伯樂樹木材纖維形態(tài)特征及其徑向變異的研究

林 鵬，俞友明*，黃華宏，童再康，駱文堅(jiān)，陳春梅

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)種苗管理總站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省慶元縣林業(yè)局，浙江 慶元 323800）

伯樂樹木材纖維形態(tài)特征及其徑向變異的研究

林 鵬1，俞友明1*，黃華宏1，童再康1，駱文堅(jiān)2，陳春梅3

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；2. 浙江省林業(yè)種苗管理總站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省慶元縣林業(yè)局，浙江 慶元 323800）

對(duì)伯樂樹（Bretschneidera sinensis）的木材纖維形態(tài)特征進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果表明：伯樂樹木纖維長(zhǎng)度平均值為1 140.49μm，寬度平均值為34.91μm，雙壁厚平均值為16.00μm，壁腔比平均值為0.90，腔徑比平均值為0.54，長(zhǎng)寬比平均值33；纖維長(zhǎng)度、寬度、雙壁厚、壁腔比、腔徑比、長(zhǎng)寬比都不同程度地隨輪齡逐漸增加，第9年后均變緩，樹齡對(duì)纖維長(zhǎng)度與寬度影響不顯著。

伯樂樹；纖維形態(tài)；徑向變異

伯樂樹（Bretschneidera sinensis），屬伯樂樹科伯樂樹屬，是我國Ⅱ級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物[1]，系第三紀(jì)孑遺植物及東亞植物區(qū)系的特有成分。

木纖維是闊葉樹材的主要組織，約占整個(gè)木材解剖分子數(shù)量的80%，木纖維形態(tài)特征是直接影響木材材質(zhì)及木漿強(qiáng)度的指標(biāo)之一，木纖維形態(tài)特征的變異規(guī)律又是木材材質(zhì)改良的基礎(chǔ)[2]，而纖維形態(tài)特征在不同樹種間存在明顯的差異，即使同一樹種不同植株，或同株不同部位亦有差別[3]。資料表明：個(gè)體間往往比種源間、無性系間差異更大[4]。因此，弄清個(gè)體間株內(nèi)纖維形態(tài)特征及其變異規(guī)律是非常重要的。

1 材料與方法

1.1 材料

伯樂樹取自浙江省慶元實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)1992年?duì)I建的人工林，選取林分平均木3株伐倒，在樣木胸高處切取厚度約3 cm的圓盤，在圓盤上測(cè)定年輪寬度。然后每個(gè)圓盤沿南北方向通過髓心截取寬度為2 cm試條，取奇數(shù)年輪作為試塊，共24個(gè)試塊，用于測(cè)定纖維長(zhǎng)度、寬度、雙壁厚、腔徑。

1.2 方法

木材細(xì)胞離析：硝酸-氯酸鉀法，即Schaltze法[5]。離析完畢之后，纖維長(zhǎng)度在放大4倍的光學(xué)顯微鏡下測(cè)量100根，纖維寬度和腔徑在放大40倍的光學(xué)顯微鏡下測(cè)量50根。

數(shù)據(jù)處理及分析：采用SPSS、Excel軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 木纖維形態(tài)特征

伯樂樹木纖維形態(tài)特征參數(shù)見表1。

2.2 木纖維長(zhǎng)度

研究和實(shí)踐說明，纖維長(zhǎng)度大，不僅能提高紙張的撕裂度，而且有利于提高紙張的抗拉強(qiáng)度、耐破度和耐折度。因此，纖維長(zhǎng)度是衡量造紙用材優(yōu)劣的重要因子之一[2]。從表1中可以得知，伯樂樹木纖維長(zhǎng)度平均值為1 140.49μm，根據(jù)木材解剖分子分級(jí)規(guī)定[2]，屬中等（900～1600μm）。

2.2.1 木纖維長(zhǎng)度的徑向變異 Pashin和Zeeuw將木材纖維徑向變異歸納為3種類型：Ⅰ型，變化曲線是水平的表示成熟細(xì)胞長(zhǎng)度保持穩(wěn)定不變；Ⅱ型，從幼齡材向成熟材過渡的曲線表明長(zhǎng)度逐漸增加；Ⅲ型，拋物曲線表明細(xì)胞長(zhǎng)度增加到最大值，然后縮短[3]。由伯樂樹木纖維長(zhǎng)度的徑向變異（圖1）可以看出，伯樂樹木材自髓心向外，木纖維長(zhǎng)度逐漸變大，到第九年后變化逐漸平穩(wěn)，屬于PashinⅢ型，反映了樹木生長(zhǎng)發(fā)育過程中樹齡對(duì)材性影響的一般規(guī)律，即在髓心附近，樹木處于幼齡期，形成層原始細(xì)胞尚未成熟，細(xì)胞長(zhǎng)度較短，到達(dá)成熟期后，形成層原始細(xì)胞分裂及長(zhǎng)度變化相對(duì)穩(wěn)定。

通過不同年輪的木纖維長(zhǎng)度方差分析（表2）可以看出，在α= 0.05水平上，整個(gè)生長(zhǎng)輪內(nèi)，樹齡對(duì)伯樂樹木纖維長(zhǎng)度有顯著影響，而在第9年后，樹齡對(duì)纖維長(zhǎng)度影響不顯著。

2.2.2 不同年輪的木纖維長(zhǎng)度頻率分布 按照100μm的間距，對(duì)木纖維長(zhǎng)度頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖2。由圖2可知，不同年輪的木纖維長(zhǎng)度的分布不同，第1年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在900～1 200μm，占總頻數(shù)的80%，最大頻率出現(xiàn)在900～1 000 μm；第3年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在1 000～1 300 μm，占總頻數(shù)的72%，最大頻率出現(xiàn)在1 100～1 200 μm；第5年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在900～1 300 μm，占總頻數(shù)的76%，最大頻率出現(xiàn)在1 100～1 300 μm；第7年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在 ＜ 900 μm與900～1 300 μm，占總頻數(shù)的81%，最大頻率出現(xiàn)在900 μm以下；第9年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在1 000～1 400 μm，占總頻數(shù)的84%，最大頻率出現(xiàn)在1 100～ 1 200 μm；第11年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在1 000～1 400 μm，占總頻數(shù)的60%，最大頻率出現(xiàn)在1 000～1 100 μm；第13年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在1 000～1 400 μm，占總頻數(shù)的62%，最大頻率出現(xiàn)在1 200～1 400 μm；第15年，木纖維長(zhǎng)度主要集中在1 000～1 400 μm，占總頻數(shù)的55%，最大頻率出現(xiàn)在1 300～1 400 μm。

表1 伯樂樹木纖維形態(tài)特征參數(shù)Table 1 Parameter forB. sinensiswood fiber properties

圖1 伯樂樹木纖維長(zhǎng)度的徑向變異Figure 1 The radial variation of fiber length

表2 伯樂樹不同年輪的木纖維長(zhǎng)度方差分析Table 2 ANOVA on fiber length of different annual ring

圖2 伯樂樹木纖維長(zhǎng)度分布Figure 2 D istribution of fiber length

2.3 木纖維寬度

纖維寬度對(duì)制漿、造紙及紙張性能有一定的影響，一般腔大壁薄的纖維對(duì)紙張成型及纖維交織有利，而壁厚腔小的纖維撕裂強(qiáng)度較高[6]。

2.3.1 木纖維寬度的徑向變異 伯樂樹木纖維寬度的徑向變異見圖3，由圖3可知，伯樂樹纖維寬度的徑向變異幅度比纖維長(zhǎng)度要小得多，自髓心向外，木纖維寬度逐漸變大，到第9年后變化逐漸平穩(wěn)。

不同年輪的木纖維寬度方差分析見表3。通過表3可以看出，在α= 0.05水平上，整個(gè)生長(zhǎng)輪內(nèi)，樹齡對(duì)伯樂樹木纖維寬度有顯著影響，而在9年以后，樹齡對(duì)纖維寬度影響不顯著。

圖3 伯樂樹木纖維寬度的徑向變異Figure 3 The radial variation of fiber w idth

表3 伯樂樹不同年輪的木纖維寬度方差分析Table 3 ANOVA on fiber width of different annual ring

2.3.2 不同年輪的木纖維寬度頻率分布 伯樂樹木纖維寬度平均值為34.91 μm，按照2 μm的間距，對(duì)木纖維寬度頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4。由圖4可知，第1年，木纖維寬度主要集中在 ＜ 28 μm與28～36 μm，占總頻數(shù)的93%，最大頻率出現(xiàn)在28～30 μm；第3年，木纖維寬度主要集中在30～38 μm，占總頻數(shù)的74%，最大頻率出現(xiàn)在30～32 μm；第5年，木纖維寬度主要集中在28～38 μm，占總頻數(shù)的71%，最大頻率出現(xiàn)在34～36 μm；第7年，木纖維寬度主要集中在30～38 μm之間，占總頻數(shù)的67%，最大頻率出現(xiàn)在30～32 μm；第9年，木纖維寬度主要集中在32～42 μm與 ＞ 42 μm，占總頻數(shù)的91%，最大頻率出現(xiàn)在34～36 μm；第11年，木纖維寬度主要集中在30～42 μm，占總頻數(shù)的86%，最大頻率出現(xiàn)在34～36 μm；第13年，木纖維寬度主要集中在32～42 μm與 ＞ 42 μm，占總頻數(shù)的92%，最大頻率出現(xiàn)在36～38 μm；第15年，木纖維寬度主要集中在32 ～42 μm與 ＞ 42 μm，占總頻數(shù)的83%，最大頻率出現(xiàn)在38～40 μm。

2.4 木纖維雙壁厚

圖4 伯樂樹木纖維寬度的分布Figure 4 Distribution of fiber w idth

纖維壁厚不僅關(guān)系到紙張強(qiáng)度，也是木材質(zhì)量、基本密度和強(qiáng)度性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。纖維雙壁厚的大小對(duì)制漿的影響很大，纖維壁厚，形成的紙張組織膨松而多孔，撕裂度大而引力與爆破因子下降，壁薄則具有很強(qiáng)的張力，紙張耐折[8]。

2.4.1 木纖維雙壁厚的徑向變異 從伯樂樹木纖維雙壁厚的徑向變異（圖5）可以看出，伯樂樹木材自髓心向外，木纖維雙壁厚逐漸變大，到第9年后變化逐漸平穩(wěn)。

2.4.2 不同年輪的木纖維雙壁厚頻率分布 伯樂樹木纖維雙壁厚平均值為16.00 μm，按照2 μm的間距，對(duì)木纖維雙壁厚頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，第1年，木纖維雙壁厚主要集中在10～16 μm，占總頻數(shù)的94%，最大頻率出現(xiàn)在12～14 μm；第3年，木纖維雙壁厚主要集中在10～18 μm，占總頻數(shù)的92%，最大頻率出現(xiàn)在14～16 μm；第5年，木纖維雙壁厚主要集中在10～18 μm，占總頻數(shù)的85%，最大頻率出現(xiàn)在12～14 μm；第7年，木纖維雙壁厚主要集中在10～20 μm，占總頻數(shù)的89%，最大頻率出現(xiàn)在14～16 μm；第9年，木纖維雙壁厚主要集中在12～20 μm，占總頻數(shù)的93%，最大頻率出現(xiàn)在16～18 μm；第11年，木纖維雙壁厚主要集中在14 μm以上，占總頻數(shù)的78%，最大頻率出現(xiàn)在14～16 μm與18～20 μm；第13年，木纖維雙壁厚主要集中在14 μm以上，占總頻數(shù)的95%，最大頻率出現(xiàn)在20 μm以上；第15年，木纖維雙壁厚主要集中在14 μm以上，占總頻數(shù)的83%，最大頻率出現(xiàn)在18～20 μm。

圖5 伯樂樹木纖維雙壁厚的徑向變異Figure 5 The radial variation of fiber wall thickness

圖6 伯樂樹木纖維雙壁厚的分布Figure 6 Distribution of fiber wall thickness

2.5 木纖維壁腔比

纖維壁腔比是纖維雙壁厚與腔徑之比，它的大小影響紙張性能。壁腔比小的管胞，打漿時(shí)容易崩解、帚化，管胞間結(jié)合緊密，制成的紙張強(qiáng)度大[9]。

2.5.1 木纖維壁腔比的徑向變異 從伯樂樹木纖維壁

腔比的徑向變異（圖7）可知，木材自髓心向外，木纖維壁腔比逐漸變大，到第九年后變化逐漸平穩(wěn)。

2.5.2 不同年輪的木纖維壁腔比頻率分布 伯樂樹木

纖維壁腔比平均值為0.90，Runkel的研究指出：纖維壁腔比小于1者為上等造紙用材；纖維壁腔比等于1者為中等造紙用材；纖維壁腔比大于1者為劣等用材

[10]。伯樂樹木纖維壁腔比小于1，說明伯樂樹適合作為造紙?jiān)稀?/p>

按照0.2 μm的間距，對(duì)木纖維壁腔比頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖8。由圖8可知，第1年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的99%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～0.8；第3年，木纖維壁腔比主要集中在0.6～1.2，占總頻數(shù)的83%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～0.8；第5年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的90%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～0.8；第7年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的93%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～0.8；第9年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的93%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～1.0；第11年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的81%，最大頻率出現(xiàn)在1.0～1.2；第13年，木纖維壁腔比主要集中在0.8以上，占總頻數(shù)的76%，最大頻率出現(xiàn)在0.8～1.0；第15年，木纖維壁腔比主要集中在1.2以下，占總頻數(shù)的77%，最大頻率出現(xiàn)在0.6～0.8。

圖7 伯樂樹木纖維壁腔比的徑向變異Figure 7 The radial variation of fiber ratio of wall thickness to cavity

圖8 伯樂樹木纖維壁腔比的分布Figure 8 Distribution of fiber ratio of wall thickness to cavity

2.6 木纖維腔徑比

伯樂樹木纖維腔徑比平均值為0.54。

2.7 木纖維長(zhǎng)寬比

纖維長(zhǎng)寬比是一項(xiàng)僅次于纖維長(zhǎng)度的十分重要的纖維形態(tài)指標(biāo)，評(píng)價(jià)一個(gè)樹種纖維是否適合于造紙，不僅需要了解它的長(zhǎng)度、寬度、壁厚的變幅、平均值等因子，而且需要明確其長(zhǎng)寬比。長(zhǎng)寬比比值越大，打漿時(shí)纖維有較大的結(jié)合面積，紙漿撕裂指數(shù)高，成紙強(qiáng)度高；反之不宜打漿，紙漿強(qiáng)度低[11]。

伯樂樹木纖維長(zhǎng)寬比平均值33，有關(guān)學(xué)者研究認(rèn)為，長(zhǎng)寬比大的纖維適于作造紙材料，獲得的紙張強(qiáng)固性和割裂性都好，長(zhǎng)寬比大于33，纖維之間方能很好交織[12～13]。

3 結(jié)論

伯樂樹纖維形態(tài)的測(cè)定和分析結(jié)果表明，17年樹齡的伯樂樹木纖維長(zhǎng)度平均值為1 140.49 μm，木纖維寬度平均值為34.91 μm，伯樂樹木纖維雙壁厚平均值為16.00 μm，伯樂樹木纖維壁腔比平均值為0.90，伯樂樹木纖維腔徑比平均值為0.54，伯樂樹木纖維長(zhǎng)寬比平均值33。

伯樂樹木纖維形態(tài)特征的徑向變異規(guī)律：木纖維形態(tài)特征都不同程度隨輪齡逐漸增加，在第9年后均變緩，之后保持穩(wěn)定。

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Study on Morphological Properties of
Bretschneidera sinensis Wood Fiber and Its Radial Variation

LIN Peng1，YU You-ming1，HUANG Hua-hong1，TONG Zai-kang1，LUO Wen-jian2，CHEN Chun-mei3
（1. Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Forestry Seed and Seed ling Administration, Hangzhou 310020, China; 3. Qingyuan Forestry Bureau of Zhejiang, Qingyuan 323800, China）

The morphological properties ofBretschneidera sinensiswood fiber were determined and analyzed. The results showed that average fiber length, w idth, wall thickness, ratio of wall thickness to cavity, cavity to width and length to width were 1140.49μm, 34.91μm, 16.00μm, 0.90, 0.54 and 33 respectively. Besides, they increased w ith age and slowed down 8 years later. Tree age had no evident effect on fiber length and width.

Bretschneidera sinensis; fiber morphological; radial variation

S718.4

A

1001-3776（2011）02-0049-06

2010-08-26；

2010-10-09

浙江省重大科技專項(xiàng)“浙江省珍稀瀕危林木種質(zhì)資源收集保存與利用關(guān)鍵技術(shù)研究及基因庫建設(shè)”（2006C12059-4）；浙江省科技重點(diǎn)項(xiàng)目“浙江珍稀瀕危樹種現(xiàn)代保育關(guān)鍵技術(shù)研究”（2006C22064）

林鵬（1986－），男，山東諸城人，碩士研究生，從事木質(zhì)復(fù)合材料研究；*通訊作者。