無(wú)瓣海桑木材解剖特性及應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)

孫 瑾，王曉靜，高振忠，林 燕，彭友貴，徐正春

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東廣州 510642)

無(wú)瓣海桑Sonneratia apetala為海?？坪Ｉ賳棠?，是我國(guó)南方海岸防護(hù)林中的主要速生紅樹樹種，具有生長(zhǎng)迅速、結(jié)實(shí)率高、定居容易、適應(yīng)性廣等優(yōu)良特性，是紅樹林生態(tài)恢復(fù)的主要造林樹種之一，并且其迅速的材積生長(zhǎng)能力使其在木材應(yīng)用方面也具有較好的推廣價(jià)值［1］.無(wú)瓣海桑每年的成材數(shù)量大，若長(zhǎng)期得不到合理利用將會(huì)造成資源浪費(fèi)，通過(guò)合理間伐無(wú)瓣海桑并將其用于木材工業(yè)具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)無(wú)瓣海桑的研究主要集中于生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及引種育苗等方面［1-3］，鄧傳遠(yuǎn)等［4-6］曾對(duì)海桑屬木材結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究，詳細(xì)探討了解剖特性與其生長(zhǎng)環(huán)境的聯(lián)系，并為其種屬鑒定提供依據(jù)，而對(duì)于無(wú)瓣海桑木材解剖特征與應(yīng)用的關(guān)系研究甚少.僅鄧傳遠(yuǎn)［6］通過(guò)研究纖維壁厚與纖維腔寬度關(guān)系認(rèn)為無(wú)瓣海桑木材可能適合造紙，并未作深入探討.本文通過(guò)對(duì)無(wú)瓣海桑木材解剖特征的觀察測(cè)定，分析纖維率、纖維長(zhǎng)寬比等特性與造紙?jiān)闲枨蟮年P(guān)系，深入探討其在造紙工業(yè)的應(yīng)用前景，為無(wú)瓣海桑的高附加值利用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

選取的3株無(wú)瓣海桑采自廣東省雷州市，株齡18年，株高8～10 m，基徑約20～30 cm.樣地處于北緯20°52'～ 20°56'，東經(jīng) 110°09'～ 110°10'，壤質(zhì)多為淤泥.本研究的無(wú)瓣海桑木材樣本存放于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)木材標(biāo)本室.

1.2 方法

1.2.1 光學(xué)顯微鏡下觀察材料的制備方法 1)木材切片:取約1 cm3左右的木材試塊經(jīng)水煮沉底后，甘油-乙醇適當(dāng)軟化，充分水洗，用Leica SM2000R滑走切片機(jī)橫、徑和弦向切片，厚度約12μm.次氯酸鈉漂白，番紅染色，按照常規(guī)方法制片，中性樹膠封片.2)離析方法:將木材切成約火柴桿大小的小細(xì)條，硝酸-氯酸鉀法離析，中性樹脂封片.在Leica DFC295顯微鏡下進(jìn)行觀察、拍照.采用天地宇MY木材顯微圖像分析軟件進(jìn)行測(cè)量.導(dǎo)管分子長(zhǎng)度、導(dǎo)管直徑及纖維長(zhǎng)度等分別測(cè)量90個(gè)值，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差.橫切面測(cè)量導(dǎo)管分別頻率隨機(jī)選取30個(gè)視野.

1.2.2 掃描電鏡下觀察材料的制備方法 取約2 mm3左右試樣切成橫、徑和弦向切片，乙醇分級(jí)脫水，自然干燥后噴金.在FEIXL-30ESEM環(huán)境掃描電鏡下觀察并拍照.

2 結(jié)果與分析

2.1 木材結(jié)構(gòu)特征

無(wú)瓣海桑木材為散孔材，生長(zhǎng)輪不明顯(圖1a，圖2a).木材黃白色，紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，無(wú)特殊氣味.木材的基本密度為0.52 g/cm3.

導(dǎo)管:橫切面觀察，導(dǎo)管分子呈圓形及橢圓形，略具多角形輪廓;管孔由少數(shù)單管孔和短徑列復(fù)管孔組成(多數(shù)為2～3細(xì)胞)(圖1a，圖2a).縱切面觀察，導(dǎo)管分子呈圓柱形，單穿孔(圖1b、1c).掃描電鏡觀察顯示，導(dǎo)管單穿孔為橢圓形，穿孔底壁傾斜(圖2b);管間紋孔式為互列，紋孔橢圓形或圓形(圖2e);紋孔口內(nèi)含，凸透鏡形，橫列(圖2d、2f)，紋孔直徑為5～9μm;附物紋孔的紋孔室有附物，附物分枝成網(wǎng)狀，網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)突出，紋孔口無(wú)附物(圖2d、2e、2f).導(dǎo)管與射線之間的紋孔式多為大圓形，少數(shù)圓腎形(圖2g).侵填體和樹膠可見(圖2a).導(dǎo)管內(nèi)壁未見螺紋加厚(圖 1b、1c，圖 2i、2l).

木射線:非疊生.多為單列射線，高多數(shù)為6～18細(xì)胞;多列射線偶見，寬為2細(xì)胞(圖1b).射線組織同形單列(圖1c).射線薄壁細(xì)胞節(jié)狀加厚明顯(圖2k).射線細(xì)胞晶體豐富，主要為菱形或方形晶體.含晶體細(xì)胞未分室，也未膨大形成異形細(xì)胞.一個(gè)薄壁細(xì)胞內(nèi)含一個(gè)晶體，晶體體積較大，幾乎占滿整個(gè)細(xì)胞腔(圖 1d，圖 2c、2h).

木纖維為韌性纖維，單紋孔明顯，紋孔數(shù)量較少，無(wú)附物體(圖 2i、2j).

軸向薄壁組織偶見，星散狀(圖1a，圖2a).

2.2 木材細(xì)胞數(shù)量特征

無(wú)瓣海桑木材細(xì)胞數(shù)量特征如表1所示.根據(jù)IAWA Committee［7］的分類標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)管分布頻率大于40個(gè)/mm2為很多;導(dǎo)管直徑在50～100μm為小;導(dǎo)管分子長(zhǎng)度小于350μm為短.纖維長(zhǎng)度小于900 μm為短，纖維細(xì)胞腔直徑是雙壁厚度的3倍或以上為非常薄.木射線高度小于0.5 mm為很短，射線分布密度大于12個(gè)/mm為密.由表1看出，無(wú)瓣海桑木材的導(dǎo)管分子為短而窄，而且很多.木纖維為短而很薄.木射線為密而很短.

圖1 無(wú)瓣海桑木材的光學(xué)顯微鏡圖Fig.1 Opticalmicrographs of Sonneratia apetala wood

圖2 無(wú)瓣海桑木材的掃描電子顯微鏡圖Fig.2 SEM photographs of Sonneratia apetala wood

表1 無(wú)瓣海桑木材細(xì)胞數(shù)量特征1)Tab.1 Quantitative characteristics of wood cells in Sonneratia apetala

3 討論與結(jié)論

無(wú)瓣海桑木材的主要解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為散孔材.少數(shù)單管孔和短徑列復(fù)管孔組成;單穿孔;互列管間紋孔式，紋孔口內(nèi)含，凸透鏡形，附物紋孔;導(dǎo)管與射線之間的紋孔式為大圓形，少數(shù)圓腎形.侵填體和樹膠可見.木纖維為韌性纖維.木射線非疊生;射線組織同形單列;射線細(xì)胞晶體豐富，主要為菱形或方形晶體.軸向薄壁組織偶見，星散狀.

本文觀察到無(wú)瓣海桑木材的導(dǎo)管分子窄而密，單管孔，研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)學(xué)者［6］和 Tomlison［8］一致.但鄧傳遠(yuǎn)等［4］的研究發(fā)現(xiàn)海桑植物的導(dǎo)管壁和纖維壁上均有螺紋加厚，而本文未觀察到.鄧傳遠(yuǎn)等［4］認(rèn)為海桑屬植物的螺紋加厚形成可有效提高輸導(dǎo)效能，解決紅樹植物生長(zhǎng)在含鹽質(zhì)的底質(zhì)的生理干旱和鹽分生理毒害的問(wèn)題，提高環(huán)境的適應(yīng)性.Carlquist［9-10］認(rèn)為螺紋加厚還可以增加導(dǎo)管壁的機(jī)械力量，對(duì)生長(zhǎng)在不良條件下的植物具有適應(yīng)意義.同時(shí)他還認(rèn)為螺紋加厚與樹木的生態(tài)有關(guān)，在干旱、寒冷、易受凍害的地區(qū)具有螺紋加厚的樹種較多.Ohtani［11］認(rèn)為螺紋加厚的形成是由遺傳因素決定的.本文僅對(duì)雷州無(wú)瓣海桑進(jìn)行研究，無(wú)法判斷形成差異的原因.

纖維是造紙?jiān)系闹黧w，纖維形態(tài)中的纖維率、纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)度/寬度)、壁腔比［徑向雙壁厚(W)/弦向胞腔直徑(L)］等是評(píng)價(jià)造紙?jiān)牧系囊罁?jù).一般認(rèn)為，纖維率、纖維的長(zhǎng)寬比和壁腔比值越大，紙張的質(zhì)量越好.纖維率低于50%不適合作造紙?jiān)?長(zhǎng)寬比大于56是優(yōu)良的造紙?jiān)希∮?0的纖維不適宜造紙［12-13］.Tamolany［14］認(rèn)為，2W/L≤1時(shí)適合造紙，2W/L＞1不適合造紙.無(wú)瓣海桑木材的纖維率(即纖維組織比量)為71.8%，長(zhǎng)寬比值為37，壁腔2W/L為0.53，由此可見，無(wú)瓣海?？梢宰鳛樵旒埐牧?但是無(wú)瓣海桑的纖維長(zhǎng)度為682μm，小于1 mm，無(wú)法制造出高撕裂強(qiáng)度的紙張.如想提高紙張質(zhì)量，可以與針葉樹材混合使用，達(dá)到增強(qiáng)撕裂強(qiáng)度的目的.

［1］李玫，廖寶文.無(wú)瓣海桑的引種及生態(tài)影響［J］.防護(hù)林科技，2008，84(3):100-102.

［2］彭友貴，徐正春，劉敏超.外來(lái)紅樹植物無(wú)瓣海桑引種及其生態(tài)影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32(7):2259-2270.

［3］韓淑梅，李妮亞，何平，等.引種紅樹與中國(guó)鄉(xiāng)土紅樹幼苗光合特性研究［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2010，30(8):1667-1674.

［4］鄧傳遠(yuǎn)，林鵬，黎中寶.海桑屬(Sonneratia)紅樹植物木材結(jié)構(gòu)的比較解剖學(xué)研究［J］.廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，40(5):1100-1105.

［5］鄧傳遠(yuǎn)，郭素枝，林鵬.海桑屬(Sonneratia)植物的木材結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)演化意義［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2004，12(3):213-220.

［6］鄧傳遠(yuǎn)，林清賢，林鵬，等.海桑屬(Sonneratia)6種紅樹植物的木材解剖特性及其應(yīng)用［J］.福建林業(yè)科技，2000，27(3):1-5.

［7］IAWA Committee.IAWA list of microscopic features for hardwood identification［J］.IAWA Bulletin，1989，10(3):269-332.

［8］Tomlinson.The Botany of Mangrove［M］.London:Cambridge University Press，1989:136.

［9］CARLQUIST S.Comparative Wood Anatomy［M］.Berlin:Springer-Verlag Press，1988:149.

［10］CARLQUIST S.Ecological factors in wood evolution:A floristic approach［J］.Am J Bot，1977，64(4):887-896.

［11］OHTANI.A note on helical thickening［J］.IAWA Bulletin，1984，5(1):117-131.

［12］BEALEY L.Relationships between fiber properties and paper quality［J］.Pulp Paper Res Inst Canada，1959，9(1):99-110.

［13］方紅，劉善輝.造紙纖維原料的評(píng)價(jià)［J］.北京木材工業(yè)，1996，16(2):19-22.

［14］TAMOLANY F N.Fiber dimensions of certain Philippine broadleaved and coniferous woods［J］.Palm Bamboo Ⅱ:Tappi，1958，41(10):614-621.

【責(zé)任編輯李曉卉】