黑龙江省主要杨树纤维用材品种纸浆性能综合评价

李晶，王福森，李树森，贯春雨，王春，温宝阳

（黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

杨树是我国占重要地位的纤维用材林树种，适于制造各种文化用纸。作为造纸等纤维工业用材树种，除要求有较大生长量和木材产量外，纤维形态、化学成分和成浆性能均需符合造纸要求［1］。为此，我们对银中杨（Populusalba×P.berolinensis）、青山杨（Populuspseudo－cathayana×P.deltoides）、小黑杨（Populussimonii×P.nigra）、黑青杨（Populuseuramericana‘N3016’×P.ussuriensis）、小青黑（Populuspseudo－siminii×P.nigra）、大青杨（PopulusussuriensisKom.）和迎春5号（Populusnigra×P.simonii）等7个杨树品种的纸浆性能进行了测定与分析。

1 试验时间和地点

2010年10月，我们分别在讷河市新江实验林场、富裕县富裕林场、龙江县错海林场、林口县虎山林场、尚志市尚志林场对测定的品种进行采样。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

银中杨、小黑杨、青山杨、黑青杨、大青杨、小青黑和迎春5号等7个黑龙江省主要杨树纤维用材品种。见表1。

表1 测试品种基本情况

2.2 试验方法

选择林龄为10～13年生的杨树纤维用材品种7个，各伐3株，取中段木材混合取样送至东北林业大学木材学院按国家标准（见表2）进行木材纸浆性能各项指标化验分析。同时，对新江实验林场8年、9年、11年、15年、18年生银中杨和富裕林场5年、10年、18年和26年生小黑杨采用相同方法进行采样并化验，研究林龄对木材纸浆主要指标的影响。

表2 化学成分及成浆性能测定国家标准

2.3 数据处理

对不同林龄银中杨和小黑杨的化学成分、纤维形态和纸浆性能用SPSS软件进行双变量相关分析，研究林龄对纸浆性能的影响。将主要纸浆性能指标纤维长、纤维长宽比、壁腔比、综纤维素、总木素、细浆得率、漂浆白度和抗张指数等8个因子的原始数据进行标准化处理（（xi－x－）／δn－1），其中，壁腔比和总木素在符合纸浆标准的情况下值越小越好，属于逆指标，其余各项的值则越大越好，为正指标。为了能同时参与其余各项标准化后的数据计算，将壁腔比和总木素标准化后的逆指标数据前的正负号对调，然后计算所有各项标准数据总和，作为判断各品种纸浆综合性能指标。其中，黑青杨没有后3项数据，但对其他品种的3项数据相加平均数据均不足－0.000 2，对黑青杨整体影响不大。

3 结果与分析

木材的纤维形态、化学成分及成浆性能与其制浆造纸性能有密切关系，一般认为，平均纤维长在0.9mm以上；长宽比大于30；壁腔比小于1，且在0.3以上时，愈小愈好［1］；纤维素含量高于40%；总木素越低越好，一般为20%～35%；戊聚糖含量20%左右；粗浆得率为50%～65%；漂浆白度70%左右；抗张指数≥42.5N·m2·g－1；耐破指数≥2.6kPa·m2·g－1；撕裂指数≥8.0mN·m2·g－1。

3.1 木材纤维形态

由表3可知，各品种纤维长度在0.88～1.17 mm之间，基本达到或超过0.9mm；长宽比在33.5～55.0之间，均大于30；壁腔比在0.22～0.66之间，均小于1。总体看，各品种主要纤维形态均达到优质纸浆指标。

表3 不同杨树纤维用材林品种纤维形态测定结果

表4 不同杨树纤维用材林品种化学成分测定结果%

3.2 木材化学成分

由表4可知，各品种纤维素含量在49.28%～59.77%之间，均超过40%；聚戊糖含量在22.76%～33.13%之间，除银中杨和小黑杨略高外，其余品种均在20%左右；总木素含量在22.92%～28.34%之间，均在20%～35%之内。总体看，各品种主要化学成分基本符合或超过优质纸浆指标。

3.3 木材成浆性能

由表5可知，物理成浆性能抗张纸数在49.24～68.35N·m2·g－1范围内，均超过42.5N·m2·g－1；耐破指数在2.90～3.872.6kPa·m2·g－1范围内，均超过2.6kPa·m2·g－1；撕裂指数在8.65～12.6mN·m2·g－1范围内，均超过8.0mN·m2·g－1。化学成浆性能粗浆得率在50.41%～54.97%范围内，均超过50%；漂浆白度在64.72%～77.15%范围内，均在70%左右。总体看，各品种主要物理和化学成浆性能均达到造纸纸浆标准。

表5 成浆性能实验结果

综上所述，10～13年生银中杨、青山杨、黑青杨、小青黑、大青杨、小黑杨和迎春5号杨主要纸浆性能指标均符合优质纸浆要求，是营造纤维用材林的优良品种。

3.4 林龄对纸浆性能的影响

3.4.1 林龄对木材化学成分的影响 由表6、表7可知，林龄与所测试品种的主要化学成分纤维素、聚戊糖和总木素的含量相关性比较一致，其中，与聚戊糖含量呈负相关，与纤维素和总木素含量呈正相关。总体看，林龄除与银中杨总木素含量显著相关外，与木材纤维素和聚戊糖含量相关不显著，5年生、8年生木材的主要化学成分能满足造纸纸浆的指标要求。

表6 不同林龄银中杨和小黑杨化学成分测定结果 %

表7 林龄与主要化学成分相关性分析

表8 不同林龄银中杨和小黑杨纤维形态测定结果

3.4.2 林龄对木材纤维形态的影响 由表8、表9可知，林龄与所测定品种的主要纤维形态纤维长度、壁厚和壁腔比的相关性较一致，其中，与纤维长度呈正相关，与壁厚和壁腔比均呈负相关。除银中杨林龄与腔径和壁腔比相关极其显著外，与其余各项相关均不显著。总体看，5年生和8年生时纤维长度已符合造纸要求，从工艺成熟角度看，可以采伐应用。

表9 不同林龄与银中杨和小黑杨纤维形态相关性分析

3.4.3 林龄对木材成浆性能的影响 结果表明，林龄与漂浆白度和未漂浆白度相关性较一致，均呈负相关，但相关性很低，基本无影响（见表10、表11）。说明5～8年生的木材成浆性能与18～26年生成浆性能无明显差异，纸浆得率、硬度、漂浆白度、抗张指数、耐破指数等指标非常接近。5～8年生的木材成浆性能已基本成熟，可进行造纸等纤维材利用。

表10 不同林龄银中杨和小黑杨纸浆性能测定结果

表11 不同林龄与银中杨和小黑杨纸浆性能相关性分析

综上所述，林龄与纤维长度和总木素含量呈正相关，且相关性均较强；林龄与纤维素和聚戊糖含量、壁厚、壁腔比、漂浆白度、未漂浆白度呈负相关，但相关均不显著。所测试品种不同林龄时的纤维长度均符合造纸要求，受林龄影响不大；总木素含量则随林龄的增加而增加，说明林龄越小对造纸越有利。总体看5～8年生幼龄林与18～26年生成林期的银中杨和小黑杨的主要纸浆性能指标大多无显著相关关系，即无显著林龄效应。在寒冷的北方，杨树早在5年生时，木材的纤维形态、化学成分和成浆性能等指标已趋于成熟，可以进行造纸等工业开发利用。

表12 主要杨树纤维用材林品种纸浆性能综合评价

3.5 纸浆性能综合评价

将8个主要纸浆性能指标原始数据进行标准化处理，从标准化后各数据的总和来看，纸浆性能由高至低的顺序依次为黑青杨＞小青黑＞银中杨＞大青杨＞青山杨＞小黑杨＞迎春5号。见表12。

4 小结与讨论

4.1 10～13年生银中杨、青山杨、黑青杨、小黑杨、小青黑、迎春5号和大青杨等主要杨树纤维用材林良种的纤维长、长宽比、壁腔比、纤维素含量、纸浆得率、漂浆白度和抗张指数等主要纸浆性能指标各品种间无大差别，且符合造纸要求，均可做纤维用材林优良品种。

4.2 5～8年生与18～26年生木材的主要纸浆性能指标间无显著相关关系。5年生以后的银中杨、小黑杨的成浆性能、化学成分、纤维形态等指标均达到了制浆和造纸要求，5～8年可作为主要杨树纤维用材林品种的工艺成熟龄。

4.3 10～13年生各品种主要纸浆性能综合评价指标由高至低依次为黑青杨＞小青黑＞银中杨＞大青杨＞青山杨＞小黑杨＞迎春5号。

4.4 杨树纤维用材品种多数属于早期速生品种，适宜采用高密度造林来提高木材产量。采伐利用时，应该根据立地条件和实际生长情况，本着以工艺成熟为基础，以经济效益为目标，以数量成熟龄为参考，科学合理地确定采伐年龄。

［1］姜岳忠，王桂岩，吕雷昌，等.杨树纸浆材定向培育技术研究［J］.林业科学，2004，40（1）：123－130