不同树龄和起源构树纤维形态分析*



不同树龄和起源构树纤维形态分析*

谢钊俊，夏玉芳，张克丽，杨怡之

(贵州大学 林学院，贵州贵阳550025)

摘要：对1-3龄的实生和萌生构树木质部纤维及韧皮纤维形态进行测定。结果表明，(1)构树木质部纤维长度在不同年龄间存在差异，2、3龄较1龄长，3个年龄木质部纤维长度都主要集中在400～600 μm；宽度相近；长宽比3龄较大；长度、宽度在不同起源间无显著差异。(2)构树韧皮纤维形态在不同年龄和不同起源间均存在变异。2、3龄韧皮纤维长度显著长于1龄，1龄主要分布在3 460～6 460 μm，2、3龄主要分布于3 640～9 460 μm；长宽比2龄较大。不同起源间，构树韧皮纤维长度、宽度实生显著大于萌生；长宽比实生较大。可考虑以2年为经营周期经营构树纤维用材林，将2年实生构树截干，收获地上部分利用，待其萌发新枝生长2年后，再次收获利用。

关键词：构树；木质部纤维;韧皮纤维;实生、萌生

构树(Broussonetiapapyrifera)为桑科构属落叶乔木，在中国分布广泛[1]，于酸性、中性或石灰质土、含盐量0.4 %以下的土地和深山荒地上均能旺盛生长[2～3]，因其具速生、易繁殖、萌蘖力强、耐修剪、热量高、抗污染、水土保持效果显著等特点，自古就被开发利用，其韧皮纤维是造纸的高级原料，叶是很好的饲料，根、种子和树液均可入药，是中国重要的用材、药用、绿化树种[4]。

木材是钢铁、水泥、塑料、木材四大材料中唯一的可再生材料，在生产生活中不可缺少。纤维形态特征是研究木材材性的基础，也是木材利用的重要依据。目前，关于构树的研究主要集中在繁育、胁迫生理、药用价值开发、纤维形态及制浆性能等方面[5～9]。有关纤维形态方面的研究显示，构树纤维形态特征在不同类型间、不同个体间、同株不同部位间、不同无性系间等方面存在较大变异[10～12]。对于制浆造纸来说，纤维形态及纸浆化学组成是影响制浆的最主要因素，决定着制浆得率和纸张性能[10]。构树韧皮纤维长，长宽比大，是优质的纤维原料；构树木质部纤维虽较短，长宽比较小，但其纤维素含量为60 %以上，远高于造纸对原料纤维含量要求(≥45 %)[13]，且已研制出成熟的制浆工艺，通过APMP(碱性过氧化氢化机浆)法可用构树木质部纤维制作新闻纸和文化用纸，通过CTMP(热磨化学机械浆)法可制本色纸板、高强瓦楞纸、纤维板和高密度纤维板[14]。因此，可考虑对构树进行全干利用，提高利用率，尤其是在中国造纸原料严重缺乏，以废纸浆为主，原料结构不合理，多年来一直是世界最大的纸浆和废纸进口国的严峻形势之下。发展速生阔叶纤维用材树种是解决此矛盾的重要途径之一，构树相对于杨树、马尾松等造纸树种具有速生、纤维较长的优势，相对于桉树的化感作用，构树利于生态恢复及改善。其次，构树萌蘖力强，若能以此截干进行超短轮伐期经营，将有助于解决中国造纸资源严重不足的燃眉之急，但截干后萌生枝干纤维形态变异方面的研究尚未见报道。本研究取不同树龄、起源的构树为研究对象，从其木质部纤维及韧皮纤维的纤维形态方面进行研究，为合理利用构树纤维进一步提供依据。

1材料与方法

试验地设在贵州大学林学院苗圃，位于黔中地区，属亚热带湿润季风气候，平均温度15.8℃，年降水量1 229 mm，土壤类型为黄壤。试验采用完全随机设计，3个重复，株行距2 m×3 m，生长基本情况见表1，不同年龄试材取自1、2、3号，不同起源试材取自3、4号。冬季生长停止后对各样方进行地径、树高、冠幅调查，据平均状况从每1样方挑选3株标准株，每1标准株从其枝条与主干基部、中部、梢部3个部位混合取材，每个部位各随机取50根，每1样品共取450根纤维进行测定。用富兰克林离析法离析纤维[15]：把试材装入试管，加入CH2COOH:H2O2=1︰1的混合液，沸水浴30 min，至单个纤维完全解离，用蒸馏水将样品冲洗至中性，加番红试剂染色，取少量样品于载玻片上，将显微镜放大倍数调至100倍，参照GB/T 10336-1989[16]测定纤维长度和宽度，计算长宽比，取平均值。

表1　材料基本情况

2结果与分析

2.1木质部纤维形态比较分析

纤维长度与纸张的撕裂度、抗张强度、耐破度、耐折度等强度指标有关[17]，有学者认为撕裂强度与纤维长度的3/2次方成正比，抗张强度与纤维长度的1次方成正比，耐破强度与纤维长度的1/2次方成正比[18]。而长宽比越大，越有利于纤维的交织，提高纸张强度[10]。

不同树龄间，1龄构树木质部纤维长度较2、3龄短，2龄最大(表2)，平均长度为503.8 μm；3个年龄木质部纤维平均宽度相近；3龄构树长宽比最大，平均为28.5。3个年龄木质部纤维长度差异达极显著水平(F=5.49>F0.01=4.75，p=0.006 09)，经q检验，2、3龄木质部纤维长度差异不显著(p2、3=0.406 54)，均显著长于1龄(p1、2=0.000 10)、(p1、3=0.027 91)；宽度差异不显著(F=2.42

表2　不同树龄、起源构树木质部纤维形态

纤维长度分布情况对纤维的强度与纸张孔隙度也存在影响，分布越集中、长纤维比例越大，纤维的交织力越大，利于减小纸张孔隙度，提高纸张强度[3]。不同树龄间，1、2、3龄木质部纤维长度主要分布在400～600 μm(图1)，比例分别为72 %、68 %、80 %，但加上分布在≥600 μm的比例，则2、3龄较大，均为86 %，1龄为74 %。萌生起源木质部纤维长度也主要分布在400～600 μm，实生主要分布在300～600 μm(图2)。

图1 不同年龄构树木质部纤维长度分布频率图2 不同起源构树木质部纤维长度分布频率Fig.1 Distributionfrequencyofxylemfiberlengthfromdifferentagegroups Fig.2 Distributionfrequencyofxylemfiberlengthfromdifferentorigins

据国际木材解剖学会规定，木质部纤维长度小于900 μm为短纤维，900～1 600 μm为中级长度，大于1 600 μm为长纤维[15]。构树木质部纤维属于短纤维。综合纤维长度、长宽比及长度分布的频率来看，3个树龄间，木质部纤维性能3龄优于2龄和1龄。2种起源间，实生优于萌生。

2.2韧皮纤维形态比较分析

不同树龄间、不同起源间构树韧皮纤维长度、宽度、长宽比变异较大(表3)。不同树龄间，1、2、3龄构树韧皮纤维平均长度分别为4 976.7 μm、5 847.9 μm、5 367.5 μm；平均宽度分别为20.8 μm、18.5 μm、19.5 μm。3个树龄间韧皮纤维长度、宽度差异达极显著水平(F=71.51>F0.01=4.75，p=0.000 00)、(F=205.04>F0.01=4.75，p=0.000 00)。q检验显示，2龄韧皮纤维长度与3龄差异不显著(p2、3=0.456 03)，显著长于1龄(p1、2=0.000 78)、(p1、3=0.003 26)；2龄韧皮纤维宽度短于1龄和3龄(p1、2=0.004 49)、(p2、3=0.000 16)，3龄与1龄间差异不显著(p1、3=0.516 41)。平均长宽比2龄最大(333.9)。不同起源间，实生构树韧皮纤维长度和宽度均显著大于萌生(F=13.58>F0.01=6.91，p=0.000 38)、(F=22.46>F0.01=6.91，p=0.000 01)，长宽比相近，其平均值分别为291.7、282.9。

表3　不同树龄、起源构树韧皮纤维形态

3个树龄及2种起源构树韧皮纤维长度都主要分布在3 460～6 460 μm之间(图3～4)。1龄构树韧皮纤维长度88 %分布在3 460～6 460 μm之间，2龄、3龄则90 %、88 %分布在3 640～9 460 μm之间。可见，不同树龄间，1龄韧皮纤维分布最为集中，但其长纤维比例小于2龄和3龄。

图3 不同年龄构树韧皮纤维长度频率图图4 不同起源构树韧皮纤维长度频率Fig.3 Lengthdistributionfrequencyofphloemfiberfromdifferentagesgroups Fig.4 Distributionfrequencyofphloemfiberlengthfromdifferentorigins

构树韧皮纤维长度远远大于1 600 μm，属于长纤维，长宽比大，就纤维长度及长宽比而言，即使1龄构树其韧皮纤维也达到了特优级别。但总的来说，3个树龄间，2、3龄明显优于1龄；不同种起源间，实生优于萌生。因此，可以考虑以2-3年为1个经营周期来经营构树纤维用材林，但2年比3年缩短1年时间，且对于制浆造纸来说，木素含量会随年龄的增加而增加，而制浆过程中要求保留纤维素，适当保留半纤维素，尽可能去除木素。建议在选择优良母系的基础上，培育实生构树，2年后截干利用，让其萌发新枝，新枝生长2年后再次收获利用。

3结论与讨论

构树木质部纤维和韧皮纤维形态在不同树龄间均存在变异。2、3龄木质部纤维及韧皮纤维长度无显著差异，均显著大于1龄。长宽比木质部纤维为3龄最大，韧皮纤维为2龄最大；不同起源对构树韧皮纤维长度、宽度存在影响，对木质部纤维无明显影响。实生构树韧皮纤维长度、宽度显著大于萌生。长宽比实生较大。

无论是较短的木质部纤维还是特长的韧皮纤维，均有成熟的制浆工艺，对构树进行全干利用是可行的，加之构树萌蘖力强，以2年为经营周期，可在一定程度上改善我国纤维用材原料紧缺、结构不合理的现状。但连续的多次截干是否会对构树的纤维形态、化学成分及产量造成影响，有待进一步研究。

纤维长度和长宽比是影响纤维性能的重要因素，但纤维壁腔比、微纤丝角等指标对纤维性能也存在一定影响，本研究未对所有指标进行分析，今后有待进一步完善；另外，作为经济林树种，除了考虑纤维形态特性对产品质量的影响外，产量作为重要的经济指标，也应予以考虑；由于构树的皮、干、叶、果均有利用价值，在山区还发挥着出色的水土保持作用，未来还应对构树林的综合效益进行测定和评估。

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Fiber Morphology Analysis of Broussonetia papyrifera with

Different Age Groups and Origins

XIE Zhao-jun,XIA Yu-fang,ZHANG Ke-li,YANG Yi-zhi

(Forestry College of Guizhou University,Guiyang Guizhou 550025,P.R.China)

Abstract:The fiber morphology of xylem and phloem from seed propagation and cutting culture of Broussonetia papyrifera with age of 1-3 years were measured,and the results showed that:1)The xylem fiber length is different in different age groups,and the length of 2 a and 3 a are longer than that of 1 a,the length of these 3 age groups are mainly 400～600 μm; the length-width ratio of 3 a is the highest among these 3 age groups;in terms of different origins,there is no obvious difference in fiber length and width.(2) There are significant variation in different age groups and origins of phloem fiber.The fiber length of 2 a and 3 a are longer than that of 1 a,the length of1a are mainly 3 460～6 460 μm,and that of 2 a and 3 a are mainly 3 640～9 460 μm; the length-width ratio of 2 a is the highest among these 3 age groups.In different origins,the phloem fiber length and width of seed propagation are significantly larger than that of cutting culture and the length-width ratio of seed propagation is higher that of cutting culture.This study shows that the 2-year period is best cycle for managing Broussonetia papyrifera fiber forest.It is feasible to harvest aboveground parts after cutting the stem of 2 a seed propagation,and harvest again after another 2-year growth.

Key words:Broussonetia papyrifera;xylem fiber; phloem fiber; seed propagation ; cutting culture

中图分类号：S 718.4

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2015)06-0110-05

通讯作者简介：夏玉芳(1958-)，女，教授，主要从事木材学、森林培育及水土保持研究。E-mail：yfxia@gzu.edu.cn

作者简介：第一谢钊俊(1990-)，女，硕士研究生，主要从事人工林培育及森林经营研究。E-mail：xzjlynn@163.com

基金项目：贵州省科学技术省校合作项目(黔科合[2012]7001)。

收稿日期：*2015-05-05

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.06.022