伯乐树木材纤维形态特征及其径向变异的研究

林 鹏，俞友明*，黄华宏，童再康，骆文坚，陈春梅

（1. 浙江农林大学，浙江 临安 311300；2. 浙江省林业种苗管理总站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省庆元县林业局，浙江 庆元 323800）

伯乐树木材纤维形态特征及其径向变异的研究

林 鹏1，俞友明1*，黄华宏1，童再康1，骆文坚2，陈春梅3

（1. 浙江农林大学，浙江 临安 311300；2. 浙江省林业种苗管理总站，浙江 杭州 310020；3. 浙江省庆元县林业局，浙江 庆元 323800）

对伯乐树（Bretschneidera sinensis）的木材纤维形态特征进行测定分析，结果表明：伯乐树木纤维长度平均值为1 140.49μm，宽度平均值为34.91μm，双壁厚平均值为16.00μm，壁腔比平均值为0.90，腔径比平均值为0.54，长宽比平均值33；纤维长度、宽度、双壁厚、壁腔比、腔径比、长宽比都不同程度地随轮龄逐渐增加，第9年后均变缓，树龄对纤维长度与宽度影响不显著。

伯乐树；纤维形态；径向变异

伯乐树（Bretschneidera sinensis），属伯乐树科伯乐树属，是我国Ⅱ级珍稀濒危保护植物[1]，系第三纪孑遗植物及东亚植物区系的特有成分。

木纤维是阔叶树材的主要组织，约占整个木材解剖分子数量的80%，木纤维形态特征是直接影响木材材质及木浆强度的指标之一，木纤维形态特征的变异规律又是木材材质改良的基础[2]，而纤维形态特征在不同树种间存在明显的差异，即使同一树种不同植株，或同株不同部位亦有差别[3]。资料表明：个体间往往比种源间、无性系间差异更大[4]。因此，弄清个体间株内纤维形态特征及其变异规律是非常重要的。

1 材料与方法

1.1 材料

伯乐树取自浙江省庆元实验林场1992年营建的人工林，选取林分平均木3株伐倒，在样木胸高处切取厚度约3 cm的圆盘，在圆盘上测定年轮宽度。然后每个圆盘沿南北方向通过髓心截取宽度为2 cm试条，取奇数年轮作为试块，共24个试块，用于测定纤维长度、宽度、双壁厚、腔径。

1.2 方法

木材细胞离析：硝酸-氯酸钾法，即Schaltze法[5]。离析完毕之后，纤维长度在放大4倍的光学显微镜下测量100根，纤维宽度和腔径在放大40倍的光学显微镜下测量50根。

数据处理及分析：采用SPSS、Excel软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 木纤维形态特征

伯乐树木纤维形态特征参数见表1。

2.2 木纤维长度

研究和实践说明，纤维长度大，不仅能提高纸张的撕裂度，而且有利于提高纸张的抗拉强度、耐破度和耐折度。因此，纤维长度是衡量造纸用材优劣的重要因子之一[2]。从表1中可以得知，伯乐树木纤维长度平均值为1 140.49μm，根据木材解剖分子分级规定[2]，属中等（900～1600μm）。

2.2.1 木纤维长度的径向变异 Pashin和Zeeuw将木材纤维径向变异归纳为3种类型：Ⅰ型，变化曲线是水平的表示成熟细胞长度保持稳定不变；Ⅱ型，从幼龄材向成熟材过渡的曲线表明长度逐渐增加；Ⅲ型，抛物曲线表明细胞长度增加到最大值，然后缩短[3]。由伯乐树木纤维长度的径向变异（图1）可以看出，伯乐树木材自髓心向外，木纤维长度逐渐变大，到第九年后变化逐渐平稳，属于PashinⅢ型，反映了树木生长发育过程中树龄对材性影响的一般规律，即在髓心附近，树木处于幼龄期，形成层原始细胞尚未成熟，细胞长度较短，到达成熟期后，形成层原始细胞分裂及长度变化相对稳定。

通过不同年轮的木纤维长度方差分析（表2）可以看出，在α= 0.05水平上，整个生长轮内，树龄对伯乐树木纤维长度有显著影响，而在第9年后，树龄对纤维长度影响不显著。

2.2.2 不同年轮的木纤维长度频率分布 按照100μm的间距，对木纤维长度频率进行统计，结果见图2。由图2可知，不同年轮的木纤维长度的分布不同，第1年，木纤维长度主要集中在900～1 200μm，占总频数的80%，最大频率出现在900～1 000 μm；第3年，木纤维长度主要集中在1 000～1 300 μm，占总频数的72%，最大频率出现在1 100～1 200 μm；第5年，木纤维长度主要集中在900～1 300 μm，占总频数的76%，最大频率出现在1 100～1 300 μm；第7年，木纤维长度主要集中在 ＜ 900 μm与900～1 300 μm，占总频数的81%，最大频率出现在900 μm以下；第9年，木纤维长度主要集中在1 000～1 400 μm，占总频数的84%，最大频率出现在1 100～ 1 200 μm；第11年，木纤维长度主要集中在1 000～1 400 μm，占总频数的60%，最大频率出现在1 000～1 100 μm；第13年，木纤维长度主要集中在1 000～1 400 μm，占总频数的62%，最大频率出现在1 200～1 400 μm；第15年，木纤维长度主要集中在1 000～1 400 μm，占总频数的55%，最大频率出现在1 300～1 400 μm。

表1 伯乐树木纤维形态特征参数Table 1 Parameter forB. sinensiswood fiber properties

图1 伯乐树木纤维长度的径向变异Figure 1 The radial variation of fiber length

表2 伯乐树不同年轮的木纤维长度方差分析Table 2 ANOVA on fiber length of different annual ring

图2 伯乐树木纤维长度分布Figure 2 D istribution of fiber length

2.3 木纤维宽度

纤维宽度对制浆、造纸及纸张性能有一定的影响，一般腔大壁薄的纤维对纸张成型及纤维交织有利，而壁厚腔小的纤维撕裂强度较高[6]。

2.3.1 木纤维宽度的径向变异 伯乐树木纤维宽度的径向变异见图3，由图3可知，伯乐树纤维宽度的径向变异幅度比纤维长度要小得多，自髓心向外，木纤维宽度逐渐变大，到第9年后变化逐渐平稳。

不同年轮的木纤维宽度方差分析见表3。通过表3可以看出，在α= 0.05水平上，整个生长轮内，树龄对伯乐树木纤维宽度有显著影响，而在9年以后，树龄对纤维宽度影响不显著。

图3 伯乐树木纤维宽度的径向变异Figure 3 The radial variation of fiber w idth

表3 伯乐树不同年轮的木纤维宽度方差分析Table 3 ANOVA on fiber width of different annual ring

2.3.2 不同年轮的木纤维宽度频率分布 伯乐树木纤维宽度平均值为34.91 μm，按照2 μm的间距，对木纤维宽度频率进行统计结果见图4。由图4可知，第1年，木纤维宽度主要集中在 ＜ 28 μm与28～36 μm，占总频数的93%，最大频率出现在28～30 μm；第3年，木纤维宽度主要集中在30～38 μm，占总频数的74%，最大频率出现在30～32 μm；第5年，木纤维宽度主要集中在28～38 μm，占总频数的71%，最大频率出现在34～36 μm；第7年，木纤维宽度主要集中在30～38 μm之间，占总频数的67%，最大频率出现在30～32 μm；第9年，木纤维宽度主要集中在32～42 μm与 ＞ 42 μm，占总频数的91%，最大频率出现在34～36 μm；第11年，木纤维宽度主要集中在30～42 μm，占总频数的86%，最大频率出现在34～36 μm；第13年，木纤维宽度主要集中在32～42 μm与 ＞ 42 μm，占总频数的92%，最大频率出现在36～38 μm；第15年，木纤维宽度主要集中在32 ～42 μm与 ＞ 42 μm，占总频数的83%，最大频率出现在38～40 μm。

2.4 木纤维双壁厚

图4 伯乐树木纤维宽度的分布Figure 4 Distribution of fiber w idth

纤维壁厚不仅关系到纸张强度，也是木材质量、基本密度和强度性质的物质基础[7]。纤维双壁厚的大小对制浆的影响很大，纤维壁厚，形成的纸张组织膨松而多孔，撕裂度大而引力与爆破因子下降，壁薄则具有很强的张力，纸张耐折[8]。

2.4.1 木纤维双壁厚的径向变异 从伯乐树木纤维双壁厚的径向变异（图5）可以看出，伯乐树木材自髓心向外，木纤维双壁厚逐渐变大，到第9年后变化逐渐平稳。

2.4.2 不同年轮的木纤维双壁厚频率分布 伯乐树木纤维双壁厚平均值为16.00 μm，按照2 μm的间距，对木纤维双壁厚频率进行统计结果见图6。由图6可以看出，第1年，木纤维双壁厚主要集中在10～16 μm，占总频数的94%，最大频率出现在12～14 μm；第3年，木纤维双壁厚主要集中在10～18 μm，占总频数的92%，最大频率出现在14～16 μm；第5年，木纤维双壁厚主要集中在10～18 μm，占总频数的85%，最大频率出现在12～14 μm；第7年，木纤维双壁厚主要集中在10～20 μm，占总频数的89%，最大频率出现在14～16 μm；第9年，木纤维双壁厚主要集中在12～20 μm，占总频数的93%，最大频率出现在16～18 μm；第11年，木纤维双壁厚主要集中在14 μm以上，占总频数的78%，最大频率出现在14～16 μm与18～20 μm；第13年，木纤维双壁厚主要集中在14 μm以上，占总频数的95%，最大频率出现在20 μm以上；第15年，木纤维双壁厚主要集中在14 μm以上，占总频数的83%，最大频率出现在18～20 μm。

图5 伯乐树木纤维双壁厚的径向变异Figure 5 The radial variation of fiber wall thickness

图6 伯乐树木纤维双壁厚的分布Figure 6 Distribution of fiber wall thickness

2.5 木纤维壁腔比

纤维壁腔比是纤维双壁厚与腔径之比，它的大小影响纸张性能。壁腔比小的管胞，打浆时容易崩解、帚化，管胞间结合紧密，制成的纸张强度大[9]。

2.5.1 木纤维壁腔比的径向变异 从伯乐树木纤维壁

腔比的径向变异（图7）可知，木材自髓心向外，木纤维壁腔比逐渐变大，到第九年后变化逐渐平稳。

2.5.2 不同年轮的木纤维壁腔比频率分布 伯乐树木

纤维壁腔比平均值为0.90，Runkel的研究指出：纤维壁腔比小于1者为上等造纸用材；纤维壁腔比等于1者为中等造纸用材；纤维壁腔比大于1者为劣等用材

[10]。伯乐树木纤维壁腔比小于1，说明伯乐树适合作为造纸原料。

按照0.2 μm的间距，对木纤维壁腔比频率进行统计，结果见图8。由图8可知，第1年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的99%，最大频率出现在0.6～0.8；第3年，木纤维壁腔比主要集中在0.6～1.2，占总频数的83%，最大频率出现在0.6～0.8；第5年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的90%，最大频率出现在0.6～0.8；第7年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的93%，最大频率出现在0.6～0.8；第9年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的93%，最大频率出现在0.6～1.0；第11年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的81%，最大频率出现在1.0～1.2；第13年，木纤维壁腔比主要集中在0.8以上，占总频数的76%，最大频率出现在0.8～1.0；第15年，木纤维壁腔比主要集中在1.2以下，占总频数的77%，最大频率出现在0.6～0.8。

图7 伯乐树木纤维壁腔比的径向变异Figure 7 The radial variation of fiber ratio of wall thickness to cavity

图8 伯乐树木纤维壁腔比的分布Figure 8 Distribution of fiber ratio of wall thickness to cavity

2.6 木纤维腔径比

伯乐树木纤维腔径比平均值为0.54。

2.7 木纤维长宽比

纤维长宽比是一项仅次于纤维长度的十分重要的纤维形态指标，评价一个树种纤维是否适合于造纸，不仅需要了解它的长度、宽度、壁厚的变幅、平均值等因子，而且需要明确其长宽比。长宽比比值越大，打浆时纤维有较大的结合面积，纸浆撕裂指数高，成纸强度高；反之不宜打浆，纸浆强度低[11]。

伯乐树木纤维长宽比平均值33，有关学者研究认为，长宽比大的纤维适于作造纸材料，获得的纸张强固性和割裂性都好，长宽比大于33，纤维之间方能很好交织[12～13]。

3 结论

伯乐树纤维形态的测定和分析结果表明，17年树龄的伯乐树木纤维长度平均值为1 140.49 μm，木纤维宽度平均值为34.91 μm，伯乐树木纤维双壁厚平均值为16.00 μm，伯乐树木纤维壁腔比平均值为0.90，伯乐树木纤维腔径比平均值为0.54，伯乐树木纤维长宽比平均值33。

伯乐树木纤维形态特征的径向变异规律：木纤维形态特征都不同程度随轮龄逐渐增加，在第9年后均变缓，之后保持稳定。

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Study on Morphological Properties of
Bretschneidera sinensis Wood Fiber and Its Radial Variation

LIN Peng1，YU You-ming1，HUANG Hua-hong1，TONG Zai-kang1，LUO Wen-jian2，CHEN Chun-mei3
（1. Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Forestry Seed and Seed ling Administration, Hangzhou 310020, China; 3. Qingyuan Forestry Bureau of Zhejiang, Qingyuan 323800, China）

The morphological properties ofBretschneidera sinensiswood fiber were determined and analyzed. The results showed that average fiber length, w idth, wall thickness, ratio of wall thickness to cavity, cavity to width and length to width were 1140.49μm, 34.91μm, 16.00μm, 0.90, 0.54 and 33 respectively. Besides, they increased w ith age and slowed down 8 years later. Tree age had no evident effect on fiber length and width.

Bretschneidera sinensis; fiber morphological; radial variation

S718.4

A

1001-3776（2011）02-0049-06

2010-08-26；

2010-10-09

浙江省重大科技专项“浙江省珍稀濒危林木种质资源收集保存与利用关键技术研究及基因库建设”（2006C12059-4）；浙江省科技重点项目“浙江珍稀濒危树种现代保育关键技术研究”（2006C22064）

林鹏（1986－），男，山东诸城人，硕士研究生，从事木质复合材料研究；*通讯作者。