3種核桃木材纖維形態和氣干密度的比較分析

宋戀環，秦 芳，王軍鋒，蘇利榮，曾成城

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院 廣西木材資源培育質量控制工程技術研究中心，廣西南寧 530002；2.廣西壯族自治區農業科學院農業資源與環境研究所，廣西南寧 530007）

核桃在我國也稱胡桃，為核桃科（Juglandaceae），包括核桃屬（Carya）和山核桃屬（Juglans）等，為落葉喬木或稀灌木。核桃屬約有20 種木材，山核桃屬約有15 種，主要分布于南美洲、北美洲、歐洲東南部及亞洲東部。該植物的經濟價值很高，多屬于果材兼用樹種，生長迅速，分布廣泛[1]。由于其木材有優雅的紋理和穩定的材性，從14世紀開始，核桃木就已用于制作高檔木質家具、實木柜和木質工藝品，是極為優良的家裝用材之一，在亞洲和歐洲等地應用廣泛[2]。我國的核桃木栽培主要集中在華北、西北和華中地區[1]，當前對其木本糧油及果品的經濟價值關注較多，對其木材資源加工利用方面的報道較少。本研究以云新核桃、薄殼山核桃（Carya illinoinensis）和泡核桃（Juglans sigillata）木材為研究對象，比較分析其木材纖維形態、特征參數和氣干密度等，以期為核桃的定向培育提供基礎數據[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材采自廣西巴馬瑤族自治縣那俄屯（107°29'E，24°11'N），海拔277.24 m。每個樹種分別選取3 株樹干通直、無明顯缺陷且具有代表性的樣木（表1）。在樹高1 m 處使用直徑9 mm 的生長錐鉆取木芯，依據等距法，將木芯從髓心到邊材分成3等份，于每等份的1/2處取樣，每個樹種9個試樣。

表1 樣本基本情況Tab.1 Basic situations of sample trees

1.2 試驗方法

1.2.1 纖維形態特征參數測定

沿木材順紋方向制備試件，將試件置于解離液（冰醋酸和30%雙氧水以1∶1 體積比例混合）中，通過水浴法對試件進行解離，至試件變白為止。解離完成后脫酸，滴入適量的1%番紅溶液震蕩染色，再用滴管吸取少量上層清液滴在載玻片上，進行光學顯微鏡觀察并測定木材纖維的長度、寬度及雙壁厚。每個試樣隨機測定50根纖維，并分別計算各參數的平均值。

1.2.2 氣干密度測定

依據GB/T 1933-2009[4]進行樣品制備及測定，計算氣干密度，公式為：

式中，p12%為試樣含水率為12%時的氣干密度（g/cm2）；m12%為試樣含水率為12%時的質量（g）；V12%為試樣含水率為12%時的體積（cm3）。

1.3 數據處理

采用Excel 2016進行處理。

2 結果與分析

2.1 木材纖維形態

木材纖維是闊葉樹材的主要成分之一，通常占木材總體積的50%以上，主要功能是支撐樹體和承受機械作用，木材纖維的數量、大小、壁厚及排列方式與木材的硬度、密度及強度等物理力學性質密切相關[5]。木材的纖維形態是反映木材材質及其利用的重要指標，也是評價纖維原料的重要依據[6]。

云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維長度分別為893、810 和1 053 μm，泡核桃木材纖維最長（表2）。根據木材解剖分子分級規定[1]，云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維長度均屬略短級，泡核桃木材的纖維長度屬中級。一般認為當纖維長度達到300 μm以上時，紙張的耐撕強度和抗拉強度與木材纖維長度呈正相關[7]，3 種木材的纖維長度均超過300 μm，且分布較均勻，適宜用作造紙原料，其中泡核桃木材的效果最佳。

云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維寬度分別為23、17 和31 μm，泡核桃木材纖維寬度最大。根據木材解剖分子分級規定[1]，云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維寬度均屬中級，泡核桃木材的纖維寬度屬粗級。當纖維寬度作為單一變量時，原料比重、細胞壁厚度及單根纖維強度均與纖維寬度呈正相關[8]。

云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維腔徑分別為12.9、8.2和19.3 μm，泡核桃木材纖維腔徑最大。根據木材解剖分子分級規定[1]，云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維腔徑均屬細級，泡核桃木材的纖維腔徑屬中級。

云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的雙壁厚分別為10.2、8.5 和11.9 μm，泡核桃木材細胞壁最厚。根據木材解剖分子分級規定[1]，云新核桃和泡核桃木材的細胞壁厚度小于腔徑，屬薄級；薄殼山核桃木材的細胞壁厚度大于腔徑，屬厚級。纖維壁的絕對厚度與紙張性能無關，纖維壁腔比的大小與紙張性能有關[9]。

表2 3種木材的纖維形態Tab.2 Fibre morphology of three kinds of wood

2.2 木材纖維特征參數

木材纖維長寬比與木材物理性質有密切關系，是衡量木材纖維質量的主要指標。研究表明，當纖維長寬比大于33、壁腔比小于1時，纖維間能很好交織，宜作為造紙原料[10]。纖維長寬比越大，纖維間的結合能力越好，打漿造紙時纖維結合面積較大，所制紙張撕裂指數較高，成紙強度較好[11]。細胞壁越薄、腔徑越大，纖維壁腔比就越小，纖維就越容易結合，所制紙張強度也越大[8]。優等造紙原料纖維壁腔比小于1，中等造紙原料等于1，劣等造紙原料大于1[12]。

云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維長寬比分別為39、48 和35，壁腔比分別為0.80、1.05 和0.65（表3）。3 種木材的纖維長寬比均大于33，均適用于生產高質量纖維類產品、紙漿和纖維板等；云新核桃和泡核桃木材的纖維壁腔比均小于1，為優等造紙原料；薄殼山核桃木材的纖維壁腔比約等于1，為中等造紙原料。

表3 3種木材的特征參數Tab.3 Characteristic parameters of three kinds of wood

2.3 氣干密度

木材密度是單位體積內木材的質量，可以反映木材細胞壁物質含量[13]，是分辨木材用途的最有效指標之一。在相同含水率條件下，木材密度越大，木材強度越高[14]。木材密度分為基本密度、生材密度、氣干密度和全干密度，由于日常生活中使用的木材以氣干材為主，因此生產中主要以氣干密度來估算木材質量[6]。木材密度對木材造紙時的制漿得率有很大影響，木材密度過大，則木質過硬，不適宜生產木漿；木材密度過小，雖宜于制漿，但會影響產量指標；一般認為密度0.4 ～0.6 g/cm3的木材適于生產木漿[9]。

根據木材材性分級規定[1]，氣干密度在0.56 ～0.75 g/cm3的木材屬中級，氣干密度在0.36 ～0.55 g/cm3的木材為輕級。云新核桃木材的氣干密度為0.63 ～0.69 g/cm3，屬中級；薄殼山核桃木材的氣干密度為0.60 ～0.68 g/cm3，屬中級；泡核桃木材的氣干密度為0.51 ～0.54 g/cm3，屬輕級（表4）。從氣干密度來看，泡核桃最適宜生產木漿。

表4 3種木材的氣干密度Tab.4 Air-dry density of three kinds of wood

3 結論與討論

對云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維形態和纖維特征參數進行比較分析，結果顯示3 種木材均適用于紙漿生產，其中，泡核桃木材纖維長度最長、纖維寬度最大、纖維腔徑最大、細胞壁最厚、纖維長寬比大于33 且纖維壁腔比小于1，為優等造紙原料；云新核桃木材各項數值略低于泡核桃木材，同屬優等造紙原料；薄殼山核桃木材纖維壁腔比約等于1，為中等造紙原料。云新核桃和薄殼山核桃木材的氣干密度屬中級；泡核桃木材的氣干密度屬輕級，并處于最適宜生產木漿的范疇。綜合來說，泡核桃木材最適宜制漿造紙。

核桃為常見的經濟林樹種，也是珍貴的高檔裝飾用材[15]。過去，通常更強調經濟林樹種林副產品的用途，相對忽視木材本身的可利用價值[16]。在未來大力發展經濟林的過程中，加大對因間伐、更新和衰老等原因砍伐木材的利用，不僅能提高經濟收入和避免資源浪費，還能彌補我國木材資源的不足。