6种桉树人工林木材纤维特性及变异规律

陈桂丹，郑佳琪，蒙芳慧，陈少雄，陈 艳，王建忠

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心，广西 南宁 530002；2.国家林业和草原局 桉树研究开发中心，广东 湛江 524022；3.广西壮族自治区国有东门林场，广西 扶绥 532108）

桉树是桃金娘科Myrtaceae 桉属Eucalyptus的总称，自然分布于澳大利亚、印度尼西亚群岛以及菲律宾的部分岛屿。桉树种类多、适应性强、材质好，生产力高，为世界三大速生树种之一，在我国南方已成为人工林种植与加工利用的主导树种，广泛应用于造纸、人造板等行业，对解决我国木材供需矛盾、林业产业结构调整以及地方经济的提升发挥着重要的作用[1-3]。

木纤维是阔叶材的主要组织，约占整个木材解剖分子数量的80%，纤维形态特征直接决定着木材的物理、力学性质，影响着木材的加工利用价值，木纤维形态特征的变异规律又是木材材质改良的基础[4-6]。目前，有不少学者对不同品种桉树的纤维特性开展过研究，苌姗姗等[7]对8 个尾巨桉家系木材的纤维形态学参数进行了研究，得出尾巨桉家系木材纤维长度值主要集中800～1 100 μm 之间，且在个体水平上分布范围广；周维等[8]以不同种源6年生大花序桉为研究对象，结果表明大花序桉的纤维长度、宽度、长宽比在种源间存在显著差异，纤维形态（宽度除外）与树高、胸径生长性状在种源内的相关关系不显著；郭冬强[9]对20年生的10 个邓恩桉种源木材纤维特性变异进行了研究，测定出了长度、宽度、双壁厚等纤维形态尺寸，并分析了各指标的变异规律。对细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉、大花序桉6 种大径级桉树人工林木材纤维特性进行测定，并从径向和纵向两方面分别分析其随树龄和树高的变异规律，以期为桉树育种策略的制定、定向培育推广、材质改良及木材合理高效加工利用提供理论依据和科学参考。

1 材料与方法

1.1 试样采集

在广西国有东门林场分别采集细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉、大花序桉6 个树种的桉树，每个树种选取3 株树进行测试，试材基本情况见表1。在树干离地面0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3、11.3、15.3、17.3 和19.3 m 处分别锯取厚度为5 cm 的圆盘，标记北向，带至实验室进行测试。

表1 试材基本情况Table 1 Basic situations of tested materials

1.2 试验方法

分别在6 种桉树的各高度圆盘沿南北向截取宽度为2 cm 的中心木条试样，用北向的试样做纤维形态测定，其中1.3 m 处圆盘垂直年轮线方向制取各个年轮的小试块，其余高度圆盘分别在近髓心、过渡区及近树皮三个部位截取约10 mm×10 mm×50 mm (T×R×L)的小试块。将小试块劈成火柴杆大小的小试样，取3～4 根放入试管中，加入冰醋酸和双氧水的混合液（体积比1:1），混合液没过小试样1 cm 左右，在水浴中煮沸进行离析，至试样变白为止，然后脱酸、染色、制成玻片，贴上标签待测。采用数码显微成像系统（蔡司Axio Imager Z2）对纤维尺寸进行测定，纤维长度在10倍物镜下测定，纤维宽度、腔径及双壁厚在40 倍物镜下测定，每个试样随机测定50 根纤维[10]。

2 结果与分析

2.1 6 种桉树纤维特性的径向变异

2.1.1 6 种桉树纤维长度和纤维宽度的径向变异

6 种桉树1.3 m 树高处不同树龄纤维特性的测定结果详见表2，纤维长度和纤维宽度随树龄的径向变异如图1～2所示。

从表2可知，6 种桉树中大花序桉纤维长度最大，为1 129 μm；细叶桉最小，为916 μm，6 种桉树的纤维长度平均值均在900～1 000 μm之间，依据IAWA 阔叶材显微特征一览表的规定，上述6种桉木纤维均属于中等级别（900～1 600 μm）[11]。从图1可以看出，6 种桉树自髓心向外木材纤维长度均随树龄增加而增大。前9 a 生长较快，后期缓慢增加，到一定年龄后趋于稳定。细叶桉的纤维长度变异范围为667～1 040 μm，赤桉的纤维长度变异范围为674～1 011 μm，巨桉的纤维长度变异范围为651～1 104 μm，尾叶桉的纤维长度变异范围为643～1 003 μm，粗皮桉的纤维长度变异范围为601～1 124 μm，大花序桉的纤维长度变异范围为748～1 287 μm。其中大花序桉纤维长度在相应树龄上是最大的。

表2 6 种桉树1.3 m 处木材纤维特性Table 2 The characteristics of wood fiber in six eucalyptus at 1.3 m height

图1 6 种桉树木材纤维长度的径向变异Fig.1 The radial variation of wood fiber length in six Eucalyptus

图2 6 种桉树木材纤维宽度的径向变异Fig.2 The radial variation of wood fiber width in six Eucalyptus

从表2可知，6 种桉树中大花序桉纤维宽度最大，为19.06 μm；细叶桉最小，为14.86 μm。从图2中可以看出，6 种桉树木材纤维宽度均随树龄增加而略有增加。细叶桉纤维宽度变异范围为14.38～15.53 μm；赤桉纤维宽度变异范围为14.20～16.17 μm；巨桉纤维宽度变异范围为15.26～17.43 μm；尾叶桉纤维宽度变异范围为15.63～18.84 μm；粗皮桉纤维宽度变异范围为14.15～16.98 μm；大花序桉纤维宽度变异范围为16.95～20.23 μm，其中细叶桉纤维宽度随树龄增加变化幅度最小，大花序按纤维宽度随树龄增加变化幅度最大。

2.1.2 6 种桉树纤维腔径和纤维双壁厚的径向变异

从表2可知，6 种桉树中巨桉木材纤维腔径最大，为8.03 μm；赤桉最小，为4.22 μm。从图3中可以看出，6 种桉树木材纤维腔径均随树龄增加而逐渐减少。细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉的纤维腔径变异范围分别 为3.04～7.74、3.06～5.85、5.55～10.69、6.03～10.68、4.25～8.56、4.97～9.81 μm。

图3 6 种桉树木材腔径的径向变异Fig.3 The radial variation of wood fiber cavity diameter in six Eucalyptus

从表2可知，6 种桉树中大花序桉木材纤维双壁厚最大，为12.74 μm；巨桉最小，为8.40 μm。从图4中可以看出，6 种桉树木材双壁厚变化规律总体趋势与纤维长度一致，均为从髓心向外逐渐增大后趋于稳定，大花序桉木材纤维双壁厚明显高于其他5 个树种。细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉的纤维双壁厚变异范围分别为7.16～11.73、8.61～12.69、5.65～11.51、6.49～12.70、6.77～12.37、7.60～14.49 μm。

图4 6 种桉树木材双壁厚的径向变异Fig.4 The radial variation of wood fiber double-wall thickness in six Eucalyptus

2.2 6 种桉树纤维特性的纵向变异

2.2.1 6 种桉树纤维长度和纤维宽度的纵向变异

从图5～6 中可以看出，6 种桉树木材纤维长度和宽度随树干高度增加总体变化幅度都不明显，基本在一中心线上下波动。大花序桉纤维长度和宽度在相应树高均比其他桉树略大。细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉不同树高纤维长度变异范围分别为916～960、903～993、935～1 030、944～987、925～1 028、942～1 056 μm；纤维宽度的变异范围分别为15.03～15.89、13.82～15.40、15.05～16.43、16.58～17.77、15.34～16.66、16.97～19.00 μm。

图5 6 种桉树木材纤维长度的纵向变异Fig.5 The longitudinal variation of wood fiber length in six Eucalyptus

图6 6 种桉树木材纤维宽度的纵向变异Fig.6 The longitudinal variation of wood fiber width in six Eucalyptus

2.2.2 6 种桉树纤维腔径和纤维双壁厚的纵向变异

从图7中可以看出，6 种桉树木材纤维腔径均随树高增加呈减小趋势。细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉纤维腔径变异范围分别为：4.88～5.95、3.85～5.27、5.34～8.07、5.69～7.46、5.05～6.28、4.26～6.34 μm。

从图8中可以看出，6 种桉树木材纤维双壁厚随树高增加变化幅度不大。巨桉木材纤维双壁厚在相应树高上均小于其他桉树，大花序桉纤维双壁厚在相应树高均大于其他桉树。细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉不同树高纤维双壁厚变异范围分别为9.60～10.81、9.86～10.97、8.33～9.80、10.10～11.38、9.99～10.55、12.37～12.96 μm。

图7 6 种桉树木材纤维腔径的纵向变异Fig.7 The longitudinal variation of wood fiber cavity diameter in six Eucalyptus

2.3 纤维特性主要指标方差分析

2.3.1 6 种桉树不同树龄间纤维特性主要指标方差分析

图8 6 种桉树木材纤维双壁厚的纵向变异Fig.8 The longitudinal variation of wood fiber doublewall thickness in six Eucalyptus

6 种桉树不同树龄间纤维长度、纤维宽度、纤维腔径和纤维双壁厚的方差分析详见表3。方差分析表明，6 种桉树纤维长度、纤维腔径和纤维双壁厚在不同树龄间的差异均极显著，纤维宽度随树龄的变化差异均不显著。

2.3.2 6 种桉树不同树高处纤维特性主要指标方差分析

6 种桉树不同树高处纤维长度、纤维宽度、纤维腔径和纤维双壁厚的方差分析结果详见表4。方差分析表明，6 种桉树的纤维长度和纤维双壁厚在不同树高处的差异均不显著；细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉和粗皮桉的纤维宽度随树高的变化差异也不显著，仅大花序桉的的纤维宽度随树高的变化差异显著；巨桉和大花序桉的纤维腔径随树高的变化差异极显著，尾叶桉和赤桉的纤维腔径随树高的变化差异显著，细叶桉和粗皮桉的纤维腔径随树高的变化差异不显著。

表3 6 种桉树不同树龄间纤维形态的方差分析结果†Table 3 Radial variance analysis of wood fiber morphology in six eucalyptus

表4 6 种桉树不同树高处纤维形态的方差分析结果†Table 4 Longitudinal variance analysis of wood fiber morphology in six eucalyptus

3 结论与讨论

3.1 结 论

通过对细叶桉、赤桉、巨桉、尾叶桉、粗皮桉和大花序桉6 种桉树在1.3 m 树高处木材的主要纤维特性指标进行测定，结果表明：细叶桉的纤维长度和宽度均最小，分别为916、14.86 μm；赤桉的纤维腔径最小，为4.22 μm；巨桉的纤维腔径最大，为8.03 μm，纤维双壁厚最小，为8.40 μm；大花序桉的纤维长度、宽度以及双壁厚均最大，分别为1 129、19.06 和12.74 μm。

通过对6 种桉树木材的纤维特性变异规律进行分析，在同一纤维特性指标中，6 个树种随树龄或树高的变异规律基本一致。径向上，木材纤维长度随树龄增加先增大后趋于稳定，该变异规律与柠檬桉[12]、闽楠[13]等木材纤维长度径向变异规律相似；木材纤维宽度随树龄的增加而略有增加，该变异规律与米老排[14]、鹅掌楸[15]等木材纤维长度径向变异规律相似；木材纤维腔径均随树龄增加而逐渐减少；纤维双壁厚的变异规律与纤维长度变异规律一致。在纵向上，6 种桉树木材纤维长度、宽度和双壁厚随树干高度的增加变化幅度不大；纤维腔径均随树高的增加总体呈减小趋势。

通过方差分析，在不同树龄间，6 种桉树的纤维宽度无显著性差异，其余纤维特性指标的差异极显著；在不同树高处，6 种桉树木材纤维长度和双壁厚无显著性差异，纤维宽度指标中，仅大花序桉有极显著差异，其余树种无显著性差异；纤维腔径指标的差异显著性随树种的不同有所区别。

3.2 讨 论

研究表明，6 种树种生长到一定的时间后（基本为10 a 以上）其木材纤维长度和双壁厚均保持稳定不再继续增长，木材材性较为成熟，大花序桉的纤维长度、宽度和双壁厚均明显大于其它5 个树种，相对具有更大的开展实木加工利用的潜在价值。

目前，国内的速生桉采伐年龄较短，多用来加工人造板以及制浆造纸，桉木实木加工利用率不高，产品附加值低，中大径级桉木培育以及实木加工利用相对较少，本研究只选取了6 个大径级桉木树种试样进行纤维特性测试，研究不够全面，今后有必要针对更多的大径级桉树树种开展木材解剖性质、物理力学性质、化学性质等方面的综合研究，并构建桉树材性方面的数据库，可以为桉树实木用材树种及主伐年龄的确定提供参考，为桉树材性的研究及加工利用提供理论依据，对桉树产业的转型升级具有重要意义。