四川藍桉幼齡材解剖性質(zhì)及其變異規(guī)律

羅 浩，齊錦秋，謝九龍，吳秉嶺，黃興彥

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，四川 雅安 625014)

四川藍桉幼齡材解剖性質(zhì)及其變異規(guī)律

羅 浩，齊錦秋，謝九龍，吳秉嶺，黃興彥

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，四川 雅安 625014)

【目的】 了解四川產(chǎn)藍桉人工林木材的解剖性質(zhì)及其變異規(guī)律，為其培育和利用提供依據(jù)。【方法】 以采自四川雅安的5株5年生藍桉為試驗材料，在不同高度按生長輪截取試材，通過離析法和永久切片法對試材導(dǎo)管和纖維形態(tài)特征進行測定。【結(jié)果】 導(dǎo)管長度、寬度(徑向直徑)、長寬比、弦向直徑均值分別為410.13 μm，141.24 μm，2.90，89.25 μm；纖維長度、寬度、長寬比、壁厚、腔徑、壁腔比均值分別為910.27 μm，17.79 μm，50.85，3.47 μm，10.48 μm，0.67；除了纖維壁厚和壁腔比從髓心向外呈減小規(guī)律之外，其余導(dǎo)管形態(tài)和纖維形態(tài)指標(biāo)徑向變異規(guī)律一致，都從髓心向外呈增加趨勢；軸向變異規(guī)律較為復(fù)雜，導(dǎo)管長度、纖維長度等指標(biāo)規(guī)律性較強，隨樹干高度的增加呈先增后減的變異規(guī)律，其他指標(biāo)變異規(guī)律不明顯?！窘Y(jié)論】 獲得了四川產(chǎn)5年生藍桉人工林木材解剖性質(zhì)及其變異規(guī)律，其解剖指標(biāo)滿足制漿造紙的要求。

藍桉；木材；解剖性質(zhì)；變異規(guī)律

桉樹因其生長迅速，適應(yīng)性強，木材產(chǎn)量高，近幾十年來被許多國家引種栽培，全球桉樹人工林種植面積達5 000萬hm2[1]。初步統(tǒng)計，目前我國桉樹人工林面積已達360萬hm2，四旁植樹超過18億株，是世界上桉樹種植面積最大的國家之一。桉樹類產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其廣泛用于制漿造紙、人造纖維和纖維板等方面，已成為世界性的短周期工業(yè)原料林首選造林樹種之一，桉樹人工林已成為工業(yè)纖維原料林和板材林方面的主力軍[2]。我國20世紀(jì)70年代開始對桉樹材性進行研究，主要涉及解剖學(xué)、物理力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和加工工藝性質(zhì)，研究樹種主要為巨桉(Eucalyputsgrandis)、尾葉桉(E.urophylla)、尾巨桉(E.urophylla×grandis)、檸檬桉(E.citriodora)、窿緣桉(E.exserta)和細葉桉(E.tereticornis)[3-4]。眾多研究表明，木材導(dǎo)管、木射線、軸向薄壁細胞及纖維的形狀、大小、比量等特征和變異直接影響木材性質(zhì)[5]。因此，對木材解剖性質(zhì)進行研究，是探索木材其他性質(zhì)和加工利用的基礎(chǔ)。

藍桉(Eucalyptusglobulus)為桃金娘科桉樹屬落葉喬木，原產(chǎn)于澳大利亞，我國最早于1890年作為觀賞性樹種引種到華南和西南地區(qū)，1896年引種至昆明。從20世紀(jì)50年代以來，它逐步成為上述地區(qū)的主要栽培樹種之一。四川省于1947年引種藍桉，主要分布于鄰近云南的川西南地區(qū)，至20世紀(jì)70年代有較大的發(fā)展，四旁栽培有5億株。目前關(guān)于藍桉的研究國內(nèi)外均有報道，多集中在造林、栽培、引種馴化和木材的加工利用等方面，對藍桉的木材構(gòu)造研究也主要集中在木材的識別、鑒定以及結(jié)構(gòu)等方面。本試驗以四川產(chǎn)藍桉為材料，對其木材導(dǎo)管形態(tài)、纖維形態(tài)及其變異規(guī)律進行研究，探索導(dǎo)管形態(tài)、纖維形態(tài)在徑向和軸向的變異規(guī)律，以期為藍桉的培育和利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料采自四川省雅安市雨城區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗林場，該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均海拔660 m，年平均氣溫16.2 ℃，年平均降水量1 732 mm。按照GB 1927-91 《木材物理力學(xué)試材采集方法》，在藍桉人工林中選取5株，標(biāo)明北向記號并記錄胸徑、樹高等指標(biāo)，具體情況見表1。

1.2 方 法

1) 試樣制取。將樣木伐倒后于樹高1.3 m處截取圓盤，各圓盤沿北向逐生長輪取材，用于導(dǎo)管和纖維形態(tài)徑向變異測定；在整個樣木高度上，在基部(0.3 m)和1.3,2.0 m及其以上每隔2 m截取圓盤，圓盤厚度為8～10 cm，用于測定導(dǎo)管和纖維形態(tài)軸向變異。

2) 纖維長度、導(dǎo)管長度的測量。采用離析法，對桉樹小木塊沿著生長輪的兩邊分別將其3等份剖開，在邊上兩部分靠內(nèi)側(cè)切出火柴棍大小試樣，放入試管并添加適量離析液(體積分數(shù)10%硝酸+體積分數(shù)10%鉻酸)將試樣淹沒，然后制成臨時切片，在臺式數(shù)像顯微投影儀上測量纖維和導(dǎo)管的長度，每個臨時切片纖維和導(dǎo)管各測量60根。

3) 纖維寬度、細胞壁厚、腔徑和導(dǎo)管大小的測定。采用永久切片法，將藍桉小木塊水煮軟化后于滑動切片機上切取橫切面30 μm厚度切片，經(jīng)過染色、脫水后用中性樹膠固封，并將制作好的切片置于顯微鏡系統(tǒng)成像后，通過圖像分析軟件測定纖維寬度、細胞壁厚、腔徑和導(dǎo)管大小，以上指標(biāo)每個切片各測量60個數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0(SPSS Inc.，USA)軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和回歸方程擬合。用雙因素方差分析檢驗不同高度、不同生長輪導(dǎo)管形態(tài)和纖維形態(tài)指標(biāo)的差異。圖形繪制在sigmaplot 12.5軟件上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 四川藍桉幼齡材導(dǎo)管形態(tài)特征及變異規(guī)律

2.1.1 導(dǎo)管形態(tài)特征 導(dǎo)管是闊葉樹材(除少數(shù)樹種)木質(zhì)部中由一串高度特化的管狀死細胞所組成的、將地下水分及礦質(zhì)元素運送到樹冠部分作為光合作用原料的管狀結(jié)構(gòu)，主要起輸導(dǎo)水分和無機鹽的作用。導(dǎo)管的生理活動與樹木生長過程密切相關(guān)，對木材后期加工利用過程也會產(chǎn)生重要的影響，如會影響木材的紙漿生產(chǎn)。一般認為，導(dǎo)管使紙漿得率減少，還對紙張強度及印刷效果有不良影響，原因是這類細胞的木素含量最高，降低了制漿效率[6]。導(dǎo)管分子的數(shù)量、大小影響木材的粗糙度、孔隙率、表面涂飾性和用途等，也在一定程度上反映該樹種的進化程度[7]。由表2可知，藍桉幼齡材導(dǎo)管長度平均為410.13 μm，導(dǎo)管寬度平均為141.24 μm，長寬比平均為2.90，弦向直徑平均為89.25 μm，導(dǎo)管徑向直徑顯著大于弦向直徑。

2.1.2 導(dǎo)管徑向變異規(guī)律 木材導(dǎo)管不僅在不同樹種的種源、家系和無性系間存在差異，在相同種源、家系、無性系內(nèi)不同株間及株內(nèi)的徑向和高度方向上的不同部位間均存在差異。多數(shù)樹種木質(zhì)部導(dǎo)管的尺寸徑向變化一般是從髓心往外呈增加趨勢，且在生長輪間差異顯著[8]。從圖1可以看出，四川藍桉幼齡材導(dǎo)管長度、寬度、弦向直徑從髓心向外逐漸增大，而且第3生長輪增幅最大。方差分析結(jié)果表明，導(dǎo)管長度、導(dǎo)管寬度、弦向直徑在不同生長輪之間差異極顯著，符合一般規(guī)律[6]。相關(guān)分析表明，導(dǎo)管長度、寬度與生長輪相關(guān)關(guān)系顯著。

2.1.3 導(dǎo)管軸向變異規(guī)律 導(dǎo)管是闊葉樹材的軸向輸導(dǎo)組織，植物將根系從土壤中吸收的水分通過導(dǎo)管向上運輸?shù)礁鱾€器官，以滿足植物生理需求。木材導(dǎo)管沿樹干方向存在細化現(xiàn)象，即導(dǎo)管的直徑隨著樹高的增加而逐漸變小，這可能是由于樹干下部的導(dǎo)管內(nèi)壓力高，上部壓力低，樹干上部的小直徑導(dǎo)管有利于承受更大的壓力差，從而可以彌補水分運輸阻力隨樹木個體增大而增加的缺陷[9]。從圖2可以看出，四川藍桉幼齡材導(dǎo)管長度從基部開始隨樹干高度增加而增大，到樹干高度6.0 m處達到最大值，隨后減??；導(dǎo)管寬度軸向變異規(guī)律與導(dǎo)管長度軸向變異規(guī)律相似；導(dǎo)管長寬比呈現(xiàn)出與導(dǎo)管長度相反的變異情況，即從基部開始隨樹干高度增加而減小，到樹干高度6.0 m處達到最小值，隨后又呈逐漸增加趨勢。經(jīng)相關(guān)性分析可知，導(dǎo)管長度與樹干高度相關(guān)性顯著；導(dǎo)管寬度、長寬比與樹干高度呈負相關(guān)，但是相關(guān)性不顯著。采用二次函數(shù)曲線對導(dǎo)管長度(y)與樹干高度(x)進行擬合，得到方程：y=-0.457 5x2+4.703 1x+403.47，R2=0.888 6。

2.2 四川藍桉幼齡材纖維形態(tài)特征及其變異規(guī)律

2.2.1 纖維形態(tài)特征 纖維形態(tài)包括纖維長度、寬度、長寬比、壁厚、腔徑、壁腔比，是木材重量、基本密度和強度性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)作為紙漿原料時也影響著紙張強度。纖維長度是評價纖維原料品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)，其不僅與紙頁撕裂度呈直線關(guān)系，而且越長越有利于提高紙張的抗張強度、耐破度及耐折度[10]。纖維長寬比是一項僅次于纖維長度的十分重要的纖維形態(tài)指標(biāo)，纖維長寬比值越大，打漿時纖維有較大的結(jié)合面積，紙漿撕裂指數(shù)高，成紙強度高，反之不宜打漿，紙漿強度低，長寬比值小于35的材料不適宜造紙[11]。纖維細胞壁越厚，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，壁薄則具有很強的張力，紙張耐折[3]。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[12]。從表3可知，藍桉纖維長度平均為910.27 μm，纖維寬度均值為17.79 μm，長寬比平均為50.85，壁厚平均為 3.47 μm，腔徑平均為10.48 μm，壁腔比均值為0.67。根據(jù)國際木材解剖家學(xué)會對纖維的分類標(biāo)準(zhǔn)可知，5年生四川藍桉纖維是中等長度纖維，纖維長寬比較大，壁腔比中等，說明藍桉纖維是長而細的纖維，這樣的纖維之間結(jié)合面大，相互交織好，紙張強度大，纖維長度、長寬比、壁腔比這3項指標(biāo)均能滿足制漿造紙的要求。

2.2.2 纖維形態(tài)徑向變異規(guī)律 木材的纖維變化規(guī)律是樹木年輪材質(zhì)分析的主要參數(shù)之一，同時也是反映木材及其利用價值的重要指標(biāo)，其變異大小是優(yōu)良紙漿用材選擇的基礎(chǔ)[3]。從圖3可知，四川藍桉幼齡材纖維長度為780～1 000 μm，而且由髓心向外呈逐漸增大的規(guī)律，其中第3生長輪增幅最大；纖維寬度為17～19 μm，其徑向變異規(guī)律與纖維長度一致，即從髓心到樹皮纖維越來越寬；纖維長寬比也是隨著生長輪的增加而增大，這是因為纖維長度的增加幅度大于纖維寬度的增長幅度；纖維壁厚在第1與第2生長輪間基本無差異，之后在徑向上的變異規(guī)律與纖維長度相反，呈逐漸減小趨勢；纖維腔徑整體而言在徑向上的變異規(guī)律為逐漸增大，但是在第4生長輪下降；壁腔比隨生長輪的增大而逐漸減小。

2.2.3 纖維形態(tài)軸向變異規(guī)律 從圖4可以看出，四川藍桉幼齡材纖維長度隨著樹干高度增加先增大，最大值出現(xiàn)在2.0 m處，隨后隨樹干高度的增加呈減小規(guī)律；纖維寬度變異規(guī)律不明顯；纖維長寬比在樹干高度0.3～6.0 m處變異規(guī)律與纖維長度變異規(guī)律一致，在樹干高度8.0 m處急速上升，以后呈現(xiàn)下降趨勢，但下降幅度不大。纖維細胞壁厚變異規(guī)律也不明顯，最大值4.22 μm出現(xiàn)在樹干高度12.0 m處，最小值3.08 μm出現(xiàn)在樹干高度2.0 m處；纖維腔徑變異規(guī)律也不明顯，但樹干高度6.0 m及以下的腔徑整體要大于6.0 m以上，最大值 11.22 μm出現(xiàn)在樹干高度4.0 m處，最小值9.26 μm出現(xiàn)在樹干高度12.0 m處；壁腔比變異幅度不大，變異規(guī)律也不明顯，與纖維腔徑相反，樹干高度6.0 m以上的壁腔比整體要大于6.0 m以下。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，纖維長度、長寬比與樹干高度相關(guān)關(guān)系極顯著；壁腔比與樹干高度相關(guān)關(guān)系顯著；纖維寬度、壁厚、腔徑與樹干高度相關(guān)性不顯著。纖維長度(y1)、長寬比(y2)與樹干高度(x)的回歸方程分別為：y1=-0.505 1x2-4.370 7x+930.66，R2=0.856 6；y2=-0.011 6x2-0.321 7x+52.68，R2=0.578 9。

3 結(jié)論與討論

本研究得到的5年生四川產(chǎn)藍桉木材的導(dǎo)管長度、寬度均值分別為410.13和141.24 μm，導(dǎo)管長度小于巨桉、柳葉桉、赤桉和尾葉桉[13]，與王昌命等[14]對16～20年生藍桉的測量結(jié)果接近，導(dǎo)管寬度略大于其測量值。這可能是因為幼齡材處于快速生長階段，生長速率快引起的導(dǎo)管細胞橫向生長速率相對較快所致。四川藍桉導(dǎo)管長度、寬度、弦向直徑都從髓心向外逐漸增大，這與王華田[15]報道的多數(shù)樹種導(dǎo)管尺寸以靠近髓心部位處最小，并且由內(nèi)而外逐漸增大的規(guī)律相吻合。這種現(xiàn)象與樹木的生長過程相關(guān)，隨著樹木年齡的增加，形成層產(chǎn)生更大的導(dǎo)管，一方面增加了單位邊材面積導(dǎo)水率進而對樹木高生長引起的水力限制進行一定的補償；另一方面降低了對木質(zhì)部的碳投入，因為大而稀疏的導(dǎo)管需要的碳投入更少[16-17]。Tyree等[18]指出，隨著樹木的生長，其下部枝條或樹干產(chǎn)生更大的管道分子以提高導(dǎo)水率來維持一定的樹液流速，同時維持一定的葉片-土壤水勢梯度以避免木質(zhì)部張力過大引起的空穴化傷害。但是，本研究得出的四川藍桉導(dǎo)管長度、寬度軸向變異規(guī)律相似，都隨樹干的增高呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢，與木材導(dǎo)管沿著樹干方向的細化現(xiàn)象不符合，這可能是隨著下部枝條脫落，枝條中的導(dǎo)管對樹木高生長引起的水力阻力增加的緩解作用隨之消失，這樣一來，維持樹液流速所需的大而疏的導(dǎo)管就主要集中到了樹干部位。四川藍桉導(dǎo)管長度、寬度軸向變異規(guī)律與大青楊早材部分的變異規(guī)律一致，這也許是由于幼齡材和早材具有相對生長快的共性[8]。

本研究結(jié)果還顯示，四川藍桉纖維長度、纖維寬度、長寬比、壁厚、腔徑、壁腔比均值分別為910.27 μm，17.79 μm，50.85，3.47 μm，10.48 μm，0.67，各指標(biāo)特征值與貴州引種栽植的5年生藍桉十分接近，并且處于桉屬多個樹種指標(biāo)值范圍之間，屬于中等水平[19-20]。四川藍桉纖維長度由髓心向外呈逐漸增大的規(guī)律，與鄧倫秀等[19]、李淡清等[21]分別以貴州和云南產(chǎn)藍桉為對象的研究結(jié)果一致，這是由遺傳和生長環(huán)境共同決定的。產(chǎn)生這種變化的根本原因在于形成層原始細胞垂周分裂速度和子細胞穿插生長，髓心附近的形成層原始細胞尚未成熟，體形較短，產(chǎn)生較短的子細胞是為了滿足樹干直徑快速生長的需要，到一定時期，形成層原始細胞成熟，體形變長，較短的形成層原始細胞消逝速度加快，產(chǎn)生較長的子細胞[22]。本研究中，四川藍桉纖維寬度、腔徑由髓心向外呈逐漸增大規(guī)律，纖維壁厚呈逐漸減小規(guī)律，這也與樹木直徑生長快而細胞壁物質(zhì)積累相對緩慢的理論吻合。四川藍桉纖維長度、寬度和長寬比徑向變異規(guī)律與尾巨桉[3]、尾葉桉[23]一致，但纖維寬度與陸釗華等[24]得到的纖維寬度徑向變異無規(guī)律性這一結(jié)果不相符，這可能是由于不同樹種間的遺傳差異決定的。四川藍桉纖維長度、長寬比軸向變異規(guī)律為隨著樹干的增高先增大后減小，與尾巨桉相似，纖維寬度、壁厚、腔徑、壁腔比軸向變異規(guī)律不明顯，與檸檬桉、窿緣桉等8種桉樹軸向變異無規(guī)律性是一致的[20]。導(dǎo)致此結(jié)果的原因可能是取材時隨著樹高的增加引入了時間因素，即靠近基部的取材是包括5個生長輪，而靠近梢頭的材料只能代表采伐前1年或者2年的生長情況，這有待進一步通過纖維形態(tài)徑向內(nèi)部的軸向變異情況與生長期間的環(huán)境結(jié)合起來加以分析。

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Variation in anatomical properties ofEucalyptusglobulusjuvenile wood from Sichuan

LUO Hao,QI Jin-qiu,XIE Jiu-long,WU Bing-ling,HUANG Xing-yan

(CollegeofForestry,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625014,China)

【Objective】 This study investigated the variations in anatomical properties ofEucalyptusglobulusfrom Sichuan to improve its cultivation and utilization.【Method】 Five 5-year-oldE.globulusharvested from Ya’an,Sichuan were selected and their fiber and vessel morphologies at different heights along annual rings were investigated using isolation and permanent section methods.【Result】 The vessel length,width (radial diameter),length-width ratio,and tangential diameter were 410.13 μm,141.24 μm,2.90,and 89.25 μm,respectively.The fiber length,width,length-width ratio,cell wall thickness,cavity diameter,and cell wall thickness-lumen diameter were 910.27 μm,17.79 μm,50.85,3.47 μm,10.48 μm,and 0.67,respectively.All the property indexes except cell wall thickness and cell wall thickness-cavity diameter showed same increasing trend that they increased radially from pith to bark.Longitudinal variations of fiber and vessel morphologies were complex.Vessel and fiber length showed significant variations namely increased first and then decreased with the increase of tree height while others showed no regular changes.【Conclusion】 The anatomical properties and their variations of 5-year-oldE.globulusfrom Sichuan were obtained and they satisfied the requirement of papermaking.

Eucalyptusglobulus;wood;anatomical properties;variation

2013-10-28

四川省高等學(xué)校重點實驗室項目“木材工業(yè)與家具工程”

羅 浩(1989-)，男，四川威遠人，在讀碩士，主要從事木材材性研究。E-mail:sumiorbo@163.com

齊錦秋(1972-)，女，遼寧阜新人，副教授，博士，主要從事木/竹材材性研究。E-mail:qijinqiu2005@aliyun.com

時間:2015-01-05 08:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.02.012

S792.39

A

1671-9387(2015)02-0106-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150105.0859.012.html