15年生巨尾桉纤维特性分析

郑明朝，黄 金，韦鹏练，符韵林*

(1.广西壮族自治区南宁树木园，广西 南宁 530031；2.广西大学 林学院，广西 南宁 530004)

巨尾桉是以巨桉为母本、尾叶桉为父本的杂交树种，具有生长迅速，轮伐周期短，适应性强，用途广泛等诸多优点，是我国南方短周期工业原料林的主要造林树种之一[1,2]。长期以来，我国桉树人工林以短周期轮伐为主要经营方式，小径材所占比重较大，大径材资源相对不足。桉树人工林木材的利用以生产人造板为主，产品附加值不高；作为实木利用的桉树也多为幼龄材，生长应力大，易产生开裂、变形等缺陷，对生产加工的影响较大，木材综合利用率较低[3]。随着世界各国纷纷加强对原木出口的限制以及我国全面禁止天然林商业化采伐政策的实施，我国的木材产量，特别是大径材产量，与市场需求之间的矛盾越来越突出。因此，加快发展大径级速生桉树人工林，拓展桉树木材的应用范围，不仅可以有效缓解我国的木材供求矛盾，同时也有利于提高我国桉树人工林的经营效益。近年来，我国在桉树的速生丰产和优化栽培模式方面取得了一系列研究成果[4,5]，在南方一些国有林场也对桉树的大径级材培育进行了尝试，为桉树实木化利用创造了有利条件[6,7]。但相比桉树幼龄材，大径级桉树人工林木材的基础性质以及加工利用研究还相对滞后[8-10]。为了全面掌握大径级巨尾桉人工林木材的基础性质，笔者拟开展有关木材材性的系列研究，如木纤维在树干径向和纵向的变异规律以及幼龄材与成熟材的年限划分等，为桉树大径级材的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料采集地基本概况

试验材料来源于广西南宁树木园，地处东经108°21′，北纬22°40′，海拔80～220 m，相对高度30～140 m，属低丘陵。年平均气温21 ℃，最低气温-1.4 ℃，最高气温39.5 ℃，年降水量1300 mm,4～9月份为雨季，相对湿度65%～80%。

1.2 方法

试材于2016年11月采集。选取生长正常的标准样木3株，标明北向，分别沿样木树干0.3 m，1.3 m至18.8 m每隔2.5 m截取厚度约为5 cm的圆盘。

将圆盘表面刨平，逐一确定每个圆盘的年轮数，然后沿圆盘南北向通过髓心锯出宽度约2 cm的木芯，在木芯的北向位置上由树皮向髓心方向将年轮逐一切下，进一步将年轮试样劈成火柴杆大小，放入试管中，加入离析液，恒温水浴加热进行离析处理。离析液为冰醋酸和过氧化氢(质量分数为30%)按1∶1体积比混合而成的溶液，当试样膨大变白后停止离析，倾倒离析液，用蒸馏水将离析试样充分洗涤干净，经5%番红溶液染色后制成临时玻片，采用显微成像系统进行测量，纤维长度和宽度分别在10×4倍和10×40倍物镜下测量，每个试样测量30根。采用有序聚类分析(最优分割法)进行聚类分析，通过分析各项纤维特征的径向变异来划分幼龄材与成熟材的界限。

2 结果与分析

2.1 巨尾桉的纤维形态

纤维形态包括纤维的长度、直径、腔径、双壁厚、长径比、壁腔比等特征，其中纤维长度和壁腔比是划分纤维等级的重要指标。15年生巨尾桉的纤维形态特征指标统计结果见表1。其木材纤维的平均长度为1005.74 μm，变异范围为651.78～1238.44 μm，达到国际木材解剖学协会公布的中等长度纤维要求(0.9～1.6 mm)。壁腔比的变异范围在0.29～1.02之间，平均为0.56，属于好至很好的纤维(≤1)。从变异系数来看，除了纤维的长度和直径外，其它的指标如腔径、双壁厚、壁腔比等，变异系数均在10%以上，说明巨尾桉纤维的纤维形态具有较大变异。与其它6～8年生的低龄材相比，15年生巨尾桉木材纤维的平均长度增长了21.23%～39.58%[11,12]，这意味着其木材纤维的交织强度以及木材力学强度将有一定程度提高，木材性能将获得改善，这正是延长桉树人工林采伐年限，培育大径材的意义所在。

表1 巨尾桉纤维形态测定结果

2.2 巨尾桉纤维形态的纵向变异

15年生巨尾桉纤维形态的纵向变异见图1。从图中可以看出，纤维长度、双壁厚、长径比、壁腔比的变化趋势相似，均表现为由树干基部向稍部呈波动性增长，其中在树干4 m以下的范围内增长较快，到达一个较大值后在树干4～8 m的高度范围内有一定的下降趋势，随后在8～12 m的范围内又呈现增长，在树干16 m以上的部位，各指标均保持在较高的数值，也就是说树干稍部的纤维长度、双壁厚、长径比、壁腔比比树干基部和中部的大。从方差分析结果(表2)来看，纤维长度在树干纵向方向的变异达到显著水平，而双壁厚、长径比和壁腔比则均达到极显著水平；纤维直径和腔径在树干基部至稍部的变化总体呈现下降趋势，在16 m以上的树梢部位，纤维直径和腔径均较小。方差分析表明(表2)，纤维直径在纵向方向有显著差异，纤维腔径有极显著差异。

2.3 巨尾桉纤维形态的径向变异

15年生巨尾桉纤维形态的径向变异和方差分析分别见图2和表3。从图2可以看出，从髓心向树皮方向，纤维长度、双壁厚、长宽比和壁腔比均随着年轮的增加而逐渐增大，其中在1～4轮的增长较快，4～8轮增长变缓，8轮以后在某一区间附近波动变化。这说明巨尾桉的快速生长发生在种植后1～4年，随后生长速度逐渐放缓，8年以后进入相对稳定的生长阶段。方差分析表明，纤维长度、双壁厚、长宽比和壁腔比在树干的径向方向均有极显著差异。纤维直径和腔径在径向方向上的变化与上述指标的变化有所不同。纤维直径除了在靠近髓心的1～2年轮间有较大增长外，第2年轮以后在一定范围内波动，变化较小。方差分析表明，纤维直径在年轮间的差异不显著；纤维细胞腔的直径在从髓心向外的前10轮里呈现明显的减小，之后呈波动变化。结合纤维直径和双壁厚的变化来看，纤维细胞腔直径的减小主要由于细胞壁的增厚造成。方差分析表明，纤维细胞的腔径在树干径向方向的变化差异达到极显著水平。由纤维形态的径向变异可以发现，纤维长度、双壁厚等指标均有一个逐渐增大最后稳定的过程，这与树木的生长发育有关。在树木生长早期，细胞尚未发育成熟，细胞的长度和细胞壁的厚度较小，这些细胞围绕在髓心附近呈圆柱状，称为幼龄材或者未成熟材，树种不同，幼龄材的厚度不同，或者说年限不同。因此，可以根据纤维形态的变化来划分幼龄材与成熟材的年龄界限。对巨尾桉纤维形态各指标进行有序聚类分析，结果见表4。通过聚类分析可以发现，纤维长度和长径比的转折点在第7年，纤维腔径、双壁厚和壁腔比的转折点在第8年，纤维直径的转折点在第14年，与纤维形态的径向变异规律相吻合。综合各指标的聚类分析结果，巨尾桉成熟材与幼龄材的界定为8年。

图1 纤维形态的纵向变异

图2 纤维特性的径向变异

3 结论

巨尾桉纤维长度变化幅度为651.78～1238.44 μm，平均为1005.74 μm，属于中等长度纤维；纤维直径变化幅度为15.51～22.13 μm，平均为18.39 μm；纤维腔径变化幅度为6.08～12.56 μm，平均为8.83 μm；纤维双壁厚变化幅度为6.15～12.67 μm，平均为9.56 μm；纤维长径比变化幅度为35.36～74.74，平均为54.83；纤维壁腔比变化幅度为0.29～1.02，平均为0.56。

表2 纤维形态纵向变异的方差分析

注：“*”表示差异显著，“**”表示差异极显著。下表同。

表3 纤维形态径向变异的方差分析

纵向上，纤维长度、长径比、双壁厚、壁腔比均随着树干高度呈波动性增长，其中纤维长度有显著差异，长径比、双壁厚和壁腔比有极显著差异；纤维直径和腔径均呈减小趋势，其中纤维直径有显著差异，纤维腔径有极显著差异。

表4 纤维形态指标的有序聚类分析

径向上，纤维长度、双壁厚、长径比、壁腔比随着年轮的增加呈现增长趋势，差异极显著；纤维腔径呈减小趋势，差异极显著。纤维直径呈波动变化，无显著差异。

巨尾桉成熟材与幼龄材的界限为8年。