Agronomie 15 (1995) 59-69
DOI: 10.1051/agro:19950107

Heat of combustion, degree of reduction and carbon content: 3 interrelated methods of estimating the construction cost of plant tissues

C. Gary^a, JS Frossard^b and D. Chenevard<sup>b

a</sup>  Carnegie Institution of Washington, Department of Plant Biology, 290, Panama Street, Stanford, CA 94305, USA
^b  Unité associée bioclimatologie-PIAF (INRA - université Blaise-Pascal), centre de recherches de Clermont-Ferrand-Theix, domaine de Crouelle, F63039 Clermont-Ferrand cedex 02, France

Abstract - During the last decade, degree of reduction (calculated from elemental composition), heat of combustion and carbon content have been proposed as 3 ways of estimating the construction cost of plant tissues. There is a fairly good agreement among these 3 methods, as they are all based on the link between the energy content of biomass and its reduction level. This relationship is not absolute and the regression coefficient between heat of combustion and degree of reduction may vary according to the chemical composition of biomass. The relation between degree of reduction and carbon content is implicitly based on the consequences in terms of molecular weight of the replacement of 1 oxygen atom by 2 hydrogen atoms in the process of reduction of photoassimilates (carbohydrates) into the various biomass compounds. Different trends can be observed on woody and non-woody tissues, which get richer in energy by increasing their content in lignin and lipids, respectively. Finally, the biosynthetic efficiency is also affected by the chemical composition of biomass. Therefore, while these 3 methods provide efficient and fairly simple tools for the estimation of the construction cost of biomass, they should not be used without considering what the dominant compounds of the plant tissues under study are and without choosing proper parameters in consequence.

Résumé - Chaleur de combustion, degré de réduction et teneur en carbone : 3 méthodes voisines d'estimation du coût de croissance des tissus végétaux. Au cours des dernières années, 3 méthodes nouvelles d'estimation du coût de synthèse de la biomasse ont été proposées, à partir de son degré de réduction (calculé grâce à sa composition élémentaire), de sa chaleur de combustion ou bien de sa teneur en carbone. Ces 3 méthodes donnent des résultats comparables car elles reposent toutes sur une relation générale entre le contenu énergétique de la biomasse et son niveau de réduction. On n'observe pourtant pas de corrélation parfaite entre ces résultats car le coefficient de régression entre chaleur de combustion et degré de réduction varie avec la composition chimique des tissus végétaux analysés. La relation entre degré de réduction et teneur en carbone est implicitement basée sur les conséquences pondérales du remplacement d'un atome d'oxygène par 2 atomes d'hydrogène au cours de la réduction des assimilats en divers constituants de la biomasse. De fait, on observe des comportements différents pour les tissus ligneux et non-ligneux, qui deviennent riches en énergie par accumulation respectivement de lipides et de lignine. Enfin, l'efficience biosynthétique est également sensible à la composition chimique de la biomasse. Par conséquent, si les 3 méthodes présentées dans cet article constituent un ensemble cohérent d'outils opérationnels et relativement simples d'estimation du coût de synthèse de la biomasse, elles ne doivent pas être utilisées sans connaître quels sont les composants dominants du matériel végétal étudié et sans en tirer des conséquences pour le choix des paramètres des relations proposées.

Key words: construction cost / growth yield / heat of combustion / elemental analysis / carbon content / energy content / Juglans regia L = walnut

Mots clés : efficience de croissance / chaleur de combustion / analyse élémentaire / teneur en carbone / contenu énergétique / Juglans regia L = noyer