鄧恩桉木材灰分和抽提物含量及其變異規(guī)律

劉 媛，盧陸峰，郭東強(qiáng)，盧翠香，陳健波

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 中南速生材繁育國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530002；2.環(huán)江毛南族自治縣華山林場(chǎng)，廣西環(huán)江 547100）

木材化學(xué)成分是紙漿材的重要材性指標(biāo)，其變化直接影響木材的性質(zhì)；其分析結(jié)果可決定樹種是否適宜作紙漿原料，可為制漿技術(shù)的選擇提供參考[1-2]。木材是天然生長形成的有機(jī)物，除含有較多的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素外，還含有少量抽提物和灰分[3-4]。木材抽提物主要為可溶于有機(jī)試劑的低分子化合物，如樹脂、單寧和色素等，其含量對(duì)制漿造紙影響很大；含量越高，所需工業(yè)堿的量就越高，紙漿色彩變暗，易造成制漿儀器管道堵塞等[4]。灰分是植物纖維原料中的有機(jī)物經(jīng)過高溫完全灼燒后的殘留物質(zhì)，主要成分是鈉、錳、鎂、鈣和磷等無機(jī)鹽，含量低于1%[2]。紙漿中硅酸鹽含量過高，紙質(zhì)發(fā)脆；黑液中硅含量高，會(huì)影響堿回收[2]。灰分含量在造紙?jiān)现性降驮胶肹2]。木材的灰分和抽提物含量在木材中所占比例較小，但對(duì)木材顏色、密度、防腐改性、耐腐性、板材干燥膠合和紙漿蒸煮等均有一定影響，深入研究木材成分和抽提物對(duì)合理利用木材資源有重要意義[3，5]。

鄧恩桉（Eucalyptus dunnii）為桃金娘科（Myrtaceae）桉屬雙蒴蓋亞屬樹種，是我國引種較成功的耐寒樹種，在廣西北部、云南、湖南、福建和江西等地均有種植，是廣西桂北地區(qū)主要速生造林樹種之一[6-7]。鄧倫秀等[8]對(duì)貴州引種的3年生鄧恩桉木材纖維特性及化學(xué)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鄧恩桉適宜造紙。郭東強(qiáng)等[9]對(duì)2個(gè)鄧恩桉種源的木材纖維長度、寬度、長寬比、雙壁厚及壁腔比進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其纖維長度、纖維長寬比和纖維雙壁厚等均符合紙漿材要求，壁腔比未達(dá)到優(yōu)良造紙材要求。盧翠香等[10]測(cè)量鄧恩桉木材基本密度，發(fā)現(xiàn)22年生鄧恩桉木材除壁腔比外，其他指標(biāo)均達(dá)到紙漿材要求。速生桉已成為我國南方主要的紙漿造紙工業(yè)原料之一，尾赤桉（E.urophylla×E.camaldulensis）、尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）和尾葉桉（E.urophylla）等桉木制漿已有充分的研究和應(yīng)用[3]。有關(guān)鄧恩桉木材化學(xué)成分的研究較少，灰分和抽提物含量及其變化規(guī)律未見報(bào)道。本研究以華山林場(chǎng)11年生鄧恩桉木材為材料，測(cè)定鄧恩桉木材灰分和抽提物含量，對(duì)灰分和抽提物含量在樹高和株間的變異規(guī)律進(jìn)行探討，為桉樹紙漿材的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來自于2009年環(huán)江毛南族自治縣華山林場(chǎng)營造的11年生鄧恩桉混合種源試驗(yàn)林，鄧恩桉種子由澳大利亞進(jìn)口。2008年，開始播種、育苗；2009年5月，造林，栽植株行距為2 m×3.5 m，初植密度為1 425株/hm2。造林前進(jìn)行除雜、煉山，全墾大穴整地（穴長60 cm、寬40 cm和深30 cm）。2009—2011年，連續(xù)3年進(jìn)行追肥；2009年，松土除草1次；2014年7月中旬，對(duì)5年生鄧恩桉林分進(jìn)行撫育間伐，主要伐除矮小、瀕死及病蟲害林木；造林期間進(jìn)行常規(guī)經(jīng)營管理措施。

1.2 試驗(yàn)方法

參考GB/T 2677.1—93[11]獲取原料，選取3株平均木伐倒，分別在樹高1.3、11.3和19.3 m處各鋸取厚度為3～5 cm的圓盤；風(fēng)干后，去皮，劈成火柴棍大小，充分混合，采用四分法均勻取樣500 g。采用植物粉碎機(jī)打碎木棍，留取通過40目篩而留于60目篩的木粉，貯藏備用。對(duì)木粉進(jìn)行分析，測(cè)定項(xiàng)目有灰分、冷水抽提物、熱水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物，分別參考GB/T 2677.3—93[12]、GB/T 2677.4—93[13]、GB/T 2677.5—93[14]和GB/T 2677.6—94[15]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件計(jì)算各指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量分析

2.1.1 灰分

鄧恩桉木材灰分含量平均值為0.46%，極差為0.34，變異系數(shù)為21.74%（表1）?；曳趾孔儺愝^大。

表1 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量Tab.1 Contents of ash and extracts of E.dunnii woods

2.1.2冷、熱水抽提物

造紙?jiān)现兴械牟糠譄o機(jī)鹽類、植物堿、糖、環(huán)多醇、單寧、色素及多糖類物質(zhì)等均能溶于水[16]。冷、熱水抽提物種類大致相同；水溫高時(shí)，能溶出更多果膠質(zhì)、淀粉、多酚類和有機(jī)酸等物質(zhì)，熱水抽提物含量高于冷水[2，17]。鄧恩桉木材冷水抽提物含量平均值為1.89%，極差為1.59，變異系數(shù)為23.28%；熱水抽提物含量平均值為2.39%，極差為2.38，變異系數(shù)為29.29%（表1）。冷、熱水抽提物含量變異均較大。

2.1.3 1%NaOH抽提物

1%NaOH抽提物含量在一定程度上可說明原料受到光、熱、氧化或細(xì)菌等作用而變質(zhì)或腐朽的程度，可預(yù)見該原料在堿法制漿中紙漿得率的情況[18]。鄧恩桉木材1%NaOH抽提物含量平均值為12.23%，極差為3.06，變異系數(shù)為7.77%（表1）。植物纖維原料中能溶于冷、熱水的物質(zhì)均可溶于1%NaOH溶液，1%NaOH溶液抽提物含量明顯高于冷、熱水抽提物含量[19]。

2.1.4 苯醇抽提物

苯醇混合液能溶解出乙醚抽提物，還能除去色素、單寧和其他成分[12]。在造紙工業(yè)中，苯醇抽提物含量越低越有利于造紙[2]。鄧恩桉木材苯醇抽提物含量平均值為1.15%，極差為0.83，變異系數(shù)為15.65%（表1）。苯醇抽提物含量變異較大。

2.2 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量的變異情況

2.2.1 抽提物含量在不同樹干部位的變異情況

灰分和不同抽提物含量在不同樹干部位均表現(xiàn)為樹體基部含量最高（圖1）?；曳帧⒗渌樘嵛锖吭诓煌瑯涓刹课痪氏冉岛笊内厔?shì)，中部含量最低；熱水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物含量均呈降低趨勢(shì)，梢部含量最低。

圖1 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量徑向變異Fig.1 Radial variations of contents of ash and extracts of E.dunnii woods

灰分、熱水抽提物和苯醇抽提物含量在不同樹干部位均差異極顯著（P＜0.01），冷水抽提物和1%NaOH抽提物含量均差異不顯著（表2）。不同樹干部位的鄧恩桉木材抽提物含量變異較大。

表2 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量在不同樹干部位的方差分析Tab.2 Variance analysis on contents of ash and extracts of E.dunnii woods in different stem parts

2.2.2灰分和抽提物含量的株間變異情況

灰分、冷水抽提物、熱水抽提物和苯醇抽提物含量在株間差異不顯著；1%NaOH抽提物含量差異極顯著（P＜0.01）（表3）。木材灰分和大部分抽提物含量在株間的變異不顯著。

表3 鄧恩桉木材灰分和抽提物含量株間變異方差分析Tab.3 Variance analysis on contents of ash and extracts of E.dunnii woods among plants

2.3 灰分和抽提物的相關(guān)性分析

對(duì)鄧恩桉木材灰分和抽提物進(jìn)行相關(guān)性分析，灰分與各抽提物的相關(guān)性均不顯著（表4）?；曳峙c熱水抽提物和苯醇抽提物均呈正相關(guān)，與冷水抽提物和1%NaOH抽提物均呈負(fù)相關(guān)；冷水抽提物與熱水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物均呈正相關(guān)；熱水抽提物與1%NaOH抽提物呈負(fù)相關(guān)，與苯醇抽提物呈正相關(guān)；1%NaOH抽提物與苯醇抽提物呈正相關(guān)。

表4 鄧恩桉木材灰分和抽提物的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis among ash and extracts of E.dunnii woods

3 討論與結(jié)論

趙星等[20]發(fā)現(xiàn)廣東湛江6種不同種源28個(gè)家系的粗皮桉（E.pellita）灰分含量為0.06%～0.76%。彭仕堯[21]發(fā)現(xiàn)5年生11個(gè)尾細(xì)桉（E.urophylla×E.tereticornis）無性系灰分均值為0.52%。鄧恩桉木材灰分含量為0.46%，與粗皮桉和尾細(xì)桉無性系接近，屬優(yōu)質(zhì)范圍。羅建舉等[1]發(fā)現(xiàn)尾葉桉紙漿材冷水抽提物含量平均值為4.95%，熱水抽提物含量平均值為5.67%，1%NaOH抽提物含量平均值為17.57%。鄧恩桉木材冷、熱水抽提物和1%NaOH抽提物含量分別為1.89%、2.39%和12.33%，均低于尾葉桉紙漿材。鄧恩桉木材苯醇抽提物含量平均值為1.15%，與陳茜文[22]的研究結(jié)果一致。根據(jù)造紙?jiān)系囊?，普通桉木苯醇抽提物含量要求低?.98%[23]，鄧恩桉的苯醇抽提物含量低于此含量，對(duì)制漿產(chǎn)生的影響較小。本研究的鄧恩桉木材灰分和抽提物含量均保持在平均或較低水平，可保證紙漿得率和質(zhì)量，符合造紙的基本要求。

方差分析結(jié)果顯示，鄧恩桉木材灰分、熱水抽提物和苯醇抽提物含量在不同樹干部位差異顯著，冷水抽提物和1%NaOH抽提物含量差異不顯著。鄧恩桉木材灰分和抽提物含量在不同樹干部位均為樹體基部最大?；曳帧⒗渌樘嵛锖吭诓煌瑯涓刹课痪氏冉岛笊内厔?shì)；熱水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物含量均呈降低趨勢(shì)。說明對(duì)不同部位蒸煮制漿時(shí)，藥品的用量應(yīng)有所變化，降低成本，提高制漿得率。鄧恩按木材灰分和大部分抽提物含量在株間差異不顯著，1%NaOH抽提物含量差異極顯著，為鄧恩桉紙漿材良種選育提供依據(jù)。羅建舉等[1]研究表明，尾葉桉紙漿材抽提物含量在樹干高度上變異存在差異，熱水抽提物含量差異極顯著，1%NaOH抽提物含量差異顯著，冷水抽提物含量差異不顯著。鄧恩桉木材與尾葉桉木材抽提物含量沿樹高變異規(guī)律不一致，說明不同品種的桉樹木材化學(xué)成分變異較大。相關(guān)性分析結(jié)果表明，灰分與不同抽提物間的相關(guān)系數(shù)較低，相關(guān)性均未達(dá)到顯著相關(guān)。說明制漿時(shí)，某一成分藥品用量可單獨(dú)調(diào)整，不影響其他成分。

本研究只對(duì)華山林場(chǎng)鄧恩桉木材灰分和抽提物含量及其變異規(guī)律進(jìn)行分析和探討，旨在為后續(xù)鄧恩桉木材化學(xué)成分的研究提供參考。下一步可對(duì)鄧恩桉木材主要化學(xué)成分含量進(jìn)行測(cè)定和分析，探討其變異規(guī)律，為制漿造紙?jiān)系呐囵B(yǎng)和篩選提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)桉樹人工林高效利用。