绿竹竹龄和竹秆径向部位对纤维形态特征的影响

李权　巫其荣　胡吉萍

摘要：分析了绿竹竹龄和竹秆径向部位对纤维的长度及其分布频率、宽度、长宽比、壁厚、腔径、壁腔比的影响规律。结果显示，竹壁中层纤维的长度和长宽比较大，内层纤维较小；纤维宽度和壁腔比则是竹壁外层纤维较大，内层纤维较小；纤维腔径为竹壁内层纤维较大，中层和外层纤维较小。不同竹龄的绿竹纤维长度在1687～1961 μm之间，属长纤维类型；纤维宽度在119～176 μm之间，长宽比为104～147；纤维双壁厚随竹龄增加而增大，而纤维腔径随竹龄的增加而减小。大部分绿竹纤维的长度分布集中在1000～2500 μm之间，长度分布频率约为76%～86%。

关键词：绿竹；竹龄；纤维形态；纤维长度分布频率

中图分类号：TS721+2

文献标识码：A

DOI：1011981/jissn1000684220180213

绿竹[Dendrocalamopsis oldhami （Monro） Keng f]俗称“马蹄绿”，其竹笋营养丰富，竹材可用于制浆造纸、生产纤维板以及烧制竹炭等[1]。竹材的纤维形态是判定其是否适用于制浆造纸的决定性因素，其中，纤维长度是评价造纸和纤维板原料品质优劣的重要指标。在一定范围内，纤维越长，纸张撕裂度、抗张强度、耐破度和耐折度就越大。用长度小于05 mm的纤维，很难生产出合格的纤维板。长宽比越大，则纤维交织能力越好，最终产品强度越高。同时，壁腔比也是造纸行业衡量纤维质量的重要指标之一[23]。

影响竹材纤维形态特征的因素很多，包括竹龄、竹秆径向部位和垂直部位等。竹龄会影响竹材的密度，进而影响竹材纤维的壁腔比和长宽比等。因此，本实验研究了绿竹的纤维形态，以了解竹龄和竹秆径向部位对绿竹纤维形态的影响规律，以期为绿竹的定向培育及高效合理利用提供重要依据。

1实验

11试验地概况

南平市地处福建省北部、闽江上游，地貌特征以丘陵、山地为主，森林资源丰富，素有“南方林海”和“中国竹乡”之称。南平市顺昌县埔上镇地处北纬N27°00′，东经E118°02′，属中亚热带季风气候，年均降雨量16969 mm，土壤以红壤为主，土层深厚，土质肥沃，年平均气温为185℃，年均湿度82%，全年日照18566 h。

12實验用原料

按国家标准《竹材物理力学性质试验方法》（GB/T 15780—1995）采集绿竹样竹，在竹子分布均匀和生态条件相对一致的林区内按规格伐取样竹。每个竹龄段各伐取15株，离地05 m伐倒后并做好北向标记。样竹信息如表1所示。从每株竹秆基部截取长度2 m的竹段并运回实验室以供实验分析用。

13实验方法

131取材

将截取得到的长度2 m的绿竹竹段在离地高度05 m处截取长度约为5 cm的竹环，在每个竹环的北向处截取5 mm宽的竹片，将所得竹片按壁厚三等分剖开作为竹壁径向部位，即竹壁内层、中层和外层的测定试样。每个竹龄的15株试样用于测定纤维长度、宽度。对于每个竹龄竹样，从伐取的15株样竹中随机选取3株试样用于测定纤维壁厚及腔径。

132绿竹材纤维长度和宽度的测定

将绿竹竹片劈成宽1 mm、长度20 mm的竹梗并置于试管中，往试管中加水至没过试样，再把试管放入铝锅中沸水煮3 h直至试样下沉。倒去试管中的水分，按许尔兹法（Schurse）进行离析（氯酸钾、60%的硝酸、水的质量比为1∶2∶1）。向试管内加入清水1 mL及60%的硝酸2 mL，加热沸腾约1 min，产生黄色气体，然后投入固体氯酸钾08 g继续加热，直至竹材颜色变白。倒出药液，冷却后用清水冲洗数次，然后向试管中加入适量的水，用拇指按住试管口振荡，使竹样自行分离得到竹纤维。取少量制备好的竹纤维于载玻片上，并将载玻片放在显微镜下以测定绿竹材的纤维长度和宽度。

133绿竹材纤维壁厚和腔径的测定

将绿竹试样加入到装有3/4清水的试管中并放入水浴锅中进行蒸煮软化至试样下沉后，再继续蒸煮4 h，使试样充分软化。对蒸煮软后的试样进行切片，切片材料用番红染液染色制片，将制片放在显微镜下并测定60根纤维的壁厚和腔径。

2结果与讨论

21竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维长度的影响

竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维长度的影响如图1所示。1、2、4、6年生的绿竹材纤维长度平均值分别为：1746、1687、1831、1961 μm。根据国际木材解剖学家协会理事会的分级标准，纤维根据长度可分为3级：L≤900 μm为短纤维，900 μm1600 μm为长纤维。绿竹材纤维平均长度均大于1600 μm，因此，其属于长纤维。

不同竹龄和竹秆径向部位绿竹材的纤维长度存在一定差异[45]。由图1可知，绿竹材纤维长度在竹秆径向部位的变化规律为竹壁中层和外层纤维较长，内层纤维较短。绿竹材纤维平均长度在同竹秆径向部位，不同竹龄间的变化表现为先随竹龄的增加而减小；当竹龄超过2年后，纤维平均长度则随着竹龄的增加而增大。

22竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维宽度的影响

竹龄和竹秆径向部位对绿竹材纤维宽度的影响如图2所示。4种不同竹龄绿竹材的纤维宽度在119～176 μm内，其中纤维宽度最短为1年生的竹材，最长为4年生的竹材。

绿竹材纤维宽度在竹秆径向部位的变化规律为竹壁外层纤维较大，中层和内层纤维较小。同竹秆径向部位的绿竹材纤维宽度先随着竹龄的增加而增大，但竹龄超过4年以后，则纤维宽度减小。

23竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维长宽比的影响

长宽比是衡量造纸用纤维质量的一项重要指标，纤维长宽比越大，则成纸撕裂度、抗张强度、耐破度、耐折度和柔韧性越好。一般认为，长宽比大于35～45的纤维可形成良好的交织[6]。竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维长宽比的影响如表2所示。

從表2可知，竹龄为1、2、4、6年的纤维长宽比均值分别为：147、110、104、122，均符合造纸用原料的要求。同竹龄的绿竹材纤维长宽比在竹秆径向部位的变化规律为竹壁中层纤维长宽比较大，内层和外层纤维长宽比较小。同竹秆径向部位的绿竹材纤维长宽比在不同竹龄间的变化为前4年生的纤维长宽比不断减小，竹龄为6年时纤维长宽比变大，且各个竹秆径向部位纤维长宽比的变化趋势一致。

24不同竹龄绿竹材纤维长度的分布频率

根据测定数据将纤维长度分为0～500 μm、500～1000 μm、1000～1500 μm、1500～2000 μm、2000～2500 μm、2500～3000 μm、3000～3500 μm、3500～4000 μm共8个等级，本实验统计了不同竹龄绿竹材各长度等级纤维的数量及其所占比例（对纤维总数），结果如图3所示。由图3可知，各竹龄绿竹材纤维长度小于1000 μm的纤维分布频率都较小；而长度在1000～1500 μm的纤维分布频率均超过了15%；长度在1500～2000 μm的纤维分布频率均超过30%；各竹龄竹材的纤维长度为2000～2500 μm的分布频率差别较大；长度在2500～3000 μm区间的纤维分布频率相对较小，约10%左右；长度在3000 μm以上的纤维分布频率仅约3%。大部分纤维长度分布集中在1000～2500 μm之间，该长度分布频率达76%～86%，该长度区间是确定原料配比的主要依据。

25竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维双壁厚的影响

纤维双壁厚对纸张强度的影响较大。壁薄腔大的纤维在外力作用下易溃陷变形，压扁而呈带状，增大纤维表面积，提高其结合力，从而提高成纸的耐破度、耐折度和抗张强度等[7]。

竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维双壁厚的影响如图4所示。由图4可知，同竹秆径向部位的绿竹材纤维双壁厚在不同竹龄间的整体变化规律是随着竹龄的增加而增大，其中中层和内层1～2年生竹纤维双壁厚增大显著。

26竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维腔径的影响

纤维腔径会影响壁腔比的大小，进而影响成纸的质量[89]。竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维腔径的影响如图5所示。由图5可知，同竹龄的绿竹材纤维腔径在竹秆径向部位的变化规律为竹壁内层纤维腔径较大，中层和外层纤维次之。同竹秆径向部位的绿竹材纤维腔径在不同竹龄间的变化总趋势为随着竹龄的增加而减小，其中1～2年生之间的竹纤维腔径降幅最为明显。

27竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维壁腔比的影响

纤维壁腔比是用于衡量纸张质量的另一个必不可少的指标。一般认为，壁腔比小的纤维易于结合，成纸强度大；而壁腔比大的纤维难以结合，成纸强度低[1011]。竹龄及竹秆径向部位对绿竹材纤维壁腔比的影响如表3所示。

由表3可知，竹龄为1、2、4、6年生的纤维壁腔比分别为178、322、341、506。同竹龄的绿竹材纤维壁腔比在竹秆径向部位的变化规律为竹壁外层和中层纤维壁腔比较大，内层纤维最小。同竹秆径向部位的绿竹材纤维壁腔比在不同竹龄间的变化是随着竹龄的增加而增大。

3结论

对不同竹龄及竹秆径向部位的绿竹材纤维形态的变化规律进行了分析，结果如下。

31竹秆径向部位绿竹材纤维形态的变化表现为：对于纤维长度和长宽比，竹壁中层纤维较大，内层纤维较小；对于纤维宽度和壁腔比，竹壁外层纤维较大，内层纤维较小；对于腔径，竹壁内层纤维较大，中层和外层纤维较小。

32不同竹龄绿竹材纤维长度在1687～1961 μm之间，属长纤维类型。不同竹龄绿竹材的纤维宽度为119～176 μm，长宽比在104～147之间。

33同竹秆径向部位时，绿竹材纤维长度先随竹龄的增加而减小，竹龄超过2年后，纤维长度则随着竹龄的增加而增大。纤维宽度先随着竹龄的增加而增大，但竹龄超过4年后，纤维宽度则随着竹龄的增加而减小。纤维双壁厚随着竹龄增加而增大，纤维腔径随竹龄的增加而减小。

34不同竹龄绿竹材大部分纤维长度分布集中在1000～2500 μm之间，长度分布频率约为76%～86%。

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