紅椿天然林木材解剖性質(zhì)研究

肖興翠，楊勇智，郭洪英，夏林敏，齊錦秋

（1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川 溫江 611130）

紅椿Toona ciliate為楝科香椿屬落葉大喬木，國家Ⅱ級保護(hù)瀕危種[1]。生長迅速，樹干通直，木材紅褐色，結(jié)構(gòu)細(xì)密，木紋美麗，耐腐性較好，是很好的高檔家具和裝飾用材，在國際市場上享有“中國桃花心木”（Chinese mabogany）之美譽(yù)，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值和開發(fā)前景[2]。作為珍貴用材樹種，紅椿良種選育主要是進(jìn)行生長和材性方面的選育，國內(nèi)對紅椿及毛紅椿優(yōu)樹子代苗期選擇[3-6]及家系早期選擇[7-12]方面進(jìn)行了大量的研究，對人工林生長規(guī)律[13-14]和材性[15-19]方面也進(jìn)行了一些研究。但由于紅椿是國家二級保護(hù)樹種，天然林的采伐受到限制，采用砍樹的方法對天然林生長與材性進(jìn)行研究均受到限制，因此目前只有宋鵬等[20]對德昌縣的滇紅椿、徐海寧等[21]對江西宜豐的毛紅椿天然林的生長規(guī)律進(jìn)行了研究，喬衛(wèi)陽等[22]對福建11個紅椿天然林的木材基本密度、心材比率和心材顏色等變異規(guī)律進(jìn)行了研究，尚未見有學(xué)者通過用生長錐采集紅椿木芯的方法在不影響紅椿生長的情況下對其材性進(jìn)行研究，更未見學(xué)者對四川攀西地區(qū)紅椿天然林木材解剖性質(zhì)的研究報道。

紅椿在四川主要分布于涼山州及攀枝花地區(qū)，主要處于零星分布狀態(tài)，其中有不少干形優(yōu)良的表型優(yōu)樹。為了對選擇的表型優(yōu)樹進(jìn)行木材性狀方面的分析和評價，在不損傷優(yōu)樹生長的情況下，利用生長錐鉆取木芯的方法，對四川紅椿主要分布區(qū)域有代表性的12株紅椿的木材解剖性質(zhì)進(jìn)行了分析，以期為紅椿的材性選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試材取自攀枝花和涼山州，攀枝花市是以南亞熱帶為基帶的立體氣候小島，四季不分明，但干雨季分明，日照充足，太陽輻射強(qiáng)，蒸發(fā)量大，氣候垂直差異顯著等特征。四川涼山彝族自治州屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，各地都明顯呈現(xiàn)出立體氣候，干濕分明，冬半年日照充足，少雨干暖；夏半年云雨較多，氣候涼爽。日溫差大，年溫差小，年均氣溫16～17 ℃。

1.2 試驗材料

試驗?zāi)拘静勺晕挥跊錾街莸虏h（A）及攀枝花市米易縣（B）、鹽邊縣（C）和仁和區(qū)（D）的紅椿優(yōu)樹，各縣區(qū)各選擇有代表性的3株，不同單株之間距離在100 m以上。采用長60 cm、直徑0.5 cm的生長錐鉆取木芯，木芯長度48 cm左右，鉆取后用報紙整根包裹，帶回實驗室進(jìn)行分析。

1.3 試驗方法

1.3.1 木芯處理與取樣

用1 000 目的砂紙將木芯表面打磨光滑，再用體式顯微鏡觀察早晚材的導(dǎo)管分界，即年輪線，樹木的年齡根據(jù)“年輪”線來確定，將整個木芯均標(biāo)出年輪。按照3、8、13、18 a等具體年輪進(jìn)行鋸切取樣。

1.3.2 纖維腔徑、雙壁厚和導(dǎo)管腔徑、壁厚的測量

制備生長錐木芯永久切片。將木芯至于沸水中水煮軟化，然后將木芯置于配有冰凍裝置的木材滑走式切片機(jī)（型號TU-250）的載物固定平臺上，切片機(jī)冰凍裝置溫度調(diào)置-25 ℃，在木芯上滴加幾滴蒸餾水冰凍固定木芯。用切片機(jī)將試材切成厚度30 μm的切片，經(jīng)過番紅染色、系列酒精脫水、中性樹脂膠封固，制成永久切片。

將切片放在奧林巴斯顯微鏡（型號：BXS1）下進(jìn)行顯微攝影，利用木材分析軟件（TDY-5.2I）進(jìn)行測量。纖維、壁厚、腔徑測量位置選在每一年輪中部，測量纖維的徑向尺寸；因紅椿為半環(huán)孔材，紅椿早晚材導(dǎo)管尺寸差異較大，所以分別選在每個年輪的早材和晚材部位測量導(dǎo)管、壁厚、腔徑的徑向尺寸。纖維形態(tài)指標(biāo)每個年輪測量50個，導(dǎo)管形態(tài)指標(biāo)在每一年輪的早材和晚材部位分別測量30個，取平均值[23]。

1.3.3 纖維和導(dǎo)管的長度、寬度的測量

采用離析法。分別在每個年輪中部取樣，切成一定厚度的薄片，放在10%鉻酸鉀和10%硝酸混合溶液內(nèi)，室溫下離析10～15 h。離析完成后制作臨時切片，在數(shù)顯投影儀下（型號TYH 150）進(jìn)行測量，每個年輪分別測量50根[23]。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS19.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅椿木材纖維性狀分析

不同地區(qū)紅椿木材各解剖指標(biāo)方差分析結(jié)果見表1。

纖維是闊葉材的重要組成細(xì)胞，占木材體積的50%以上。纖維細(xì)胞為厚壁細(xì)胞，在樹體中主要起機(jī)械支撐作用。纖維形態(tài)指標(biāo)包括纖維的長度、寬度、長寬比、壁厚、腔徑等，是木材力學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。纖維細(xì)胞尺寸大小受種間、株間、樹齡、立地條件等多方面因素影響。

表1 不同地區(qū)紅椿木材解剖性狀方差分析Table1 Variance analysis of wood anatomical characters of Toona ciliate in different regions

由表1可見，不同地區(qū)間紅椿木材纖維各指標(biāo)均有顯著差異（P＜0.05）。纖維長度及雙壁厚均以C地區(qū)最大，顯著高于D地區(qū)，與B、C地區(qū)間沒有顯著差異；纖維寬度以A地區(qū)最大，顯著高于B、C地區(qū)，與D地區(qū)間沒有顯著差異；纖維腔徑以A地區(qū)最大，顯著高于C地區(qū)，與B、D地區(qū)間沒有顯著差異。

2.1.1 纖維長度徑向變異分析

圖1 纖維長度徑向變異Fig.1 Radial variation of fiber length

由圖1可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材纖維長度大小徑向均呈上下不規(guī)則波動且略有增大的趨勢。該變化趨勢符合樹木生長規(guī)律。樹木幼齡期，形成層原始細(xì)胞尚未成熟，表現(xiàn)為細(xì)胞分裂速度快、細(xì)胞短、細(xì)胞壁薄。隨著樹齡的增加，形成層原始細(xì)胞分裂速度及細(xì)胞長度趨于穩(wěn)定。Pashinhe、zeeuw將木材纖維的徑向變異分為3種類型。Ⅰ由髓心向外，纖維長度先快速增加，到一定年齡后保持穩(wěn)定水平；Ⅱ由髓心向外，纖維長度快速增加，到一定年齡后仍然保持緩慢增加趨勢；Ⅲ纖維長度先快速增加，到一定年齡后呈現(xiàn)下降趨勢[24]。紅椿纖維長度變化歸屬于第Ⅱ種類型。根據(jù)國際木材解剖家學(xué)會將纖維長度分為3類：小于0.90 mm的纖維屬于短纖維，長度在0.90～1.60 mm的為中等纖維，長度大于1.60 mm的為長纖維[25]。不同單株紅椿纖維長度為834.9～1 302.2 μm，平均1 118.1 μm，屬于中等長度纖維，與香椿纖維長度相近[26]。不同地區(qū)平均纖維長度 C≈A＞B＞D。同一地區(qū)相比，A地區(qū)3株纖維長度差異不大，以A26的平均纖維長度略大；B地區(qū)以B12的平均纖維長度相對較大，B14略短；C地區(qū)3株木材均表現(xiàn)出較高的纖維長度，總體以C22的平均纖維長度最大，C48略短；D地區(qū)3～43 a均以D5的纖維長度最大，明顯高于D2和D5，以D2相對最短。

2.1.2 纖維寬度徑向變異分析

由圖2可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材纖維寬度均呈上下不規(guī)則波動且略有增大的趨勢，不同單株紅椿纖維寬度為13.3～25.4 μm，平均17.1 μm。不同地區(qū)平均纖維寬度A＞D＞B＞C。同一地區(qū)相比，A地區(qū)3～8 a及23～38 a，均以A17的纖維寬度最大，A34的平均纖維寬度略?。籅地區(qū)以B17的平均纖維寬度最大，且在23～38 a時均最大，B12的平均纖維寬度略??；C地區(qū)以C61的平均纖維寬度最大，C48略??；D地區(qū)以D10的平均纖維寬度最大，D2略小，D5的纖維寬度大小相對波動較大。

圖2 纖維寬度徑向變異Fig.2 Radial variation of fiber width

2.1.3 纖維雙壁厚徑向變異分析

由圖3可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材纖維雙壁厚均呈上下不規(guī)則波動的趨勢，總體略微增大，不同單株紅椿纖維雙壁厚為5.0～9.2 μm，平均7.0 μm。不同地區(qū)平均纖維雙壁厚C＞B＞D＞A。同一地區(qū)相比，A地區(qū)以A34的平均纖維雙壁厚最大，3～28 a及38 a時，均以A17最?。籅地區(qū)以B12的平均纖維雙壁厚最大，B17略小；C地區(qū)以C61的平均纖維雙壁厚最大，在13～43 a時，均以C61的纖維雙壁厚最大，C48最??；D地區(qū)以D10的平均纖維雙壁厚略大，D2略小。

2.1.4 纖維腔徑徑向變異分析

由圖4可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材纖維腔徑均呈現(xiàn)上下不規(guī)則波動且略微增大的趨勢，不同單株紅椿纖維腔徑為10.3～21.2 μm，平均14.4 μm。不同地區(qū)平均腔徑A＞D＞B＞C。同一地區(qū)相比，A地區(qū)3～18 a及38 a時以A26的纖維腔徑最大，23～33 a以A34最大，總體以A26的平均纖維腔徑最大，A17最??；B地區(qū)13～28 a及38～43 a時均以B14的纖維腔徑最大，且以B14的平均纖維腔徑最大，B12略??；C地區(qū)3株紅椿的纖維腔徑大小相差不大，以C22的平均纖維腔徑略大，C48略小；D地區(qū)3～33 a均以D10的纖維腔徑最大，明顯高于D2和D5。

2.2 木材導(dǎo)管性狀分析

樹木通過導(dǎo)管將根系吸收的水分和無機(jī)鹽長距離向上運輸。導(dǎo)管專司輸導(dǎo)水分作用，是木材中體積最大的細(xì)胞，其數(shù)量、大小影響木材的粗糙度、孔隙率、表面涂飾性和用途等。

圖3 纖維雙壁厚徑向變異Fig.3 Radial variation of double wall thickness of fiber

圖4 纖維腔徑徑向變異Fig.4 Radial variation of fiber cavity diameter

由表1可見，不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管各指標(biāo)除了導(dǎo)管腔徑外，導(dǎo)管寬度、厚度、壁厚均有顯著差異。不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管平均長度以A地區(qū)最大，與纖維長度表現(xiàn)一致。A地區(qū)的導(dǎo)管長度顯著高于B地區(qū)，與C、D地區(qū)間沒有顯著差異；導(dǎo)管寬度以B地區(qū)最大，顯著高于D地區(qū)，與A、C地區(qū)間沒有顯著差異；導(dǎo)管壁厚以A地區(qū)最大，顯著高于C、D地區(qū)，與B地區(qū)間沒有顯著差異。不同地區(qū)間導(dǎo)管腔徑?jīng)]有顯著差異。

2.2.1 導(dǎo)管長度徑向變異分析

由圖5可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材導(dǎo)管長度均呈現(xiàn)上下不規(guī)則波動且整體略微增大的趨勢。不同單株紅椿導(dǎo)管長度為201.1～388.3 μm，平均297.4 μm。根據(jù)國際木材解剖學(xué)協(xié)會的導(dǎo)管長度分級標(biāo)準(zhǔn)：短，≤350 μm；中，350～800 μm；長，≥800 μm[25]。紅椿導(dǎo)管長度屬于短級別。不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管平均長度以A地區(qū)最大，大小為：A＞C＞B＞D。同一地區(qū)相比，A地區(qū)總體以A26的平均導(dǎo)管長度較大，A17略?。籅地區(qū)總體以B14的平均導(dǎo)管長度略大，B12略小；C地區(qū)總體以C61的平均導(dǎo)管長度略大，C48略??；D地區(qū)以D5的平均導(dǎo)管長度略大，D2略小。

圖5 導(dǎo)管長度徑向變異Fig.5 Radial variation of catheter length

2.2.2 導(dǎo)管寬度徑向變異分析

由圖6可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材導(dǎo)管寬度均呈上下不規(guī)則波動且略微增大的趨勢，不同單株紅椿導(dǎo)管寬度為161.4～280.1 μm，平均205.7 μm。根據(jù)國際木材解剖學(xué)協(xié)會的導(dǎo)管分子寬度分級標(biāo)準(zhǔn)：小，≤50 μm；中，50～100 μm；稍大，100 ～ 200 μm；大，≥ 200 μm[25]。紅椿導(dǎo)管寬度屬于大級別。4個地區(qū)的平均導(dǎo)管寬度相差不大，其中B地區(qū)略大，D地區(qū)略小。同一地區(qū)相比，A地區(qū)8～18 a時以A34的導(dǎo)管寬度最大，23～38 a時以A26最大，其中以A26的平均導(dǎo)管寬度略大，A17略??；B地區(qū)總體以B12導(dǎo)管寬度略大，B17略??；C地區(qū)總體以C61導(dǎo)管寬度較大，C22略??；D地區(qū)3株紅椿的平均導(dǎo)管寬度相差不大。

2.2.3 導(dǎo)管壁厚徑向變異分析

由圖7可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材導(dǎo)管壁厚均呈上下不規(guī)則波動且略微增大的趨勢，不同單株紅椿導(dǎo)管壁厚為6.0～14.3 μm，平均9.8 μm。不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管平均壁厚A＞B＞C＞D。同一地區(qū)相比，A地區(qū)以A26的平均導(dǎo)管壁厚較大，A17略?。籅地區(qū)除了8 a和18 a外，均以B14的導(dǎo)管壁厚最大，8～38 a時均以B17最?。籆地區(qū)3～38 a中除8 a及18 a年外，均以C48導(dǎo)管壁厚最大，C22除了23 a時均最??；D地區(qū)總體以D2導(dǎo)管壁厚略大，D5除了在8 a以前，導(dǎo)管壁厚均最小。

圖6 導(dǎo)管寬度徑向變異Fig.6 Radial variation of catheter width

圖7 導(dǎo)管壁厚徑向變異Fig.7 Radial variation of catheter wall thickness

2.2.4 導(dǎo)管腔徑徑向變異分析

由圖8可見，從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材導(dǎo)管腔徑均呈上下不規(guī)則波動且逐漸增大的趨勢，不同單株紅椿導(dǎo)管腔徑為111.5～245.1 μm，平均175.4 μm。不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管平均腔徑B＞A＞C＞D。同一地區(qū)相比，A地區(qū)以A26的平均導(dǎo)管腔徑最大，3～28 a時均最大，A17的平均導(dǎo)管腔徑略?。籅地區(qū)以B14的平均導(dǎo)管腔徑較大，13～33 a時均最大，B17的平均導(dǎo)管腔徑最小；C地區(qū)總體以C61的平均導(dǎo)管腔徑較大，C48略??；D地區(qū)總體以D10的平均導(dǎo)管腔徑較大，D2明顯最小。

圖8 導(dǎo)管腔徑徑向變異Fig.8 Radial variation of catheter cavity diameter

3 結(jié) 論

攀西地區(qū)紅椿天然林木材平均纖維長度、寬度、雙壁厚、腔徑分別為1 118.1、17.2、7.0、14.4 μm。不同地區(qū)紅椿木材纖維各指標(biāo)均有顯著差異；纖維平均長度及雙壁厚均以鹽邊（C）地區(qū)最大，顯著高于D地區(qū)；纖維寬度以德昌（A）地區(qū)最大，顯著高于B、C地區(qū)；纖維腔徑以德昌（A）地區(qū)最大，顯著高于C地區(qū)。從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同地區(qū)紅椿木材纖維長度、寬度、雙壁厚、腔徑大小均呈上下不規(guī)則波動且不同程度增大的趨勢。

攀西地區(qū)紅椿木材平均導(dǎo)管長度、寬度、壁厚、腔徑分別為297.4、205.7、9.8、175.4 μm。不同地區(qū)紅椿木材導(dǎo)管寬度、厚度、壁厚均有顯著差異；導(dǎo)管平均長度和壁厚均以德昌（A）地區(qū)最大；導(dǎo)管平均寬度和腔徑均以米易（B）地區(qū)最大，導(dǎo)管各指標(biāo)均以D地區(qū)最小。從髓心到樹皮方向，隨著形成層年齡的增加，不同單株紅椿木材導(dǎo)管長度、寬度、壁厚、腔徑大小均呈現(xiàn)上下不規(guī)則波動且整體增大的趨勢。

4 討 論

紅椿心材紅褐色，色澤美麗，適于裝飾用材；木材整體質(zhì)地較好，且樹干通直，適用于實木家具用材，因此紅椿材性選育的目標(biāo)主要是圍繞裝飾用材、家具用材和木材改性3個方面進(jìn)行：

1）裝飾用材對原材料紋理的豐富性有一定的需求。因此，從選育裝飾材的角度出發(fā)，相對生長快，導(dǎo)管長且腔徑大的木材較適宜。德昌（A）地區(qū)紅椿木材具有高生長速度和大導(dǎo)管腔徑的特性，能滿足裝飾用材原料的生長及特性要求，可作為裝飾用材重點育種材料。

2）家具用材要求木材力學(xué)強(qiáng)度好，且后期尺寸保持穩(wěn)定良好。纖維長度與木材的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)；纖維長度、長寬比、壁腔比與抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度正相關(guān)。由分析結(jié)果可得，纖維長度 C＞A＞B＞D；纖維長寬比 C＞B＞A≈D；壁腔比 C＞B＞D＞A，該3項指標(biāo)均以鹽邊（C）地區(qū)紅椿木材表現(xiàn)最佳，力學(xué)強(qiáng)度高，可作為家具用材重點育種材料。

3）在對木材進(jìn)行利用時，由于木材的各相異性，需要對其進(jìn)行改性，以增加其尺寸穩(wěn)定性。從木材改性利用的角度出發(fā)，木材的尺寸穩(wěn)定性與其制品品質(zhì)和使用壽命密切相關(guān)，化學(xué)改性是提高其尺寸穩(wěn)定性的有效方法之一，而改性效果的好壞對其滲透性的高低起著關(guān)鍵作用。木材腔徑越大，越利于其化學(xué)改性藥品的滲透，因此，德昌（A）地區(qū)紅椿木材的纖維腔徑較大，米易（B）地區(qū)導(dǎo)管腔徑較大，對木材的后期改性利用較有利，可作為改性用材的重點育種材料。