不同樹齡和起源構(gòu)樹纖維形態(tài)分析*

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不同樹齡和起源構(gòu)樹纖維形態(tài)分析*

謝釗俊，夏玉芳，張克麗，楊怡之

(貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州貴陽550025)

摘要：對1-3齡的實生和萌生構(gòu)樹木質(zhì)部纖維及韌皮纖維形態(tài)進(jìn)行測定。結(jié)果表明，(1)構(gòu)樹木質(zhì)部纖維長度在不同年齡間存在差異，2、3齡較1齡長，3個年齡木質(zhì)部纖維長度都主要集中在400～600 μm；寬度相近；長寬比3齡較大；長度、寬度在不同起源間無顯著差異。(2)構(gòu)樹韌皮纖維形態(tài)在不同年齡和不同起源間均存在變異。2、3齡韌皮纖維長度顯著長于1齡，1齡主要分布在3 460～6 460 μm，2、3齡主要分布于3 640～9 460 μm；長寬比2齡較大。不同起源間，構(gòu)樹韌皮纖維長度、寬度實生顯著大于萌生；長寬比實生較大?？煽紤]以2年為經(jīng)營周期經(jīng)營構(gòu)樹纖維用材林，將2年實生構(gòu)樹截干，收獲地上部分利用，待其萌發(fā)新枝生長2年后，再次收獲利用。

關(guān)鍵詞：構(gòu)樹；木質(zhì)部纖維;韌皮纖維;實生、萌生

構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)為?？茦?gòu)屬落葉喬木，在中國分布廣泛[1]，于酸性、中性或石灰質(zhì)土、含鹽量0.4 %以下的土地和深山荒地上均能旺盛生長[2～3]，因其具速生、易繁殖、萌蘗力強(qiáng)、耐修剪、熱量高、抗污染、水土保持效果顯著等特點，自古就被開發(fā)利用，其韌皮纖維是造紙的高級原料，葉是很好的飼料，根、種子和樹液均可入藥，是中國重要的用材、藥用、綠化樹種[4]。

木材是鋼鐵、水泥、塑料、木材四大材料中唯一的可再生材料，在生產(chǎn)生活中不可缺少。纖維形態(tài)特征是研究木材材性的基礎(chǔ)，也是木材利用的重要依據(jù)。目前，關(guān)于構(gòu)樹的研究主要集中在繁育、脅迫生理、藥用價值開發(fā)、纖維形態(tài)及制漿性能等方面[5～9]。有關(guān)纖維形態(tài)方面的研究顯示，構(gòu)樹纖維形態(tài)特征在不同類型間、不同個體間、同株不同部位間、不同無性系間等方面存在較大變異[10～12]。對于制漿造紙來說，纖維形態(tài)及紙漿化學(xué)組成是影響制漿的最主要因素，決定著制漿得率和紙張性能[10]。構(gòu)樹韌皮纖維長，長寬比大，是優(yōu)質(zhì)的纖維原料；構(gòu)樹木質(zhì)部纖維雖較短，長寬比較小，但其纖維素含量為60 %以上，遠(yuǎn)高于造紙對原料纖維含量要求(≥45 %)[13]，且已研制出成熟的制漿工藝，通過APMP(堿性過氧化氫化機(jī)漿)法可用構(gòu)樹木質(zhì)部纖維制作新聞紙和文化用紙，通過CTMP(熱磨化學(xué)機(jī)械漿)法可制本色紙板、高強(qiáng)瓦楞紙、纖維板和高密度纖維板[14]。因此，可考慮對構(gòu)樹進(jìn)行全干利用，提高利用率，尤其是在中國造紙原料嚴(yán)重缺乏，以廢紙漿為主，原料結(jié)構(gòu)不合理，多年來一直是世界最大的紙漿和廢紙進(jìn)口國的嚴(yán)峻形勢之下。發(fā)展速生闊葉纖維用材樹種是解決此矛盾的重要途徑之一，構(gòu)樹相對于楊樹、馬尾松等造紙樹種具有速生、纖維較長的優(yōu)勢，相對于桉樹的化感作用，構(gòu)樹利于生態(tài)恢復(fù)及改善。其次，構(gòu)樹萌蘗力強(qiáng)，若能以此截干進(jìn)行超短輪伐期經(jīng)營，將有助于解決中國造紙資源嚴(yán)重不足的燃眉之急，但截干后萌生枝干纖維形態(tài)變異方面的研究尚未見報道。本研究取不同樹齡、起源的構(gòu)樹為研究對象，從其木質(zhì)部纖維及韌皮纖維的纖維形態(tài)方面進(jìn)行研究，為合理利用構(gòu)樹纖維進(jìn)一步提供依據(jù)。

1材料與方法

試驗地設(shè)在貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃，位于黔中地區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均溫度15.8℃，年降水量1 229 mm，土壤類型為黃壤。試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計，3個重復(fù)，株行距2 m×3 m，生長基本情況見表1，不同年齡試材取自1、2、3號，不同起源試材取自3、4號。冬季生長停止后對各樣方進(jìn)行地徑、樹高、冠幅調(diào)查，據(jù)平均狀況從每1樣方挑選3株標(biāo)準(zhǔn)株，每1標(biāo)準(zhǔn)株從其枝條與主干基部、中部、梢部3個部位混合取材，每個部位各隨機(jī)取50根，每1樣品共取450根纖維進(jìn)行測定。用富蘭克林離析法離析纖維[15]：把試材裝入試管，加入CH2COOH:H2O2=1︰1的混合液，沸水浴30 min，至單個纖維完全解離，用蒸餾水將樣品沖洗至中性，加番紅試劑染色，取少量樣品于載玻片上，將顯微鏡放大倍數(shù)調(diào)至100倍，參照GB/T 10336-1989[16]測定纖維長度和寬度，計算長寬比，取平均值。

表1　材料基本情況

2結(jié)果與分析

2.1木質(zhì)部纖維形態(tài)比較分析

纖維長度與紙張的撕裂度、抗張強(qiáng)度、耐破度、耐折度等強(qiáng)度指標(biāo)有關(guān)[17]，有學(xué)者認(rèn)為撕裂強(qiáng)度與纖維長度的3/2次方成正比，抗張強(qiáng)度與纖維長度的1次方成正比，耐破強(qiáng)度與纖維長度的1/2次方成正比[18]。而長寬比越大，越有利于纖維的交織，提高紙張強(qiáng)度[10]。

不同樹齡間，1齡構(gòu)樹木質(zhì)部纖維長度較2、3齡短，2齡最大(表2)，平均長度為503.8 μm；3個年齡木質(zhì)部纖維平均寬度相近；3齡構(gòu)樹長寬比最大，平均為28.5。3個年齡木質(zhì)部纖維長度差異達(dá)極顯著水平(F=5.49>F0.01=4.75，p=0.006 09)，經(jīng)q檢驗，2、3齡木質(zhì)部纖維長度差異不顯著(p2、3=0.406 54)，均顯著長于1齡(p1、2=0.000 10)、(p1、3=0.027 91)；寬度差異不顯著(F=2.42

表2　不同樹齡、起源構(gòu)樹木質(zhì)部纖維形態(tài)

纖維長度分布情況對纖維的強(qiáng)度與紙張孔隙度也存在影響，分布越集中、長纖維比例越大，纖維的交織力越大，利于減小紙張孔隙度，提高紙張強(qiáng)度[3]。不同樹齡間，1、2、3齡木質(zhì)部纖維長度主要分布在400～600 μm(圖1)，比例分別為72 %、68 %、80 %，但加上分布在≥600 μm的比例，則2、3齡較大，均為86 %，1齡為74 %。萌生起源木質(zhì)部纖維長度也主要分布在400～600 μm，實生主要分布在300～600 μm(圖2)。

圖1 不同年齡構(gòu)樹木質(zhì)部纖維長度分布頻率圖2 不同起源構(gòu)樹木質(zhì)部纖維長度分布頻率Fig.1 Distributionfrequencyofxylemfiberlengthfromdifferentagegroups Fig.2 Distributionfrequencyofxylemfiberlengthfromdifferentorigins

據(jù)國際木材解剖學(xué)會規(guī)定，木質(zhì)部纖維長度小于900 μm為短纖維，900～1 600 μm為中級長度，大于1 600 μm為長纖維[15]。構(gòu)樹木質(zhì)部纖維屬于短纖維。綜合纖維長度、長寬比及長度分布的頻率來看，3個樹齡間，木質(zhì)部纖維性能3齡優(yōu)于2齡和1齡。2種起源間，實生優(yōu)于萌生。

2.2韌皮纖維形態(tài)比較分析

不同樹齡間、不同起源間構(gòu)樹韌皮纖維長度、寬度、長寬比變異較大(表3)。不同樹齡間，1、2、3齡構(gòu)樹韌皮纖維平均長度分別為4 976.7 μm、5 847.9 μm、5 367.5 μm；平均寬度分別為20.8 μm、18.5 μm、19.5 μm。3個樹齡間韌皮纖維長度、寬度差異達(dá)極顯著水平(F=71.51>F0.01=4.75，p=0.000 00)、(F=205.04>F0.01=4.75，p=0.000 00)。q檢驗顯示，2齡韌皮纖維長度與3齡差異不顯著(p2、3=0.456 03)，顯著長于1齡(p1、2=0.000 78)、(p1、3=0.003 26)；2齡韌皮纖維寬度短于1齡和3齡(p1、2=0.004 49)、(p2、3=0.000 16)，3齡與1齡間差異不顯著(p1、3=0.516 41)。平均長寬比2齡最大(333.9)。不同起源間，實生構(gòu)樹韌皮纖維長度和寬度均顯著大于萌生(F=13.58>F0.01=6.91，p=0.000 38)、(F=22.46>F0.01=6.91，p=0.000 01)，長寬比相近，其平均值分別為291.7、282.9。

表3　不同樹齡、起源構(gòu)樹韌皮纖維形態(tài)

3個樹齡及2種起源構(gòu)樹韌皮纖維長度都主要分布在3 460～6 460 μm之間(圖3～4)。1齡構(gòu)樹韌皮纖維長度88 %分布在3 460～6 460 μm之間，2齡、3齡則90 %、88 %分布在3 640～9 460 μm之間?？梢?，不同樹齡間，1齡韌皮纖維分布最為集中，但其長纖維比例小于2齡和3齡。

圖3 不同年齡構(gòu)樹韌皮纖維長度頻率圖圖4 不同起源構(gòu)樹韌皮纖維長度頻率Fig.3 Lengthdistributionfrequencyofphloemfiberfromdifferentagesgroups Fig.4 Distributionfrequencyofphloemfiberlengthfromdifferentorigins

構(gòu)樹韌皮纖維長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 600 μm，屬于長纖維，長寬比大，就纖維長度及長寬比而言，即使1齡構(gòu)樹其韌皮纖維也達(dá)到了特優(yōu)級別。但總的來說，3個樹齡間，2、3齡明顯優(yōu)于1齡；不同種起源間，實生優(yōu)于萌生。因此，可以考慮以2-3年為1個經(jīng)營周期來經(jīng)營構(gòu)樹纖維用材林，但2年比3年縮短1年時間，且對于制漿造紙來說，木素含量會隨年齡的增加而增加，而制漿過程中要求保留纖維素，適當(dāng)保留半纖維素，盡可能去除木素。建議在選擇優(yōu)良母系的基礎(chǔ)上，培育實生構(gòu)樹，2年后截干利用，讓其萌發(fā)新枝，新枝生長2年后再次收獲利用。

3結(jié)論與討論

構(gòu)樹木質(zhì)部纖維和韌皮纖維形態(tài)在不同樹齡間均存在變異。2、3齡木質(zhì)部纖維及韌皮纖維長度無顯著差異，均顯著大于1齡。長寬比木質(zhì)部纖維為3齡最大，韌皮纖維為2齡最大；不同起源對構(gòu)樹韌皮纖維長度、寬度存在影響，對木質(zhì)部纖維無明顯影響。實生構(gòu)樹韌皮纖維長度、寬度顯著大于萌生。長寬比實生較大。

無論是較短的木質(zhì)部纖維還是特長的韌皮纖維，均有成熟的制漿工藝，對構(gòu)樹進(jìn)行全干利用是可行的，加之構(gòu)樹萌蘗力強(qiáng)，以2年為經(jīng)營周期，可在一定程度上改善我國纖維用材原料緊缺、結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)狀。但連續(xù)的多次截干是否會對構(gòu)樹的纖維形態(tài)、化學(xué)成分及產(chǎn)量造成影響，有待進(jìn)一步研究。

纖維長度和長寬比是影響纖維性能的重要因素，但纖維壁腔比、微纖絲角等指標(biāo)對纖維性能也存在一定影響，本研究未對所有指標(biāo)進(jìn)行分析，今后有待進(jìn)一步完善；另外，作為經(jīng)濟(jì)林樹種，除了考慮纖維形態(tài)特性對產(chǎn)品質(zhì)量的影響外，產(chǎn)量作為重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也應(yīng)予以考慮；由于構(gòu)樹的皮、干、葉、果均有利用價值，在山區(qū)還發(fā)揮著出色的水土保持作用，未來還應(yīng)對構(gòu)樹林的綜合效益進(jìn)行測定和評估。

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Fiber Morphology Analysis of Broussonetia papyrifera with

Different Age Groups and Origins

XIE Zhao-jun,XIA Yu-fang,ZHANG Ke-li,YANG Yi-zhi

(Forestry College of Guizhou University,Guiyang Guizhou 550025,P.R.China)

Abstract:The fiber morphology of xylem and phloem from seed propagation and cutting culture of Broussonetia papyrifera with age of 1-3 years were measured,and the results showed that:1)The xylem fiber length is different in different age groups,and the length of 2 a and 3 a are longer than that of 1 a,the length of these 3 age groups are mainly 400～600 μm; the length-width ratio of 3 a is the highest among these 3 age groups;in terms of different origins,there is no obvious difference in fiber length and width.(2) There are significant variation in different age groups and origins of phloem fiber.The fiber length of 2 a and 3 a are longer than that of 1 a,the length of1a are mainly 3 460～6 460 μm,and that of 2 a and 3 a are mainly 3 640～9 460 μm; the length-width ratio of 2 a is the highest among these 3 age groups.In different origins,the phloem fiber length and width of seed propagation are significantly larger than that of cutting culture and the length-width ratio of seed propagation is higher that of cutting culture.This study shows that the 2-year period is best cycle for managing Broussonetia papyrifera fiber forest.It is feasible to harvest aboveground parts after cutting the stem of 2 a seed propagation,and harvest again after another 2-year growth.

Key words:Broussonetia papyrifera;xylem fiber; phloem fiber; seed propagation ; cutting culture

中圖分類號：S 718.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-8246(2015)06-0110-05

通訊作者簡介：夏玉芳(1958-)，女，教授，主要從事木材學(xué)、森林培育及水土保持研究。E-mail：yfxia@gzu.edu.cn

作者簡介：第一謝釗俊(1990-)，女，碩士研究生，主要從事人工林培育及森林經(jīng)營研究。E-mail：xzjlynn@163.com

基金項目：貴州省科學(xué)技術(shù)省校合作項目(黔科合[2012]7001)。

收稿日期：*2015-05-05

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.06.022