6種桉樹人工林木材纖維特性及變異規(guī)律

陳桂丹，鄭佳琪，蒙芳慧，陳少雄，陳 艷，王建忠

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西木材資源培育質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530002；2.國家林業(yè)和草原局 桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022；3.廣西壯族自治區(qū)國有東門林場，廣西 扶綏 532108）

桉樹是桃金娘科Myrtaceae 桉屬Eucalyptus的總稱，自然分布于澳大利亞、印度尼西亞群島以及菲律賓的部分島嶼。桉樹種類多、適應(yīng)性強(qiáng)、材質(zhì)好，生產(chǎn)力高，為世界三大速生樹種之一，在我國南方已成為人工林種植與加工利用的主導(dǎo)樹種，廣泛應(yīng)用于造紙、人造板等行業(yè)，對解決我國木材供需矛盾、林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及地方經(jīng)濟(jì)的提升發(fā)揮著重要的作用[1-3]。

木纖維是闊葉材的主要組織，約占整個(gè)木材解剖分子數(shù)量的80%，纖維形態(tài)特征直接決定著木材的物理、力學(xué)性質(zhì)，影響著木材的加工利用價(jià)值，木纖維形態(tài)特征的變異規(guī)律又是木材材質(zhì)改良的基礎(chǔ)[4-6]。目前，有不少學(xué)者對不同品種桉樹的纖維特性開展過研究，萇姍姍等[7]對8 個(gè)尾巨桉家系木材的纖維形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究，得出尾巨桉家系木材纖維長度值主要集中800～1 100 μm 之間，且在個(gè)體水平上分布范圍廣；周維等[8]以不同種源6年生大花序桉為研究對象，結(jié)果表明大花序桉的纖維長度、寬度、長寬比在種源間存在顯著差異，纖維形態(tài)（寬度除外）與樹高、胸徑生長性狀在種源內(nèi)的相關(guān)關(guān)系不顯著；郭冬強(qiáng)[9]對20年生的10 個(gè)鄧恩桉種源木材纖維特性變異進(jìn)行了研究，測定出了長度、寬度、雙壁厚等纖維形態(tài)尺寸，并分析了各指標(biāo)的變異規(guī)律。對細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉、大花序桉6 種大徑級桉樹人工林木材纖維特性進(jìn)行測定，并從徑向和縱向兩方面分別分析其隨樹齡和樹高的變異規(guī)律，以期為桉樹育種策略的制定、定向培育推廣、材質(zhì)改良及木材合理高效加工利用提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試樣采集

在廣西國有東門林場分別采集細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉、大花序桉6 個(gè)樹種的桉樹，每個(gè)樹種選取3 株樹進(jìn)行測試，試材基本情況見表1。在樹干離地面0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3、11.3、15.3、17.3 和19.3 m 處分別鋸取厚度為5 cm 的圓盤，標(biāo)記北向，帶至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試。

表1 試材基本情況Table 1 Basic situations of tested materials

1.2 試驗(yàn)方法

分別在6 種桉樹的各高度圓盤沿南北向截取寬度為2 cm 的中心木條試樣，用北向的試樣做纖維形態(tài)測定，其中1.3 m 處圓盤垂直年輪線方向制取各個(gè)年輪的小試塊，其余高度圓盤分別在近髓心、過渡區(qū)及近樹皮三個(gè)部位截取約10 mm×10 mm×50 mm (T×R×L)的小試塊。將小試塊劈成火柴桿大小的小試樣，取3～4 根放入試管中，加入冰醋酸和雙氧水的混合液（體積比1:1），混合液沒過小試樣1 cm 左右，在水浴中煮沸進(jìn)行離析，至試樣變白為止，然后脫酸、染色、制成玻片，貼上標(biāo)簽待測。采用數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)（蔡司Axio Imager Z2）對纖維尺寸進(jìn)行測定，纖維長度在10倍物鏡下測定，纖維寬度、腔徑及雙壁厚在40 倍物鏡下測定，每個(gè)試樣隨機(jī)測定50 根纖維[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 6 種桉樹纖維特性的徑向變異

2.1.1 6 種桉樹纖維長度和纖維寬度的徑向變異

6 種桉樹1.3 m 樹高處不同樹齡纖維特性的測定結(jié)果詳見表2，纖維長度和纖維寬度隨樹齡的徑向變異如圖1～2所示。

從表2可知，6 種桉樹中大花序桉纖維長度最大，為1 129 μm；細(xì)葉桉最小，為916 μm，6 種桉樹的纖維長度平均值均在900～1 000 μm之間，依據(jù)IAWA 闊葉材顯微特征一覽表的規(guī)定，上述6種桉木纖維均屬于中等級別（900～1 600 μm）[11]。從圖1可以看出，6 種桉樹自髓心向外木材纖維長度均隨樹齡增加而增大。前9 a 生長較快，后期緩慢增加，到一定年齡后趨于穩(wěn)定。細(xì)葉桉的纖維長度變異范圍為667～1 040 μm，赤桉的纖維長度變異范圍為674～1 011 μm，巨桉的纖維長度變異范圍為651～1 104 μm，尾葉桉的纖維長度變異范圍為643～1 003 μm，粗皮桉的纖維長度變異范圍為601～1 124 μm，大花序桉的纖維長度變異范圍為748～1 287 μm。其中大花序桉纖維長度在相應(yīng)樹齡上是最大的。

表2 6 種桉樹1.3 m 處木材纖維特性Table 2 The characteristics of wood fiber in six eucalyptus at 1.3 m height

圖1 6 種桉樹木材纖維長度的徑向變異Fig.1 The radial variation of wood fiber length in six Eucalyptus

圖2 6 種桉樹木材纖維寬度的徑向變異Fig.2 The radial variation of wood fiber width in six Eucalyptus

從表2可知，6 種桉樹中大花序桉纖維寬度最大，為19.06 μm；細(xì)葉桉最小，為14.86 μm。從圖2中可以看出，6 種桉樹木材纖維寬度均隨樹齡增加而略有增加。細(xì)葉桉纖維寬度變異范圍為14.38～15.53 μm；赤桉纖維寬度變異范圍為14.20～16.17 μm；巨桉纖維寬度變異范圍為15.26～17.43 μm；尾葉桉纖維寬度變異范圍為15.63～18.84 μm；粗皮桉纖維寬度變異范圍為14.15～16.98 μm；大花序桉纖維寬度變異范圍為16.95～20.23 μm，其中細(xì)葉桉纖維寬度隨樹齡增加變化幅度最小，大花序按纖維寬度隨樹齡增加變化幅度最大。

2.1.2 6 種桉樹纖維腔徑和纖維雙壁厚的徑向變異

從表2可知，6 種桉樹中巨桉木材纖維腔徑最大，為8.03 μm；赤桉最小，為4.22 μm。從圖3中可以看出，6 種桉樹木材纖維腔徑均隨樹齡增加而逐漸減少。細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉的纖維腔徑變異范圍分別 為3.04～7.74、3.06～5.85、5.55～10.69、6.03～10.68、4.25～8.56、4.97～9.81 μm。

圖3 6 種桉樹木材腔徑的徑向變異Fig.3 The radial variation of wood fiber cavity diameter in six Eucalyptus

從表2可知，6 種桉樹中大花序桉木材纖維雙壁厚最大，為12.74 μm；巨桉最小，為8.40 μm。從圖4中可以看出，6 種桉樹木材雙壁厚變化規(guī)律總體趨勢與纖維長度一致，均為從髓心向外逐漸增大后趨于穩(wěn)定，大花序桉木材纖維雙壁厚明顯高于其他5 個(gè)樹種。細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉的纖維雙壁厚變異范圍分別為7.16～11.73、8.61～12.69、5.65～11.51、6.49～12.70、6.77～12.37、7.60～14.49 μm。

圖4 6 種桉樹木材雙壁厚的徑向變異Fig.4 The radial variation of wood fiber double-wall thickness in six Eucalyptus

2.2 6 種桉樹纖維特性的縱向變異

2.2.1 6 種桉樹纖維長度和纖維寬度的縱向變異

從圖5～6 中可以看出，6 種桉樹木材纖維長度和寬度隨樹干高度增加總體變化幅度都不明顯，基本在一中心線上下波動(dòng)。大花序桉纖維長度和寬度在相應(yīng)樹高均比其他桉樹略大。細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉不同樹高纖維長度變異范圍分別為916～960、903～993、935～1 030、944～987、925～1 028、942～1 056 μm；纖維寬度的變異范圍分別為15.03～15.89、13.82～15.40、15.05～16.43、16.58～17.77、15.34～16.66、16.97～19.00 μm。

圖5 6 種桉樹木材纖維長度的縱向變異Fig.5 The longitudinal variation of wood fiber length in six Eucalyptus

圖6 6 種桉樹木材纖維寬度的縱向變異Fig.6 The longitudinal variation of wood fiber width in six Eucalyptus

2.2.2 6 種桉樹纖維腔徑和纖維雙壁厚的縱向變異

從圖7中可以看出，6 種桉樹木材纖維腔徑均隨樹高增加呈減小趨勢。細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉纖維腔徑變異范圍分別為：4.88～5.95、3.85～5.27、5.34～8.07、5.69～7.46、5.05～6.28、4.26～6.34 μm。

從圖8中可以看出，6 種桉樹木材纖維雙壁厚隨樹高增加變化幅度不大。巨桉木材纖維雙壁厚在相應(yīng)樹高上均小于其他桉樹，大花序桉纖維雙壁厚在相應(yīng)樹高均大于其他桉樹。細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉不同樹高纖維雙壁厚變異范圍分別為9.60～10.81、9.86～10.97、8.33～9.80、10.10～11.38、9.99～10.55、12.37～12.96 μm。

圖7 6 種桉樹木材纖維腔徑的縱向變異Fig.7 The longitudinal variation of wood fiber cavity diameter in six Eucalyptus

2.3 纖維特性主要指標(biāo)方差分析

2.3.1 6 種桉樹不同樹齡間纖維特性主要指標(biāo)方差分析

圖8 6 種桉樹木材纖維雙壁厚的縱向變異Fig.8 The longitudinal variation of wood fiber doublewall thickness in six Eucalyptus

6 種桉樹不同樹齡間纖維長度、纖維寬度、纖維腔徑和纖維雙壁厚的方差分析詳見表3。方差分析表明，6 種桉樹纖維長度、纖維腔徑和纖維雙壁厚在不同樹齡間的差異均極顯著，纖維寬度隨樹齡的變化差異均不顯著。

2.3.2 6 種桉樹不同樹高處纖維特性主要指標(biāo)方差分析

6 種桉樹不同樹高處纖維長度、纖維寬度、纖維腔徑和纖維雙壁厚的方差分析結(jié)果詳見表4。方差分析表明，6 種桉樹的纖維長度和纖維雙壁厚在不同樹高處的差異均不顯著；細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉和粗皮桉的纖維寬度隨樹高的變化差異也不顯著，僅大花序桉的的纖維寬度隨樹高的變化差異顯著；巨桉和大花序桉的纖維腔徑隨樹高的變化差異極顯著，尾葉桉和赤桉的纖維腔徑隨樹高的變化差異顯著，細(xì)葉桉和粗皮桉的纖維腔徑隨樹高的變化差異不顯著。

表3 6 種桉樹不同樹齡間纖維形態(tài)的方差分析結(jié)果?Table 3 Radial variance analysis of wood fiber morphology in six eucalyptus

表4 6 種桉樹不同樹高處纖維形態(tài)的方差分析結(jié)果?Table 4 Longitudinal variance analysis of wood fiber morphology in six eucalyptus

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

通過對細(xì)葉桉、赤桉、巨桉、尾葉桉、粗皮桉和大花序桉6 種桉樹在1.3 m 樹高處木材的主要纖維特性指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果表明：細(xì)葉桉的纖維長度和寬度均最小，分別為916、14.86 μm；赤桉的纖維腔徑最小，為4.22 μm；巨桉的纖維腔徑最大，為8.03 μm，纖維雙壁厚最小，為8.40 μm；大花序桉的纖維長度、寬度以及雙壁厚均最大，分別為1 129、19.06 和12.74 μm。

通過對6 種桉樹木材的纖維特性變異規(guī)律進(jìn)行分析，在同一纖維特性指標(biāo)中，6 個(gè)樹種隨樹齡或樹高的變異規(guī)律基本一致。徑向上，木材纖維長度隨樹齡增加先增大后趨于穩(wěn)定，該變異規(guī)律與檸檬桉[12]、閩楠[13]等木材纖維長度徑向變異規(guī)律相似；木材纖維寬度隨樹齡的增加而略有增加，該變異規(guī)律與米老排[14]、鵝掌楸[15]等木材纖維長度徑向變異規(guī)律相似；木材纖維腔徑均隨樹齡增加而逐漸減少；纖維雙壁厚的變異規(guī)律與纖維長度變異規(guī)律一致。在縱向上，6 種桉樹木材纖維長度、寬度和雙壁厚隨樹干高度的增加變化幅度不大；纖維腔徑均隨樹高的增加總體呈減小趨勢。

通過方差分析，在不同樹齡間，6 種桉樹的纖維寬度無顯著性差異，其余纖維特性指標(biāo)的差異極顯著；在不同樹高處，6 種桉樹木材纖維長度和雙壁厚無顯著性差異，纖維寬度指標(biāo)中，僅大花序桉有極顯著差異，其余樹種無顯著性差異；纖維腔徑指標(biāo)的差異顯著性隨樹種的不同有所區(qū)別。

3.2 討 論

研究表明，6 種樹種生長到一定的時(shí)間后（基本為10 a 以上）其木材纖維長度和雙壁厚均保持穩(wěn)定不再繼續(xù)增長，木材材性較為成熟，大花序桉的纖維長度、寬度和雙壁厚均明顯大于其它5 個(gè)樹種，相對具有更大的開展實(shí)木加工利用的潛在價(jià)值。

目前，國內(nèi)的速生桉采伐年齡較短，多用來加工人造板以及制漿造紙，桉木實(shí)木加工利用率不高，產(chǎn)品附加值低，中大徑級桉木培育以及實(shí)木加工利用相對較少，本研究只選取了6 個(gè)大徑級桉木樹種試樣進(jìn)行纖維特性測試，研究不夠全面，今后有必要針對更多的大徑級桉樹樹種開展木材解剖性質(zhì)、物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等方面的綜合研究，并構(gòu)建桉樹材性方面的數(shù)據(jù)庫，可以為桉樹實(shí)木用材樹種及主伐年齡的確定提供參考，為桉樹材性的研究及加工利用提供理論依據(jù)，對桉樹產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。