人工林紅錐樹皮率及樹皮纖維尺寸的研究

陳桂丹，唐賢明，覃引鸞，徐 峰，潘立頂

（1,廣西大學 林學院, 廣西 南寧 530004 ; 2,防城港市技術監測所，廣西 東興 538100）

人工林紅錐樹皮率及樹皮纖維尺寸的研究

陳桂丹1,2，唐賢明1，覃引鸞1，徐 峰1，潘立頂1

（1,廣西大學 林學院, 廣西 南寧 530004 ; 2,防城港市技術監測所，廣西 東興 538100）

對人工林紅錐的樹皮率、樹皮纖維尺寸及株內縱向變異特性進行研究。結果表明：紅錐體積樹皮率和重量樹皮率總體上均隨樹高的增加而增大，體積樹皮率變異范圍為：8.6%～18.5%，平均值為11.6%，重量樹皮率變異范圍為7.4%～18.6%，平均值為11.1%；樹高1.3 m處樹皮纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比、壁腔比平均值分別為1191.67 μm、25.65 μm、2.54 μm、23.11 μm、46.23和10.86；樹皮纖維長度隨樹高的增加略有減小，纖維直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比和壁腔比的株內縱向變異規律性不強。方差分析結果顯示：不同高度的紅錐體積樹皮率和重量樹皮率變異極顯著，樹皮纖維尺寸各項指標的縱向變異也均極顯著。

紅錐；樹皮率；樹皮纖維；方差分析

紅錐Castanopsis hystrix為殼斗科錐木屬常綠喬木，是華南地區重要的珍貴闊葉用材和高效多用途樹種，具有生長快、材質優、應用廣、效益高等優良特性，近 20 多年來 , 因紅錐具有優良特性，其木材在家具、裝飾材料和人造板二次加工市場上前景廣闊，逐步引起科研和生產部門的重視[1-3]。隨著市場上對高級珍貴樹種木材的需求日益增加以及政府對天然林實施禁伐，紅錐人工林的面積將不斷擴大[4-5]。紅錐用于木材工業生產的同時會產生了大量的樹皮，目前我國對樹皮的利用主要以燃燒為主, 利用率低, 造成了資源的極大浪費。若能對木材加工剩余物中的樹皮充分利用加工成產品，將能利用有限的森林資源獲取更大的經濟效益，具有重大意義。前人對紅錐的育苗、造林、營林、材性利用等方面進行過相關研究[6-11]，但并未涉及到樹皮解剖方面。本研究對中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心（廣西憑祥）人工林紅錐樹皮率及樹皮纖維形態尺寸進行探討,以求為紅錐樹皮的合理開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試材是從廣西自治區憑祥市中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心伏波實驗場采集的人工林紅錐木材。實驗場面積7 hm2，海拔500 m左右，屬低山丘陵，坡向北，坡度30°，土壤為紅壤，pH為5.0。實驗場于1983年造林，初植密度為2 m×2 m；現林分郁閉度90%以上，林分現有密度約為450株/ hm2。

采集8株樣木作為試材。樣木伐倒前, 在樹干上標出北向，然后分別自樹干基部向上，從樹高0.0 m，1.3 m及之上的每間隔2 m高度處鋸取厚約5 cm圓盤各1個。圓盤鋸取后，為防水分散失，立即裝入塑料袋中密封，帶回實驗室進行實驗。所采集的試材基本情況如表1所示。

表1 試材基本情況Table 1 The basic situation of tested materials

1.2 實驗方法

1.2.1 樹皮率測定方法

體積樹皮率：即樹皮材積與帶皮圓盤材積比值，先測量圓盤的帶皮半徑R皮，后測量圓盤的去皮半徑R木和圓盤的高度H，然后根據下式計算體積樹皮率：

重量樹皮率：即樹皮重量與帶皮圓盤重量比值，先稱量圓盤的帶皮重量G皮，再稱圓盤的去皮重量G木，根據下式計算重量樹皮率：

1.2.2 纖維尺寸的測定

分別對8株樣木進行樹皮纖維尺寸的測定，抽取其中1株樣木，對其所有圓盤的樹皮纖維尺寸進行測定，以便探究樹皮纖維株內縱向變異的規律。其余7株只對1.3 m樹高的圓盤進行測定。在各圓盤的北向截取一部分樹皮并切成火柴桿大小的試樣，用冰醋酸（分析純）和30%雙氧水(1∶1)的混合液在加熱的條件下進行離析，然后經脫酸、染色、脫水、TO透明、封片。采用數碼顯微圖像電腦分析系統（XSJ-HS,XTJ-30）對樹皮纖維尺寸進行測量，每個試樣測定60根纖維。通過數學統計方法計算出樹皮纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比、壁腔比的數據，并進行方差分析比較。

2 結果與討論

2.1 樹皮率變異

經實驗測定并對實驗數據進行統計計算與方差分析，得出人工林紅錐體積樹皮率、重量樹皮率的變異規律如圖1所示，方差分析結果見表2。

圖1 樹皮率縱向變異曲線Fig. 1 The longitudinal variation curves of tree bark rate

經過實驗并對實驗數據進行處理得出紅錐體積樹皮率和重量樹皮率的的縱向變異規律如圖1所示，從圖上可以看出，體積樹皮率和重量樹皮率變化總趨勢均是隨著樹干高度的增加而增大。其中：體積樹皮率在0～5.3 m樹高之間逐漸遞增，在5.3～9.3 m樹高之間則趨于平緩，到11.3 m樹高處則迅速增高至11.4%，之后體積樹皮率則有規律地上升，變化范圍為8.6%～18.5%，全樹平均值為11.6%；重量樹皮率變化總體趨于平穩遞增趨勢，在0～19.3 m樹高之間基本呈直線上升，在樹梢21.3 m處則突然升高至最高值，變化范圍7.4%～18.6%，全樹平均值為11.1%。重量樹皮率略小于體積樹皮率。

從表2的方差分析結果可以看出，不同樹高的人工林紅錐體積樹皮率和重量樹皮率在F（0.01）水平差異顯著。

對于汽車仿真時的最大行車速度，取設計速度為60 km/h(16.7 m/s)。為了使仿真結果接近實際情況，通過統計身邊開車駕駛人在轉彎時的駕駛速度，合理確定該路段的行車速度，從而符合實際駕駛操作。另外，為了減小軟件對超高修正的影響，起始路段采用勻加速模型，而曲線路段的車速適當降低為36 km/h(10 m/s)。根據車速變化計算出各段行駛時間得到時間與速度關系如圖5所示。

表2 樹皮率的方差分析Table 2 Variance analysis of tree bark rate

2.2 樹皮纖維尺寸變異

2.2.1 樹高1.3 m處樹皮纖維尺寸的變異

通過對8株紅錐樹皮的纖維尺寸測定結果，得出各株試材1.3 m樹高處樹皮的纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比及壁腔比的數據（見表3）。

表3 樹皮纖維尺寸的均值Table 3 Average values of tree bark fiber

從表3可以看出，紅錐1.3 m樹高處樹皮纖維長度均超過1 000 μm，平均值為1 191.67 μm，根據國際木材解剖學家協會（IAWA）公布木纖維長度分級標準,可判定紅錐樹皮纖維長度屬于中級（900 μm～1 600 μm），符合纖維工業原料的要求[12]。直徑平均值為25.65 μm；長徑比平均值為46.23；腔徑極小，平均值2.54 μm，僅為樹皮纖維直徑的十分之一；雙壁厚較大，平均值為23.11 μm；壁腔比較大，平均值為10.86。說明紅錐樹皮纖維胞壁特厚。

2.2.2 不同樹高樹皮纖維尺寸的變異

通過對4號樣木不同樹高處樹皮纖維尺寸進行測定，得出纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比及腔徑比的縱向變異曲線圖，分別如圖2～圖7所示。

圖2 樹皮纖維長度縱向變異曲線Fig. 2 Longitudinal variation curve of bark fiber length

圖3 樹皮纖維直徑縱向變異曲線Fig. 3 Longitudinal variation curve of bark fiber diameter

從圖3可以看出，紅錐樹皮纖維直徑隨著樹高的變異曲線波動較大，其變異規律并不顯著，變化范圍為23.08 μm～26.98 μm，平均值為24.49 μm。在3.3 m和15.3 m樹高處出現較大值，在5.3 m樹高處出現最小值。

圖4 樹皮纖維腔徑縱向變異曲線Fig. 4 Longitudinal variation curve of bark fiber lumen diameter

圖5 樹皮纖維雙壁厚縱向變異曲線Fig. 5 Longitudinal variation curve of bark fiber wall thickness

從圖4可以看出，紅錐韌皮纖維腔徑變異曲線先上升后急劇下降之后趨于平緩，在0 m～3.3 m樹高之間迅速從2.32 μm增大至最大值，到5.3 m樹高處則迅速降低至最小值，在5.3 m樹高往上隨樹高的增高變化不大，總體變化范圍為1.76 μm～4.73 μm，平均值為2.58 μm。纖維腔徑總體較小。

從圖5可以看出，從圖2-5可以看出，變異曲線在前半段比較平緩后半段則波動較大，紅錐韌皮纖維雙壁厚在11.3 m樹高往下隨樹高的增高變化不大，總體變化范圍為20.35 μm～24.08 μm，平均值為21.91 μm。在13.3 m和15.3 m樹高處出現最大值，17.3 m樹高處出現最小值。纖維雙壁厚總體較厚。

圖6 樹皮纖維長徑比縱向變異曲線Fig. 6 Longitudinal variation curve of bark fiber length-diameter ratio

圖7 樹皮纖維壁腔比縱向變異曲線Fig. 7 Longitudinal variation curve of bark fiber thickness-lumen diameter ratio

從圖6 可以看出，紅錐樹皮纖維長徑比隨樹高的增高變化規律不顯著，變化范圍為38.54～50.81，全樹平均值為44.76，在3.3 m樹高處出現最小值，而在5.3 m樹高處出現最大值。

從圖7可以看出，紅錐樹皮纖維腔徑比隨樹高的增高變化規律性不強，變化范圍為8.77～12.91，全樹平均值為10.56，在17.3 m樹高處出現最小值，在5.3 m樹高處出現最大值。

2.2.3 樹皮纖維尺寸方差分析

通過對8株人工林紅錐樹皮的纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚及壁腔比數據進行方差分析，結果見表4。

表4 樹皮纖維尺寸的方差分析Table 4 Variance analysis of bark fiber sizes

由表4可見，經方差分析表明，不同樹高的人工林紅錐樹皮纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚和壁腔比的差異均顯著。

3 結論與討論

(1)人工林紅錐體積樹皮率和重量樹皮率均隨著樹干高度的增加而增大。

(2)人工林紅錐樹皮纖維長度平均值為1 191.67 μm，屬于中等級纖維。樹皮纖維長度在株內的變異為隨著樹高的增高略有減小。

(3)人工林紅錐樹皮纖維直徑平均值為25.65 μm、腔徑平均值為2.54 μm、而雙壁厚平均值為23.11 μm，壁腔比高達10.86，在木纖維細胞中很少見。

(4)人工林紅錐樹皮纖維長徑比平均值為46.23，但隨樹高的增高其變化規律不顯著。

(5)經方差分析得出：紅錐體積樹皮率和重量樹皮率株內縱向變異差異極顯著；樹皮纖維長度、直徑、腔徑、雙壁厚及壁腔比株內縱向變異差異均極顯著。

研究數據顯示紅錐人工林體積樹皮率和重量樹皮率較高，均超過10%，樹皮纖維長度達到中等，且纖維腔壁紅錐樹皮纖維胞壁相當厚，胞腔直徑很小。這表明紅錐樹皮適用于造紙，也可在刨花板、纖維板、碎料板等生產中加入適量的紅錐樹皮以減少資源浪費, 還可用樹皮粉與水泥、礦渣和石灰混合制成水泥樹皮板、礦渣樹皮板等特種人造板，這些樹皮人造板有著較好的絕熱隔音性能、輕巧，易加工等許多優良的特性, 可做較好的建筑裝飾材料，紅錐樹皮炭活化后還可制成吸附性較好的活性炭，也可將樹皮碾碎作為土壤改良劑。從資源的節約和充分合理有效利用上考慮紅錐樹皮的用途有著廣闊的發展前景。

[1] 郝海坤，潘月芳，曹艷云. 紅錐容器育苗的試驗研究[J]. 西部林業科學， 2009,38(2):41-46

[2] 張方秋，陳祖旭，梁東成，等. 紅錐天然分布區的主要資源現狀[J]. 廣東林業科技，2008,24(2):1-4

[3] 趙登科. 紅錐優質用材林間伐整枝與中期施肥試驗[J]. 現代農業科技，2009,(17):186-188

[4] 唐玉貴，龍定建. 紅錐速生豐產栽培技術[J]. 廣西林業科學,2000,29(1):39-40

[5] 朱積余，將 燚，潘 文. 廣西紅錐優樹選擇標準研究[J]. 廣西林業科學，2002,31(3):109-113

[6] 朱積余，將 燚，丘小軍. 廣西紅錐地理種源試驗初報[J].廣西林業科學,1997,26(2):66-68

[7] 尹思慈，宋 璋，吳達期. 細葉紅錐木材物理力學性質試驗[J]. 南京林業大學學報,1987,(4):102-107

[8] 林大新. 廣西闊葉樹木材氣干密度與其材性相關的研究[J].廣西農學院學報,1988,7(2):67-71

[9] 呂建雄，林志遠，駱秀琴，等. 紅錐和西南樺人工林木材干縮特性的研究[J]. 北京林業大學學報, 2005,27(1):6-9

[10] 呂建雄，駱秀琴，蔣佳荔，等. 紅錐和西南樺人工林木材力學性質的研究[J]. 北京林業大學學報, 2006,28(2):118-122

[11] 趙金龍，梁宏溫，溫遠光，等. 馬尾松與紅錐混交異齡林生物量分配格局[J]. 中南林業科技大學學報，2011,31(2):60-64

[12] 徐有明. 木材學[M]. 北京:中國林業出版社，2006:64-65.

Study on tree bark rate and bark fiber morphological size of Castanopsis hystrix plantation

CHEN Gui-dan1,2, TANG Xian-ming1, QIN Yin-luan1, XU Feng1, PAN Li-ding1
(College of Forestry, Guangxi University, Nanning, 530004, Guangxi, China; Fangchenggang City Technique Testing Institute,Dongxing, 538100, Guangxi, China)

∶ The tree bark rate, bark fiber morphological size and the longitudinal variation within tree of the Castanopsis hystrix plantation were investigated. The results indicate that on the whole, the bark volume rate and the weight rate decreased as the tree height increased;the variation scope of bark volume rate was 8.6%～18.5%, and its average value was 11.6%; the variation scope of bark weight rate was 7.4%～18.6% with a average value 11.1%; the average values of bark fiber length, diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width and the ratio of fiber thickness to lumen diameter at 1.3 m height of tree were 1 191.67 μm, 25.65 μm, 2.54 μm, 23.11 μm, 46.23 and 10.86, respectively; the bark fiber length slightly decreased with the increase of the tree height; the longitudinal variation regulation among the tree of fiber diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width, the ratio of fiber thickness to lumen diameter wasn’t significant; the variance analysis showed that the differences was very significant in the bark volume rate and weight rate of Castanopsis hystrix with various tree height. The longitudinal variation within tree of the bark fiber morphological sizes was very significant as well.

∶ Castanopsis hystrix；plantatiopn; tree bark rate; tree bark fiber; variance analysis

S789.1

A

1673-923X (2012)06-000163-05

2012-01-17

主要速生人工林樹種材性改良與深加工利用研究（桂林科字[2009]第7號）

陳桂丹(1986—)，女，廣西荔浦人，碩士研究生，研究方向為木材科學與技術

徐 峰(1948—)，男，廣西蒼梧人，教授，碩士生導師，主要研究方向為木材解剖與木材識別；E-mail:glxf0916@126.com

[本文編校：羅 列]