15年生巨尾桉纖維特性分析

鄭明朝，黃 金，韋鵬練，符韻林*

(1.廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園，廣西 南寧 530031；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

巨尾桉是以巨桉為母本、尾葉桉為父本的雜交樹種，具有生長迅速，輪伐周期短，適應(yīng)性強(qiáng)，用途廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)，是我國南方短周期工業(yè)原料林的主要造林樹種之一[1,2]。長期以來，我國桉樹人工林以短周期輪伐為主要經(jīng)營方式，小徑材所占比重較大，大徑材資源相對(duì)不足。桉樹人工林木材的利用以生產(chǎn)人造板為主，產(chǎn)品附加值不高；作為實(shí)木利用的桉樹也多為幼齡材，生長應(yīng)力大，易產(chǎn)生開裂、變形等缺陷，對(duì)生產(chǎn)加工的影響較大，木材綜合利用率較低[3]。隨著世界各國紛紛加強(qiáng)對(duì)原木出口的限制以及我國全面禁止天然林商業(yè)化采伐政策的實(shí)施，我國的木材產(chǎn)量，特別是大徑材產(chǎn)量，與市場需求之間的矛盾越來越突出。因此，加快發(fā)展大徑級(jí)速生桉樹人工林，拓展桉樹木材的應(yīng)用范圍，不僅可以有效緩解我國的木材供求矛盾，同時(shí)也有利于提高我國桉樹人工林的經(jīng)營效益。近年來，我國在桉樹的速生豐產(chǎn)和優(yōu)化栽培模式方面取得了一系列研究成果[4,5]，在南方一些國有林場也對(duì)桉樹的大徑級(jí)材培育進(jìn)行了嘗試，為桉樹實(shí)木化利用創(chuàng)造了有利條件[6,7]。但相比桉樹幼齡材，大徑級(jí)桉樹人工林木材的基礎(chǔ)性質(zhì)以及加工利用研究還相對(duì)滯后[8-10]。為了全面掌握大徑級(jí)巨尾桉人工林木材的基礎(chǔ)性質(zhì)，筆者擬開展有關(guān)木材材性的系列研究，如木纖維在樹干徑向和縱向的變異規(guī)律以及幼齡材與成熟材的年限劃分等，為桉樹大徑級(jí)材的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料采集地基本概況

試驗(yàn)材料來源于廣西南寧樹木園，地處東經(jīng)108°21′，北緯22°40′，海拔80～220 m，相對(duì)高度30～140 m，屬低丘陵。年平均氣溫21 ℃，最低氣溫-1.4 ℃，最高氣溫39.5 ℃，年降水量1300 mm,4～9月份為雨季，相對(duì)濕度65%～80%。

1.2 方法

試材于2016年11月采集。選取生長正常的標(biāo)準(zhǔn)樣木3株，標(biāo)明北向，分別沿樣木樹干0.3 m，1.3 m至18.8 m每隔2.5 m截取厚度約為5 cm的圓盤。

將圓盤表面刨平，逐一確定每個(gè)圓盤的年輪數(shù)，然后沿圓盤南北向通過髓心鋸出寬度約2 cm的木芯，在木芯的北向位置上由樹皮向髓心方向?qū)⒛贻喼鹨磺邢?，進(jìn)一步將年輪試樣劈成火柴桿大小，放入試管中，加入離析液，恒溫水浴加熱進(jìn)行離析處理。離析液為冰醋酸和過氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)按1∶1體積比混合而成的溶液，當(dāng)試樣膨大變白后停止離析，傾倒離析液，用蒸餾水將離析試樣充分洗滌干凈，經(jīng)5%番紅溶液染色后制成臨時(shí)玻片，采用顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，纖維長度和寬度分別在10×4倍和10×40倍物鏡下測(cè)量，每個(gè)試樣測(cè)量30根。采用有序聚類分析(最優(yōu)分割法)進(jìn)行聚類分析，通過分析各項(xiàng)纖維特征的徑向變異來劃分幼齡材與成熟材的界限。

2 結(jié)果與分析

2.1 巨尾桉的纖維形態(tài)

纖維形態(tài)包括纖維的長度、直徑、腔徑、雙壁厚、長徑比、壁腔比等特征，其中纖維長度和壁腔比是劃分纖維等級(jí)的重要指標(biāo)。15年生巨尾桉的纖維形態(tài)特征指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。其木材纖維的平均長度為1005.74 μm，變異范圍為651.78～1238.44 μm，達(dá)到國際木材解剖學(xué)協(xié)會(huì)公布的中等長度纖維要求(0.9～1.6 mm)。壁腔比的變異范圍在0.29～1.02之間，平均為0.56，屬于好至很好的纖維(≤1)。從變異系數(shù)來看，除了纖維的長度和直徑外，其它的指標(biāo)如腔徑、雙壁厚、壁腔比等，變異系數(shù)均在10%以上，說明巨尾桉纖維的纖維形態(tài)具有較大變異。與其它6～8年生的低齡材相比，15年生巨尾桉木材纖維的平均長度增長了21.23%～39.58%[11,12]，這意味著其木材纖維的交織強(qiáng)度以及木材力學(xué)強(qiáng)度將有一定程度提高，木材性能將獲得改善，這正是延長桉樹人工林采伐年限，培育大徑材的意義所在。

表1 巨尾桉纖維形態(tài)測(cè)定結(jié)果

2.2 巨尾桉纖維形態(tài)的縱向變異

15年生巨尾桉纖維形態(tài)的縱向變異見圖1。從圖中可以看出，纖維長度、雙壁厚、長徑比、壁腔比的變化趨勢(shì)相似，均表現(xiàn)為由樹干基部向稍部呈波動(dòng)性增長，其中在樹干4 m以下的范圍內(nèi)增長較快，到達(dá)一個(gè)較大值后在樹干4～8 m的高度范圍內(nèi)有一定的下降趨勢(shì)，隨后在8～12 m的范圍內(nèi)又呈現(xiàn)增長，在樹干16 m以上的部位，各指標(biāo)均保持在較高的數(shù)值，也就是說樹干稍部的纖維長度、雙壁厚、長徑比、壁腔比比樹干基部和中部的大。從方差分析結(jié)果(表2)來看，纖維長度在樹干縱向方向的變異達(dá)到顯著水平，而雙壁厚、長徑比和壁腔比則均達(dá)到極顯著水平；纖維直徑和腔徑在樹干基部至稍部的變化總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在16 m以上的樹梢部位，纖維直徑和腔徑均較小。方差分析表明(表2)，纖維直徑在縱向方向有顯著差異，纖維腔徑有極顯著差異。

2.3 巨尾桉纖維形態(tài)的徑向變異

15年生巨尾桉纖維形態(tài)的徑向變異和方差分析分別見圖2和表3。從圖2可以看出，從髓心向樹皮方向，纖維長度、雙壁厚、長寬比和壁腔比均隨著年輪的增加而逐漸增大，其中在1～4輪的增長較快，4～8輪增長變緩，8輪以后在某一區(qū)間附近波動(dòng)變化。這說明巨尾桉的快速生長發(fā)生在種植后1～4年，隨后生長速度逐漸放緩，8年以后進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的生長階段。方差分析表明，纖維長度、雙壁厚、長寬比和壁腔比在樹干的徑向方向均有極顯著差異。纖維直徑和腔徑在徑向方向上的變化與上述指標(biāo)的變化有所不同。纖維直徑除了在靠近髓心的1～2年輪間有較大增長外，第2年輪以后在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，變化較小。方差分析表明，纖維直徑在年輪間的差異不顯著；纖維細(xì)胞腔的直徑在從髓心向外的前10輪里呈現(xiàn)明顯的減小，之后呈波動(dòng)變化。結(jié)合纖維直徑和雙壁厚的變化來看，纖維細(xì)胞腔直徑的減小主要由于細(xì)胞壁的增厚造成。方差分析表明，纖維細(xì)胞的腔徑在樹干徑向方向的變化差異達(dá)到極顯著水平。由纖維形態(tài)的徑向變異可以發(fā)現(xiàn)，纖維長度、雙壁厚等指標(biāo)均有一個(gè)逐漸增大最后穩(wěn)定的過程，這與樹木的生長發(fā)育有關(guān)。在樹木生長早期，細(xì)胞尚未發(fā)育成熟，細(xì)胞的長度和細(xì)胞壁的厚度較小，這些細(xì)胞圍繞在髓心附近呈圓柱狀，稱為幼齡材或者未成熟材，樹種不同，幼齡材的厚度不同，或者說年限不同。因此，可以根據(jù)纖維形態(tài)的變化來劃分幼齡材與成熟材的年齡界限。對(duì)巨尾桉纖維形態(tài)各指標(biāo)進(jìn)行有序聚類分析，結(jié)果見表4。通過聚類分析可以發(fā)現(xiàn)，纖維長度和長徑比的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在第7年，纖維腔徑、雙壁厚和壁腔比的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在第8年，纖維直徑的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在第14年，與纖維形態(tài)的徑向變異規(guī)律相吻合。綜合各指標(biāo)的聚類分析結(jié)果，巨尾桉成熟材與幼齡材的界定為8年。

圖1 纖維形態(tài)的縱向變異

圖2 纖維特性的徑向變異

3 結(jié)論

巨尾桉纖維長度變化幅度為651.78～1238.44 μm，平均為1005.74 μm，屬于中等長度纖維；纖維直徑變化幅度為15.51～22.13 μm，平均為18.39 μm；纖維腔徑變化幅度為6.08～12.56 μm，平均為8.83 μm；纖維雙壁厚變化幅度為6.15～12.67 μm，平均為9.56 μm；纖維長徑比變化幅度為35.36～74.74，平均為54.83；纖維壁腔比變化幅度為0.29～1.02，平均為0.56。

表2 纖維形態(tài)縱向變異的方差分析

注：“*”表示差異顯著，“**”表示差異極顯著。下表同。

表3 纖維形態(tài)徑向變異的方差分析

縱向上，纖維長度、長徑比、雙壁厚、壁腔比均隨著樹干高度呈波動(dòng)性增長，其中纖維長度有顯著差異，長徑比、雙壁厚和壁腔比有極顯著差異；纖維直徑和腔徑均呈減小趨勢(shì)，其中纖維直徑有顯著差異，纖維腔徑有極顯著差異。

表4 纖維形態(tài)指標(biāo)的有序聚類分析

徑向上，纖維長度、雙壁厚、長徑比、壁腔比隨著年輪的增加呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，差異極顯著；纖維腔徑呈減小趨勢(shì)，差異極顯著。纖維直徑呈波動(dòng)變化，無顯著差異。

巨尾桉成熟材與幼齡材的界限為8年。