人工林紅錐樹(shù)皮率及樹(shù)皮纖維尺寸的研究

陳桂丹，唐賢明，覃引鸞，徐 峰，潘立頂

（1,廣西大學(xué) 林學(xué)院, 廣西 南寧 530004 ; 2,防城港市技術(shù)監(jiān)測(cè)所，廣西 東興 538100）

人工林紅錐樹(shù)皮率及樹(shù)皮纖維尺寸的研究

陳桂丹1,2，唐賢明1，覃引鸞1，徐 峰1，潘立頂1

（1,廣西大學(xué) 林學(xué)院, 廣西 南寧 530004 ; 2,防城港市技術(shù)監(jiān)測(cè)所，廣西 東興 538100）

對(duì)人工林紅錐的樹(shù)皮率、樹(shù)皮纖維尺寸及株內(nèi)縱向變異特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率總體上均隨樹(shù)高的增加而增大，體積樹(shù)皮率變異范圍為：8.6%～18.5%，平均值為11.6%，重量樹(shù)皮率變異范圍為7.4%～18.6%，平均值為11.1%；樹(shù)高1.3 m處樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚、長(zhǎng)徑比、壁腔比平均值分別為1191.67 μm、25.65 μm、2.54 μm、23.11 μm、46.23和10.86；樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度隨樹(shù)高的增加略有減小，纖維直徑、腔徑、雙壁厚、長(zhǎng)徑比和壁腔比的株內(nèi)縱向變異規(guī)律性不強(qiáng)。方差分析結(jié)果顯示：不同高度的紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率變異極顯著，樹(shù)皮纖維尺寸各項(xiàng)指標(biāo)的縱向變異也均極顯著。

紅錐；樹(shù)皮率；樹(shù)皮纖維；方差分析

紅錐Castanopsis hystrix為殼斗科錐木屬常綠喬木，是華南地區(qū)重要的珍貴闊葉用材和高效多用途樹(shù)種，具有生長(zhǎng)快、材質(zhì)優(yōu)、應(yīng)用廣、效益高等優(yōu)良特性，近 20 多年來(lái) , 因紅錐具有優(yōu)良特性，其木材在家具、裝飾材料和人造板二次加工市場(chǎng)上前景廣闊，逐步引起科研和生產(chǎn)部門(mén)的重視[1-3]。隨著市場(chǎng)上對(duì)高級(jí)珍貴樹(shù)種木材的需求日益增加以及政府對(duì)天然林實(shí)施禁伐，紅錐人工林的面積將不斷擴(kuò)大[4-5]。紅錐用于木材工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生了大量的樹(shù)皮，目前我國(guó)對(duì)樹(shù)皮的利用主要以燃燒為主, 利用率低, 造成了資源的極大浪費(fèi)。若能對(duì)木材加工剩余物中的樹(shù)皮充分利用加工成產(chǎn)品，將能利用有限的森林資源獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，具有重大意義。前人對(duì)紅錐的育苗、造林、營(yíng)林、材性利用等方面進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究[6-11]，但并未涉及到樹(shù)皮解剖方面。本研究對(duì)中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心（廣西憑祥）人工林紅錐樹(shù)皮率及樹(shù)皮纖維形態(tài)尺寸進(jìn)行探討,以求為紅錐樹(shù)皮的合理開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

試材是從廣西自治區(qū)憑祥市中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心伏波實(shí)驗(yàn)場(chǎng)采集的人工林紅錐木材。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)面積7 hm2，海拔500 m左右，屬低山丘陵，坡向北，坡度30°，土壤為紅壤，pH為5.0。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)于1983年造林，初植密度為2 m×2 m；現(xiàn)林分郁閉度90%以上，林分現(xiàn)有密度約為450株/ hm2。

采集8株樣木作為試材。樣木伐倒前, 在樹(shù)干上標(biāo)出北向，然后分別自樹(shù)干基部向上，從樹(shù)高0.0 m，1.3 m及之上的每間隔2 m高度處鋸取厚約5 cm圓盤(pán)各1個(gè)。圓盤(pán)鋸取后，為防水分散失，立即裝入塑料袋中密封，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所采集的試材基本情況如表1所示。

表1 試材基本情況Table 1 The basic situation of tested materials

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樹(shù)皮率測(cè)定方法

體積樹(shù)皮率：即樹(shù)皮材積與帶皮圓盤(pán)材積比值，先測(cè)量圓盤(pán)的帶皮半徑R皮，后測(cè)量圓盤(pán)的去皮半徑R木和圓盤(pán)的高度H，然后根據(jù)下式計(jì)算體積樹(shù)皮率：

重量樹(shù)皮率：即樹(shù)皮重量與帶皮圓盤(pán)重量比值，先稱量圓盤(pán)的帶皮重量G皮，再稱圓盤(pán)的去皮重量G木，根據(jù)下式計(jì)算重量樹(shù)皮率：

1.2.2 纖維尺寸的測(cè)定

分別對(duì)8株樣木進(jìn)行樹(shù)皮纖維尺寸的測(cè)定，抽取其中1株樣木，對(duì)其所有圓盤(pán)的樹(shù)皮纖維尺寸進(jìn)行測(cè)定，以便探究樹(shù)皮纖維株內(nèi)縱向變異的規(guī)律。其余7株只對(duì)1.3 m樹(shù)高的圓盤(pán)進(jìn)行測(cè)定。在各圓盤(pán)的北向截取一部分樹(shù)皮并切成火柴桿大小的試樣，用冰醋酸（分析純）和30%雙氧水(1∶1)的混合液在加熱的條件下進(jìn)行離析，然后經(jīng)脫酸、染色、脫水、TO透明、封片。采用數(shù)碼顯微圖像電腦分析系統(tǒng)（XSJ-HS,XTJ-30）對(duì)樹(shù)皮纖維尺寸進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)試樣測(cè)定60根纖維。通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚、長(zhǎng)徑比、壁腔比的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行方差分析比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)皮率變異

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算與方差分析，得出人工林紅錐體積樹(shù)皮率、重量樹(shù)皮率的變異規(guī)律如圖1所示，方差分析結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 樹(shù)皮率縱向變異曲線Fig. 1 The longitudinal variation curves of tree bark rate

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率的的縱向變異規(guī)律如圖1所示，從圖上可以看出，體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率變化總趨勢(shì)均是隨著樹(shù)干高度的增加而增大。其中：體積樹(shù)皮率在0～5.3 m樹(shù)高之間逐漸遞增，在5.3～9.3 m樹(shù)高之間則趨于平緩，到11.3 m樹(shù)高處則迅速增高至11.4%，之后體積樹(shù)皮率則有規(guī)律地上升，變化范圍為8.6%～18.5%，全樹(shù)平均值為11.6%；重量樹(shù)皮率變化總體趨于平穩(wěn)遞增趨勢(shì)，在0～19.3 m樹(shù)高之間基本呈直線上升，在樹(shù)梢21.3 m處則突然升高至最高值，變化范圍7.4%～18.6%，全樹(shù)平均值為11.1%。重量樹(shù)皮率略小于體積樹(shù)皮率。

從表2的方差分析結(jié)果可以看出，不同樹(shù)高的人工林紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率在F（0.01）水平差異顯著。

對(duì)于汽車(chē)仿真時(shí)的最大行車(chē)速度，取設(shè)計(jì)速度為60 km/h(16.7 m/s)。為了使仿真結(jié)果接近實(shí)際情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)身邊開(kāi)車(chē)駕駛?cè)嗽谵D(zhuǎn)彎時(shí)的駕駛速度，合理確定該路段的行車(chē)速度，從而符合實(shí)際駕駛操作。另外，為了減小軟件對(duì)超高修正的影響，起始路段采用勻加速模型，而曲線路段的車(chē)速適當(dāng)降低為36 km/h(10 m/s)。根據(jù)車(chē)速變化計(jì)算出各段行駛時(shí)間得到時(shí)間與速度關(guān)系如圖5所示。

表2 樹(shù)皮率的方差分析Table 2 Variance analysis of tree bark rate

2.2 樹(shù)皮纖維尺寸變異

2.2.1 樹(shù)高1.3 m處樹(shù)皮纖維尺寸的變異

通過(guò)對(duì)8株紅錐樹(shù)皮的纖維尺寸測(cè)定結(jié)果，得出各株試材1.3 m樹(shù)高處樹(shù)皮的纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚、長(zhǎng)徑比及壁腔比的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。

表3 樹(shù)皮纖維尺寸的均值Table 3 Average values of tree bark fiber

從表3可以看出，紅錐1.3 m樹(shù)高處樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度均超過(guò)1 000 μm，平均值為1 191.67 μm，根據(jù)國(guó)際木材解剖學(xué)家協(xié)會(huì)（IAWA）公布木纖維長(zhǎng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),可判定紅錐樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度屬于中級(jí)（900 μm～1 600 μm），符合纖維工業(yè)原料的要求[12]。直徑平均值為25.65 μm；長(zhǎng)徑比平均值為46.23；腔徑極小，平均值2.54 μm，僅為樹(shù)皮纖維直徑的十分之一；雙壁厚較大，平均值為23.11 μm；壁腔比較大，平均值為10.86。說(shuō)明紅錐樹(shù)皮纖維胞壁特厚。

2.2.2 不同樹(shù)高樹(shù)皮纖維尺寸的變異

通過(guò)對(duì)4號(hào)樣木不同樹(shù)高處樹(shù)皮纖維尺寸進(jìn)行測(cè)定，得出纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚、長(zhǎng)徑比及腔徑比的縱向變異曲線圖，分別如圖2～圖7所示。

圖2 樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度縱向變異曲線Fig. 2 Longitudinal variation curve of bark fiber length

圖3 樹(shù)皮纖維直徑縱向變異曲線Fig. 3 Longitudinal variation curve of bark fiber diameter

從圖3可以看出，紅錐樹(shù)皮纖維直徑隨著樹(shù)高的變異曲線波動(dòng)較大，其變異規(guī)律并不顯著，變化范圍為23.08 μm～26.98 μm，平均值為24.49 μm。在3.3 m和15.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)較大值，在5.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最小值。

圖4 樹(shù)皮纖維腔徑縱向變異曲線Fig. 4 Longitudinal variation curve of bark fiber lumen diameter

圖5 樹(shù)皮纖維雙壁厚縱向變異曲線Fig. 5 Longitudinal variation curve of bark fiber wall thickness

從圖4可以看出，紅錐韌皮纖維腔徑變異曲線先上升后急劇下降之后趨于平緩，在0 m～3.3 m樹(shù)高之間迅速?gòu)?.32 μm增大至最大值，到5.3 m樹(shù)高處則迅速降低至最小值，在5.3 m樹(shù)高往上隨樹(shù)高的增高變化不大，總體變化范圍為1.76 μm～4.73 μm，平均值為2.58 μm。纖維腔徑總體較小。

從圖5可以看出，從圖2-5可以看出，變異曲線在前半段比較平緩后半段則波動(dòng)較大，紅錐韌皮纖維雙壁厚在11.3 m樹(shù)高往下隨樹(shù)高的增高變化不大，總體變化范圍為20.35 μm～24.08 μm，平均值為21.91 μm。在13.3 m和15.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最大值，17.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最小值。纖維雙壁厚總體較厚。

圖6 樹(shù)皮纖維長(zhǎng)徑比縱向變異曲線Fig. 6 Longitudinal variation curve of bark fiber length-diameter ratio

圖7 樹(shù)皮纖維壁腔比縱向變異曲線Fig. 7 Longitudinal variation curve of bark fiber thickness-lumen diameter ratio

從圖6 可以看出，紅錐樹(shù)皮纖維長(zhǎng)徑比隨樹(shù)高的增高變化規(guī)律不顯著，變化范圍為38.54～50.81，全樹(shù)平均值為44.76，在3.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最小值，而在5.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最大值。

從圖7可以看出，紅錐樹(shù)皮纖維腔徑比隨樹(shù)高的增高變化規(guī)律性不強(qiáng)，變化范圍為8.77～12.91，全樹(shù)平均值為10.56，在17.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最小值，在5.3 m樹(shù)高處出現(xiàn)最大值。

2.2.3 樹(shù)皮纖維尺寸方差分析

通過(guò)對(duì)8株人工林紅錐樹(shù)皮的纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚及壁腔比數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 樹(shù)皮纖維尺寸的方差分析Table 4 Variance analysis of bark fiber sizes

由表4可見(jiàn)，經(jīng)方差分析表明，不同樹(shù)高的人工林紅錐樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚和壁腔比的差異均顯著。

3 結(jié)論與討論

(1)人工林紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率均隨著樹(shù)干高度的增加而增大。

(2)人工林紅錐樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度平均值為1 191.67 μm，屬于中等級(jí)纖維。樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度在株內(nèi)的變異為隨著樹(shù)高的增高略有減小。

(3)人工林紅錐樹(shù)皮纖維直徑平均值為25.65 μm、腔徑平均值為2.54 μm、而雙壁厚平均值為23.11 μm，壁腔比高達(dá)10.86，在木纖維細(xì)胞中很少見(jiàn)。

(4)人工林紅錐樹(shù)皮纖維長(zhǎng)徑比平均值為46.23，但隨樹(shù)高的增高其變化規(guī)律不顯著。

(5)經(jīng)方差分析得出：紅錐體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率株內(nèi)縱向變異差異極顯著；樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度、直徑、腔徑、雙壁厚及壁腔比株內(nèi)縱向變異差異均極顯著。

研究數(shù)據(jù)顯示紅錐人工林體積樹(shù)皮率和重量樹(shù)皮率較高，均超過(guò)10%，樹(shù)皮纖維長(zhǎng)度達(dá)到中等，且纖維腔壁紅錐樹(shù)皮纖維胞壁相當(dāng)厚，胞腔直徑很小。這表明紅錐樹(shù)皮適用于造紙，也可在刨花板、纖維板、碎料板等生產(chǎn)中加入適量的紅錐樹(shù)皮以減少資源浪費(fèi), 還可用樹(shù)皮粉與水泥、礦渣和石灰混合制成水泥樹(shù)皮板、礦渣樹(shù)皮板等特種人造板，這些樹(shù)皮人造板有著較好的絕熱隔音性能、輕巧，易加工等許多優(yōu)良的特性, 可做較好的建筑裝飾材料，紅錐樹(shù)皮炭活化后還可制成吸附性較好的活性炭，也可將樹(shù)皮碾碎作為土壤改良劑。從資源的節(jié)約和充分合理有效利用上考慮紅錐樹(shù)皮的用途有著廣闊的發(fā)展前景。

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Study on tree bark rate and bark fiber morphological size of Castanopsis hystrix plantation

CHEN Gui-dan1,2, TANG Xian-ming1, QIN Yin-luan1, XU Feng1, PAN Li-ding1
(College of Forestry, Guangxi University, Nanning, 530004, Guangxi, China; Fangchenggang City Technique Testing Institute,Dongxing, 538100, Guangxi, China)

∶ The tree bark rate, bark fiber morphological size and the longitudinal variation within tree of the Castanopsis hystrix plantation were investigated. The results indicate that on the whole, the bark volume rate and the weight rate decreased as the tree height increased;the variation scope of bark volume rate was 8.6%～18.5%, and its average value was 11.6%; the variation scope of bark weight rate was 7.4%～18.6% with a average value 11.1%; the average values of bark fiber length, diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width and the ratio of fiber thickness to lumen diameter at 1.3 m height of tree were 1 191.67 μm, 25.65 μm, 2.54 μm, 23.11 μm, 46.23 and 10.86, respectively; the bark fiber length slightly decreased with the increase of the tree height; the longitudinal variation regulation among the tree of fiber diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width, the ratio of fiber thickness to lumen diameter wasn’t significant; the variance analysis showed that the differences was very significant in the bark volume rate and weight rate of Castanopsis hystrix with various tree height. The longitudinal variation within tree of the bark fiber morphological sizes was very significant as well.

∶ Castanopsis hystrix；plantatiopn; tree bark rate; tree bark fiber; variance analysis

S789.1

A

1673-923X (2012)06-000163-05

2012-01-17

主要速生人工林樹(shù)種材性改良與深加工利用研究（桂林科字[2009]第7號(hào)）

陳桂丹(1986—)，女，廣西荔浦人，碩士研究生，研究方向?yàn)槟静目茖W(xué)與技術(shù)

徐 峰(1948—)，男，廣西蒼梧人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槟静慕馄逝c木材識(shí)別；E-mail:glxf0916@126.com

[本文編校：羅 列]