
0.000 7
2.931 5
422.94
0.000 8
2.928 4
423.39
0.000 9
2.938 4
421.94
0.001 0
n=2
3.428 7
361.60
0.009 7
3.416 4
362.91
0.009 5
3.391 1
365.62
0.009 2
3.351 0
369.99
0.008 8
3.285 7
377.34
0.008 1
n=3
3.805 8
325.78
0.000 0
3.764 9
329.31
0.000 0
3.712 7
333.94
0.000 0
3.647 7
339.89
0.000 0
3.560 4
348.23
0.000 0
n=4
4.844 1
255.95
0.000 5
4.8071
257.92
0.000 4
4.766 6
260.11
0.000 3
4.722 7
262.53
0.000 3
4.673 5
265.29
0.000 2
n=5
4.921 8
251.91
0.000 0
4.903 8
252.83
0.000 0
4.880 6
254.03
0.000 0
4.852 5
255.50
0.000 0
4.817 0
257.39
0.000 0
n=6
5.754 1
215.47
0.000 0
5.780 8
214.48
0.000 0
5.803 3
213.64
0.0000
5.822 2
212.95
0.000 0
5.006 3
247.66
0.034 0
n=7
7.726 3
160.47
0.000 3
7.374 4
168.13
0.010 5
6.697 4
185.12
0.020 9
5.876 8
210.97
0.027 8
5.834 9
212.49
0.000 0
n=8
8.246 3
150.35
0.070 4
8.193 7
151.32
0.057 5
8.030 5
154.39
0.027 2
7.567 7
163.83
0.001 6
6.858 6
180.77
0.005 4
n=9
8.472 0
146.34
0.036 5
8.533 7
145.29
0.021 6
8.405 7
147.50
0.011 6
7.754 7
159.88
0.004 1
6.984 1
177.52
0.000 6
与不施加外电场相比，随着外电场的增加，NO2分子前 9个激发态的激发能都出现了减小的
趋势，如表6所示.这说明随着外电场增加，NO2分子的激发变得更加容易，这与分子能隙随外电
场增加不断变小的趋势相似，从而使基态的电子更容易激发到激发态.最大激发能位于第9激发
·5·
态、F=0.01 a.u.时，为8.533 7 eV；最小激发能在第1激发态、F=0.03 a.u.时，为2.928 4 eV.从表6也
可以看出，NO2分子整个光谱的波长为145.29~423.39 nm，部分光谱属于可见光范围.与无电场情
况相比，随着Z方向电场的施加，激发波长呈不断增大的变化趋势.第9激发态在F=0.01 a.u.的激
发波长最短，为145.29 nm；第1激发态在F=0.03 a.u.时激发波长最长，为423.39 nm.虽然NO2分子
在外电场的作用下激发能和激发波长发生明显变化，但并没有能量简并的现象出现，这可以从公
式（3）进行解释.从公式（3）可以看出，外电场下的激发能与电偶极矩的变化和极化率的变化都有
关 .由于 N和 O原子电负性不同，电偶极矩和极化率受外电场影响的程度不同，则对激发能产生
的影响也不同，因此能量兼并的现象并没有出现.
振子强度f的大小能够反映电子跃迁能力的强弱，f的数值越大，电子跃迁能力越强，振子强
度f为零，电子不能从基态跃迁到激发态，属于禁阻跃迁.如表6所示，在有外电场存在的情况下，
振子强度 f发生了一定程度的变化 .例如，第 6激发态，无外电场存在时，振子强度 f为零，属于禁
阻跃迁，而当F=0.04 a.u.时，f=0.034 0，振子强度不为零，属于可允许的跃迁，但强度较弱，跃迁现
象并不明显；第1和2激发态振子强度都比较弱，随着外电场的增大，并没有发生明显的变化.
3 结论
本文使用 DFT - B3LYP/6 - 311++G（d，p）方法，在 Z 轴方向施加不同强度的外电场优化了
NO2分子的基态结构，讨论了几何结构、总能量、偶极矩、前线轨道能级随外电场的变化情况 .在
此基础上，采用CIS - B3LYP/6 - 311++G（d，p）方法对分子的UV - Vis光谱、前9个激发态的激发
能、激发波长和振子强度进行了计算，结果发现：外电场对分子的键长、键角、总能量、电荷布局和
偶极矩影响显著.随着Z轴方向由0增加到0.04 a.u.，键长和键角不断增大，总能量先增大后减小，
偶极矩先减小后增大，电荷分布受电场影响比较明显，并改变了原子的电性；在外电场的作用下，
NO2分子的HOMO能级EH和LUMO能级EL发生了显著的变化，Beta轨道的能隙Eg比Alpha轨道的
能隙Eg变化较为明显，这影响了NO2分子参与化学反应的能力；激发能和激发波长受外电场的作
用变化较为复杂，但振子强度的变化并不明显.在外电场作用下，紫外 - 可见光谱的吸收峰不但
发生了明显的移动，而且有分裂现象发生.
参考文献：
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［责任编辑：刘红霞］
Ground State and Excited State Properties of NO2Molecule with
External Electric Fields
JING Tao，LIANG Dong⁃mei
（Kaili University，Kaili，Guizhou，556011，China）
Abstract：A density functional method（B3LYP）with 6 - 311++G（d，p）basis sets has been used to
study the equilibrium geometric parameters，total energies，dipole moments，charge distribution and en⁃
ergy level distribution of NO2 molecule with external electric fields（0 ~ 0.04 a.u.）along Z - axis direc⁃
tion. The excitation energy，wavelength，oscillator strength and UV - Vis absorption spectrum of NO2
molecule with external electric field were studied by CIS method. The results show that the geometric
parameters of molecules change obviously with the external electric field. When the external electric
field along Z - axis direction changes from0 to 0.04 a.u.，the bond length and bond angle constantly in⁃
crease，the dipole moment（total energy）almost decreases（increases）first and then increases（de⁃
creases）symmetrically，when the electric field F = 0.01 a.u.，the total energy reaches the maxi - mum
and the dipole moment reaches the minimum value，and the energy gap decreases continuously，but the
energy gap of Beta orbit decreases faster than that of Alpha orbit. The excitation energy and wavelength
of the excited state change obviously with the electric field，and the oscillator strength is not obviously
affected by the electric field. With the action of external electric field，the absorption peak of UV - Vis
spectrum shifts and splits obviously.
Key words：External electric field；excited states；spectrum
·7·
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
团簇Al6M（8 M=Li，Be，B，C，N，O）结构与性质的第一性
原理研究①
张 颂，陈广萍
（凯里学院，贵州 凯里 556011）
摘 要：以八面体Al6团簇为基底，考虑第三周期元素对其的掺杂形成初始Al6M（8 M=Li，
Be，B，C，N，O）团簇，利用基于密度泛函理论的第一性原理对其结构优化，并对稳定性和
电偶极性进行计算，结果显示：Al6Li8、Al6B8和Al6O8团簇的构型比较紧凑，Al6Be8、Al6C8和
Al6N8团簇为笼状结构，除Al6Be8具有自旋三重态外，其余尺寸均为自旋单态.另外，掺杂
团簇在随M元素原子序数增加的过程中，能隙值除N掺杂情况外呈逐渐增加趋势，电偶
极矩表现出局部振荡行为，而极化率表现出逐渐降低的演化规律.
关键词：团簇结构；性质；密度泛函理论
中图分类号：O64 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0008 - 05
1 引言
团簇主要是通过几个、几十个乃至几千个原子或原子团通过某种或几种物理或化学的相互
作用结合而成的聚集体，被广泛认为是物质结构新层次［1］
.由于团簇尺寸很小，通常表现出很强
的量子效应，随着尺寸的改变，其物理或化学性质也不同.但是，性质的变化与尺寸的增加并不成
线性关系.另外，团簇相对于固相材料来说，具有很大的表面积与体积比，甚至有的团簇结构拥有
许多悬挂键，且表现出与固相材料不同的性质.早期的研究显示，利用某些具有比较稳定的几何
或电子结构且物理或化学性质奇特的团簇结构作为基元进行堆积生长，有可能获得具有新奇性
质的固相材料，为设计和研发新功能材料提供思路［2］
.因此，探索、设计和研发某些具有特别物理
化学性质的团簇稳定结构具有重要意义.
众所周知，地壳中含量最丰富的金属元素-铝，由于其优良的物理化学性质而被人们制成各
种特殊的材料，广泛应用于航天、工业生产和生活等方面.同时，为寻找新型铝基材料，以及探索
现有具备优秀性能的铝基材料的物理化学机制，人们对纯铝及掺杂铝团簇也进行了非常广泛的
研究 .如李朝阳等［3］
利用密度泛函理论对 Al（n n=2 - 7）团簇的结构和能级分布进行系统的研究，
收稿日期：2023 - 03 - 30
基金项目：贵州省高等学校青年科技人才成长项目（黔教合KY字［2017］329）
作者简介：张颂（1985 -），男，贵州织金人，凯里学院理学院副教授，研究方向为低维纳米材料.
·8·
发现铝团簇在尺寸小于等于5时是平面结构，当n=6时，稳定结构变成3维的八面体构型，可认为
Al6是最小的三维纯铝团簇结构 .近年来，各种金属、非金属掺杂铝基团簇的研究也比较多，金属
方面，Gao等［4］
利用密度泛函理论研究了（AlSc）n（n = 1–9）和（Al3Sc）m（m = 1–5）团簇的结构稳
定性和电子特性；秦彦军等［5］
对 AlnCum
（n = 2 - 6，m = 1 - 3）团簇的几何与电子结构进行比较详
细的讨论，发现含有6个铝原子的Al6Cu2团簇具有很强的稳定性.非金属方面，对应的研究相对金
属来说要少许多，基于Al6的非金属掺杂团簇结构和性质的报道更少，因此本文以八面体团簇Al6
作为基底，并在其8个面上各自添加一个同种类第三周期原子构成Al6M8
（M = Li，Be，B，C，N，O）
团簇的初始结构，再利用基于密度泛函理论的第一性原理对这些初始结构进行优化，确定稳定结
构，再对相关性质进行系统的研究，期望所得结论能给后期更大尺寸同类材料的研究提供参考.
2 计算方法
本文利用基于密度泛函理论的第一性原理对 Al6M8
（M = Li，Be，B，C，N，O）团簇的性质进行
比较系统的研究，所有计算均在Gaussian16软件包内完成.首先，利用含8个面的Al6团簇结构作
为基底，并在每个面上添加一个同类原子构成团簇的初始结构，利用含杂化泛函的PBE0交换关
联函数及全电子基组def2 - tzvp，同时考虑处理弱相互作用效果比较好的DFT - D3（BJ）校正，对
各初始构型进行结构优化，在优化的过程中，每个构型都考虑了不同的初始自旋态.其次，考查优
化所得结果的振动频率，判定无虚频者为稳定构型.最后，在稳定结构基础上利用相同的泛函和
基组对电子结构与性质进行计算.
3 结果与讨论
3.1 几何结构
经过优化，并将 Al6M8
（M = Li，Be，B，C，N，O）团簇的最稳定结构列于图 1 中 . 由图 1 可知，
Al6Li8团簇的最稳定结构是一个变形的八面体，6个 Al原子仍然以 Al6团簇的模式连结在一起，8
个 Li原子几乎都还是分布在团簇表面，构型为自旋单态，并具有较高的对称性 C2v.对 Al6Be8团簇
来说，具有C2对称性的笼状构型是最稳定结构，其中Be元素和Al元素具有很明显的层次感，具体
为 Be - Al3 - Be6 - Al3 - Be的模式，团簇结构为自旋单态 .在考虑 B元素时，发现 Al6B8团簇的最
低能量结构比较特别，首先是8个B原子构成具有低对称性的三带帽三角双锥结构，6个Al原子
再悬挂在 B团簇的表面，整体对称性也比较低，但表现出自旋三重态 .Al6C8团簇的最低能量结构
与前三种明显不同，是一个灯笼状构型，虽然还保存八面体Al6团簇的四角单锥，但另一个Al原子
与四边形相连接之处挤进 8个两两相连的 C原子，形成具有 C4v有对称性的新奇结构 .对 Al6N8团
簇而言，最稳定构型中明显还保存初始结构中的两个面及面上N原子，剩余6个N原子分成两组，
每 3个一组连接在一起并置于八面体中单个 N 原子的对面上，可以认为是一个不完全封闭的笼
状构型，对称性较低 .对 Al6O8团簇来说，虽经过详细结构优化，但最稳定的结构还保持着与初始
结构类似的构型，也就是8个O原子分别位于8面体的面上，还保持着较高的对称性.另外，在整
个研究过程中也考虑F和Ne元素的掺杂情况，只是，利用相同的泛函和基组进行优化后，所有原
子均处于游离态，没有形成团簇结构，因此后续研究中舍弃Al6F8和Al6Ne8团簇性质的研究.
·9·
图1 Al6M8
（M = Li，Be，B，C，N，O）团簇的最稳定结构
3.2 相对稳定性
对于团簇科学的研究，首先需要考虑结构的稳定性，本文所讨论的结构在经过仔细的结构优
化后均没有出现虚频，可认为是稳定的 .为进一步检测不同元素掺杂 Al6团簇后所得结构的相对
稳定性，对所有的稳定结构都计算了结合能，公式如下：
E(b) 6E(Al) 8E(M) E(Al M ) = + - 6 8
（1）
其中，E（Al6M8
）、E（Al）和E（M）分别代表Al6M8团簇，单原子Al和单原子M的总能量，计算数
据绘制于图2中，根据图2发现随着原子序数的增加，团簇结合能整体呈现逐渐上升的趋势，表现
出混合团簇的相对稳定性是越来越高，这主要是随着团簇中掺杂原子序数的增加，其核外电子数
也逐渐增加，金属原子与非金属原子间的相互作用逐渐增强所致.
图2 Al6M8团簇的结合能随元素M变化的规律
3.3 电子性质
为进一步探索团簇结构的电子性质，计算中考虑了最高占据轨道和最低未占据轨道间的能
量差，称作能隙，具体是将最低未占据轨道的能量减去最高占据轨道的能量.能隙的大小与团簇
中电子在最高占据轨道和最低未占据轨道间跃迁的能力息息相关.如果能隙较大，电子跃迁的可
能性就小，团簇将表现出较稳定的化学性质；如果能隙较小，电子在轨道间的跃迁就会显得比较
容易，发生化学反应的可能性较大，表现出较活泼的化学性质.根据图3能很明显的看出，当元素
M从Li变化到O的过程中，相应的能隙表现出先增加再降低再增加的趋势，这与混合团簇的结合
·10·
能随元素M变化的趋势表现出相似的演化行为，说明由结合能和能隙考查团簇结构稳定性所得
的结果是一致的.然而，图2和图3还是表现出不同，具体是相对结合能而言，在整个变化过程中，
当N原子掺杂Al团簇后，能隙值的降低显得比较陡峭，说明与相邻团簇比较，Al6N8失去电子的能
力较强，化学性质比较活泼.
图3 Al6M8团簇的能隙随元素M变化的规律
3.4 电偶极性
团簇科学中，由于团簇几何或者电子结构的特殊性，例如，就稳定结构而言，有的对称性较
高，有的又没有对称性，同时，在外加微弱电场的情况下，有的电子云偏离程度较大，有的偏离程
度很小，这对团簇结构的物理、化学性质影响较大.这些现象可用团簇结构的电偶极性进行描述，
也就是说，若要对团簇结构物理化学性质进行更进一步的研究，考虑团簇结构的电偶极性是很有
必要的.因此本文在对混合团簇进行结构优化的同时，利用相同的交换关联函数和基组对电偶极
矩和极化率也进行详细的计算，并将计算结果绘制于图4中.显然，Al6Li8、Al6C8和Al6O8团簇的电偶
极矩比较小，而Al6B8和Al6N8团簇的电偶极矩较大，结合几何结构部分的讨论发现，电偶极矩的大
小与团簇结构的对称性关系密切，Al6Li8、Al6C8和 Al6O8团簇均表现出较低的对称性，而 Al6B8和
Al6N8团簇的对称性较高.另外，从图4中还发现，Al6M8团簇的极化率随M元素的变化逐渐减小，这
主要是随着M元素原子序数的增加，核外电子增多，与Al原子结合成团簇后，团簇整体电子饱和的
程度越来越高，整体吸引核外电子对的能力逐渐降低，因此导致团簇的极化率逐渐降低.
图4 Al6M8团簇的偶极矩和极化率随元素M变化的规律
·11·
4 结论
本文利用基于密度泛函理论的第一性原理对Al6M（8 M=Li，Be，B，C，N，O）团簇的结构和性质
进行了比较系统的计算，结果显示：Al6Li8、Al6B8和 Al6O8团簇的结构比较紧凑，Al6Be8、Al6C8和
Al6N8团簇的构型为笼状结构，且 Al6Be8团簇具有自旋三重态 .同时，掺杂团簇中除 Al6N8外，能隙
值随M呈现逐渐增加趋势，极化率的演化规律却相反，随M的改变逐渐减小，由于受到结构对称
性的影响，团簇的电偶极矩表现出局部振荡行为.
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［责任编辑：刘红霞］
Structure and Properties of Al6M8
（M=Li，Be，B，C，N，O）Clusters
Based on First - principles
ZHANG Song，CHEN Guang⁃ping
（Kaili University，Kaili，Guizhou，556011，China）
Abstract：In this paper，the octahedral Al6 cluster is taken as the base，considering the doping of the
third period element to form the initial Al6M（8 M=Li，Be，B，C，N，O）cluster，and the first principles
of density functional theory are used to optimize its structure，the stability，and electric dipolarity are
calculated. The results show that，the configurations of Al6Li8，Al6B8 and Al6O8 cluster is relatively com⁃
pact，at the same time，the structures of Al6Be8，Al6C8 and Al6N8 cluster exhibits cage - like motifs，
and these clusters have spin singlet，except for Al6Be8 which has a spin triplet. In addition，the energy
gap value increases gradually with the increasing of the atomic number of M element，except for the
case of N doping，the electric dipole moment shows a local oscillation behavior，and the polarization of
the cluster shows a gradual decrease of evolution rule.
Key words：Cluster structure；properties；density functional theory
·12·
独立光伏发电系统中混合储能系统的优化配置策略
杨 露
（贵州电网凯里供电局， 贵州 凯里 556000）
摘 要：太阳能光伏发电作为我国新能源的技术应用，正在蓬勃兴起 .由于太阳能间歇
性、波动性和不稳定性的缺点，给太阳能光伏发电的应用与推广带来了诸多困难.为提高
太阳能光伏发电的可靠性，保证供电质量，必须对太阳能光伏发电进行储能和放电控制，
建立独立光伏发电系统，以实现日夜供电 .独立光伏发电系统的设计，需要考虑工作环
境、工作状态以及工作元件等诸多因素，并建立数学模型.本研究结合蓄电池和超级电容
器的充放电特性，合理配置和规划蓄电池和超级电容器的容量数量比，并以储能系统的
全寿命周期作为经济目标，建立独立光伏发电系统可靠性指标约束模型.
关键词：独立光伏系统；蓄电池；超级电容器；混合储能；优化
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0013 - 09
能源是社会生产和经济建设的动力.20世纪以来，随着世界经济的迅猛发展，对能源的需求
急骤增长.由于煤、石油、天然气等化石能源的无节制使用，人类面临的能源枯竭、环境污染、温室
效应等一系列问题，已经影响到人类的健康和社会经济的可持续发展.
太阳能是一种可再生能源，具有环保、经济、储量丰富、分布广泛等优点，但也有能量密度小、
受环境影响大、转换效率低、投入成本高等不足［1］
.随着化石资源的不断消耗和污染问题的日益
严峻，光伏太阳能发电已成为解决人类未来能源问题的途径之一［2］
.据报告显示，预计到2050年，
太阳能约占人类使用能源的 40%［3］
.2011年，我国新增光伏发电的装机容量达 2 000 MW，增长量
已居世界第三［3］
.
受地域、季节、昼夜和天气等因素的影响，太阳辐射存在时空分布差异，影响了太阳能光伏发
电的有效性和稳定性.为克服太阳辐射时空差异对光伏发电的影响，保证太阳能光伏发电的持续
性和稳定性，必须进行光伏发电系统混合储能容量的优化配置.独立光伏发电系统容量的优化配
置不仅涉及技术和设备的优化，同时还涉及成本问题.因此，本文在讨论独立光伏发电系统容量
优化配置的同时，也将成本优化一并考虑.
1 独立光伏发电系统及组件特性
独立光伏发电是相对并网发电而言的，是相对独立的发电系统.独立光伏发电系统是利用光
收稿日期：2023 - 04 - 01
作者简介：杨露（1994 -），女，贵州凯里人，贵州电网凯里供电局500KV变电站值班长，研究方向变电运行.
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·13·
伏电池板将太阳能转化为电能，并由光伏阵列、功率转换器、控制器、储能装置、逆变器等主要部
件组成的系统，分为直流和交流两大类.独立光伏发电系统结构如图1所示.
光 伏 阵 列 MPPT 逆 变 器 交 流 负 载
蓄 电 池 超 级 电 容 器
直 流 负 载
DC/DC DC/DC
图1 独立光伏发电系统结构图
在现在技术水平下，蓄电池与超级电容器通过功率变换器并联的方式有三种，分别为
BOOST、BUCK和BUCK - BOOST.能量的流动在储能系统可以是单向的也可以是双向的.为了能
给蓄电池和超级电容器充电，也为了蓄电池和超级电容器能够将储存的电能释放并提供给负载，
采用双向并联控制器即双向功率变换器（BUCK - BOOST）更具有实用性.
通过双向功率变换器将蓄电池和超级电容器并联起来，灵活控制并联控制器，可以实现对蓄
电池和超级电容器的能量流动方式以及流动过程的控制［4］
.通过双向功率变换器将两者并联，当
负载功率脉动时，蓄电池与超级电容器的输出电流会通过电感而变得平滑，提高了供电质量.
1.1 蓄电池
光伏发电蓄电池通常是化学电池，简称为蓄电池，是一种把电能储存为化学能，通过放电再
次把化学能转换为电能的元件.蓄电池虽能储存电能，保障系统持续供电，但由于其功率密度低、
循环使用寿命短、运行成本高等缺点，无法有效利用.
为了解决蓄电池的这些缺点，在当前储能系统技术应用中，技术发展较为成熟且应用较为广
泛的是铅酸蓄电池.铅酸蓄电池具有价格低、高低温性能稳定、容量大、放电效率高等特点，具有
较好的通用性［5］
.
铅酸蓄电池的充放电过程是电化学反应的过程，它的阴阳两极分别由海绵铅和二氧化铅这
两种活性物质组成，其中的电解质溶液为稀硫酸.当铅酸蓄电池放电时，其中的海绵铅、二氧化铅
与稀硫酸发生化学反应转化为水和硫酸铅；而当充电时，硫酸铅与水又会转化为海绵铅、二氧化
铅与稀硫酸.这是一个可逆反应，在理想状态下，铅酸蓄电池可以反复循环进行充放电反应，并在
完成充放电后恢复原样，不会产生其他的物质.
1.2 超级电容器
超级电容器作为一种新兴的能源元件，容量可高达数千法拉，并且还兼有功率密度大、充电
比能量高的优点，不仅高低温性能好，而且充放电效率高，循环寿命长，介于充电电池与电容器之
间.与化学电池相比，超级电容器的充放电过程是物理性的，性能稳定［6］
.
目前最受欢迎的超级电容器大部分是由活性炭材料构成的双电层超级电容器.由于活性炭
资源丰富，使用成本较低，该类电容器也成了目前使用和生产最为广泛的超级电容器.双电层超
级电容器采用高比表面积的活性炭材料做成多孔电极，在电极之间填入电解液.当在两端电极施
·14·
加电压时，电极上汇集正负电子，而电解液中的正负离子则在电场的作用下向正负极板移动，最
终形成两层，即两相界面.
1.3 控制器
控制器是指按照要求改变或控制电路的接线，从而达到控制电路目的的装置 .由程序计数
器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完
成协调和指挥整个计算机系统的操作.
控制器分组合逻辑控制器和微程序控制器两种：组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦
设计完成，就不能再修改或扩充，但速度快；微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充方便，
但需重编微程序控制，速度慢.
1.4 交流逆变器
交流逆变器是将直流电变为交流电的设备，分为光伏离网型逆变器和并网型逆变器两类.独
立光伏发电主要是离网型逆变器，主要是通过变频器实现的.随着电力电子技术的发展，变频器
具有调速平滑、范围大、效率高、启动电流小、运行平稳、节能等特点，被广泛运用到逆变电路中.
在独立光伏系统中，混合储能就是利用蓄电池能量密度大、循环寿命短、功率密度低以及超
级电容器功率密度大、充放电速度快、循环寿命长等特点，进行优化组合，优势互补，实现独立光
伏系统的高效稳定运行.要实现蓄电池与超级电容器混合储能优化配置，就要进行独立光伏发电
系统模型分析.
2 模型分析
2.1 光伏电池阵列模型
光伏电池的工程数学模型如下式所示［6］
：
I = Isc
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú 1 − C1 ( ) e
U − ∆U
C2Uoc − 1 + ∆I
若考虑到温度和光照的因素，则光伏电池单体的最佳功率点电流和电压为：
Im = Im0
S
Sref
[1 + α(K − Kref) ]
Um = Um0 [ 1 − γ (K − Kref)]ln( e + β ( S
Sref
− 1 ) )
C1 = (1 − Im
Isc
) e
− Um
C2Uoc
C2 =
(
Um
Uoc
− 1 )
ln(1 − Im
Isc
)
K = Kair + HS
式中，Im0，Um0为参考条件下的最大功率点电流和电压（参考条件中太阳辐射强度为1000 W/m2
，
光伏电池温度为 25℃）；Isc，Uoc 为参考条件下的短路电流和开路电压；?，β，γ 为补偿系数（推荐
?=0.002 5 /℃，β=0.000 5 W/m2
，γ=0.002 88 /℃）；S为日射强度；Kair为环境温度；H可由实验测定的
H（S）直线的斜率确定，对于常见的光伏阵列支架，可取H=0.03（℃·m2
/W）；ΔI和ΔU为与日射强度
·15·
和温度相关的修正系数.
当短路电流、开路电压以及最大功率点电流、电压给定后，可得到一个在日射和温度变化下
的光伏阵列的输出功率Pgf ( t ) = Nj
U ( t ) I ( t )，其中Nj为级联数量.
2.2 太阳逐时以及温度模型
目前来说，太阳辐射逐时模型常采用广泛的半正弦模型［13 - 14］
：
Qτ ( t ) = AQsin(
t − t1
t2 − t1
π )
AQ = π
2( t2 − t1 )
Q
式中，Qτ (t)为 t时刻的太阳总辐射值；t1为日出时刻，t2为日落时刻；AQ为日总辐射量小时的
当下的最大值；Q为日总辐射量.
由上述，辐射强度在t时刻变化的表达式为：
S (t) = Qτ (t) ×
1000
3.6 = π
2( t2 − t1 )
Qsin ( ) t − t1
t2 − t1
π 1000/3.6
根据长期对气候温度的观察统计，将气温数据分析可知，一天之中，气候温度达到最大值的
时刻是14时左右，而在上午5时左右会出现气候温度最小值即最低温度.假定温度在一天中匀速
变化，则气温在一天中不同时刻的变化表达式为：
K (t) =
ì
í
î
ï
ï
ï
ï
ï
ï
Kmin + (t − 5)
Kmax − Kmin
14 − 5 , 5 ≤ t < 14
Kmax − (t − 14) Kmax − Kmin
24 − 14 + 5 , 14 ≤ t < 24
Kmax − (24 − 14 + t) Kmax − Kmin
24 − 14 + 5 , 0 ≤ t < 5
其中，Kmax为日最高温度，Kmin为日最低温度.
2.3 蓄电池组模型
将Sba (Ah)记为单体蓄电池的额定容量，Uba ( V )为额定电压，那么对于数量为m的蓄电池组，
其储能总量记为 Eban ( MW•h )
［7］
，则 Eban = mSbaUba /106 ．假定 LDOD为蓄电池的最大放电深度，则该
电池组的最小剩余能量为Eba min = mSbaUba (1 − LDOD ) /106 ．
通常情况下，我们认为蓄电池是工作在恒压情况下的当蓄电池在单位时间内以恒定的功率
放电时，我们则通常认为蓄电池组的额定输出功率Pban = mSbaUba /107
．
2.4 超级电容器组模型
记 Cuc为超级电容器的电容值模型，Uuc为其端电压，则数量为 n的超级电容器组的储能公式
为［8］
Euc = 0.5nCucU2
uc ．
然而，实际中的超级电容器工作的端电压会有一个上下限的范围，即
Uucmin Uucmax - ，该超级
电容器组的储能分别为Euc max = 0.5nCucU2
uc max ，Euc min = 0.5nCucU2
uc min .
记 ucmax I
为单体超级电容器的最大工作电流，则数量为n的超级电容器组的最大输出功率为
Puc max = nUuc max Iuc max /109 .
当电源输出功率大于负荷功率时，储能装置处于充电状态，则储能装置的储能量为［8］
:
·16·
ì
í
î
ï
ï
Eba (kt) = Eba [(k − 1)t] + Pba ( kt ) × t × ηbac
Euc (kt) = Euc [(k − 1)t] + Puc ( kt ) × t × ηucc
，
当电源输出功率小于负荷功率时，储能装置处于放电状态，则储能装置的储能量为：
ì
í
î
ï
ï
Eba (kt) = Eba [(k − 1)t] − Pba ( kt ) × t/ηbad
Euc (kt) = Euc [(k − 1)t] − Puc ( kt ) × t/ηu cd
，
式中，Eba (kt) 为蓄电池组在
kt
时刻的储能量，Euc (kt) 为超级电容器在
kt
时刻的储能量， E [ k t] ba ( - 1)
为蓄电池组在
(k - 1)t
时刻的储能量，E [ k t] uc ( - 1)
为超级电容器组在
(k-1)t时刻的
储能量，P (kt)
ba
为蓄电池组在
kt
时刻的充放电功率，P (kt)
uc为超级电容器组在
kt
时刻的充放电
功率.ηbac、ηbad为蓄电池组的充放电效率；ηucc、ηu cd为超级电容器组的充放电效率.
3 混合储能系统充放电控制策略
3.1 储能装置充电状态
当光伏电源功率足以满足负荷要求时，即
∆p = Ppv ∗ηc − PL > 0
时，储能装置充电，此时负荷
的缺电量（LPS）为零，ηc为系统逆变器的功率转换效率，充电具体过程如下［9］
：
当光伏功率
∆p
大于等于储能装置最大输出功率之和
Pban Puc ηc ( ) + max时，蓄电池组与超级电容
器组在
kt
时刻的储能量
E (kt)
ba 、E (kt)
uc分别等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其在
kt
时刻充放
电功率的充放电效率之和.若此时，储能超过蓄电池储能总量
Eban ，则先给蓄电池充满电，再给超
级电容器充电，然后充电结束.
当光伏功率
∆p
大于等于蓄电池的额定输出功率
Pban ∗ηc时，蓄电池组在
kt
时刻的储能量
E (kt)
ba
等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其在
kt
时刻充放电功率的充放电效率之和.若储能超过
蓄电池储能总量
Eban ，则先给蓄电池充满电，记此时刻为t1，若t1时刻后，当
∆p
大于等于超级电容
器的最大输出功率
Pucmax ∗ηc时，超级电容器的以最大输出功率
Pucmax输出，或者以不平衡功率中
的频繁波动功率输出，此时再给超级电容器充电，然后充电结束.
若光伏功率
∆p
仅大于等于超级电容器的最大输出功率
Pucmax ∗ηc时，超级电容器的以最大
输出功率
Pucmax输出，或者以不平衡功率中的频繁波动功率输出，超级电容器组在
kt
时刻的储能
量
E (kt)
uc等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其在
kt
时刻充放电功率的充放电效率之和，此时只给
超级电容器充电，然后充电结束.
3.2 储能装置的放电状态
当光伏电源不足，无法满足负荷需求时，即
∆p = Ppv ∗ηc − PL < 0
时，则储能系统放电，以弥补
电源功率缺额，此时令
∆p = − ∆p ，放电的具体过程如下［9］
：
当光伏功率
∆p
的绝对值大于等于储能装置最大输出功率之和
Pban Puc ηc ( ) + max时，蓄电池组
与超级电容器组在
kt
时刻的储能量
E (kt)
ba 、E (kt)
uc分别等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其在
kt
时刻充放电功率的充放电效率之差 .若此时，能量小于蓄电池的最小剩余能量
Ebamin，则蓄电
池放电至最小剩余能量
Ebamin
以弥补缺电量；否则，若当能量仅小于超级电容器的储能下限
Eucmin
时，超级电容器先放电，弥补缺电量，放电结束.
当光伏功率
∆p
的绝对值大于等于蓄电池的额定输出功率
Pban ∗ηc时，蓄电池组在
kt时刻的
储能量
E (kt)
ba
等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其在
kt
时刻充放电功率的充放电效率之差.若能
·17·
量小于蓄电池最小剩余能量
Ebamin ，则蓄电池放电至最小剩余能量
Ebamin ，记此时刻为 t1，若 t1时
刻后，当波动功率
∆p
绝对值大于等于超级电容器的最大输出功率
Pucmax *η c时，则让超级电容器
开始放电弥补缺电量，超级电容器的以最大输出功率
Pucmax输出，或者超级电容器以不平衡功率
中的频繁波动功率输出，此时超级电容器放电至储能下限
Eucmin
时，放电结束.
若光伏功率
∆p
的绝对值仅大于等于超级电容器的最大输出功率
Pucmax *η c时，超级电容器
开始放电，以弥补缺电量，此时超级电容器的以最大输出功率
Pucmax输出，或者以不平衡功率中的
频繁波动功率输出，超级电容器组在
kt
时刻的储能量
E (kt)
uc
等于其在
(k - 1)t
时刻的储能量与其
在
kt
时刻充放电功率的充放电效率之差.当超级电容器放电至储能下限
Eucmin
时，放电结束.
3.3 储能系统的充放电策略
独立光伏发电系统中，电源功率是间歇波动的.考虑到蓄电池和超级电容器的储能特性互补
以及负荷工作特性与光伏阵列之间的关系，提出对混合储能系统合理的充放电控制策略.
在太阳光照充足时，储能系统能够吸收多余的光伏电能并储存起来，提高光伏利用率；当光
照强度减弱时或遇到负荷冲击大时，储能系统能够释放储存的电能，保证供电质量；若出现长期
阴雨天气，光伏系统可能无法正常工作，储能系统仍能持续地向重要负荷提供电能，以保证供电
可靠性.
结合超级电容器的功率密度大、循环寿命长与蓄电池能量密度大的优势互补特点，需考虑将
超级电容器主要用来平滑不平衡功率，即承担频繁波动的功率，蓄电池主要用来承担其中的基本
功率.这样不仅可以有效回避超级电容器能量密度低的缺点，还可以避免蓄电池频繁充放电，从
而延长蓄电池的使用寿命.
根据以上充放电管理策略，分析该独立光伏发电系统的负荷缺电率的计算流程如图2所示.
Euc(k+1)=Euc(k)；Eba(k+1)=Eba(K)
k++
LPSP=LPS/EIt
开始
△p≥0
LPS+=0
储能装置充电 储能装置充电
△p=△p
K<T
结束
图2 负荷缺电率LPSP的计算流程图
4 混合储能系统容量优化
4.1 系统优化配置约束条件
由于光伏发电功率存在间歇性和波动性，结合蓄电池和超级电容器特性，我们可以利用超级电
·18·
容器平滑不平衡功率
∆p
中的频繁波动功率来为蓄电池避免频繁充放电服务.同时，我们让蓄电池承
担不平衡功率
∆p
中的基本功率，使其以额定功率充放电，有助于延长蓄电池的使用寿命.根据蓄电
池、超级电容器充放电和独立光伏发电系统的运行特性，提出储能系统容量优化如下约束条件：
（1）独立光伏发电系统的可靠性运行指标为负荷缺电率LPSP（Loss of Power Supply Probabili⁃
ty），负荷缺电率是负荷缺电量和负荷需求量的比值［10］
，即
LPSP =
∑k = 1
N
[ PL (kt) − (Ppv (kt) + Pb (kt) + Pc (kt)) × ηc] × t
∑k = 1
N
PL ( kt ) × t
，当光伏功率满足负荷需求时，即
∆p > 0
时，负荷的缺电量为零，这时储能系统处于充电状态；当光伏功率无法满足负荷需求时，即
∆p < 0
时，储能系统放电补充功率缺额.独立光伏发电系统的缺电率最大值约束着其运行的可靠
性，即LPSP( m, n ) ≤ LPSPmax .
（2）独立光伏发电系统的合理约束，即不平衡功率的约束条件必须满足：∆p = ( Pba ( kt,m ) +
Puc ( kt, n ) ) ηc = [ Pt ( kt ) − Ppv ( kt ) ηc ] .
（3）为使蓄电池和超级电容器能够正常运行，满足光伏发电系统各项性能指标要求，储能系
统容量优化配置的约束条件为：
ì
í
î
ïï
ïï
Pba (kt,m) ≤ Pban (m), Puc ( kt, n ) ≤ Puc max ( n )
Eba min (m) ≤ Eba (kt,m) ≤ Eban (m)
Euc min ( n ) ≤ Euc ( kt, n ) ≤ Euc max ( n )
.
4.2 全生命周期成本优化
独立光伏发电系统在满足其系统性能指标的要求下，寻找其储能装置的蓄电池组和超级电
容器组容量最小时的最优比，从而达到系统的安全和稳定，但这还不够，还必须考虑成本优化.传
统的经济优化常常只注重初始投入成本，而根据IEC 60300-3-3（国际电工委员会制定的全生命
周期费用的计算标准）的相关条例规定，系统设备的全生命周期费用（Life Cycle Cost，LCC）包括
设备从设计规划、制造安装、使用维修、废弃置换等整个过程所产生的总消费成本［12］
.全生命周期
费用大致分为三个成本，即购买成本（Acquisition Cost）、拥有成本（Ownership Cost）和处理成本
（Disposal Cost），全生命周期费用的理论表达式为LCC = Caq + Cow + Cdc .
式中，LCC为生命周期费用，Caq
为设备的购买成本，Cow为设备的拥有成本，Cdc
为设备的处
理成本（残值成本和报废成本）.
本文以储能装置的全生命周期成本（LCC）作为经济优化目标模型，将储能装置成本延展到初始
投入购置、安装运行、维护管理、报废置换等过程，使优化结果更贴近储能装置的全生命周期.根据全
生命周期成本理论，给出本文储能系统的经济目标函数表达式为：minC = Civ + Coc + Cmc + Cdc .
式中，Civ为储能设备的初期投入成本（Investment Cost），其中包括蓄电池组、超级电容器组及
其附加设备的购置成本；Coc为储能系统的运行成本（Operating Cost），其中包括蓄电池组和超级电
容器组的试验安装、运维损耗、停运损耗以及人工等成本；Cmc为储能系统的维护管理成本（Main⁃
·19·
tenance Cost），其中包括蓄电池组和超级电容器组故障前的定期检修维护成本和故障后的维修费
用；Cdc为储能设备的处置成本（Disposal Cost），其中包括蓄电池组和超级电容器组的失效报废成
本和残值成本.
储能设备的初期投入成本（考虑到折旧费用）为 Civ = mCb fb + nCc fc . 式中 m 为蓄电池的个
数，n为和超级电容器的个数，Cb为蓄电池的单价，Cc为超级电容器的单价，fb为蓄电池的折旧系
数，fc为和超级电容器的折旧系数.
储能系统的运行成本 Coc = mCb fob + nCc foc ，式中 fob和foc分别为蓄电池和超级电容器的运行
系数.
储能系统的维护管理成本 Cmc = mCb fmb + nCc fmc ，式中 fmb和 fmc分别为蓄电池和超级电容器
的维护系数（一般情况下，超级电容器不需要维护，所以超级电容器的维护系数fmc=0）.
储能设备的处置成本 Cdc = mCb fdb + nCc fdc ，式中 fdb 为蓄电池的处置系数，fdc 为超级电容器
的处置系数.
由上述可知，minC = (fb + fob + fmb + fdb ) mCb + ( fc + foc + fmc + fdc) nCc .
4.3 混合储能系统容量优化配置
综上分析，储能系统容量优化配置不仅要既考虑设备各项性能指标的约束条件，同时也要考
虑系统全生命周期的各项成本.因此，混合储能系统容量优化配置可表示为：
ì
í
î
ï
ï
ï
ï
ï
ï
ï
ï
Pba (kt,m) ≤ Pban (m), Puc ( kt, n ) ≤ Puc max ( n )
Eba min (m) ≤ Eba (kt,m) ≤ Eban (m)
Euc min (n) ≤ Euc (kt, n) ≤ Euc max (n)
min C = (fb + fob + fmb + fdb ) mCb + ( fc + foc + fmc + fdc) nCc
.
本文将传统储能系统容量优化配置只考虑经济优化问题延展到系统的全生命周期成本
（LCC），即初始投入购置、安装运行、维护管理、报废置换等四方面情况成本，在实际应用中更符
合实际情况，即满足光伏发电系统各项性能指标的条件下，系统在整个全生命周期中实现投资、
维护成本最小.
参考文献：
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护与控制，2010（7）：69 - 73.
［责任编辑：蒋 琴］
Capacity Optimal Configuration of Hybrid Energy Storage System
in Stand - alone PV Systems
YANG Lu
（Kaili Power Supply Bureau，Kaili，Guizhou，556000，China）
Abstract：Solar photovoltaic power generation is a new technology in China’s new energy applications.
To rationally and efficiently use solar power，we can establish an independent photovoltaic power gener⁃
ation system in the solar energy - rich areas. Because of the intermittent，fluctuating，and unstable na⁃
ture of solar energy，in order to improve the reliability of the power supply of the independent power
generation system and ensure the quality of the power supply，it is necessary to configure the energy
storage system for the power generation system in order to realize the power supply for day and night. In
the design of an independent photovoltaic power generation system，a mathematical model is estab⁃
lished for the work environment，working conditions，and working elements of an independent photo⁃
voltaic power generation system. Combined with the actual storage and discharge characteristics of bat⁃
teries and supercapacitors，the rational allocation and planning of the capacity of the battery and the su⁃
percapacitor ratio. Taking the life cycle of the energy storage system as the economic objective optimiza⁃
tion function，then established the constraint model of the reliability index of the power generation sys⁃
tem.
Key words：Stand - alone PV systems；battery；super capacitor；hybrid energy storage；capacity opti⁃
mization
·21·
南天竹叶中黄酮含量的测定
苑 静，黄亚琳①
（凯里学院，贵州 凯里 556011）
摘 要：通过单因素实验和正交实验，对黔东南州南天竹阴干叶子中黄酮含量进行了测
定，得出了优化提取工艺为料液比 1∶40、超声时间 60 min、浸泡时间 120 min、提取温度
54℃.实验结果显示南天竹阴干叶子中的黄酮含量为1.506%，RSD为0.002%（n=3）.对精
密度实验和加标回收实验数据分析后发现该方法具有测定精度高、误差小、准确度高等
优点，可用于南天竹阴干叶子中黄酮含量的分析.
关键词：南天竹；黄酮；紫外可见分光光度法
中图分类号：TQ28 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0022 - 07
南天竹Nandina domestica Thunb是隶属于小檗科的一种常绿小灌木，又名南天竺、天烛子、红枸
子、钻石黄等，叶片呈绿色和红色，圆锥形，果实红色［1］
.南天竹主要分布于长江流域及陕西、河南、江苏
等省［2］
，具有观赏、药用、食用、保护生态环境等用途［3］
.据《本草纲目》和《本草纲目拾遗》记载，南天竹可
用于治疗感冒发热，对于肺热咳嗽、跌打损伤等都有很好的疗效，其根、茎、叶、果均能入药［4］
.
据文献记载，南天竹的化学成分主要是木脂素、黄酮及生物碱等［5］
.黄酮类化合物，是一种常
见于自然界植物的重要代谢产物，又被人们称为黄酮体、黄碱素、类黄酮等，尤其在天然植物的根
茎叶及花果中普遍存在［6］
，也是人类食物中最丰富的一种多酚类物质，约占人类从食物摄入总量
的2/3
［7］
.此外黄酮类化合物具有良好的生理活性，能够减缓面部衰老，起到美容养颜的作用［8］
，也
能缓解咳嗽、祛痰、平喘、抗菌、抗炎和降血脂等［9 - 11］
，同时具有养肝护肝、解肝毒及抗氧化自由基
等功效［12］
.因此黄酮类化合物引起国内外天然药物和保健产品类的热门研究，被大量应用于医
药、保健食品领域方面［13］
.近些年来，许多学者对黄酮化合物的分析测定进行了多种方法的探究，
其中黄酮化合物的提取方法有双水相萃取分离法和超声波提取法等，测定黄酮化合物含量的方
法有高效液相色谱法、紫外可见分光光度法、毛细管电泳法等［14］
.
南天竹由于植株外形优美，适应环境的能力强，被广泛作为观赏植物栽培利用和研究.但对
其药用价值和化学成分的研究相对较少.因此测定南天竹叶子中黄酮含量，对于南天竹的科学开
发和综合利用具有一定的意义.
1 实验材料、仪器试剂
1.1 实验材料预处理
实验材料为凯里学院校园内采摘的新鲜南天竹叶片，用清水洗净污泥后阴干，然后将干燥好
收稿日期：2023 - 03 - 20
基金项目：凯里学院博士发展专项（BSFZ202104）
作者简介：苑静（1969 -），女，辽宁大连人，凯里学院理学院教授，研究方向为天然产物.
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·化 学·
·22·
的阴干叶子用粉碎机分别制成粉末，过60目的筛，备用.
1.2 实验仪器及试剂
实验仪器有 WK - 1000A小型高速粉碎机，AR2140型电子分析天平，SHZ - DⅢ循环水真空
泵，KQ - B型干燥器，TD5M型低速离心机和UV - 2550型紫外 - 可见分光光谱仪（岛津）.
实验试剂有 60% 乙醇，NaNO（2 分析纯、AlCl3和 NaOH 皆为分析纯，芦丁（C27H30O16，CAS 号：
153 - 18 - 4）纯度≥99.0％，实验用水为蒸馏水.
2 实验方法
2.1 试剂配制
分别配制5%的NaNO（2 该溶液现配先用）、10%的AlCl3和4%的NaOH溶液.
2.2 芦丁标准储备液制备
称取 2.00 mg芦丁标准品，用 60%乙醇溶液溶解，定容到 10 mL，配制的浓度为 0.000 2 mg/L，
于4℃冰箱中保存（避免阳光照射）.
2.3 标准曲线的制备
加入0.00、0.50、1.00、1.50、2.00 mL的芦丁标准溶液到5个10 mL容量瓶，再依次加入0.30 mL
5% NaNO2、0.30 mL 10% AlCl3和 4.00 mL 4% NaOH，用 60% 乙醇溶液分别定容到 10 mL，静置 8~
10 min，测定其吸光度值.
2.4 单因素实验
2.4.1 料液比对南天竹阴干叶子黄酮提取率影响
按照1∶8、1∶16、1∶24、1∶32、1∶40的料液比在5个50 mL 烧杯中加入5份完全粉碎好的南天竹
阴干叶子试样 0.50 g，浸泡 60 min，30℃超声 20 min，各取 1.00 mL 上述溶液，分别加入 5 个 25 mL
容量瓶中，用60％乙醇溶液定容至25 mL，过滤后保留滤液备用.
2.4.2 浸泡时间对南天竹阴干叶子黄酮提取率影响
分别称取5份南天竹阴干叶子0.50 g于50 mL 烧杯中，按照适宜料液比加入60％乙醇溶液浸
泡60、120、180、240、300 min，在30℃的条件下超声20 min，按照2.4.1的方法定容、过滤、备用.
2.4.3 超声时间对南天竹阴干叶子黄酮提取率影响
按照最佳的料液比和浸泡时间，在30℃的条件下超声20、40、60、80、100 min，按照2.4.1的方
法定容、过滤、备用.
2.4.4 提取温度对南天竹阴干叶子黄酮提取率影响
按照最佳的料液比、浸泡时间和超声时间，在30、36、42、48、54℃的恒温条件下提取南天竹阴
干叶子中的黄酮，按照2.4.1的方法定容、过滤、备用.
2.5 试样溶液的测定
移取1.00 mL南天竹阴干叶子提取液在10 mL容量瓶中，再依次加0.30 mL5% NaNO2
、0.30 mL 10%
AlCl3和4.00 mL 4%NaOH，摇匀，用60%乙醇溶液定容到10 mL，静置8~10 min，测定其吸光度.
2.6 正交实验
通过单因素实验，研究料液比、浸泡时间、超声时间、温度4个因素对南天竹阴干叶子中黄酮含
量的影响，并以南天竹阴干叶子中黄酮含量作为测定指标，各个因素选取3个水平，选用L（9 34
）正
交表对南天竹阴干叶子中黄酮提取进行研究，以确定最佳的提取条件.
2.7 南天竹阴干叶子提取液中黄酮含量的精密度实验
取3个10 mL的容量瓶进行编号.分别取1 mL南天竹阴干叶子提取液到上述3个容量瓶中，依
次加0.30 mL5% NaNO2、0.30 mL10% AlCl3和4.00 mL 4%NaOH，摇匀，用60%乙醇定容到10 mL，静
·23·
置8~10 min，测定其吸光度.
2.8 南天竹阴干叶子提取液中黄酮含量的加标回收实验
分别准确移取事先制备好的南天竹提取液1 mL和浓度为100 mg/L的芦丁标准溶液0.10 mL
于3个10 mL的容量瓶中，再依次加0.30 mL5% NaNO2、0.30 mL10% AlCl3和4.00 mL4% NaOH，摇
匀，用60%乙醇定容到10 mL，静置8~10 min，测定其吸光度.
2.9 南天竹阴干叶片提取液中黄酮含量的计算
南天竹阴干叶片提取液中黄酮含量通过以下公式计算：x = C × 250 × 10− 6
m
× 100%，式中，x
为南天竹阴干叶片中黄酮含量（%），C为待测样品溶液浓度（mg/L），250为稀释倍数，m为南天竹
叶样品的质量（g）.
3 实验结果与分析
3.1 黄酮紫外可见吸收光谱图和标准曲线的绘制
3.1.1 黄酮紫外可见吸收光谱图的绘制吸收值
波长/nm
400 450 500 550 600
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40 ? ? ?
? ? ? nm?
图1 黄酮紫外可见吸收光谱图
由图1在波长400~600 nm时用紫外可见分光光谱仪扫描，得到的最大吸收波长为506.4 nm.进行
分析可以发现黄酮类化合物的最大吸收峰为 506.4 nm，于是选取 506.4 nm 作为测定南天竹阴干
叶片中黄酮含量实验的测定波长.
3.1.2 黄酮标准曲线的绘制
0 10 20 30 40
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
吸光度
浓度/(mg/L)
y=0.014 x +0.004 4
R2
=0.999 92
图2 黄酮标准曲线
·24·
由图 2 可以发现用该方法绘制得出的黄酮标准曲线的线性方程为 y=0.014 x +0.004 4，R2
=
0.999 92，这表明用此方法测得的吸光度值与芦丁标准溶液具有很好的线性关系，也就是说采用
该实验方法测量的结果误差较低，在允许的范围内.
3.2 单因素结果
3.2.1 料液比对南天竹阴干叶子黄酮含量的影响
1∶8 1∶16 1∶24 1∶32 1∶40
1.28
1.30
1.32
1.34
1.36
1.38
1.40
1.42
1.44
1.46
1.48
黄酮含量
/
%
料液比
图3 料液比对黄酮含量的影响
由图3可以看出，当料液比为1∶32时，南天竹阴干叶片中的黄酮含量达到最高，提取效果最
好.原因是随着乙醇的加入，增加了南天竹阴干叶片与乙醇的接触面积，使得黄酮的溶解率增大，
选择料液比为1∶32.
3.2.2 超声时间对南天竹阴干叶子黄酮含量的影响
20 40 60 80 100
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
1.55
黄酮含量
/
%
超声时间/min
图4 超声时间对黄酮含量的影响
由图 4 可知，阴干南天竹叶片中黄酮含量在超声 100 min 时最低，仅为 1.326%.在 20~40 min
时因为超声时间的增加，南天竹阴干叶片中黄酮含量快速升高，当超声时间达到40 min时黄酮含
量达到最高值1.533%.当超声时间超过40 min时，黄酮含量开始下降.因此认为超声时间对南天
竹阴干叶片中黄酮的含量有一定影响，从整体效益考虑，确定超声时间为40 min最佳.
·25·
3.2.3 浸泡时间对南天竹阴干叶片黄酮含量的影响
60 120 180 240 300
1.24
1.26
1.28
1.30
1.32
1.34
1.36
1.38
1.40
1.42
黄酮含量/
%
浸泡时间/min
图5 浸泡时间对黄酮含量的影响
由图 5可知阴干南天竹阴干叶片在浸泡时间为 300 min时黄酮含量最低，仅为 1.248%.当浸
泡时间为180 min时黄酮含量最高为1.400%.从提高效益方面考虑，确定浸泡时间为180 min.
3.2.4 提取温度对南天竹阴干叶子黄酮含量的影响
30 36 42 48 54
1.40
1.42
1.44
1.46
1.48
1.50
1.52
1.54
1.56
1.58
黄酮含量
/
%
提取温度/℃
图6 提取温度对黄酮含量的影响
由图 6可以看出，提取温度在 48℃时黄酮含量达到最高点 1.565%，30℃时的黄酮含量最低 .
提取温度在 30℃~48℃时黄酮含量开始持续升高，在温度达到 54℃时开始下降，这可能是随着提
取温度的升高，南天竹阴干片中的黄酮更容易溶出.
3.3 正交实验结果
通过单因素的实验，以乙醇作为溶剂，筛选出了4个影响因素中每组最佳的3个水平，每组3
个水平最佳影响因素见表1.然后将每组最佳的3个水平进行正交实验.
表1 因素水平表
因素
1
2
3
料液比/（g/mL）
1∶24
1∶32
1∶40
浸泡时间/min
120
180
240
超声时间/min
20
40
60
提取温度/℃
42
48
54
根据正交实验计算出的R值可以分析出各组影响因素对南天竹阴干叶子中黄酮含量的影响
大小，由表2中4个因素的R的值可以得出，对南天竹阴干叶子黄酮含量的影响程度为浸泡时间
的影响最小，超声时间较小，提取温度较大，料液比最大.
·26·
表2 正交实验及结果
因素
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
R
A料液比/（g/mL）
1∶24
1∶24
1∶24
1∶32
1∶32
1∶32
1∶40
1∶40
1∶40
4.326
4.564
4.648
1.442
1.521
1.549
0.107
B浸泡时间/min
120
180
240
120
180
240
120
180
240
4.529
4.517
4.492
1.510
1.506
1.497
0.013 0
C超声时间/min
20
40
60
40
60
20
60
20
40
4.553
4.427
4.558
1.518
1.476
1.519
0.043 0
D提取温度/℃
42
48
54
54
42
48
48
54
42
4.366
4.552
4.620
1.455
1.517
1.540
0.085 0
黄酮含量/%
1.412
1.428
1.486
1.534
1.489
1.541
1.583
1.600
1.465
通过比较 K1、K2、K3数值大小可以得出 4个影响因素中每组最佳的南天竹阴干叶片提取工
艺，根据表2中K1、K2、K3数值可以得出南天竹阴干叶子最佳提取工艺分别为超声时间60 min、料
液比1∶40、浸泡时间120 min、提取温度54℃，这一条件下提取出的南天竹阴干叶子中黄酮含量最高.
3.4 南天竹阴干叶片提取液的精密度实验和加标回收实验结果
3.4.1 南天竹阴干叶片提取液的精密度实验结果
对已经制备好的南天竹阴干叶片提取液进行一系列的精密度实验，验证该实验方法是否具
有良好的测定效果，平行测定3组，得到了如表3的实验数据.
表3 精密度实验结果
项目
1
2
3
浓度/（mg/L）
30.124
30.124
30.123
吸光度
0.426
0.426
0.426
平均浓度/（mg/L）
30.124
RSD/%
0.002
由表3的实验数据分析可知，在相同条件下测定得到的南天竹阴干叶子提取液的浓度十分接
近，由测定的精密度实验数据可计算出RSD为0.002%（n=3），说明该方法的精密度较好，方法可行.
3.4.2 南天竹阴干叶片提取液的加标回收实验结果
由表 4 实验数据计算可以得出，南天竹阴干叶子提取液的平均回收率为 100.5%，RSD 为
0.35%（n=3），实验方法的相对标准偏差小于2%，得出该测定结果较为精确.
表4 加标回收实验结果
项目
1
2
3
样品质量/μg
301.24
加标量/μg
10
加标后质量/μg
311.29
311.26
311.33
回收率/%
100.5
100.2
100.9
平均回收率/%
100.5
RSD/%
0.35
4 结论
以凯里学院采集的南天竹阴干叶片为实验材料，用紫外可见分光光度法对南天竹阴干叶片
·27·
提取液中的黄酮含量进行测定.在单因素实验中，筛选出4种因素对南天竹阴干叶子中黄酮含量
的影响，包括超声时间、料液比、提取温度和浸泡时间，并在此基础上筛选出每个单因素中的3组
条件进行正交实验，由此得出了提取南天竹阴干叶子黄酮含量的最佳条件.然后用紫外可见分光
光度计进行定量测定最佳提取条件下的南天竹叶片提取液中的黄酮含量，测定数据表明南天竹
阴干叶片中的黄酮含量为1.506%，RSD为0.002%（n=3）.对精密度实验和加标回收实验的实验结
果加以分析后发现该方法适用于测定南天竹阴干叶片中的黄酮含量.在实验误差允许的情况下，
本实验得到了较为准确的分析结果.
参考文献：
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2007，47（26）：8083 - 8086.
［责任编辑：刘红霞］
Determination of Flavonoid Content in the Leaves of Nadina
domestica
YUAN Jing，HUANG Ya⁃lin
（Kaili University，Kaili，Guizhou，556011，China）
Abstract：The flavonoids content in dry leaves of Nadina domestica Thunb in southeast Guizhou was
studied by single factor experiment and orthogonal experiment，and the optimum extraction process was
obtained as follows：material - liquid ratio of 1∶40，ultrasonic time of 60 min，soaking time of 120
min，and extraction temperature of 54°C. The results showed that the flavonoid content within the dried
leaves of N. domestica was 1.506% with an associate RSD of 0.002%（n = 3）. Analysis of precision ex⁃
periment and recovery experiment data. This method has the advantages of high precision，small error，
and high accuracy. It can be used to analyze the content of flavonoids in the dried leaves of N. domestica.
Key words：Leaves of Nadina domestica；flavonoids；UV - Vis spectrophotometry
·28·
非粮油料植物-油莎草的理化性能研究
周 全，胡莉蓉，姚 宇，闫 倩①
（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412000）
摘 要：为拓宽生物柴油产业发展的原料来源，对油莎草种子采用石油醚浸提法提取原
油，再对其油品的理化性能进行测定分析，同时以油莎草种子原油为原料制备生物柴油，
并对其脂肪酸组成进行测定 . 结果发现：油莎草种子的含油量为 21.71%，原油酸值为
1.65 mg KOH/g，皂化值为196.06 mg KOH/g，碘值为79.57 mg I2/100g，分子量为865.70；脂
肪酸组成为饱和脂肪酸7.51%，单不饱和脂肪酸为32.33%，多不饱和脂肪酸为60.16%.由
此可见，油莎草种子原油的各项指标基本符合生物柴油对原料的要求，可以将其作为一
种制备生物柴油的潜在原料来源进行开发研究.
关键词：生物柴油；油莎草；理化性能；脂肪酸组成
中图分类号：TQ28 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0029 - 35
1 前言
随着全球经济快速增长，化石能源如煤炭、石油、天然气的消耗也在不断增加.化石能源的过
度使用给人类带来了能源与环境危机，因此开发可再生能源成为急需解决的问题［1 - 2］
.生物柴油，又
名脂肪酸甲酯或乙酯，是以油脂（如废弃油脂、动植物油脂等）为原料，通过相关工艺制备的可直接
替代或与石化柴油调和使用的一种液体燃料.它主要具有硫和芳烃含量极少、可再生、运输安全、
润滑性好、易降解、燃烧后粉尘颗粒排放低、温室气体排放低等优点［3］
，受到世界的广泛关注.
生物柴油能作为可替代能源的主要原因之一在于其原料在世界范围内的可获得性.据报道，
全球有超过 350种油料作物可作为生物柴油生产潜在的资源，油料类别有食用油、非食用油、动
物油脂和其它油料［4 - 9］
.在整个生物柴油的生产工艺中，其原料成本占据了75%左右［10］
.因此，使
用成本低、来源广阔和高品质的原料是促进生物柴油快速发展的关键.
目前，各国都已筛选合适的油脂原料并用于生物柴油的生产.欧美地区农耕发达，主要以粮
食油料作为油脂原料.欧洲地区油脂原料主要为菜籽油，美国则主要为大豆油，东南亚地区则主
要以棕榈油作为其重要的生物柴油原料来源［11 - 12］
.我国人口众多，人均耕地面积少，稳定农业和
保证国民的粮食安全是基本国策，不宜以食用资源作为生物柴油的原料来源，因此择非粮油料植
物作为原料是我国发展生物柴油产业的首要选择.
油莎草 Cyperus esculentus L.为莎草科莎草属多年生草本植物，常作一年生作物栽培 .油莎草
原产北非及地中海沿岸一带，广泛栽培在非洲、欧洲、亚洲、美洲的热带和亚热带地区.1960年中
国科学院植物研究所北京植物园由保加利亚引入试种成功，后在内蒙古、辽宁、广东、广西、福建、
收稿日期：2023 - 03 - 10
基金项目：湖南省教育厅科学研究项目（22C0893）
作者简介：周全（1990 -），女，湖南株洲人，湖南化工职业技术学院讲师，研究方向为生物柴油和材料化学制备.
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·29·
新疆和甘肃等地试种成功.油莎草作为非粮油料，可生长在沙地、滩涂及荒坡等边际性土地上，与
现有粮油菜及其他经济作物不争地不争水，且具有产量与含油量高适应性强［13］
的优点，可初步筛
选为生物柴油的制备原料.
2 实验材料、试剂与仪器
2.1 实验材料
实验用油莎草种子购于安徽亳州中药材市场.
2.2 实验试剂及仪器
2.2.1 实验试剂
实验所用试剂有石油醚（AR）、95%乙醇、氢氧化钾（0.10 mol/L）、酚酞指示剂、蒸馏水、95%乙
醇：石油醚（1∶1）的混合溶剂、KOH乙醇溶液（0.5 mol/L）、盐酸溶液（0.50 mol/L）、酚酞 - 乙醇溶液
（0.5%）、NaI溶液（0.60 mol/L）、淀粉溶液、硫代硫酸钠溶液（0.10 moL/L）、环己烷 - 冰乙酸溶液（1∶1）、
韦氏试剂（0.10 moL/L）、氢氧化钠粉末（AR）和甲醇（AR）等.
2.2.2 实验仪器
实验用仪器有真空干燥箱（DZF6020）、小型高速粉碎机、索氏提取器、旋转蒸发仪、电子天
平、分析天平、集热式恒温加热磁力搅拌器（DF - 101S）、烧杯、圆底烧瓶、滴定管、锥形瓶、回流冷
凝管、分液漏斗、Agilent 6890N GC - MS 5973气 - 质联用仪（FID检测器，原装色谱工作站）、色谱
柱：HP - Innowax柱（60 m×320 μm，0.5 μm）.
3 实验方法
将油莎草种子粉碎，通过石油醚浸提法进行原油提取，对油莎草种子含油量、原油酸值、碘
值、皂化值和平均分子量进行理化性质测定，再制备生物柴油，测定其脂肪酸组成，分析其燃油性
能，评价油莎草作为生物柴油原料的可行性.
3.1 油莎草种子含油量的测定
根据国家标准 GB/T 14488.1 - 2008进行测定，用石油醚作溶剂，使用适当的抽提装置，将植
物油料中的石油醚可溶物提取出来，除去溶剂，称量提取物的质量.
将油莎草种子置于烘箱中烘干，再将其粉碎.称重10.00 g油莎草种子粉末，用石油醚做溶剂，
用索氏提取器在95℃条件下进行回流提取5 h，旋蒸出石油醚，最后称重提取的油莎草种子原油.
含油量（W0
）以测试样的质量分数表示，按式（1）计算：
W0＝m1
m0
×100% （1）
式中，W0为油莎草种子含油量（以质量分数计，%），m0为油莎草种子粉末（g），m1为油莎草种
子原油（g）.
3.2 油莎草种子油酸值的测定
按照GB/T 5530 - 2005的方法测定.将试样溶解于混合溶剂中，用氢氧化钾乙醇溶液（可用氢
氧化钾水溶液代替，但加入水溶液的量不能造成滴定液两相分离）滴定中和 1g油脂中游离脂肪
酸所需的氢氧化钾的量，用mg/g表示.
量取50 mL 95%乙醇∶石油醚（1∶1）的混合溶剂于250 mL锥形瓶中，准确称取油莎草种子原
油 1.00 g于锥形瓶内，加入 2 - 3滴酚酞指示剂，再用 0.1 mol/L KOH 标准溶液（现配置，以邻苯二
甲酸氢钾标定）边摇动边滴定，至出现微红色且在30 s内不褪色即为终点，所使用的KOH标准溶
液体积记为 V1.同时另取一锥形瓶不加试样，做空白对照，所使用的 KOH 标准溶液体积记为 V2.
酸值（AV）计算公式如下：
·30·
酸值（AV）＝( V1 - V2 )·C·56.1
m . （2）
式中，V1为滴定试样消耗的KOH标准溶液体积（mL），V2为滴定空白消耗的KOH标准溶液体
积（mL），C为KOH标准溶液的浓度（mol/L），56.1为KOH摩尔质量（g/mol），下同，m为油莎草种子
原油质量（g）.
3.3 油莎草种子油皂化值的测定
按照GB/T 5534 - 2008方法进行测定，利用酸碱中和法，将种子油在加热条件下与一定量的
KOH乙醇溶液进行皂化反应，然后用标定的盐酸溶液滴定过量的KOH.
称取油莎草种子原油 1.0 g，加入 25.0 mL 0.5 mol/L KOH 乙醇溶液，连接回流冷凝管与锥形
瓶，并将锥形瓶放在加热装置上慢慢煮沸，同时打开搅拌功能，油脂维持沸腾状态 2 h.加 0.5~1.0
mL0.5%酚酞 - 乙醇溶液作为指示剂于热溶液中，并用0.5 mol/L HCl标准溶液滴定到指示剂的粉
色消失，记下所消耗的盐酸体积 V1.按照上述步骤说明，再用 25.0 mL的 0.5 mol/L KOH 乙醇溶液
进行空白试验，记下所消耗的盐酸体积V2 .
油莎草种子油的皂化值按式（3）计算：
皂化值（SV）＝( V2 - V1 )·C·56.1
m . （3）
式中，V1为滴定试样用去的盐酸溶液体积（mL），V2为滴定空白用去的盐酸溶液体积（mL），C
为HCl标准溶液的浓度（mol/L），m为油莎草种子原油质量（g）.
3.4 油莎草种子油碘值的测定
按照GB/T 5532 - 2008方法进行测定，在溶剂中溶解试样，加入韦氏试剂反应一定时间后，加
入碘化钾和水，用硫代硫酸钠溶液滴定析出的碘.
称取0.13 g油莎草种子原油于玻璃称量皿中，再将盛有试样的称量皿放入500 mL锥形瓶中，
加入20 mL环己烷和冰乙酸等体积混合溶剂溶解试样.用移液管准确加入25 mL韦氏试剂（含一
氯化碘的乙酸溶液），盖好塞子，摇匀后将锥形瓶置于暗处2 h.除不加韦氏试剂外，其余按以上步
骤作空白溶液.到达规定的反应时间后，加20 mL 0.60 mol/L NaI溶液和150 mL水.用标定过的硫
代硫酸钠标准溶液滴定至碘的黄色接近消失.加入6滴淀粉溶液继续滴定，一边滴定一边用力摇
动锥形瓶，直到蓝色刚好消失.同时做空白溶液的测定.
油莎草种子原油的碘值按式（4）计算：
W1＝12.69·c·( V1 - V2 )
m （4）
式中，W1为试样的碘值，用每100 g样品吸收碘的克数表示（g/100 g），c为硫代硫酸钠标准溶
液的浓度，单位为摩尔每升（mol/L），V1为空白溶液消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积（mL），V2为样
品溶液消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积（mL），m为油莎草种子原油的质量（g）.
3.5 油莎草种子油分子质量测定
以测得的油莎草种子原油的酸值和皂化值计算油莎草种子原油的平均分子量［14］
.公式如下：
分子量＝56·1·1000·3
SV - AV （5）
式中，SV为皂化值（mg KOH/g），AV为酸值（mg KOH/g）.
3.6 生物柴油的制备及脂肪酸组分分析
由于油莎草种子原油的酸值为 1.65 mg KOH/g，酸值低，故在制备生物柴油时可直接进行酯
交换反应，无需进行预酯化处理（降酸值）.
称取 NaOH 0.9 g，加入到装有 30 mL CH3OH 的圆底烧瓶中，放入磁子，搅拌 10 min，直至
·31·
NaOH溶解在CH3OH中.再加入30 g油莎草种子原油，装上冷凝管，控制温度为50℃，油浴下搅拌
30 min.反应结束后，冷却，将反应液转入分液漏斗中，静置取上层液 .对所制备的生物柴油采用
GC - MS进行脂肪酸组分分析，结果如表1所示.
表1 油莎草种子原油脂肪酸组分及含量
序号
1
2
3
4
5
保留时间/min
4.674
9.301
11.203
13.537
16.485
分子式
C16H32O2
C18H34O2
C18H32O2
C20H38O2
C18H30O2
组分名称
棕榈酸
油酸
亚油酸
花生烯酸
亚麻酸
含量/%
7.51
32.33
40.36
12.93
6.87
分子量/（g/mol）
256
282
280
311
278
4 实验结果与分析
通过理化测试计算可得油莎草种子的含油量为 21.71%，酸值为 1.65 mg KOH/g，皂化值为
196.06 mg KOH/g，碘值为79.57 mg I2/100g，采用公式（5）计算，油莎草原油分子量为865.70.
油莎草种子原油酸值为1.65 mg KOH/g，可以确定其在制备生物柴油时不需要前期降酸值预
处理，可以直接进行酯交换反应，大大简化了制备工艺，节省了制备成本.并且其种子含油率大于
20%，种子原油的皂化值小于 200 mg KOH/g，碘值小于 135 mg I2/100g，是符合生物柴油原料所规
定的标准的.
同时，从碘值（碘值与脂肪酸不饱和度成正比）可以得知，该原油的不饱和度比较高，其所含
的的不饱和脂肪酸含量比较高，从而可以判断油莎草种子油制备的生物柴油的低温流动性较好
（生物柴油的冷滤点与不饱和脂肪酸含量成反比）.与此同时，从皂化值可以判断出该油品的纯度
比较好.
通过对油莎草生物柴油的脂肪酸组分分析可知，油莎草种子油的碳链长度主要集中在 C16
到C20之间，饱和脂肪酸为7.51%，单不饱和脂肪酸为32.33%，多不饱和脂肪酸为60.16%（表1），
这样的结果和碘值测试分析的结果一致.PINZI等2009年报道［15］
，最佳燃料性能的生物柴油应由
富含单不饱和脂肪酸（C16：1、C18：1）、尽量低含量的多不饱和脂肪酸（C18：2、C18：3）及一定量
的饱和脂肪酸（C16：0、C18：0）的油料制备.实验由结果分析可知，油莎草种子原油制备的生物柴
油具有良好的燃油性能.
综上所述，油莎草原油物理指标均符合生物柴油对原料的要求，并且油莎草适应能力强，生
长周期短以及收效快，用其制备出的生物柴油也具有良好的燃油性能，可以用作制备生物柴油的
潜在原料来源.
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- 2341.
［责任编辑：刘红霞］
Study on the Physical and Chemical Properties of Non - grain Oil
Plants Cyperus esculentus
ZHOU Quan，HU Li⁃rong，YAO Yu，YAN Qian
（Hunan Chemical Vocational Technology College，Zhuzhou，Hunan，412000，China）
Abstract：In order to broaden the source of raw materials for the development of biodiesel industry，
crude oil was extracted from Cyperus esculentus L. seeds by petroleum ether extraction，and then the
physical and chemical properties of the oil were determined and analyzed by national standard method.
At the same time，biodiesel was prepared from C. esculentus L. seeds by esterification or transesterifica⁃
tion，and its fatty acid content was determined by GC - MS. The results of physicochemical test showed
that the oil content of C. esculentus L. seeds was 21.71 %，the acid value of crude oil was 1.65 mg
KOH/ g，the saponification value of crude oil was 196.06 KOH/ g，the iodine value of crude oil was
79.57 mg I2/100g，and the molecular weight of crude oil was 865.70. The fatty acid composition test re⁃
sults showed that the saturated fatty acid was 7.51 %，the monounsaturated fatty acid was 32.33 %，
and the polyunsaturated fatty acid was 60.16 %. The results show that the physical indexes of C. escul⁃
entus crude oil meet the requirements of biodiesel for raw materials，and can be used as a potential raw
material source for biodiesel preparation.
Key words：Biodiesel；Cyperus esculentus L.；the physical and chemical properties；fatty acid compo⁃
sition
·33·
黔东南州蓝莓农药残留检测和风险评估
刘太阳1
，周 敏2
，冯 毅1
，刘文锋1*
（1.黔东南州农产品质量安全检测中心，贵州 凯里 556000；2.凯里学院，贵州
凯里 556011）
摘 要：2022年，笔者在贵州省黔东南州境内进行随机取样监测，以麻江、丹寨、从江、凯
里、三穗等地作为蓝莓样品的主要采集点，随机采集40份样品，每份为（500±1）g.采用液
相色谱 - 质谱联用仪和气相色谱 - 质谱联用仪检测蓝莓中 55种农药残留水平，评估黔
东南州蓝莓中农药残留风险.结果显示，在黔东南州内取样的40份蓝莓中有3份样品检
出了农药残留，共检出 3种农药，检出次数共 3次，检测值分别为：吡虫啉 0.42 mg/kg，氯
氟氰菊酯0.13 mg/kg，腐霉利0.083 mg/kg.检出结果均未超过国家规定的最大残留限量，
表明黔东南州内蓝莓检测样品中的农药残留不会对人体造成不良影响.
关键词：蓝莓；农药残留；风险评估；黔东南州
中图分类号：TS255 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0034 - 06
随着农业种植技术的飞速发展以及人们对生活品质要求的不断提高，农产品质量安全越来
越受到人们的关注.为了确保人民群众在日常生活中能够吃得放心、吃得安心，国家开始大力发
展农产品质量安全检测.农产品质量安全检测工作是农产品质量安全管理的重要内容，可以切实
提升我国的农产品质量安全水平，是实施农产品质量安全监管的重要技术支撑，同时在发展现代
农业、提高农产品市场竞争力和调节农产品进出口贸易等方面具有十分重要的意义.
水果作为供应人体维生素、膳食纤维等营养物质的重要产品在我国居民膳食消费中占据较
大比重，而水果中的蓝莓又被评为“人类五大健康食品之一”［1］
.蓝莓又称蓝浆果或越橘，为杜鹃
花科越橘属植物，具有极高的营养价值.蓝莓不仅含有丰富的矿物质、维生素等营养成分，还含有
花青素、黄酮、多酚等活性物质，同时具有防止脑神经老化、保护视力、改善记忆力、增强人体免疫
功能、抗癌、防止氧化应激损伤和改善心血管健康等功能［2］
，2017年获得“浆果之王”的美誉［3 - 4］
.
我国蓝莓的种植面积约为 103.5 万亩，主要分布在云贵高原、东北、胶东半岛和长江中下游等地
区，其中贵州省蓝莓种植面积约为 19.4万亩，黔东南州约有 16万亩，位于全省之首，形成了以麻
江、丹寨、从江等县为主的蓝莓种植产业园区.
蓝莓作为黔东南州大力发展的精品水果，为保证质量，一直以来都是有机种植［5］
.本研究选
收稿日期：2023 - 04 - 01
基金项目：贵州省普通高等学校青年科技人才成长项目（黔教合KY字［2022］086号）；黔东南州科技计划项目（黔东南科合J字
［2021］49号）；贵州省教育厅自然科学研究项目（黔教合KY字［2020］183）
作者简介：刘太阳（1991 -），男，贵州天柱人，黔东南州农产品质量安全检测中心助理农艺师，研究方向为农产品检测.
*通讯作者：刘文锋（1969 -），男，贵州丹寨人，黔东南州农产品质量安全检测中心研究员.
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·34·
择黔东南州为研究区域，以麻江、丹寨、从江、凯里和三穗等地作为蓝莓样品的主要采集点，随机
采集40份样品，每份为（500±1）g.通过检测样品中农药残留量来评价黔东南州蓝莓的农药残留水
平及风险水平［6 - 10］
，为该地区蓝莓产业发展提供基础研究资料.
1 实验材料、试剂及仪器
1.1 实验材料
2022年选择黔东南州作为蓝莓采样区域，以麻江、丹寨、从江、凯里和三穗等地作为蓝莓样品
的主要采集点，包括种植大户、种植基地、龙头企业、家庭农场、专业合作社和商超等，其中每份样
品（500±1）g，共采集40份.
1.2 实验试剂及仪器
1.2.1 实验试剂
实验所用试剂主要有乙腈（色谱纯，美国 TEDIA 公司），甲醇（色谱纯，美国 TEDIA 公司），乙
酸乙酯（色谱纯，美国TEDIA公司），甲酸铵（99.0%，Sigma - Aldrich），QuEChERS［11］
样品前处理盐
包（山东青云实验耗材有限公司）和实验室用水（一级水）.
1.2.2 实验仪器
本实验所用仪器主要有超高效液相色谱 - 串联质谱仪（H - Class/TQ - S Micro，美国 Waters
公司），气相色谱 - 质谱联用仪（7890B - 7000C，美国 Agilent 公司），1% 天平（PL2002，瑞士梅特
勒 - 托利多公司），纯水/超纯水一体机（Option Q15，上海威立雅水处理技术有限公司），旋涡混合
器（Lab Dancer，德国IKA公司）和高速离心机（德国Biofuge公司）.
2 实验方法
2.1 标准溶液的配制
将1.0 g/L的农残标准品用移液枪精准吸取1 mL转移至10 mL的容量瓶中，加入乙腈定容至
刻度线，配制成100 mg/L的单一标准储备液，放入 - 20℃冰箱中保存.后续根据实验的需要，使用
乙腈逐级稀释成相应浓度的混合标准工作液.
2.2 样品的前处理
使用分析天平称取10.0 g样品放入50 mL离心管中，用移液枪准确加入10 mL的乙腈后放入
一颗陶瓷均质子，使用振荡器剧烈震荡1 min，然后加入4 g无水硫酸镁、1 g氯化钠、1 g柠檬酸钠
二水合物和0.5 g柠檬酸二钠盐倍半水合物，继续使用振荡器剧烈震荡1 min，将振荡完全的离心
管放入离心机内，转速 4000 r/min，离心 5 min.吸取上清液至内含除水剂和净化材料的塑料离心
管中（每 1 mL 的上清液需使用 150 mg 无水硫酸镁、25 mg PSA）；涡旋混匀 1 min，使之充分摇匀 .
将净化完全的样品放入离心机内，转速4000 r/min，离心5 min.吸取上清液过微孔滤膜，用于超高
效液相色谱 - 串联质谱仪测定.
准确吸取 2 mL 上清液于 10 mL 的试管中，40℃水浴中氮吹至近干，加入 1 mL 乙酸乙酯复溶
过微孔滤膜，用气相色谱 - 质谱联用仪测定.
2.3 仪器条件
2.3.1 超高效液相色谱 - 串联质谱仪
色谱柱为ACQUITY UPLC HSS T3 2.1×10 mm，1.8 μm，流动相（A为5 mmol/L甲酸铵 - 甲醇，
B为水，C为 5 mmol/L 甲酸铵 - 水，D为乙腈），柱温为 40℃，样品温度为 20℃，流速为 0.4 mL/min.
进样量为2 μL，洗脱梯度见表1.
·35·
表1 农药残留的洗脱梯度
时间/min
0.00
0.25
12.25
13.00
13.10
17.00
流动相A/%
2
2
98
98
2
2
流动相B/%
/
/
/
/
/
/
流动相C/%
98
98
2
2
98
98
流动相D/%
/
/
/
/
/
/
2.3.2 气相色谱 - 质谱联用仪
色谱柱为HP - 5ms 30×0.25×0.25，气体及流速（mL/min）：载气为高纯氦气，1淬灭气为高纯氦
气，2.25，进样方式为不分流，进样量为1 μL，进样口温度280℃.
2.4 蓝莓中55种农药残留检测方法
将40份样品经上述前处理方法后，采用超高效液相色谱 - 串联质谱法和气相色谱 - 质谱联
用法进行检测，本次所检测的55种农药，具体参数和采用的标准方法见表2.
表2 55种农药的检测方法
农药种类
啶虫脒、氧乐果、多菌灵、灭多威、嘧霉胺、克百威、抗蚜威、噻虫
啉、吡虫啉、内吸磷、噻虫嗪、辛硫磷、二嗪磷、噻嗪酮、醚菌酯、啶
酰菌胺、噻螨酮、哒螨灵、咪鲜胺、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、烯
酰吗啉、烯啶虫胺、丙溴磷、稻瘟灵、多效唑
灭蝇胺、对硫磷、苯醚甲环唑、氟虫腈、甲拌磷（包括砜和亚砜）、
敌敌畏、毒死蜱、氟氯氰菊酯、腐霉利、甲基对硫磷、甲氰菊酯、氯
氟氰菊酯、氰菊酯、氯菊酯、联苯菊酯、氰戊菊酯、三氯杀螨醇、特
丁硫磷（包含砜和亚砜）、乙酰甲胺磷、异菌脲、甲霜灵、甲胺磷、
乐果、马拉硫磷、三唑磷、三唑酮、水胺硫磷、戊唑醇、三唑醇、地
虫硫磷
检测方法
GB 23200.121-2021《食品安全国
家标准 植物源性食品中331种农药
及其代谢物残留量的测定液相色
谱 - 质谱联用法》
GB 23200.113-2018《食品安全国
家标准 植物源性食品中208种农药
及其代谢物残留量的测定 气相色
谱-质谱联用法》
2.5 膳食摄入风险评估
2.5.1 长期膳食摄入
采用国家农药残留标准审评委员会推荐的方法进行膳食暴露风险评估.国家估计每日摄入
量（NEDI）［12］
使用公式计算.
NEDI=（STMR×F）/bw. 式中，NEDI为国家估计每日摄入量，单位mg/（kg·d）；STMR为农药残留
中值，单位mg/kg，本研究中用各农药的残留平均值代替；F为消费者每日摄入蓝莓的量，单位kg/d；
bw采用消费者人群的平均体重，单位kg，本研究中消费者人群的平均体重按60 kg进行计算.
2.5.2 慢性风险评估
慢性膳食暴露风险评估（%ADI）［13 - 14］
采用公式计算 .%ADI = NEDI
ADI
× 100.式中，%ADI 为慢性
膳食暴露风险，ADI为农药每日允许摄入量，单位mg/（kg·d）.
%ADI 越大，风险越大 . 当%ADI≤100% 时，表示慢性摄入风险消费者可以接受；当%ADI＞
100%时，表示可能会给消费者产生慢性膳食摄入风险.
目前《中国居民膳食指南（2022）》中，只统计了水果大类的摄入量，没用统计水果小类的消费
·36·
数据，也没有蓝莓膳食消费数据.但蓝莓属于日常食用较广的水果，与其他水果的农药残留情况
有一定的相似性，故使用《中国居民膳食指南（2022）》推荐的我国人均膳食结构中水果每日摄入
量300 g
［15］
进行长期膳食摄入和慢性风险评估.但由于我国人均膳食结构中水果每日摄入量包括
各种水果的摄入量，其中也包含蓝莓摄入量，若蓝莓的长期膳食摄入和慢性风险评估直接采用每
日水果摄入量最大值计算，可能会增大长期膳食暴露风险.
3 实验结果与分析
3.1 定量限与限量值
根据 GB 23200.121 - 2021《食品安全国家标准 植物源性食品中 331种农药及其代谢物残留
量的测定液相色谱 - 质谱联用法》［16］
和 GB 23200.113 - 2018《食品安全国家标准 植物源性食品
中208种农药及其代谢物残留量的测定 气相色谱 - 质谱联用法》［17］
所检测的54种农业残留的方
法定量限为0.01 mg/kg，其中甲氨基阿维菌素苯甲酸盐方法定量限是0.005 mg/kg；55种农药残留
的最大残留限量值参考GB 2763 - 2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》［18］
.
3.2 农药残留情况
40个蓝莓样品进行了农药残留检测分析［19 - 21］
，其中3个样品检出含有农药残留，总检出率为
7.50%，共检出3种农药，检出次数共3次，如表3.检出的农药残留为吡虫啉检出1次，氯氟氰菊酯
检出1次，腐霉利检出1次.
依据 GB 2763 - 2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》，实验样本的蓝莓所检
测的55种农药均有响应，检出的农药均为低毒性常用农药，并且含量极低，未检测出超过最大残
留限量的农药.其中检出的腐霉利未在蓝莓上登记，具体农药残留情况见表3.
表3 3种农药的残留水平
农药种类
吡虫啉
氯氟氰菊酯
腐霉利
农药残留检测值/（mg/kg）
0.420
0.130
0.083
最大残留限量/（mg/kg）
5
0.2
/
检出次数
1
1
1
3.3 农药残留长期性膳食摄入和慢性风险评估
目前《中国居民膳食指南（2022）》中只有水果大类的摄入量，同时我国居民食用水果品种较
多，本着风险最大化原则，蓝莓的长期膳食摄入和慢性风险评估直接采用每日水果摄入量最大值
计算.慢性膳食暴露风险评估采用水果农药残留为检出农药残留水平的平均值.未检出的农药不
进行评估 .农药每日允许摄入量（ADI）采用 GB 2763—2019《食品安全国家标准食品中农药最大
残留限量》规定的值.
根据蓝莓农药残留检测检出的各农药残留平均值及其每日允许摄入量（ADI）和我国人均膳
食结构中水果每日摄入量（暂无蓝莓膳食消费数据）进行长期性膳食摄入和慢性风险评估，具体
结果见表4.检出的3种农药残留中，吡虫啉国家估计每日摄入农药量（NEDI）为0.002 1 mg/kg，仅
占 ADI 的 3.50%，氯氟氰菊酯国家估计每日摄入农药量（NEDI）为 0.000 65 mg/kg，仅占 ADI 的
1.63%，腐霉利国家估计每日摄入农药量（NEDI）为0.000 415 mg/kg，仅占ADI的0.42%.本次研究
中，吡虫啉的残留慢性膳食摄入风险最高，为 3.50%，但也远远小于 100%，同时其余农药残留慢
·37·
性风险%ADI均小于100%，说明黔东南州的蓝莓慢性风险在可接受范围［22］
.
表4 蓝莓中农药残留长期性膳食摄入和慢性风险评估
农药种类
吡虫啉
氯氟氰菊酯
腐霉利
平均残留量/（mg/kg）
0.420
0.130
0.083
每日允许摄入量ADI/（mg/kg）
0.06
0.04
0.10
NEDI/（mg/kg）
0.002 1
0.000 65
0.000 415
%ADI/%
3.50
1.63
0.42
4 讨论
本研究采用了超高效液相色谱 - 串联质谱仪和气相色谱 - 质谱联用仪对黔东南州蓝莓样品
中的农药残留进行了检测分析，结果显示蓝莓中的农药残留水平整体较低，少部分样品存在农药
残留现象.检测的40份样品中，仅有3份样品有3种农药检出，分别为吡虫啉、氯氟氰菊酯、腐霉利，
相对应的农药残留检测值依次为0.420、0.130、0.083 mg/kg，其中腐霉利未在蓝莓上登记.检测结果
均未超过GB 2763 - 2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》所规定的最大残留限量.
由于黔东南州蓝莓采用的是有机种植，造成农药残留的主要原因可能是邻近作物用药漂移导致的.
同时进行膳食摄入风险评估，蓝莓中检出的农药残留对于普通人群长期性膳食摄入（NEDI）和慢性
风险评估（%ADI）处于较低水平，说明黔东南州的蓝莓慢性风险在可接受范围.
本次研究结果发现黔东南州草莓中仅有少部分的农药残留检出，并且其残留浓度远远低于
国家规定的最大残留限量，不会对人体健康造成危害，但仍是影响农产品质量安全的隐患因素 .
因此，仍然需要引起政府足够的重视，加强种植过程中对农药使用的监管的力度，降低农药对黔
东南州蓝莓质量安全影响的风险水平，确保蓝莓的质量安全.
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［责任编辑：刘红霞］
Pesticide Residue Detection and Risk Assessment of Blueberry in
Qiandongnan
LIU Tai⁃yang1
，ZHOU Min2
，FENG Yi1
，LIU Wen⁃feng1
（1.Examing and Inspection center for agricultural products safety and quality of Qiandongnan Prefecture，Kaili，Guizhou，556000，
China；2. Kaili University，Kaili，Guizhou，556011，China）
Abstract：LC - MS and GC - MS were used for determination of residues of the level of 55 pesticide
residues in blueberry samples collected randomly from Guizhou Qiandongnan Prefecture in 2022，with
Majiang，Danzhai，Congjiang，Kaili，Sansui and other places as the main collection points for blueber⁃
ry samples，40 samples were randomly collected，each weighing（500±1）g，to evaluate the risk of pes⁃
ticide residues in blueberries in Guizhou Qiandongnan Prefecture. The results showed that Pesticide
residues were detected in 3 samples of 40 blueberries，3 pesticides were detected，3 times in total，the
detection value of imidacloprid is 0.420 mg/kg，the detection value of cyfluthrin is 0.130 mg/kg，the de⁃
tection value of pythilide is 0.083 mg/kg. The average value of food safety index in blueberries related
to pesticide residues did not exceed the national maximum residue limit in Guizhou Qiandongnan Pre⁃
fecture. Dietary intake risk assessment，the pesticide residues detected in blueberries are at low levels
for long - term dietary intake（NEDI）and chronic risk（%ADI）in the general population. Our findings
suggest that the potential hazard level of pesticide residues in blueberries in Guizhou Qiandongnan Pre⁃
fecture is acceotable.
Key words：Blueberry；pesticide residue；risk assessment；Qiandongnan
·39·
不同地理种源红豆树幼苗叶片功能性状与碳氮磷化
学计量分析
崔 珺，孙 梦，程瀚远，徐晶晶，刘宇捷，潘 健①
（黄山学院，安徽 黄山 245041）
摘 要：为了解地理环境因子对不同种源红豆树Ormosia hosiei的影响及其响应和适应特
征，以引种在安徽省黄山市祁门县渣湾采育场红豆树2年生幼苗为研究对象，对9个种源
红豆树的叶片功能性状、化学计量指标、种源地环境因子进行综合分析 .结果显示：9个
地理种源红豆树叶功能性状种源间变异系数为6.88%—32.02%，化学计量种源间变异系
数为2.90%—30.84%，叶片碳含量（LC）变异系数最小（3.20%），且种源间差异不显著，说
明C元素是红豆树叶片最稳定的元素.9个地理种源红豆树叶形指数（LI）、干物质量（LD⁃
MC）、叶片氮（N）、磷（P）及化学计量比差异显著；红豆树生长受到引种地磷（P）元素的限
制；种源地的经度、年平均降水和年平均温度等环境因子对其叶功能性状和化学计量具
有显著影响，表明红豆树幼苗对地理环境变化具有局部适应.本引种区较适合引种浙江
龙泉和四川雅安两个种源地的红豆树.
关键词：地理种源；红豆树；功能性状；碳氮磷化学计量
中图分类号：S791 文献标识码：A 文章编号：1673 - 9329（2023）03 - 0040 - 11
植物功能性状代表着植物的生态特征，包含形态特征、生理特征以及物候特征.这些特征不
仅决定了植物对环境变化的响应，同时也影响植物自身营养水平和生态系统特征［1］
.植物种群分
布越广泛，其环境适应的范围就会更广［2］
.植物可以通过表型可塑性、生态分化及局域适应来应
对气候环境的变化，植物种群所选择的策略将决定植物种群应对气候变化的能力［2］
.叶片是植物
进行光合作用的重要部分，叶片的功能性状能很好地反映植物对环境变化适应所形成的适应对
策［3 - 4］
. 这些功能性状包括比叶面积（SLA，special leaf area）、叶片面积（LA，leaf area）、叶形指数
（LI，leaf index）、叶片干物质量（LDMC，leaf dry matter content）等 .除了功能性状外，植物叶片的
化学计量特征也可以反映植物的生态策略.植物叶片中的碳（C）、氮（N）、磷（P）及其计量特征比，
均能很好地反映植物对环境中养分的吸收、利用以及对环境的适应情况［5］
.植物的关键生长阶段
是幼苗期［6］
，该阶段叶片的可塑性强，对环境的变化极其敏感［7］
.因此，将植物幼苗阶段作为研究
重点，分析该阶段植物叶片功能性状和化学计量特征更能反映其生态策略.
大尺度（全球和区域）的环境异质性会影响植物的叶片性状［8］
，植物为适应环境变化会采取
收稿日期：2023 - 02 - 10
基金项目：安徽省高校自然科学研究一般项目（KJHS2019B13）；黄山学院校级人才启动项目（2019xkjq012）；国家级大学生创
新创业训练计划项目（202010375027）
作者简介：崔珺（1986 -），女，安徽桐城人，黄山学院生命与环境科学学院讲师，研究方向为植物栽培和生态学.
第 41 卷第 3 期
2023 年 6 月
凯里学院学报
Journal of Kaili University
Vol. 41 No. 3
Jun. 2023
·生物学·
·40·
调整叶片形态和调节自身养分循环来进行应对.地理分布广泛的植物长期生长在差异较大的环
境条件下，为了适应其所在地区的环境变化，会在功能性状及生理特性等方面产生变异来应对环
境变化，这样就会形成地理种源［9］
.地理种源差异主要有三种来源：第一种是表型可塑性（异质环
境条件下基因表达不同）［10］
，第二种是基因型差异（长期适应异质环境导致），第三种是由两者共
同作用所形成的.总的来说，地理种源差异与环境因子密切相关.在众多环境因子中，水分占主导
地位，水分对植物的光合作用、生长发育以及植物更新都具有限制性［11］
，如 Jacobs［12］
曾指出叶片
长宽会受到降水的影响.植物的生长发育还会受到温度的影响，王楚楚［13］
等研究指出，不同种源
刨花楠功能性状产生变异的主要是由种源地气温差异所导致的.光照对植物叶片的功能性状影
响，主要体现在叶长、叶宽、比叶面积和气孔特征等方面［5］
.环境因子中土壤养分也会对植物的功
能形态及化学计量特征产生重要的影响［14］
.
红豆树 Ormosia hosiei Hemsl et Wils是国家Ⅱ级保护珍稀濒危植物，隶属于蝶形花科 Papilio⁃
naceae 红豆属 Ormosia，是珍贵的用材树种和优美的庭院观赏树种［15］
.近年关于红豆树的研究主
要集中在其群落结构特征［16］
、遗传多样性和遗传分化［15］
、种子性状多样性［17 - 18］
、化学成分［19 - 20］
等
方面，由于该树种天然林破坏殆尽［15］
，因此本阶段的重点任务就是红豆树种质资源的收集、保护
以及良种繁育.因此，本试验选取9个不同种源的红豆树幼树叶片的功能性状和化学计量特征指
标，通过在安徽省黄山市祁门县渣湾采育场引种试验 ，探究种源地环境与采育场立地环境对红
豆树幼树叶片功能性状及化学计量特征的影响.研究结果旨在为红豆树种质资源的保护、收集和
后期的良种繁育及适宜的栽培环境的选择等奠定基础.
1 研究方法
1.1 样品地理信息
试验所选用的材料为2017年采自9个不同地理种源的红豆树种群（表1），2017年10月，取不
同地理种源红豆树的种子作为繁殖材料，带回安徽省黄山市祁门县渣湾采育场（29º37'05\"N，117º
32'30\"E）进行播种.红豆树种子在去除杂质之后，将种子与湿沙以1∶4的比例混合搅拌均匀进行
沙藏，沙藏期间适当补水翻搅.2018年2月对红豆树种子进行浸种处理，分三步进行：0.3%的高锰
酸钾浸种消毒 24 h，50℃温水浸种 24 h，赤霉素（200 ppm）浸种 24 h.浸种完成后在查湾自然保护
区苗圃内，按照不同采种地分区播种育苗并做好标识.该保护区属于亚热带湿润季风气候，夏季
温度高雨水多，冬季温差小且少雨，年平均气温16.6℃，大于10℃的年活动积温达4897℃.雨量充
沛，多年平均降水量1750 mm，集中在7~9月，平均相对湿度达85%［21］
.
表 1 不同种源红豆树种源地特征
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
种源
福建建瓯
福建南平
福建浦城
四川成都新津
四川雅安
重庆
湖南张家界
浙江龙泉
江西九江
简称
CG
NP
PC
XJ
YA
CQ
ZJJ
LQ
JJ
经度（E）
118º23'
117º48'
118º30'
103º49'
103º06'
105º11'
110º27'
110º28'
113º34'
纬度（N）
27º07'
26º48'
27º55'
30º25'
29º58'
28º10'
29º14'
28º04'
25º29'
年均气温/℃
18.8
18.5
17.4
16.5
15.8
17.0
17.0
17.8
18.9
年平均降水/mm
1663
1756
1700
987
1250
1350
1400
1568
1635
无霜期/d
286
305
254
309
290
273
270
290
263
·41·
为排除研究中土壤养分差异造成的干扰，本研究采用容器育苗，利用相同基质进行种植.此
次试验对容器苗的基质进行理化性质采样调查（表2）.
表2 容器土土壤理化性质
土壤指标
平均值±标准差
变异系数
N含量/（g/kg）
12.47±1.07
8.58%
C含量/（g/kg）
229.1±20.62
9.00%
P含量/（g/kg）
0.20±0.03
14.60%
含水率/%
0.27±0.02
7.68%
土壤酸碱度
5.05±0.09
1.71%
1.2 样品采集
红豆树播种至采样期间未移苗，2020年8月以2年生红豆树苗为试验对象，每个种源的红豆
树选取10株标准株，选择植株中部东南西北四个方向上的8片生长健壮没有病虫害的叶片用于
叶片功能性状及碳氮磷含量的测定.
1.3 叶片功能性状的测定
首先用电子分析天平秤量叶片鲜重（FW），再使用 YMJ - C 型叶面积仪（浙江托普仪器有限
公司）测量叶片长度（LL）、宽度（LW）以及叶面积（LA），并做好记录 .上述试验完成后，将叶片装
入纸袋，写上编号后依次放入烘箱，在105℃杀青后，将烘箱温度调至65℃，将样品烘干至恒重，称
量样品干质量（DW），计算比叶面积［22］
：SLA=A*N/G，式中 A 为平均单叶面积，单位 m2
；N 为叶片
数，单位枚；G为N个叶片的干物质重量，单位g.
利用叶片的长度（LL）和宽度（LW）进行叶形指数（LI）计算：LI=LL（cm）/LW（cm）.
利用叶片的干重（DW）和鲜重（FW）进行叶干物质含量（LDMC）的计算：LDMC=DW（g）/FW（g）.
1.4 碳氮磷元素测定
按照种源编号将对应的烘干叶片用粉碎机磨成粉末，过 60目筛后装袋供化学分析用［23］
，主
要测定指标有碳（C）、氮（N）和磷（P），其中使用EA3000型元素分析仪测定植物叶片碳（LC）和氮
（LN），植物样品采用湿式消化法（HNO3 - HClO4，3∶1）消化［24］
后使用 Alliance - Futura 连续流动
分析仪测定磷（LP），然后完成后进行碳氮比（LC∶N）、碳磷比（LC∶P）和氮磷比（LN∶P）的计算.
1.5 数据分析
本试验采用SPSS 22.0和R软件对数据进行统计分析并绘图.采用单因素方差分析和Duncan
法进行多重比较（α=0.05）对不同地理种源红豆树幼苗叶片功能性状进行种源间差异性分析，用
Pearson法分析各功能性状和化学计量特征间的相关性，用主成分（PCA）分析法筛选出对红豆树
功能性状及化学计量影响较大的环境因子，用冗余分析（RDA）分析各地理种源环境因子对红豆
树幼树叶片功能性状及化学计量特征的影响.
2 试验结果与分析
2.1 不同地理种源红豆树幼树叶片功能性状及化学计量特征差异
对不同地理种源红豆树幼树叶片功能性状和化学计量特征指标进行方差分析（表3），可知不
同地理种源红豆树幼树叶片的叶形指数、叶干物质量、叶片氮含量、叶片磷含量、叶片碳氮比均存
在极显著差异（P < 0.01），叶片的碳磷比和氮磷比存在显著差异（P < 0.05）.
·42·
表3 不同地理种源红豆树功能性状及化学计量特征方差分析
功能性状
叶形指数
叶面积
比叶面积
叶干物质量
叶片氮含量
叶片碳含量
叶片磷含量
碳氮比
碳磷比
氮磷比
自由度（df）
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
平方（SS）
0.644
14 602.638
67.524
0.020
427.111
1 713.801
1.452
234.838
172 361.568
641.158
均方（MS）
0.080
182 5.330
8.441
0.003
53.389
214.225
0.181
29.355
215 45.196
80.145
F
7.958
1.585
1.161
38.566
86.538
0.985
8.417
304.857
2.745
3.165
P
0.000**
0.198
0.373
0.000**
0.000**
0.479
0.000**
0.000**
0.036*
0.020*
*表示P < 0.05，**表示P<0.01
不同地理种源红豆树幼苗功能性状种源间变异系数为 6.88%—32.02%，其中叶面积变异系
数最大（32.02%），其次是比叶面积（21.40%），变异系数排在第三的是叶形指数，最小是干物质含
量（6.88%）.不同地理种源红豆树叶片的叶形指数和叶片干物质含量差异显著，但是叶面积差异
不显著，另外比叶面积在湖南张家界和浙江龙泉两个种源地差异显著（表4）.
表4 不同地理种源红豆树幼树功能性状差异
种源地
福建建瓯
福建南平
福建浦城
四川成都新津
四川雅安
重庆
湖南张家界
浙江龙泉
江西九江
总体
Total
叶形指数
2.07±0.07 bc
（3.33%）
2.02±0.08 bc
（4.00%）
2.10±0.09 b
（4.17%）
2.08±0.10 b
（4.75%）
1.89±0.06 c
（3.42%）
2.08±0.15 bc
（7.46%）
2.45±0.21a
（8.47%）
2.13±0.10 b
（4.54%）
2.31±0.25 a
（10.70%）
2.13±0.18
（8.38%）
叶面积/cm2
25.64±9.04 a
（35.27%）
29.91±10.00 a
（33.44%）
28.62±6.95 a
（24.27%）
20.03±5.17 a
（25.83%）
24.80±3.62 a
（14.58%）
20.79±3.34 a
（16.06%）
21.77±3.37 a
（15.50%）
22.33±5.11 a
（22.87%）
17.46±3.45 a
（19.78%）
23.03±7.37
（32.02%）
比叶面积/（m2
/kg）
11.96±1.41 ab
（11.82%）
13.48±1.21 ab
（8.99%）
14.05±0.64 ab
（4.57%）
15.03±0.73 ab
（4.83%）
17.63±0.67 ab
（3.78%）
14.53±1.28 ab
（8.78%）
14.28±1.46 a
（10.26%）
12.22±2.56 b
（20.94%）
12.76±1.15 ab
（9.02%）
12.91±2.76
（21.40%）
叶片干物质含量/（g/g）
0.48±0.01 a
（2.21%）
0.42±0.01 c
（1.99%）
0.39±0.01 e
（2.88%）
0.41±0.02 cd
（3.91%）
0.44±0.01 b
（3.29%）
0.40±0.03 de
（3.29%）
0.40±0.02 d
（5.38%）
0.41±0.01 cd
（2.55%）
0.40±0.01 de
（1.58%）
0.42±0.03
（6.88%）
注：平均值±标准差，字母代表种源间差异性，括号内为变异系数；下同.
·43·
