汪佑宏，張菲菲，2，薛 夏，季必超，李 擔(dān)，張利萍

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036 2. 黃山華塑新材料科技有限公司，安徽 黃山 245900

引 言

棕櫚藤(rattan)屬于棕櫚科(Palmae)省藤亞科(Calamoideae)，是具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和開發(fā)前景的熱帶和亞熱帶森林中的藤類植物資源。藤莖每年向上持續(xù)生長(zhǎng)，具有多種用途，是僅次于木材和竹材的重要非木材林產(chǎn)品，為家具制作和工藝器具編制的優(yōu)良材料[1]。目前，全球共有棕櫚藤13個(gè)屬664種，我國(guó)自然分布有4屬37種，但經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的全球僅有20～30種[2]。

微纖絲角為細(xì)胞壁S2層微纖絲與細(xì)胞主軸之間的夾角。大量研究表明了利用X射線衍射法(XRD)能快速有效的測(cè)定式樣的微纖絲角，具有重現(xiàn)性好、代表性強(qiáng)的特點(diǎn)，且測(cè)試速度快，在樣本數(shù)量較大的變異研究中極其適用[3-4]。植物細(xì)胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)(無(wú)定形區(qū))交錯(cuò)聯(lián)結(jié)而成； 纖維素的結(jié)晶度是指纖維素的結(jié)晶區(qū)質(zhì)量(或體積)占纖維素整體質(zhì)量(或體積)的百分?jǐn)?shù)。利用X射線衍射法不僅能測(cè)定纖維素的結(jié)晶度，還有對(duì)其晶胞參數(shù)、晶粒尺寸等進(jìn)行測(cè)試[5-7]。此外，X射線衍射法還可應(yīng)用于微量物證鑒定[8]、表面殘余應(yīng)力[9]及木材含水率測(cè)試等。但微纖絲角和纖維素結(jié)晶度都能直接影響著材料的性能，是評(píng)價(jià)生物質(zhì)材料的纖維品質(zhì)和性質(zhì)的重要依據(jù)，如微纖絲角小，其軸向干縮率小、順紋強(qiáng)度大； 纖維結(jié)晶度高，則其吸濕性低、尺寸穩(wěn)定性好等。本文通過對(duì)高地鉤葉藤材微纖絲角、纖維素結(jié)晶度及微晶體尺寸及其變異進(jìn)行研究，對(duì)于構(gòu)建棕櫚藤材細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模型、探索棕櫚藤?gòu)?qiáng)韌機(jī)理，為藤材高附加值加工利用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

高地鉤葉藤(PlectocomiahimalayanaGriff)屬鉤葉藤屬[1]，叢生、攀援，采自云南南部的梁河縣、海拔為1 480～1 500 m的山地常綠闊葉林中。藤?gòu)?.30～3.00 cm(2 m處)，藤長(zhǎng)16.0～20.0 m，節(jié)間長(zhǎng)16.5～26.5 cm。分別在基部、2 m處、中部和梢部四個(gè)部位截取長(zhǎng)約50 cm的節(jié)間、編號(hào)備用。

XD-3全自動(dòng)多晶X射線衍射儀(北京普析儀器有限責(zé)任公司)，Cu靶X光管，測(cè)角儀掃描半徑為180 mm，掃描軸水平，測(cè)角儀角度重現(xiàn)性0.000 6°； X射線發(fā)生器kV、mA穩(wěn)定度優(yōu)于0.01%、額定功率3 kW。

1.2 方法

1.2.1 微纖絲角測(cè)試

分別在高地鉤葉藤藤莖基部、2 m處、中部及梢部四個(gè)部位取樣，再沿直徑方向由一側(cè)藤皮開始，依次、均勻選取尺寸為L(zhǎng)(長(zhǎng))×T(厚)×W(寬)=25 mm×0.5 mm×W的薄片8片； 然后放置在溫度為(20±2) ℃、相對(duì)濕度為65%±5%的調(diào)溫調(diào)濕箱中平衡處理至少一周，使樣品平衡含水率達(dá)到12%左右為止。

微纖絲角測(cè)定采用X射線衍射法，設(shè)定2θ=22.4°，測(cè)定范圍70°～270°，測(cè)定速度為2°·min-1。

通常用(002)面的衍射強(qiáng)度曲線來(lái)求試樣的平均微纖絲角，由于在測(cè)定范圍內(nèi)只有一個(gè)波峰，故選用0.4 T法計(jì)算該藤的微纖絲角，即40 %峰高處的寬度(M4)(見圖1)。

圖1 X射線衍射曲線(002)測(cè)微纖絲角Fig.1 Measuring MFA with X-ray diffraction curve(002)

1.2.2 結(jié)晶度及微晶體尺寸測(cè)試

在高地鉤葉藤藤莖的基部、2 m處、中部和梢部分別選取藤皮、藤中和藤芯三個(gè)位置試樣，使用球磨機(jī)磨成粉末后放入烘箱中在(103±2) ℃下烘至絕干。然后應(yīng)用X射線衍射儀(Cu)，在電壓為36 kV，電流為20 mA，掃描范圍為10°～45°，掃描速度為2°·min-1，采用逐步掃描法進(jìn)行。

結(jié)晶度(CrI)按式(1)計(jì)算

（二）人民群眾對(duì)音樂的欣賞需求差異性較大。我國(guó)地域廣袤，人口眾多，特別是在基層，人民群眾在民族文化、傳統(tǒng)風(fēng)俗、地域特征、知識(shí)水平和藝術(shù)認(rèn)知等各方面，存在著較大的差異性。而群文音樂面向的就是大眾，需要具備普及性和易傳播性，但在現(xiàn)實(shí)中，一個(gè)群文音樂作品在不同的群體中，受到的評(píng)價(jià)也是千差萬(wàn)別，甚至出現(xiàn)完全相反的評(píng)價(jià)，正所謂眾口難調(diào)，這給群文音樂創(chuàng)作帶來(lái)了極大的難度，也影響著創(chuàng)作者的信心和積極性。

(1)

式(1)中，CrI為結(jié)晶度(%)；I002為002面晶格衍射角的極大強(qiáng)度；Iam為非晶格背景衍射的散射強(qiáng)度。

根據(jù)所得XRD譜圖，還可以計(jì)算樣品的微晶體尺寸等結(jié)晶參數(shù)(見圖2)。其微晶體尺寸(L)可由Scherrer式(2)計(jì)算

(2)

圖2 測(cè)定結(jié)晶度X射線曲線圖Fig.2 Schematic diagram of measuringcrystallinity X-ray curve

2 結(jié)果與討論

2.1 微纖絲角變異

2.1.1 微纖絲角徑向變異

高地鉤葉藤基部、2 m處、中部和梢部微纖絲角分別在22.53°～46.36°，30.06°～49.47°，29.14°～32.12°和23.47°～44.80°范圍內(nèi)變化，平均依次為34.94°，41.07°，35.02°和38.88°； 藤莖微纖絲角平均在29.93°～43.90°間變化，總平均值為36.50°，與黃藤材的36.1°相當(dāng)、比鉤葉藤材31.05°大17.55%。在藤莖上由藤皮-藤芯-藤皮方向，四個(gè)部位即不同高度上微纖絲角均呈拋物線的變異趨勢(shì)，藤莖最外層的微纖絲角最小，而藤莖中間部位的微纖絲角最大[見圖3(a)]。

由于微纖絲是組成細(xì)胞壁的基本單位，直接影響細(xì)胞壁的性質(zhì)，從而影響材料的性質(zhì)和用途，一般來(lái)講微纖絲角越小，細(xì)胞的順紋抗拉、抗壓的強(qiáng)度越大，柔韌性越好，但伸縮性會(huì)變差，由此說明該藤藤莖最外層強(qiáng)度比藤芯好。

2.1.2 微纖絲角軸向變異

軸向上，對(duì)高地鉤葉藤藤莖基部、2 m處、中部及梢部四個(gè)部位，分藤皮、藤中(位于藤皮與藤芯之間)和藤芯分別進(jìn)行了微纖絲角的測(cè)試和分析。其中，藤皮處微纖絲角在26.52°～33.34°范圍變化，梢部>2 m處>中部>基部； 藤中處微纖絲角在31.21°～36.17°范圍變化，基部>2 m處>中部>梢部； 藤芯處微纖絲角在39.41°～48.97°范圍變化，為2 m處>梢部>基部>中部?？傮w上藤莖微纖絲角在34.94°～41.07°范圍變化，具體表現(xiàn)為2 m處>梢部>中部>基部，但規(guī)律性不強(qiáng)，可能原因是雨季和旱季形成的藤材(相當(dāng)于木材的早、晚材)、藤齡等對(duì)微纖絲角有一定的影響，因取材時(shí)幾乎無(wú)法保證全部取到早材或晚材，所以軸向變異規(guī)律性不強(qiáng)[見圖3(b)]。

圖3 微纖絲角徑向(a)與軸向(b)變異Fig.3 The radial (a) and axial (b) variation of MFA

2.2 結(jié)晶度變異

高地鉤葉藤藤莖基部、2 m處、中部和梢部纖維素結(jié)晶度分別在21.40%～34.01%，24.75%～36.45%，27.35%～35.58%和24.94%～34.60%范圍內(nèi)變化，平均依次為28.43%，31.18%，32.05%和29.98%； 藤莖纖維素結(jié)晶度平均在24.61%～35.16%間變異，總平均值為29.99%，分別比鉤葉藤和黃藤高出29.57%和4.87%。

在軸向上，藤皮、藤中、藤芯及藤莖平均纖維素結(jié)晶度分別在34.01%～36.45%，25.37%～33.23%，21.40%～27.35%及28.43%～32.05%間變化，對(duì)應(yīng)平均結(jié)晶度依次為35.16%，30.20%，24.61%和29.99%。藤莖平均纖維素結(jié)晶度從基部先逐漸上升，至中部達(dá)最大值后又下降，與藤中、藤芯處結(jié)晶度的軸向變化趨勢(shì)完全一致； 而藤皮處結(jié)晶度也呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，但其最大值出現(xiàn)在2 m處。此外，除藤中處結(jié)晶度最小值出現(xiàn)在梢部外，藤莖平均、藤皮及藤芯處結(jié)晶度最小值均出現(xiàn)在基部(見圖4)。

圖4 結(jié)晶度的變異Fig.4 Variation of crystallinity

軸向上，藤莖纖維素結(jié)晶度為中部>2 m處>梢部>基部； 徑向上，纖維素結(jié)晶度表現(xiàn)為藤皮>藤中>藤芯，且除梢部外，其余各處藤皮和藤中的結(jié)晶度明顯要比藤芯高。因此，高地鉤葉藤藤莖中段的大部分要比藤莖基部和梢部材質(zhì)好、藤皮比藤芯質(zhì)量高。

2.3 微晶體尺寸變異

2.3.1 微晶體寬度變異

高地鉤葉藤材纖維素微晶體寬度在5.72～6.19 nm間變異，平均值為6.03 nm，是黃藤材微晶體寬度的2.51倍[10]； 其中藤皮、藤中、藤芯微晶體寬度分別在5.32～5.98，5.77～6.12，6.07～6.57 nm之間變化，平均微晶體寬度依次為5.74，6.02和6.33 nm。藤皮處微晶體寬度最小，藤芯最大。

圖5 微晶體寬度(a)與微晶體長(zhǎng)度(b)變異Fig.5 The variation of crystal width (a)and crystal length (b)

藤莖平均微晶體寬度與藤中、藤芯一樣，隨著藤莖高度的升高呈先下降后至中部達(dá)最小值后又上升的變化趨勢(shì)，而藤皮處微晶體寬度呈“升-降-升”的趨勢(shì)[見圖5(a)]。

2.3.2 微晶體長(zhǎng)度變異

高地鉤葉藤纖維素微晶體長(zhǎng)度在13.07～19.34 nm間變異，平均值為15.59 nm，是黃藤材微晶體長(zhǎng)度的1.43倍[10]； 其中藤皮、藤中、藤芯微晶體長(zhǎng)度分別在14.00～19.38m，13.02～18.31，10.61～20.32 nm之間變化，平均微晶體長(zhǎng)度依次為16.17，15.28和15.31 nm。微晶體長(zhǎng)度徑向變化沒有一定的規(guī)律； 而軸向隨著藤莖高度的上升，均呈“降-升-降”的趨勢(shì)，總體上微晶體的長(zhǎng)度基部高于梢部，呈下降趨勢(shì)，尤其是藤芯處，基部微晶體的長(zhǎng)度比梢部高47.79%，這與黃藤的變化相反[10][見圖5(b)]。

高地鉤葉藤材抗彎強(qiáng)度(49.95 MPa)、基本密度(0.36 g·cm-3)等均小于黃藤材，高地鉤葉藤材抗壓強(qiáng)度(33.12 MPa)卻大于黃藤材，而高地鉤葉藤材纖維素微晶體寬度、長(zhǎng)度均比黃藤材的大； 那么棕櫚藤微晶體尺寸與其順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和基本密度等之間是否存在正、負(fù)相關(guān)關(guān)系，以及與其他物理、力學(xué)性質(zhì)間存在一定的相關(guān)性，還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

高地鉤葉藤藤莖徑向微纖絲角在29.93°～43.90°范圍內(nèi)變化，且藤皮處微纖絲角最小，藤芯處微纖絲角最大，說明藤皮強(qiáng)度比藤芯好； 軸向上藤莖微纖絲角在34.94°～41.07°范圍變化，具體為2 m處>梢部>中部>基部，微纖絲角與藤齡間規(guī)律性不強(qiáng)?？傮w上藤莖微纖絲角在22.53°～49.47°間變異，均值為36.50°。

高地鉤葉藤藤莖徑向纖維素結(jié)晶度24.61%～35.16%間變化，徑向上結(jié)晶度為藤皮>藤中>藤芯； 軸向上隨藤齡的減小，結(jié)晶度呈先升后降變化趨勢(shì)，且最大值在中部、最小值在基部?？傮w上藤莖結(jié)晶度在21.40%～36.45%間變異，平均值為29.99%。

高地鉤葉藤材纖維素微晶體寬度在5.72～6.19 nm間變異，平均值為6.03 nm。藤皮處微晶體寬度最小，藤芯最大； 藤莖平均微晶體寬度與藤中、藤芯一樣，隨著藤莖高度的升高呈先下降后至中部達(dá)最小值后又上升的變化趨勢(shì)。微晶體長(zhǎng)度在13.07～19.34 nm間變異，平均值為15.59 nm。徑向上微晶體長(zhǎng)度為藤皮>藤芯>藤中； 微晶體長(zhǎng)度軸向隨著藤莖高度的上升，均呈“降～升—降”的趨勢(shì)，總體上微晶體的長(zhǎng)度基部高于梢部，呈下降趨勢(shì)。

綜合高地鉤葉藤微纖絲角、結(jié)晶度分析，藤莖中段的大部分要比藤莖基部和梢部材質(zhì)好、藤皮比藤芯質(zhì)量高。