粗殼澳洲堅(jiān)果木材解剖性質(zhì)的研究

雷福娟，馬錦林，王軍鋒，馮沁雄，黃騰華

（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）

粗殼澳洲堅(jiān)果（Macadamia ternifolia）為山龍眼科（Proteaceae）粗殼澳洲堅(jiān)果屬多年生常綠果樹(shù)[1]。其木材為紅褐色且堅(jiān)硬，宜用做家具和工藝品，具有優(yōu)良的用材價(jià)值。木材的構(gòu)造是決定木材性質(zhì)的主要因素，也決定了木材的加工利用方向[2]。目前，有關(guān)粗殼澳洲堅(jiān)果的研究主要集中在栽培技術(shù)和果實(shí)精深加工等方面，對(duì)其木材性質(zhì)方面的研究較少。近年來(lái)，澳洲堅(jiān)果的種植面積快速增加，截至2017年底，廣西區(qū)內(nèi)的澳洲堅(jiān)果種植總面積已超過(guò)1.4 萬(wàn)hm2，位居全國(guó)第二[3]。在集約化栽培進(jìn)程中，間伐和更新砍伐下來(lái)的澳洲堅(jiān)果木材資源可觀，如果長(zhǎng)期得不到合理利用將會(huì)造成資源浪費(fèi)。本研究對(duì)粗殼澳洲堅(jiān)果木材的解剖特征進(jìn)行觀察與測(cè)定，分析纖維組織比量、壁腔比和纖維長(zhǎng)寬比等特性與造紙?jiān)弦蟮年P(guān)系，探討其細(xì)胞大小、數(shù)量及排列方式等與木材紋理圖案的關(guān)系及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，可為粗殼澳洲堅(jiān)果木材的開(kāi)發(fā)與利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試材由廣西扶綏夏果種植有限責(zé)任公司提供。該批木材為2018年1月果樹(shù)更新時(shí)采伐，樹(shù)齡30年。選取3 根直徑20 ～25 cm、樹(shù)干通直、無(wú)明顯缺陷且具有代表性的原木作為試驗(yàn)用材。木材切片和離析試樣依據(jù)等距法進(jìn)行取樣，從髓心向樹(shù)皮方向分成3 等份，于每等份的1/2 處取樣，南向標(biāo)記為（S心、S中,和S邊），北向標(biāo)記為（N心、N中和N邊）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 木材切片

采用水煮的方法將約1 cm3的木材試樣軟化后，使用滑走切片機(jī)（Leica SM2400R）切取厚度約15 μm 的橫切面、弦切面和徑切面，經(jīng)番紅染色、乙醇脫水、透明劑透明和封片等工序完成切面制片[4]。

1.2.2 木材離析

將木材制備成小細(xì)條（約火柴桿大?。萌腚x析液（冰醋酸和30%雙氧水以1∶1 比例混合）中，水浴加熱至充分離析后制備臨時(shí)片[4]。

1.2.3 觀察和測(cè)定方法

采用尼康（Nikon）80i顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行觀察和拍照；采用圖像測(cè)量分析軟件（NIS-ElementD3.2）進(jìn)行測(cè)量。在離析片上對(duì)木纖維和導(dǎo)管分子的尺寸進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)試樣（S心、S中、S邊、N心、N中和N邊）隨機(jī)測(cè)量60根纖維和導(dǎo)管分子；在橫切面切片上對(duì)管孔分布密度、射線分布密度和管孔弦向直徑進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)試樣測(cè)量60 次；在弦切面切片上對(duì)木射線寬度和高度進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)試樣測(cè)量60 次；用橫切面切片測(cè)量組織比量，在測(cè)量分析軟件上加載網(wǎng)形圖層（100個(gè)方格和121個(gè)方格交叉點(diǎn)），緩慢移動(dòng)切片，按順序從左到右、從上到下選定視野拍照保存，然后采用計(jì)點(diǎn)法測(cè)得各細(xì)胞組織比量，每個(gè)試樣測(cè)量30次。分別計(jì)算各參數(shù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 解剖構(gòu)造特征

2.1.1 宏觀構(gòu)造特征

粗殼澳洲堅(jiān)果木材邊材呈淺黃色，與心材區(qū)別明顯，心材為紅褐色。木材有光澤，無(wú)特殊氣味和滋味。生長(zhǎng)輪不明顯（圖1a）。散孔材；管孔略小至中等，大小略一致，分布不均勻。軸向薄壁組織量多，在肉眼下可見(jiàn)，放大鏡下明顯，多呈單側(cè)環(huán)管帶狀[5]；木射線少至中。分寬、窄兩類(lèi)射線，寬射線肉眼下明顯（圖1a ～b），窄射線肉眼下看不見(jiàn)。徑切面上射線斑紋明顯（圖1c）。

圖1 粗殼澳洲堅(jiān)果木材宏觀構(gòu)造Fig.1 Macro structure of M.ternifolia wood

2.1.2 微觀構(gòu)造特征

粗殼澳洲堅(jiān)果木材導(dǎo)管組織比量為10%，其橫切面為圓形和卵圓形，部分為多角形；每平方毫米13 個(gè)；單管孔及管孔團(tuán)，少數(shù)管孔弦列成對(duì)及短徑列復(fù)管孔（2 ～3 個(gè)細(xì)胞）；最大弦徑187 μm，平均為93 μm，多數(shù)在65 ～130 μm 之間；導(dǎo)管分子平均長(zhǎng)493 μm，多數(shù)在271 ～847 μm 之間；導(dǎo)管分子的形狀主要為紡錘形和圓柱形；單穿孔，圓形及卵圓形；穿孔板略傾斜。管間紋孔式互列，多角形紋孔口內(nèi)含，透鏡形。根據(jù)木材解剖特性分級(jí)[6]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材導(dǎo)管分子長(zhǎng)度中等（350 ～800 μm），管孔弦向直徑稍小（50 ～100 μm），管孔數(shù)目稍少（10 ～30個(gè)）。

粗殼澳洲堅(jiān)果木材軸向薄壁組織量多（圖2a），組織比量為31%；在射線間呈單側(cè)環(huán)管帶狀，帶寬2～15個(gè)細(xì)胞，多數(shù)在5 ～10個(gè)細(xì)胞之間，部分細(xì)胞腔內(nèi)有樹(shù)膠。

木纖維為造紙及纖維板等人造板生產(chǎn)的主要原料，其基本形態(tài)特征是評(píng)價(jià)紙張和人造板產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)[5]。粗殼澳洲堅(jiān)果木纖維長(zhǎng)度1 402 ～2 098 μm，平均值為1 708 μm，根據(jù)木纖維長(zhǎng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]，屬于稍長(zhǎng)纖維(1 600 ～2 200 μm)；纖維寬度21 ～31 μm，平均值為26 μm，達(dá)到3級(jí)（26 ～32 μm）[6]，屬于中等；長(zhǎng)寬比57.0 ～88.0，平均值為66.2；雙壁厚19.0 ～26.9 μm，平均值為22.9 μm，屬于甚厚纖維（胞腔幾乎完全封閉）[6]；壁腔比4.22 ～8.81，平均值為6.76。

粗殼澳洲堅(jiān)果的木射線非疊生，每毫米4 ～6根，組織比量23%；分為寬、窄兩類(lèi)射線，寬射線比窄射線多。窄射線寬14 ～100 μm（1 ～10 個(gè)細(xì)胞），平均26 μm；高125 ～961 μm（1 ～90 個(gè)細(xì)胞），平均324 μm。寬射線寬160 ～653 μm（15 ～45 個(gè)細(xì)胞），平均420 μm，屬于極寬射線（＞400 μm）[6]。高2 131 ～4 305 μm（100 ～300個(gè)細(xì)胞），平均3 096 μm，屬于稍低射線（2 ～5 mm）[6]。射線組織為異形Ⅱ和Ⅲ型（圖2b ～c）；射線細(xì)胞內(nèi)含豐富樹(shù)膠，晶體可見(jiàn)。導(dǎo)管與射線間紋孔似管間紋孔式。

圖2 粗殼澳洲堅(jiān)果木材微觀構(gòu)造Fig.2 Micro structure of M.ternifolia wood

2.2 纖維形態(tài)

纖維是造紙?jiān)系闹饕煞?，纖維率（即纖維組織比量）、纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)度/寬度)和壁腔比（雙壁厚/胞腔寬度）等是評(píng)價(jià)其是否適合用作造紙?jiān)牧系囊罁?jù)[8]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材的纖維率為36%，纖維長(zhǎng)度為1 708 μm，屬于稍長(zhǎng)纖維；長(zhǎng)寬比為66.2；壁腔比為6.76。

2.3 紋理圖案應(yīng)用分析

木材紋理是由導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向薄壁組織等解剖分子堆砌、相互交織形成的[6]。細(xì)胞大小、數(shù)量、排列方式、內(nèi)含物及鋸切方向等是木材紋理圖案的主要影響因素。細(xì)胞小且排列整齊的木材，其紋理較光滑細(xì)膩，賦予人們?nèi)彳?光滑的感覺(jué)；細(xì)胞較大、種類(lèi)較多且排列不整齊的紋理帶給人們粗獷回歸自然的視覺(jué)效果[9]。同種木材內(nèi)部不同位置的細(xì)胞大小、數(shù)量和排列方式有規(guī)律地發(fā)生變化，也能產(chǎn)生美麗的花紋。生長(zhǎng)輪明顯的木材由于晚材細(xì)胞較早材小、細(xì)胞壁較早材厚、內(nèi)含物較早材多，在宏觀上表現(xiàn)為晚材顏色較早材深、密度較早材大，在木材的弦切面上呈現(xiàn)倒V 字或山水狀花紋，徑切面上呈現(xiàn)條狀花紋。粗殼澳洲堅(jiān)果木材生長(zhǎng)輪不明顯，其弦切面上倒V 字或山水狀花紋不明顯（圖3）。粗殼澳洲堅(jiān)果屬于闊葉樹(shù)材，其木材較針葉樹(shù)的細(xì)胞種類(lèi)多、尺寸偏大、排列不整齊，木材紋理圖案相對(duì)于針葉樹(shù)木材屬于粗獷型。木材徑切面與木射線的方向一致，切面上常顯示出很多木射線組織。當(dāng)木射線為一般大小時(shí)，徑切面花紋不明顯；當(dāng)木射線明顯較寬時(shí)，徑切面有顯著的片狀、塊狀或不規(guī)則形狀的射線斑紋，其與周?chē)募?xì)胞組織形成顏色深淺和光澤強(qiáng)弱的對(duì)比，呈現(xiàn)出美麗的花紋，常稱(chēng)銀光紋理或銀光花紋[10]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材寬射線較多，部分射線極寬，在實(shí)際生產(chǎn)利用中，采用徑向刨切單板或徑鋸板可獲得銀光花紋（圖4）。粗殼澳洲堅(jiān)果木材宏觀或微觀構(gòu)造還可作為圖案、二維碼和防偽識(shí)別包裝等設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)素材[11]。

圖3 弦切面紋理圖案Fig.3 Textures and patterns on tangential section

圖4 徑切面銀光紋理Fig.4 Silvery textures on radial section

3 結(jié)論與討論

粗殼澳洲堅(jiān)果木材為紅褐色；生長(zhǎng)輪不明顯；散孔材；管孔略小至中等，略少，分布不均勻。導(dǎo)管分子長(zhǎng)度中等，形狀主要為紡錘形和圓柱形；單穿孔，圓形及卵圓形；穿孔板略傾斜。管間紋孔式互列，多角形紋孔口內(nèi)含，透鏡形。軸向薄壁組織量多，在射線間呈單側(cè)環(huán)管帶狀，帶寬2 ～15 個(gè)細(xì)胞，部分細(xì)胞腔內(nèi)具樹(shù)膠。纖維長(zhǎng)度稍長(zhǎng)，寬度中等，胞壁厚。木射線非疊生，每毫米4 ～6 根；寬射線比窄射線多；窄木射線平均寬26 μm，高324 μm；寬木射線平均寬420 μm，高3 096 μm；射線組織為異形Ⅱ和Ⅲ型；射線細(xì)胞內(nèi)部含豐富樹(shù)膠，晶體可見(jiàn)。

木材原料中雜細(xì)胞多，纖維含量少，會(huì)影響得漿率[12]；纖維率低于50%不適合用作造紙?jiān)蟍8]。纖維長(zhǎng)度對(duì)紙張的強(qiáng)度指標(biāo)（耐折度、耐破度和裂斷長(zhǎng)等）均有一定的影響；纖維越長(zhǎng)，紙張強(qiáng)度越大[12]。纖維長(zhǎng)寬比也是影響紙張質(zhì)量的重要因素之一，值越大，紙的撕裂強(qiáng)度越高[13]；長(zhǎng)寬比大于56 為優(yōu)良的造紙?jiān)希∮?0 則不適宜用于造紙[8]。壁腔比小的纖維易于結(jié)合，紙張強(qiáng)度大，而壁腔比大的纖維難以結(jié)合，紙張強(qiáng)度低；壁腔比小于1的纖維為上等造紙用材，等于1 的為中等造紙用材，大于1則不適合用于造紙[10，12]。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，粗殼澳洲堅(jiān)果木材纖維不適合造紙。

粗殼澳洲堅(jiān)果木材紋理圖案屬于粗獷型，可賦予人們回歸自然的感觀刺激。其木材寬射線較多，采用徑向刨切單板或徑鋸板可獲得美麗的銀光花紋，這些板材可應(yīng)用于高級(jí)家具、高級(jí)建筑物的內(nèi)部裝修和裝飾以及一些需要進(jìn)行表面裝飾的木制品。