李玉秀，雷亞芳

(西北農林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌 712100)

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桑樹幼樹條、杜仲條和柳條木材化學成分及其在樹干上的變異研究

李玉秀，雷亞芳

(西北農林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌 712100)

[摘要]【目的】 研究桑枝、杜仲條和柳條木材的化學成分及各主要化學成分含量在樹干高度上的變化規(guī)律，為木材更合理更有效的利用提供依據?！痉椒ā?以桑枝、杜仲條和柳條木材為研究對象，參考我國木材化學成分分析標準中規(guī)定的系列測定方法對其纖維素、綜纖維素、木質素以及抽提物(熱水抽提物、10 g/L NaOH抽提物、苯醇抽提物)、灰分和含水率6個指標進行分析，并與重組木常用木材沙柳、楊木、速生杉木及棉稈進行比較?！窘Y果】 在樹干不同高度上，對桑枝木材而言，纖維素含量差異達顯著性水平，基部顯著高于中部和梢部，中部與梢部差異不顯著；木質素含量差異達極顯著性水平，基部極顯著高于中部和梢部，中部與梢部差異不顯著；綜纖維素含量基部和梢部極顯著高于中部，基部與梢部差異不顯著；灰分含量和含水率差異不顯著。對杜仲條木材而言，苯醇抽提物含量梢部極顯著高于基部和中部，基部與中部差異不顯著；綜纖維素、纖維素含量基部和中部極顯著高于梢部，基部與中部差異不顯著；灰分含量差異不顯著；含水率差異達顯著性水平，中部與梢部顯著高于基部，中部與梢部差異不顯著。對柳條木材，各部位綜纖維素和木質素含量差異達極顯著水平，基部均極顯著高于梢部；灰分含量差異不顯著；含水率差異達顯著性水平，基部顯著高于梢部?！窘Y論】 就木材化學成分而言，3種木材的基部和中部木材性能優(yōu)于梢部，3種木材均可作為生產重組木的優(yōu)質原料,且杜仲條更優(yōu)。

[關鍵詞]桑枝；杜仲條；柳條；化學成分

我國森林資源缺乏，木材供需矛盾尖銳，因此必須加強森林資源的經營培育、保護與合理利用，最大限度發(fā)揮木材的利用率，尤其是伐區(qū)剩余物的合理利用。重組木的研究已成為當今世界木材科學領域的一個熱點。重組木像天然木材一樣，具有美麗的花紋和優(yōu)良的物理力學性能，其原料可以是農作物秸稈、枝椏材等[1]。我國每年都會產出大量枝椏材，如桑樹幼樹條、杜仲條和柳條，它們都具有易管易種、適應力強、生長快等特點。木材化學成分是木材材性的一個重要方面，它影響著木材的物理力學性質、天然耐久性、材色和木材的加工利用性能[2]。國內外許多學者對重組竹原料竹材和速生林(如楊木)的化學成分做了大量研究[3-8]。何建偉等[9]以我國西北地區(qū)豐富的沙柳資源為原料，對其進行了化學成分的測定，但有關桑枝、杜仲條和柳條(紅柳)木材化學成分的研究至今尚未見報道。本試驗研究了桑枝、杜仲條和柳條木材化學成分及其在樹干上的變異，并與重組木常用木材及棉稈進行比較，探討這3種枝椏材作為重組材原料的可行性，以期為生產高性能的重組木尋求更廣泛的原料資源，也為3種枝椏材的科學利用提供理論依據。

1材料與方法

1.1主要試劑

蒸餾水、10 g/L NaOH溶液、苯溶液、體積分數(shù)95%乙醇溶液、體積分數(shù)72%硫酸溶液、100 g/L氯化鋇溶液、冰醋酸(乙酸)、亞氯酸鈉、丙酮、乙酸鎂乙醇溶液。

1.2主要儀器設備

索氏提取器(250 mL)，電熱水浴鍋DK-98-1型(天津泰斯特儀器有限公司)，循環(huán)水式真空泵SHZ-D(Ⅲ)(鞏義市英峪予華儀器廠)，電熱恒溫鼓風干燥箱DHG9123A型，高溫電阻爐SX-4-10型(武漢亞華電阻有限公司)，1G2玻璃濾器，可調式電熱板ML-1.8-4型(北京科偉永興儀器有限公司)，高溫爐SX2-4-10型(上海躍進醫(yī)療器械廠)。

1.3樣木的采集

桑(Ramulusmori)枝采自陜西省西安市周至縣，為幼樹條；杜仲(Eucommiaulmoides)條采自西北農林科技大學林學院杜仲實驗基地；柳條為紅柳(Tamarixramosissima)條，采自陜西省榆林市定邊縣。樣木基本信息見表1，其中枝高和胸徑均為50個樣木的平均值。

樣木采伐后，對桑枝和杜仲條，在每株樣木上自枝條基部向上的1/3、2/3處截開分為3段，記為基部、中部和梢部；對柳條，在每株樣木上自枝條基部向上的第一個分叉處截開分為2段，記為基部和梢部，基部為3年生，梢部為1～2年生。再將上述每一部分的每一長段樣木截成3～4 cm的小木段，分別放入干燥箱中80 ℃干燥2～3 h，檢驗少許木段是否可磨出適合的木粉，若木段含水率過高，則在粉碎機中會磨出大量黏在一起直徑小于0.42 mm的木粉,這時需要繼續(xù)干燥0.5 h，如此重復。木段干燥合適后，將每一部分充分混合，置于粉碎機中粉碎，過篩，取直徑為0.25～0.42 mm的細末，晾至室溫并達氣干含水率，貯存于密封袋中并編號，供分析使用。

表 1　樣木基本情況

1.4木材化學成分的測定方法

根據GB 2677.2-93至GB 2677.10-93中規(guī)定的標準方法，對桑枝、杜仲條、柳條木材的纖維素、綜纖維素、木質素以及抽提物(熱水抽提物、10 g/L NaOH抽提物、苯醇抽提物)、灰分和含水率6個指標進行測定，每組樣品做3次平行測定,結果取平均值。

2結果與分析

2.1不同木材抽提物

桑枝、杜仲條和柳條木材的化學成分含量見表2。經查閱，重組木材沙柳[10]、楊木[11]、速生杉木[12]及棉稈[13]的主要化學成分含量見表3。

表 2　桑枝、杜仲條和柳條木材的化學成分含量

注：木材化學成分以絕干材為基準；綜纖維素用亞氯酸鈉法測定。同樹種同列數(shù)據后標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，標不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note：Wood chemical components were benchmarked against absolutely dry wood；Holocellulose was measured using the sodium chlorite method.Different small letters in each column mean significant difference (P<0.05)，different capital letters in each column means extremely significant difference (P<0.01).

表 3　重組木常用木材及棉稈的主要化學成分含量

本試驗3種木材中，杜仲條木材的總抽提物含量(35.40%)低于桑枝(37.75%)和柳條木材(48.01%)，因此杜仲條木材易于加工，切削阻力小(表2)，但其材色較桑枝和柳條木材淺，耐久性較桑枝、柳條木材略差。與重組木材沙柳、楊木、速生杉木及棉桿相比，桑枝和杜仲條的總抽提物含量與沙柳(36.42%)相近，比楊木(22.79%)、速生杉木(24.24%)和棉稈(25.04%)偏高，而柳條木材遠比這3種常用木材及棉稈的總抽提物含量高。

由表2可知，桑枝木材的熱水抽提物基部和梢部極顯著高于中部，基部與梢部差異不顯著；10 g/L NaOH抽提物含量由樹基向上逐漸升高，但差異不顯著；苯醇抽提物含量各部位基本不變。杜仲條木材的熱水抽提物和10 g/L NaOH抽提物含量由樹基向上逐漸升高，但差異不顯著；苯醇抽提物梢部極顯著高于基部和中部，基部與中部差異不顯著；柳條木材的熱水抽提物、10 g/L NaOH抽提物和苯醇抽提物含量由樹基向上逐漸升高，但差異均不顯著。表明在樹干方向上3種木材均是基部和中部的性能較好。

2.2不同木材主要性能指標的比較

2.2.1纖維素由表2可知，杜仲條和桑枝木材的纖維素含量由樹基向上呈降低的趨勢，桑枝木材的纖維素含量基部顯著高于中部和梢部，而中部與梢部差異不顯著；杜仲條木材的纖維素含量基部和中部極顯著高于梢部，而基部與中部差異不顯著；柳條木材的纖維素含量在樹干高度上變化不明顯。表明在樹干方向上，就纖維素含量而言，桑枝和杜仲條的基部木材性能較好，柳條2個部位的木材性能相近。

由表2可知，桑枝、杜仲條和柳條木材的纖維素含量平均值分別為41.49%，37.17%和38.63%，其中桑枝木材的含量最高，杜仲條的最低。與重組木常用木材及棉稈(表3)比較，3種木材的纖維素含量遠比沙柳(55.57%)和楊木(48.76%)低；杜仲條和柳條的纖維素含量比棉稈(43.74%)偏低，桑枝的纖維素含量與棉桿相近。從纖維素含量來看，桑枝、杜仲條和柳條木材相對于棉稈來說，是較優(yōu)良的重組木原料。在這3種木材中，桑枝木材更適合用作重組木原料。

2.2.2綜纖維素由表2可以看出，桑枝和杜仲條木材的綜纖維素含量在樹干高度上呈兩端低、中間高、基部含量高于梢部的分布規(guī)律，柳條木材的綜纖維素含量樹干基部高于梢部。方差分析表明：桑枝、柳條和杜仲條木材的綜纖維素含量在樹干高度上的差異均達到極顯著水平，對于桑枝木材，基部和梢部極顯著低于中部，基部與梢部差異不顯著；對于杜仲條木材，基部和中部極顯著高于梢部，基部與中部差異不顯著；對于柳條，基部極顯著高于梢部。表明在樹干方向上，就綜纖維素含量而言，桑枝中部木材性能相對較好，杜仲條的基部和中部木材性能較好，柳條基部木材性能較好。

從表2可知，桑枝、杜仲條和柳條木材的綜纖維素平均值為68.72%，70.26%和68.59%。與重組木常用木材及棉稈(表3)相比，桑枝和柳條木材綜纖維素含量比沙柳(78.96%)偏低，比棉稈(74.10%)略低；杜仲條木材綜纖維素含量比沙柳略低，與棉桿相近。可以說桑枝、杜仲條和柳條木材均適合作為重組木原料，其中杜仲條木材為更優(yōu)良的原料。

2.2.3木質素由表2可知，桑枝和杜仲條木材的木質素含量在樹干高度上呈兩端高、中間低、基部含量最高的分布規(guī)律，柳條木材的木質素含量由樹干基部向上呈降低的趨勢。方差分析表明，桑枝木材基部木質素含量極顯著高于中部和梢部，中部與梢部差異不顯著；柳條基部木質素含量極顯著高于梢部；杜仲條各部位木材木質素含量差異不顯著。表明在樹干方向上，就木質素含量而言，桑枝木材中間和梢部的木材性能較好，杜仲條3個部位的木材性能相近，柳條稍部的木材性能較好。

由表2可見，桑枝、杜仲條和柳條木材的木質素平均值分別20.68%，21.65%和20.34%。與重組木常用木材及棉稈(表3)比較，3種木材木質素含量遠比速生杉木(31.41%)低，與楊木(21.54%)和棉稈(21.13%)相近，比沙柳(18.20%)略高，因此桑枝、杜仲條和柳條木材的木質素含量屬于偏低范疇。從此角度看，3種木材適合作為重組木原料，其中桑枝和柳條木材更優(yōu)良。

2.2.4灰分由表2可知，桑枝木材的灰分含量在樹干高度上呈兩端低、中間高的分布規(guī)律；杜仲條木材的灰分含量在樹干高度上呈兩端高、中間低的分布規(guī)律；柳條木材的灰分含量基部低于梢部。方差分析表明，桑枝、杜仲條和柳條木材的灰分含量在樹干高度上的差異均不顯著。從這個角度看，在樹干方向上，3種木材3個部位木材性能相近。

由表2可知，桑枝、杜仲條和柳條木材的灰分平均值為0.55%，0.54%和1.94%。3種木材原料中，桑枝和杜仲條木材的灰分含量偏低，柳條略高。與重組木常用木材及棉稈相比，桑枝和杜仲條木材灰分含量比沙柳(3.2%)、楊木(0.68%)、速生杉木(0.72%)和棉稈(1.86%)都偏低，柳條灰分含量與棉稈相近，比楊木和速生杉木要偏高。從這個角度來看，桑枝和杜仲條木材灰分都低于1%，屬于優(yōu)質范圍，因此為較優(yōu)良材料。

2.2.5含水率由表2可知，桑枝、杜仲條和柳條木材的氣干含水率平均值分別為6.72%，8.95%和7.49%。桑枝木材的氣干含水率在樹干高度上呈兩端低、中間高的分布規(guī)律；杜仲條木材的氣干含水率由樹基向上呈升高的趨勢；柳條木材的氣干含水率由樹基向上呈降低的趨勢。方差分析表明，在樹干不同高度上，杜仲條和柳條木材氣干含水率的差異達顯著性水平，對于杜仲條，中部和梢部顯著高于基部，中部與梢部差異不顯著；對于柳條，基部顯著高于梢部。桑枝木材各部位氣干含水率差異不顯著。

3討論與結論

沙柳、楊木、速生杉木和棉稈均是制造重組材的適宜原料,其物理力學性能完全達到甚至已超過刨花板[13]。木材抽提物在木材中所占比例較少，但對木材密度、木材的色、香、味、天然耐久性、木材防腐改性處理、板材干燥、膠合及木材強度等材性和利用均有一定的影響[14]。桑枝、杜仲條和柳條的抽提物含量高于重組木常用木材和棉稈。纖維素是木材細胞壁的骨架，是其主要成分，其含量大小與實體木材性能有很大的關系[15]。一般來說，木材原料的纖維素含量越高，實體木材的性能越好[16]。3種木材的纖維素含量遠比沙柳(55.57%)和楊木(48.76%)低；杜仲條和柳條的纖維素含量比棉稈(43.74%)偏低，桑枝的纖維素含量與棉桿相近。綜纖維素是植物原料中除去木素以外的全部碳水化合物，實際上綜纖維素是纖維素和半纖維素的總和[15]。纖維素含量越高，板材的性能越好。桑枝和柳條木材綜纖維素含量比沙柳(78.96%)偏低，比棉稈(74.10%)略低；杜仲條木材綜纖維素含量比沙柳略低，與棉桿相近。木質素在木材組織中起著膠固作用，其含量的大小對實體木材的性能和纖維板的膠合具有很大影響，一般選用木質素含量低的原料為好[15]。3種木材木質素含量遠比速生杉木(31.41%)低，與楊木(21.54%)和棉稈(21.13%)相近，比沙柳(18.20%)要略高，因此桑枝、杜仲條和柳條木材的木質素含量屬于偏低范疇。灰分主要是鉀、鈉、鈣的無機鹽類。灰分含量高將影響膠黏劑的結合力，通常表現(xiàn)為內結合力低，握釘力差，二次加工貼面容易脫落[17]，因此需要在生產重組木過程中控制灰分的含量，灰分的含量越少越好。桑枝和杜仲條木材灰分含量比沙柳(3.2%)、楊木(0.68%)、速生杉木(0.72%)和棉稈(1.86%)都要低，柳條灰分含量與棉稈相近，但比楊木和速生杉木要高。分析得出，3種枝椏材纖維素和綜纖維素含量略低于重組木常用木材，且與棉稈相近；木質素含量相近或低于重組木常用木材及棉稈，說明桑枝、杜仲條和柳條都屬于生產重組木的優(yōu)質原料。

在樹干不同高度上，3種木材的基部和中部木材性能優(yōu)于梢部。另外3種枝椏材的枝條均通直，易于疏解、鋪裝。3種枝椏材中，杜仲條木材性能最好，故采用杜仲條的基部和中部生產出的重組木性能會更優(yōu)。

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Chemical components and their variations along tree stem of young branches ofRamulusmori,EucommiaulmoidesandTamarixramosissima

LI Yu-xiu，LEI Ya-fang

(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstracts: 【Objective】 Contents of the chemical components from branches of young Ramulus mori,Eucommia ulmoides and Tamarix ramosissima were determined and their variations along tree stem were analyzed to provide basis for their efficient utilization.【Method】 According to the Chinese standards for wood chemical component analysis,the chemical components (cellulose,holocellulose,lignin,extracts by hot water,10 g/L NaOH and alcohol benzene,ash,and moisture) of branches of young R.mori,E.umoides and T.ramosissima were measured and analyzed.Finally,the results were compared with scrimbers,such as Psmmophiles,Birch,Grow-up chinese fir,and Cotton stalk.【Result】 For young R.mori branches,the cellulose content at the base was significantly higher than that at the middle and the end,and the difference between the middle and the end was not significant.The lignin content at base was very significantly higher than that at the middle and the end,and the difference between the middle and the end was not significant.The holocellulose contents at the base and the end were very significantly higher than that at the middle,and the difference between the base and the end was not significant.The differences in ash and moisture contents along the tree stem were not significant.For E.ulmoides wood,the content of benzene-alcohol extracts at the end was very significantly higher than that at the base and the middle,and the difference between the base and the middle was not significant.The difference in ash along the tree stem was not significant.The moisture contents at the middle and the end were very significantly higher than that at the base,and the difference between the middle and the end was not significant.For T.ramosissima,very significant difference was observed between the contents of holocellulose and lignin.The holocellulose and lignin contents at base were very significantly higher than that at the middle.The difference in ash contents along the tree stem was not significant.The moisture content at the base was very significantly higher than that at the end.【Conclusion】 In aspect of chemical components,the wood properties at the bottom and middle blade were better than those at the top blade.All these three woods were good raw materials for scrimber and E.ulmoides was the best.

Key words:young Ramulus mori branches;Eucommia ulmoides branches;Tamarix ramosissi branches;chemical component

DOI：網絡出版時間:2016-04-0709:0010.13207/j.cnki.jnwafu.2016.05.017

[收稿日期]2014-09-19

[基金項目]國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304511)

[作者簡介]李玉秀(1988-)，女，山西洪洞人，在讀碩士，主要從事木材加工新技術研究。E-mail：993927100@qq.com[通信作者]雷亞芳(1965-)，女，陜西合陽人，教授，博士，碩士生導師，主要從事木質資源加工與利用研究。E-mail：leiyafang@sina.com

[中圖分類號]S781.42

[文獻標志碼]A

[文章編號]1671-9387(2016)05-0127-06

網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160407.0900.034.html