新疆幾種楊樹品種纖維形態(tài)分析

潘存娥（涼州區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 武威 733000）

新疆幾種楊樹品種纖維形態(tài)分析

潘存娥
（涼州區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 武威 733000）

為了探索出最適合新疆地區(qū)內(nèi)的造紙楊樹品種，對新疆生長的意大利楊、波蘭楊、小×黑楊、額爾齊斯河楊等10個(gè)楊樹品種木材纖維形態(tài)等特征進(jìn)行了觀測，通過對品種間不同部位木材纖維的長度、寬度、長寬比、內(nèi)腔徑及雙壁厚、壁腔比等的WINCELL分析表明，品種間纖維形態(tài)存在著顯著差異，10個(gè)楊樹品種中額爾齊斯河楊、遼河19楊為較優(yōu)質(zhì)的造紙品種。

楊樹；木材纖維；形態(tài)分析

楊樹是我國主要速生造林樹種之一，木材主要用作建筑、板料、火柴桿和紙漿造紙等。木纖維形態(tài)特征的大小直接決定著木材的物理、力學(xué)性質(zhì)，尤其是制漿造紙方面，纖維形態(tài)特征大小關(guān)系著制漿造紙的質(zhì)量好壞，紙張耐折度，抗拉度等［1］。而纖維形態(tài)特征的大小在不同樹種間存在著明顯的差異。為在繁多的楊樹中篩選出最適合做優(yōu)質(zhì)紙張的造紙樹種提供科學(xué)依據(jù)，本研究對新疆區(qū)域內(nèi)分布較多的10個(gè)楊樹品種木纖維形態(tài)進(jìn)行了觀測，并應(yīng)用數(shù)據(jù)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行了科學(xué)的分析研究。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)品種

試驗(yàn)選用10個(gè)品種分別是白×黑466楊、彰雜楊、波蘭楊、雜交21優(yōu)楊、額爾齊斯河楊、小×黑楊、北京楊、意大利楊、念珠楊及遼河19楊。

1.2 材料采集

供試材料均采自瑪納斯平原林場，樹齡20年。采樣方法：在每個(gè)楊樹品種中，選擇有代表性的樣木3株，伐倒后分別在樹高1.3 m處截取一個(gè)厚6 cm的圓盤。用生長錐分別在圓盤的邊材和心材部分鉆取，將鉆取的圓柱狀小木條分別按品種、部位編號標(biāo)識，再從木條上截取長約1.0～1.5 cm的小段，劈成火柴棒狀的大小，用做纖維離析，剩余部分用做纖維橫切分析［2-3］。

2 試驗(yàn)方法

2.1 纖維長寬測定

將事先準(zhǔn)備好的火柴棒大小的小木條按品種、心材、邊材分別放入貼有分類編號標(biāo)簽的試管內(nèi)，加50%硝酸以浸沒試材為宜。放在60 ℃水浴鍋中解離8～10 h，用玻璃棒輕按小木條，以木條變軟，攪拌時(shí)能解出纖維作為解離好的標(biāo)志。將解離好的樣品用自來水反復(fù)沖洗至中性［4-6］。加入適量的自來水用玻璃棒攪拌，直到木條被均勻攪散，呈絮狀，再加入適量自來水對解離好的纖維進(jìn)行稀釋（濃度太大，纖維相互交錯(cuò)，看不清楚纖維的個(gè)體形態(tài)，不利于顯微鏡下觀測）。用吸管取少許漂洗后含纖維的液體放在載玻片上，滴1滴番紅染色，蓋上蓋玻片，在顯微鏡10倍鏡下觀察，初步確定切片是否合格［7］。纖維形態(tài)清晰完整的則為成功切片，即能夠看到完整的纖維長度和寬度。每個(gè)離析樣品制作4個(gè)切片，用木細(xì)胞分析儀器（WINCELL軟件）采集楊樹纖維的圖像信息，并用木細(xì)胞分析系統(tǒng)測定纖維長度和寬度指標(biāo)。每個(gè)切片觀測10個(gè)長度和寬度數(shù)據(jù)，纖維長度量取完整纖維端間距離，寬度在纖維中部最寬處量取。每個(gè)樣品測定30根纖維的長度和寬度數(shù)據(jù)。

2.2 纖維壁厚度測定

選取橫切面裝片，用木細(xì)胞分析儀器采集楊樹纖維的橫切圖像信息，并用木細(xì)胞分析系統(tǒng)測定纖維的壁厚。

3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用Excel進(jìn)行歸類整理。整理出各品種及品種內(nèi)部心材和邊材的長、寬、長寬比、雙壁厚、內(nèi)腔徑、壁腔比等值。計(jì)算出心材和邊材，雙壁厚、內(nèi)腔徑各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)，及a=0.05時(shí)的主要纖維尺度區(qū)間估計(jì)值。用Excel和SDSD統(tǒng)計(jì)軟件對品種間的長度、寬度、長寬比，進(jìn)行方差分析。所用公式如下：

4 結(jié)果與測定

4.1 測定結(jié)果

對纖維形態(tài)差異及排序觀測結(jié)果表明，各供試品種之間纖維長度因品種及在樹干上徑向部位的不同而存在差異。各供試品種的心材與邊材比較，邊材纖維長度明顯大于心材纖維長度。每種楊樹的纖維寬度基本上與長度呈正相關(guān)，即纖維長度大寬度也較大。邊材部分的平均纖維寬度均大于心材部分的平均寬度，這與纖維長度的變異規(guī)律一致。所測樣品的纖維長度最小為319.8 μm，出現(xiàn)在意大利楊的心材中，最大值為1 791.1 μm，出現(xiàn)在遼河19楊的邊材中。寬度最大值為52.3 μm，最小值為10.2 μm。纖維的長寬比為纖維長度總平均值與纖維寬度總平均值之比。各供試品種不同部位的長寬比也不盡相同。最小值為35.6，最大值為46.2。根據(jù)造紙要求中木材纖維宜細(xì)而長，其長寬比應(yīng)大于30且越大越好，總的來說各供試品種就長寬比這項(xiàng)指標(biāo)都符合造紙要求。每個(gè)品種邊材部分的長寬比平均值比心材部分要大。各供試品種纖形態(tài)觀測計(jì)算結(jié)果列于表1。

表1 供試品種纖維形態(tài)測定結(jié)果

根據(jù)造紙要求中的長寬比、壁腔比的標(biāo)準(zhǔn)，對于一個(gè)品種纖維質(zhì)量優(yōu)劣不是只憑單方因素判斷，而是通過纖維的長度、長寬比、壁腔比來綜合衡量的［8］。如：遼河19楊的纖維長和寬都排名較前，而它的長寬比、壁腔比排名靠后，說明該品種纖維又長又寬，且細(xì)胞壁厚。與造紙中纖維宜細(xì)宜長，且壁腔比小的要求不相符，綜合各項(xiàng)指標(biāo)它就不是最優(yōu)。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 主要纖維尺度區(qū)間估計(jì)

將觀測數(shù)據(jù)按照“T檢驗(yàn)”方法，對每個(gè)品種的纖維長度和寬度、雙壁厚、內(nèi)腔徑按心材和邊材進(jìn)行了總體平均數(shù)區(qū)間估計(jì)，確定了總體平均數(shù)所在區(qū)間。所計(jì)算出的數(shù)值區(qū)間有95%的可靠性，基本上可以代表該品種總體?，F(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2 主要纖維尺度總體平均數(shù)區(qū)間估計(jì)值 μm

4.2.2 不同品種纖維形態(tài)差異分析

觀測數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，品種間的纖維形態(tài)存在著差異。為了進(jìn)一步確定這些差異的顯著程度，實(shí)驗(yàn)用SDSD統(tǒng)計(jì)軟件對纖維長度、長寬比進(jìn)行了方差分析。各供試品種纖維長度，在0.05的顯著水平下，遼河19楊與其他9個(gè)品種差異都顯著；波蘭楊與意大利楊，小×黑、念珠楊差異不顯著，但與其他品種差異顯著；白×黑466楊與額爾齊斯河楊、北京楊、彰雜楊、雜交21優(yōu)楊存在顯著差異；額爾齊斯河楊，北京楊，彰雜，雜交21優(yōu)楊差異不顯著。在0.01的水平下，遼河19楊與其他9個(gè)品種差異極顯著；念珠楊、額爾齊斯河楊、雜交21、白×黑466楊、彰雜楊之間差異不顯著；波蘭楊與意大利楊、念珠楊、小×黑的差異未達(dá)到極顯著水平（表3）。

表3 長度多重比較結(jié)果(LSD法)

各供試品種纖維的長寬比在0.05的顯著水平下，意大利楊與其他9個(gè)品種存在顯著差異；波蘭楊與額爾齊斯河楊差異不顯著，與其它品種差異顯著；小×黑楊與彰雜楊、雜交21優(yōu)楊、念珠楊、遼河19楊、北京楊、白×黑楊之間差異不顯著。在0.01的顯著水平下，意大利楊、波蘭楊、額爾齊斯河楊與其他品種差異達(dá)到極顯著水平；小×黑、彰雜楊之間差異不顯著，與其它品種差異極顯著；雜交21優(yōu)楊、念珠楊、遼河19楊、北京楊、白×黑466楊差異不顯著（表4）。

表4 長寬比多重比較結(jié)果(LSD法)

4.2.3 不同品種纖維綜合評價(jià)

纖維長度、寬度、長寬比和壁腔比等形態(tài)指標(biāo)是評價(jià)木材制漿性能的重要依據(jù)［9］。纖維越長，長寬比越大，紙張的纖維交接點(diǎn)就會相應(yīng)增加，從而提高了紙張各項(xiàng)物理力學(xué)性能，尤其是紙張的裂斷長和撕裂度［10］。壁腔比越大說明纖維柔韌性好，易聚合；紙張纖維沉積數(shù)目越大，纖維結(jié)合越緊密［11］。

采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法［12］對各供試品種纖維測定指標(biāo)進(jìn)行綜合評定，結(jié)果見表5。綜合評定指數(shù)值作為纖維造紙紙張性能的綜合鑒定標(biāo)準(zhǔn)，該值越大，該楊樹纖維造紙紙張性能越好。具體計(jì)算公式如下：

若指標(biāo)i與紙張性能呈正相關(guān)：U（xi）=（xixmin）（xmax-xmin）；

若指標(biāo)i與紙張性能為負(fù)相關(guān)：U（xi）=1-［（xi-xmin）/（xmax-xmin）］。

式中U（xi）為隸屬函數(shù)值，xi為i指標(biāo)測定值，xmax、xmin為所有纖維指標(biāo)i的最大值和最小值。

從這個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)可以看出，各供試品種纖維造紙紙張性能為：額爾齊斯河楊>遼河19楊>小×黑楊>波蘭楊>北京楊>意大利楊>彰雜楊>念珠楊>雜交21優(yōu)楊>白×黑466楊。

表5 10種楊樹纖維指標(biāo)綜合評價(jià)

5 結(jié)論

1）纖維長度是評定造紙?jiān)掀焚|(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。各供試品種的木材纖維長度平均值在878.82～1 110.90 μm，按國際木材解剖學(xué)會規(guī)定（900～1 600 μm）屬中等長度偏下，在闊葉材中屬較長的，均可作造紙纖維原料。

2）造紙要求纖維長寬比不低于30，各供試品種的木材纖維長寬比為35.6～46.2，均大于30，完全符合造紙?jiān)系囊螅?3］。紙張性能研究結(jié)果表明，木材纖維原料壁腔比小于1是上好原料；等于1是中等原料；大于1是劣等原料。10種楊樹木材的壁腔比在0.3～0.5之間均小于1，為上等原料。

3）纖維形態(tài)數(shù)據(jù)分析表明，各供試品種的心材和邊材的纖維長度和寬度均有極顯著的差異，邊材的纖維長，品質(zhì)較心材為優(yōu)。

4）根據(jù)各供試品種纖維長度、寬度、長寬比、雙壁厚、內(nèi)腔徑、壁腔比進(jìn)行綜合評價(jià)，發(fā)現(xiàn)在研究的供試品種中額爾齊斯河楊最優(yōu)，白×黑466楊最差。若培育造紙用材，選額爾齊斯河楊、遼河19楊為好。

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Morphological Analysis of the Fibers of Populus in Xinjiang

PAN Cun-e
（Liangzhou Forestry Technology Popularization Center of Wuwei， Wuwei Gansu 733000， China）

In order to explore the most suitable paper poplar trees Xinjiang region， we observed the wood fiber morphological characteristics of ten of poplar varieties， respectively are Populus euramevicana ‘I-214’， Populus×canadensis ‘Polska15A’， Populus×xiaohei， Populus×jrtyschensis and so on. Through the WINCELL analysis of different parts of the wood fiber length， width， aspect ratio， lumen diameter and double wall thickness， wall cavity ratio， the results show that fiber morphology there exists a significant difference between different varieties， Populus×jrtyschensis and Populus×liaohenica ‘I-19’ are more high quality paper tree species.

Populus； wood fiber； morphological analysis

TS71+2

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.02.009

1006-0960（2016）02-0022-05

2016-06-13

潘存娥（1982—），女，甘肅民勤人，林業(yè)工程師，碩士，主要從事經(jīng)濟(jì)林栽培及林業(yè)技術(shù)研究、推廣等研究。Email: pce426@126.com