邓恩桉木材灰分和抽提物含量及其变异规律

刘 媛，卢陆峰，郭东强，卢翠香，陈健波

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 中南速生材繁育国家林业和草原局重点实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西南宁 530002；2.环江毛南族自治县华山林场，广西环江 547100）

木材化学成分是纸浆材的重要材性指标，其变化直接影响木材的性质；其分析结果可决定树种是否适宜作纸浆原料，可为制浆技术的选择提供参考[1-2]。木材是天然生长形成的有机物，除含有较多的纤维素、半纤维素和木质素外，还含有少量抽提物和灰分[3-4]。木材抽提物主要为可溶于有机试剂的低分子化合物，如树脂、单宁和色素等，其含量对制浆造纸影响很大；含量越高，所需工业碱的量就越高，纸浆色彩变暗，易造成制浆仪器管道堵塞等[4]。灰分是植物纤维原料中的有机物经过高温完全灼烧后的残留物质，主要成分是钠、锰、镁、钙和磷等无机盐，含量低于1%[2]。纸浆中硅酸盐含量过高，纸质发脆；黑液中硅含量高，会影响碱回收[2]。灰分含量在造纸原料中越低越好[2]。木材的灰分和抽提物含量在木材中所占比例较小，但对木材颜色、密度、防腐改性、耐腐性、板材干燥胶合和纸浆蒸煮等均有一定影响，深入研究木材成分和抽提物对合理利用木材资源有重要意义[3，5]。

邓恩桉（Eucalyptus dunnii）为桃金娘科（Myrtaceae）桉属双蒴盖亚属树种，是我国引种较成功的耐寒树种，在广西北部、云南、湖南、福建和江西等地均有种植，是广西桂北地区主要速生造林树种之一[6-7]。邓伦秀等[8]对贵州引种的3年生邓恩桉木材纤维特性及化学成分进行研究，发现邓恩桉适宜造纸。郭东强等[9]对2个邓恩桉种源的木材纤维长度、宽度、长宽比、双壁厚及壁腔比进行分析，发现其纤维长度、纤维长宽比和纤维双壁厚等均符合纸浆材要求，壁腔比未达到优良造纸材要求。卢翠香等[10]测量邓恩桉木材基本密度，发现22年生邓恩桉木材除壁腔比外，其他指标均达到纸浆材要求。速生桉已成为我国南方主要的纸浆造纸工业原料之一，尾赤桉（E.urophylla×E.camaldulensis）、尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）和尾叶桉（E.urophylla）等桉木制浆已有充分的研究和应用[3]。有关邓恩桉木材化学成分的研究较少，灰分和抽提物含量及其变化规律未见报道。本研究以华山林场11年生邓恩桉木材为材料，测定邓恩桉木材灰分和抽提物含量，对灰分和抽提物含量在树高和株间的变异规律进行探讨，为桉树纸浆材的高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来自于2009年环江毛南族自治县华山林场营造的11年生邓恩桉混合种源试验林，邓恩桉种子由澳大利亚进口。2008年，开始播种、育苗；2009年5月，造林，栽植株行距为2 m×3.5 m，初植密度为1 425株/hm2。造林前进行除杂、炼山，全垦大穴整地（穴长60 cm、宽40 cm和深30 cm）。2009—2011年，连续3年进行追肥；2009年，松土除草1次；2014年7月中旬，对5年生邓恩桉林分进行抚育间伐，主要伐除矮小、濒死及病虫害林木；造林期间进行常规经营管理措施。

1.2 试验方法

参考GB/T 2677.1—93[11]获取原料，选取3株平均木伐倒，分别在树高1.3、11.3和19.3 m处各锯取厚度为3～5 cm的圆盘；风干后，去皮，劈成火柴棍大小，充分混合，采用四分法均匀取样500 g。采用植物粉碎机打碎木棍，留取通过40目筛而留于60目筛的木粉，贮藏备用。对木粉进行分析，测定项目有灰分、冷水抽提物、热水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物，分别参考GB/T 2677.3—93[12]、GB/T 2677.4—93[13]、GB/T 2677.5—93[14]和GB/T 2677.6—94[15]进行。

1.3 数据处理

采用Excel软件计算各指标的平均值、标准差和变异系数，采用SPSS 19.0软件进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 邓恩桉木材灰分和抽提物含量分析

2.1.1 灰分

邓恩桉木材灰分含量平均值为0.46%，极差为0.34，变异系数为21.74%（表1）。灰分含量变异较大。

表1 邓恩桉木材灰分和抽提物含量Tab.1 Contents of ash and extracts of E.dunnii woods

2.1.2冷、热水抽提物

造纸原料中所含有的部分无机盐类、植物碱、糖、环多醇、单宁、色素及多糖类物质等均能溶于水[16]。冷、热水抽提物种类大致相同；水温高时，能溶出更多果胶质、淀粉、多酚类和有机酸等物质，热水抽提物含量高于冷水[2，17]。邓恩桉木材冷水抽提物含量平均值为1.89%，极差为1.59，变异系数为23.28%；热水抽提物含量平均值为2.39%，极差为2.38，变异系数为29.29%（表1）。冷、热水抽提物含量变异均较大。

2.1.3 1%NaOH抽提物

1%NaOH抽提物含量在一定程度上可说明原料受到光、热、氧化或细菌等作用而变质或腐朽的程度，可预见该原料在碱法制浆中纸浆得率的情况[18]。邓恩桉木材1%NaOH抽提物含量平均值为12.23%，极差为3.06，变异系数为7.77%（表1）。植物纤维原料中能溶于冷、热水的物质均可溶于1%NaOH溶液，1%NaOH溶液抽提物含量明显高于冷、热水抽提物含量[19]。

2.1.4 苯醇抽提物

苯醇混合液能溶解出乙醚抽提物，还能除去色素、单宁和其他成分[12]。在造纸工业中，苯醇抽提物含量越低越有利于造纸[2]。邓恩桉木材苯醇抽提物含量平均值为1.15%，极差为0.83，变异系数为15.65%（表1）。苯醇抽提物含量变异较大。

2.2 邓恩桉木材灰分和抽提物含量的变异情况

2.2.1 抽提物含量在不同树干部位的变异情况

灰分和不同抽提物含量在不同树干部位均表现为树体基部含量最高（图1）。灰分、冷水抽提物含量在不同树干部位均呈先降后升的趋势，中部含量最低；热水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物含量均呈降低趋势，梢部含量最低。

图1 邓恩桉木材灰分和抽提物含量径向变异Fig.1 Radial variations of contents of ash and extracts of E.dunnii woods

灰分、热水抽提物和苯醇抽提物含量在不同树干部位均差异极显著（P＜0.01），冷水抽提物和1%NaOH抽提物含量均差异不显著（表2）。不同树干部位的邓恩桉木材抽提物含量变异较大。

表2 邓恩桉木材灰分和抽提物含量在不同树干部位的方差分析Tab.2 Variance analysis on contents of ash and extracts of E.dunnii woods in different stem parts

2.2.2灰分和抽提物含量的株间变异情况

灰分、冷水抽提物、热水抽提物和苯醇抽提物含量在株间差异不显著；1%NaOH抽提物含量差异极显著（P＜0.01）（表3）。木材灰分和大部分抽提物含量在株间的变异不显著。

表3 邓恩桉木材灰分和抽提物含量株间变异方差分析Tab.3 Variance analysis on contents of ash and extracts of E.dunnii woods among plants

2.3 灰分和抽提物的相关性分析

对邓恩桉木材灰分和抽提物进行相关性分析，灰分与各抽提物的相关性均不显著（表4）。灰分与热水抽提物和苯醇抽提物均呈正相关，与冷水抽提物和1%NaOH抽提物均呈负相关；冷水抽提物与热水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物均呈正相关；热水抽提物与1%NaOH抽提物呈负相关，与苯醇抽提物呈正相关；1%NaOH抽提物与苯醇抽提物呈正相关。

表4 邓恩桉木材灰分和抽提物的相关性分析Tab.4 Correlation analysis among ash and extracts of E.dunnii woods

3 讨论与结论

赵星等[20]发现广东湛江6种不同种源28个家系的粗皮桉（E.pellita）灰分含量为0.06%～0.76%。彭仕尧[21]发现5年生11个尾细桉（E.urophylla×E.tereticornis）无性系灰分均值为0.52%。邓恩桉木材灰分含量为0.46%，与粗皮桉和尾细桉无性系接近，属优质范围。罗建举等[1]发现尾叶桉纸浆材冷水抽提物含量平均值为4.95%，热水抽提物含量平均值为5.67%，1%NaOH抽提物含量平均值为17.57%。邓恩桉木材冷、热水抽提物和1%NaOH抽提物含量分别为1.89%、2.39%和12.33%，均低于尾叶桉纸浆材。邓恩桉木材苯醇抽提物含量平均值为1.15%，与陈茜文[22]的研究结果一致。根据造纸原料的要求，普通桉木苯醇抽提物含量要求低于1.98%[23]，邓恩桉的苯醇抽提物含量低于此含量，对制浆产生的影响较小。本研究的邓恩桉木材灰分和抽提物含量均保持在平均或较低水平，可保证纸浆得率和质量，符合造纸的基本要求。

方差分析结果显示，邓恩桉木材灰分、热水抽提物和苯醇抽提物含量在不同树干部位差异显著，冷水抽提物和1%NaOH抽提物含量差异不显著。邓恩桉木材灰分和抽提物含量在不同树干部位均为树体基部最大。灰分、冷水抽提物含量在不同树干部位均呈先降后升的趋势；热水抽提物、1%NaOH抽提物和苯醇抽提物含量均呈降低趋势。说明对不同部位蒸煮制浆时，药品的用量应有所变化，降低成本，提高制浆得率。邓恩按木材灰分和大部分抽提物含量在株间差异不显著，1%NaOH抽提物含量差异极显著，为邓恩桉纸浆材良种选育提供依据。罗建举等[1]研究表明，尾叶桉纸浆材抽提物含量在树干高度上变异存在差异，热水抽提物含量差异极显著，1%NaOH抽提物含量差异显著，冷水抽提物含量差异不显著。邓恩桉木材与尾叶桉木材抽提物含量沿树高变异规律不一致，说明不同品种的桉树木材化学成分变异较大。相关性分析结果表明，灰分与不同抽提物间的相关系数较低，相关性均未达到显著相关。说明制浆时，某一成分药品用量可单独调整，不影响其他成分。

本研究只对华山林场邓恩桉木材灰分和抽提物含量及其变异规律进行分析和探讨，旨在为后续邓恩桉木材化学成分的研究提供参考。下一步可对邓恩桉木材主要化学成分含量进行测定和分析，探讨其变异规律，为制浆造纸原料的培养和筛选提供理论依据，实现桉树人工林高效利用。