不同年齡大花序桉心材化學成分的比較研究

白衛國，黎明慧，石茂鑫，韋鵬練，劉 衡，符韻林

（1.廣西壯族自治區國有東門林場，廣西 崇左 532108；2.廣西大學 林學院，廣西 南寧 530004）

大花序桉(Eucalyptus cloeziana)，又稱澳大利亞大花梨、昆士蘭桉，是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyptus)昆士蘭桉亞屬(Idiogenes)唯一樹種［1］，樹高可達55 m，直徑可達1～2 m，其木材色澤美麗，紋理通直，結構細密且均勻，硬度高，堅固耐久，是家具、建筑的理想用材［2］。大花序桉主要分布在澳大利亞昆士蘭州的南部，目前在我國廣西、廣東、海南等省份均有引種種植［3］。目前對大花序桉的研究主要集中于遺傳性狀［4］、繁殖培育［5-8］、纖維特性［9-11］等方面，還有學者研究了樹齡對大花序桉木材物理力學性能的影響［12-13］，但關于大花序桉化學成分的研究較少，有關樹齡與大花序桉化學成分相關性的研究尚未見報道，而木材化學成分對木材的資源化利用有十分重要的指導意義。故本研究按照國家標準法對4種不同樹齡大花序桉的基本化學成分進行了測定，明確了4個不同樹齡大花序桉的基本化學成分含量及其木材化學成分與樹齡之間的關系，可以為大花序桉的遺傳改良、木材采伐及加工利用提供科學依據，為更好地利用大花序桉木材提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大花序桉木材均取自廣西壯族自治區國有東門林場。5、17、29年生的大花序桉各采伐8棵，35年生的大花序桉采伐3棵，采集時對樹木進行標記，每棵樹木的木材均采自同一高度的圓盤。

1.2 試驗藥品

蒸餾水、氫氧化鈉、甲基橙指示劑、無水乙醇、冰乙酸、氯化鋇、苯、硫酸、亞氯酸鈉、丙酮、重鉻酸鉀等。

1.3 試驗儀器與設備

紫外可見分光光度計、全功能粉碎機、水浴鍋、恒溫烘箱、電子調溫電熱套、雙功能水浴恒溫振蕩器、電子天平、馬弗爐等。

1.4 試驗方法

根據《造紙原料灰分的測定》（GB/T 2677.3—93）測定大花序桉木材灰分的含量；根據《造紙原料水抽出物含量的測定》（GB/T 2677.4—93）測定大花序桉木材冷、熱水抽出物的含量；根據《造紙原料1%氫氧化鈉抽出物含量的測定》（GB/T 2677.5—93）測定大花序桉木材1%NaOH抽出物含量；根據《造紙原料有機溶劑抽出物含量的測定》（GB/T 2677.6—94）測定大花序桉木材苯醇抽出物含量；根據《造紙原料綜纖維素含量的測定》（GB/T 2677.10—1995）測定大花序桉木材綜纖維素含量；根據《紙漿α-纖維素的測定》（GB/T 744—1989）測定大花序桉木材α-纖維素含量；半纖維素含量以綜纖維素與α-纖維素含量之差計；根據《紙漿中酸不溶木質素的測定》（GB/T 747—2003）測定大花序桉木材酸不溶木質素含量；根據《造紙原料和紙漿中酸溶木質素的測定》（GB/T 10337—2008）測定大花序桉木材酸溶木質素含量；木質素含量以酸不溶木質素和酸溶木質素含量之和計。

2 結果與分析

2.1 不同樹齡大花序桉木材灰分含量的變化

由圖1可知，大花序桉心材的灰分含量整體較低，均在1.5%以下。5年樹齡的灰分含量最高，為1.24%；17年的含量急速下降；17～35年的灰分含量基本保持穩定，雖有上升趨勢，但是幅度極小。可以推測大花序桉心材的灰分含量隨樹齡的增長會先大幅下降后逐步趨于穩定。這是因為木材在木質化程度較低時，N、P、K、Mg等元素含量會較高［14］。

圖1 不同樹齡大花序桉木材灰分含量的變化

2.2 不同樹齡大花序桉木材冷、熱水抽提物含量的變化

由圖2和圖3可知，大花序桉木材冷、熱水抽提物的含量隨樹齡的增長均不斷升高，其中5年的含量最低，分別為3.21%、5.59%；35年的最高，分別為8.46%、10.95%。整體均呈上升趨勢，但逐漸放緩。可以預測隨著樹齡繼續增長，大花序桉木材冷、熱水抽提物的含量可能會逐漸趨于平緩穩定。

圖2 不同樹齡大花序桉木材冷水抽提物含量的變化

圖3 不同樹齡大花序桉木材熱水抽提物含量的變化

2.3 不同樹齡大花序桉木材1% NaOH抽提物含量的變化

由圖4可知，1% NaOH抽提物的含量在5年時最低，為12.51%；此后隨樹齡的增加灰分含量不斷升高，在29年時達到最高，達19.40%；到35年時含量下降。因此，1% NaOH抽提物的含量隨樹齡的增加整體呈現先上升后下降的變化趨勢。可以推斷在樹木生長的后期，1% NaOH抽提物含量會繼續下降，然后趨于平穩。1% NaOH抽提物除了能溶解冷水和熱水溶出的物質外，還能溶解出部分木質素，聚戊糖等，所以1% NaOH抽提物含量理論上要比冷水抽提物含量和熱水抽提物含量高，本研究的試驗結果符合這一基本理論。

圖4 不同樹齡大花序桉木材1%NaOH抽提物含量的變化

2.4 不同樹齡大花序桉木材苯—醇抽提物含量的變化

由圖5可知，大花序桉的苯—醇抽提物含量整體偏低，4個樹齡大花序桉木材的含量都低于2%，其中在5年時最低，為1.16%；5～29年的苯—醇抽提物含量逐漸上升，但是上升幅度逐漸減緩，29年時含量達到最高，為1.67%；但到35年時含量下降。苯—醇溶液主要是抽提木材中的脂肪、蠟、樹脂、單寧、色素等物質，熱水抽提物和冷水抽提物主要是能溶于水的單寧、色素、糖類物質和部分無機鹽等，三者溶出物有部分成分一致，但苯—醇抽提物的含量比冷水抽提物和熱水抽提物含量都要低很多，推測是因為大花序桉中的可溶于水的物質含量高，而樹脂、脂肪等含量較低。此試驗結果與陳茜文等［15］對湖南耐寒桉樹中赤桉部分種源和巨桉的試驗測定結果一致。

圖5 不同樹齡大花序桉木材苯—醇抽提物含量的變化

2.5 不同樹齡大花序桉木材纖維素含量的變化

由圖6可知，大花序桉心材中的綜纖維素含量隨樹齡的升高而不斷下降，5年時最高，為76.66%；35年最低，為70%。α-纖維素含量隨樹齡的升高而增加，但是增加幅度較小，5年時為44.69%，35年時為46.96%。半纖維素含量隨樹齡的升高而不斷降低，在5年時最高，為31.98%；35年時最低，為23.04%。纖維素是自然界中含量最多且分布最廣的一種天然高分子聚合物，是由β-D-葡萄糖組成的線性物質，其在木材細胞壁中主要起骨架作用，使木材具有較高的抗拉強度［16］，由此可以說明大花序桉心材的物理強度隨樹齡的升高而越來越大。木材中的纖維素含量在造紙工業上有很大的決定作用，一般來說，木材原料的纖維素含量越高，紙漿得率越高，紙漿的質量性能越好。陳茜文［17］對湖南鄧恩桉、多枝桉、赤桉、樟腦桉、廣葉桉、巨桉和小果灰桉等7種桉樹的纖維素含量分別進行了測定，這7種桉樹均為優良的造紙原料，而且7種桉樹的纖維素含量在41.00%～44.55%范圍內，均比4個不同樹齡大花序桉的纖維素含量低，由此說明大花序桉心材作為造紙原材料可能會有更高的紙漿得率且造紙質量更好。半纖維素是木材聚合物中對外界條件最敏感、最易發生變化的一種多糖，其存在、變化、性質與特點均對木材的材性和加工利用有重要影響［16］。大花序桉心材半纖維素含量隨樹齡的升高而降低，表明大花序桉心材的材性及后期加工利用過程的性質可能會隨樹齡的增長而趨向穩定。

圖6 不同樹齡大花序桉木材纖維素含量的變化

2.6 不同樹齡大花序桉木材木質素含量的變化

由圖7可知，酸溶木質素含量隨樹齡的增長而不斷增加，在5年時最低，為3.69%，35年時最高，為8.16%。酸不溶木質素的含量從5年到29年是緩慢上升的，到35年時開始略微下降，整體的變化波動在2個百分點以內，含量較穩定。酸不溶木質素和酸溶木質素之和即為木質素，木質素含量的整體變化趨勢是隨樹齡的升高而緩慢上升，在5年時最低，為30.93%；在29年時最高，為35.85%；到35年時降低約0.4個百分點。木質素是木材組成中的第3種高分子物質，是由苯基丙烷單元組成的芳香族化合物，存在于細胞壁的微纖絲之間，也出現在胞間層，它將相鄰的細胞黏結在一起，使細胞貫穿成一體，起到貫穿纖維、強化細胞壁、增加樹木莖干的強度、加深木質化程度，甚至是減少微生物對樹木危害的作用［18］。由此可知，當大花序桉心材的木質素含量隨樹齡的增長而不斷增加時，其木質化程度也不斷加深，硬度會變大，抗病蟲害的能力也會逐漸加強。從29年到35年木質素含量小幅下降，可能是因為木質化達到一定程度后沒有繼續加深。

圖7 不同樹齡大花序桉木材木質素含量的變化

3 討論與結論

大花序桉的心材灰分含量較低，4個不同樹齡大花序桉的灰分含量均低于1.5%，從5年到17年的大花序桉灰分含量大幅下降，從17年到35年的灰分含量基本保持不變。可以推測大花序桉心材的灰分含量隨樹齡增長會先快速下降后逐步趨于穩定。

冷水抽提物和熱水抽提物的含量隨樹齡增長的變化趨勢是一致的，即從5年到17年上升，從17年到29年有小幅下降，從29年到35年又上升，整體變化趨勢是上升的。預測隨著樹齡繼續增長，冷水抽提物含量可能會保持在一個比較穩定的狀態。抽提物含量高的樹種，木材的抗腐蝕和抗真菌侵蝕的能力較強，可作為建筑門窗、家具及其他工業用材加以開發利用，所以大花序桉樹齡越高，心材的耐腐蝕性能也會越好，更適合做高檔家具。

大花序桉的1% NaOH抽提物和苯—醇抽提物含量隨樹齡增長的變化趨勢是一致的，含量從5年到29年呈上升的趨勢，到35年時就下降。可以推斷在樹木生長的后期，1% NaOH抽提物含量和苯—醇抽提物含量會繼續下降，然后趨于平穩。苯—醇抽提物含量較冷水抽提物和熱水抽提物含量低，推測大花序桉心材的可溶于水類物質含量較高，即可溶糖類、植物堿等物質含量較高，而樹脂、蠟等物質含量較低。

大花序桉心材中的綜纖維素含量隨樹齡的升高而不斷下降。α-纖維素含量隨樹齡的增長而不斷增加，但是變動幅度較小。半纖維素含量隨樹齡的增長而不斷減少。由此可知，大花序桉心材的物理強度隨樹齡的增長而逐漸加強，同時推測大花序桉心材作為造紙原材料可能會有更高的紙漿得率且造紙質量較好。

大花序桉心材中的酸溶木質素含量隨樹齡的增長而不斷增加。酸不溶木質素含量從5年到29年是緩慢上升的，到35年略微下降，含量變化較穩定。木質素含量的整體變化趨勢是隨樹齡的增長而緩慢上升，表明大花序桉心材的木質化程度也會隨樹齡增長不斷加深，硬度隨樹齡的升高而變大，抗病蟲害的能力也越強。