宋戀環(huán),秦 芳,王軍鋒,蘇利榮,曾成城
(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西木材資源培育質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心,廣西南寧 530002;2.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,廣西南寧 530007)
核桃在我國(guó)也稱胡桃,為核桃科(Juglandaceae),包括核桃屬(Carya)和山核桃屬(Juglans)等,為落葉喬木或稀灌木。核桃屬約有20 種木材,山核桃屬約有15 種,主要分布于南美洲、北美洲、歐洲東南部及亞洲東部。該植物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高,多屬于果材兼用樹種,生長(zhǎng)迅速,分布廣泛[1]。由于其木材有優(yōu)雅的紋理和穩(wěn)定的材性,從14世紀(jì)開始,核桃木就已用于制作高檔木質(zhì)家具、實(shí)木柜和木質(zhì)工藝品,是極為優(yōu)良的家裝用材之一,在亞洲和歐洲等地應(yīng)用廣泛[2]。我國(guó)的核桃木栽培主要集中在華北、西北和華中地區(qū)[1],當(dāng)前對(duì)其木本糧油及果品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值關(guān)注較多,對(duì)其木材資源加工利用方面的報(bào)道較少。本研究以云新核桃、薄殼山核桃(Carya illinoinensis)和泡核桃(Juglans sigillata)木材為研究對(duì)象,比較分析其木材纖維形態(tài)、特征參數(shù)和氣干密度等,以期為核桃的定向培育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。
試材采自廣西巴馬瑤族自治縣那俄屯(107°29'E,24°11'N),海拔277.24 m。每個(gè)樹種分別選取3 株樹干通直、無(wú)明顯缺陷且具有代表性的樣木(表1)。在樹高1 m 處使用直徑9 mm 的生長(zhǎng)錐鉆取木芯,依據(jù)等距法,將木芯從髓心到邊材分成3等份,于每等份的1/2處取樣,每個(gè)樹種9個(gè)試樣。
表1 樣本基本情況Tab.1 Basic situations of sample trees
1.2.1 纖維形態(tài)特征參數(shù)測(cè)定
沿木材順紋方向制備試件,將試件置于解離液(冰醋酸和30%雙氧水以1∶1 體積比例混合)中,通過水浴法對(duì)試件進(jìn)行解離,至試件變白為止。解離完成后脫酸,滴入適量的1%番紅溶液震蕩染色,再用滴管吸取少量上層清液滴在載玻片上,進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察并測(cè)定木材纖維的長(zhǎng)度、寬度及雙壁厚。每個(gè)試樣隨機(jī)測(cè)定50根纖維,并分別計(jì)算各參數(shù)的平均值。
1.2.2 氣干密度測(cè)定
依據(jù)GB/T 1933-2009[4]進(jìn)行樣品制備及測(cè)定,計(jì)算氣干密度,公式為:
式中,p12%為試樣含水率為12%時(shí)的氣干密度(g/cm2);m12%為試樣含水率為12%時(shí)的質(zhì)量(g);V12%為試樣含水率為12%時(shí)的體積(cm3)。
采用Excel 2016進(jìn)行處理。
木材纖維是闊葉樹材的主要成分之一,通常占木材總體積的50%以上,主要功能是支撐樹體和承受機(jī)械作用,木材纖維的數(shù)量、大小、壁厚及排列方式與木材的硬度、密度及強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)[5]。木材的纖維形態(tài)是反映木材材質(zhì)及其利用的重要指標(biāo),也是評(píng)價(jià)纖維原料的重要依據(jù)[6]。
云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維長(zhǎng)度分別為893、810 和1 053 μm,泡核桃木材纖維最長(zhǎng)(表2)。根據(jù)木材解剖分子分級(jí)規(guī)定[1],云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維長(zhǎng)度均屬略短級(jí),泡核桃木材的纖維長(zhǎng)度屬中級(jí)。一般認(rèn)為當(dāng)纖維長(zhǎng)度達(dá)到300 μm以上時(shí),紙張的耐撕強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與木材纖維長(zhǎng)度呈正相關(guān)[7],3 種木材的纖維長(zhǎng)度均超過300 μm,且分布較均勻,適宜用作造紙?jiān)?,其中泡核桃木材的效果最佳?/p>
云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維寬度分別為23、17 和31 μm,泡核桃木材纖維寬度最大。根據(jù)木材解剖分子分級(jí)規(guī)定[1],云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維寬度均屬中級(jí),泡核桃木材的纖維寬度屬粗級(jí)。當(dāng)纖維寬度作為單一變量時(shí),原料比重、細(xì)胞壁厚度及單根纖維強(qiáng)度均與纖維寬度呈正相關(guān)[8]。
云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維腔徑分別為12.9、8.2和19.3 μm,泡核桃木材纖維腔徑最大。根據(jù)木材解剖分子分級(jí)規(guī)定[1],云新核桃和薄殼山核桃木材的纖維腔徑均屬細(xì)級(jí),泡核桃木材的纖維腔徑屬中級(jí)。
云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的雙壁厚分別為10.2、8.5 和11.9 μm,泡核桃木材細(xì)胞壁最厚。根據(jù)木材解剖分子分級(jí)規(guī)定[1],云新核桃和泡核桃木材的細(xì)胞壁厚度小于腔徑,屬薄級(jí);薄殼山核桃木材的細(xì)胞壁厚度大于腔徑,屬厚級(jí)。纖維壁的絕對(duì)厚度與紙張性能無(wú)關(guān),纖維壁腔比的大小與紙張性能有關(guān)[9]。
表2 3種木材的纖維形態(tài)Tab.2 Fibre morphology of three kinds of wood
木材纖維長(zhǎng)寬比與木材物理性質(zhì)有密切關(guān)系,是衡量木材纖維質(zhì)量的主要指標(biāo)。研究表明,當(dāng)纖維長(zhǎng)寬比大于33、壁腔比小于1時(shí),纖維間能很好交織,宜作為造紙?jiān)蟍10]。纖維長(zhǎng)寬比越大,纖維間的結(jié)合能力越好,打漿造紙時(shí)纖維結(jié)合面積較大,所制紙張撕裂指數(shù)較高,成紙強(qiáng)度較好[11]。細(xì)胞壁越薄、腔徑越大,纖維壁腔比就越小,纖維就越容易結(jié)合,所制紙張強(qiáng)度也越大[8]。優(yōu)等造紙?jiān)侠w維壁腔比小于1,中等造紙?jiān)系扔?,劣等造紙?jiān)洗笥?[12]。
云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維長(zhǎng)寬比分別為39、48 和35,壁腔比分別為0.80、1.05 和0.65(表3)。3 種木材的纖維長(zhǎng)寬比均大于33,均適用于生產(chǎn)高質(zhì)量纖維類產(chǎn)品、紙漿和纖維板等;云新核桃和泡核桃木材的纖維壁腔比均小于1,為優(yōu)等造紙?jiān)希槐ど胶颂夷静牡睦w維壁腔比約等于1,為中等造紙?jiān)稀?/p>
表3 3種木材的特征參數(shù)Tab.3 Characteristic parameters of three kinds of wood
木材密度是單位體積內(nèi)木材的質(zhì)量,可以反映木材細(xì)胞壁物質(zhì)含量[13],是分辨木材用途的最有效指標(biāo)之一。在相同含水率條件下,木材密度越大,木材強(qiáng)度越高[14]。木材密度分為基本密度、生材密度、氣干密度和全干密度,由于日常生活中使用的木材以氣干材為主,因此生產(chǎn)中主要以氣干密度來(lái)估算木材質(zhì)量[6]。木材密度對(duì)木材造紙時(shí)的制漿得率有很大影響,木材密度過大,則木質(zhì)過硬,不適宜生產(chǎn)木漿;木材密度過小,雖宜于制漿,但會(huì)影響產(chǎn)量指標(biāo);一般認(rèn)為密度0.4 ~0.6 g/cm3的木材適于生產(chǎn)木漿[9]。
根據(jù)木材材性分級(jí)規(guī)定[1],氣干密度在0.56 ~0.75 g/cm3的木材屬中級(jí),氣干密度在0.36 ~0.55 g/cm3的木材為輕級(jí)。云新核桃木材的氣干密度為0.63 ~0.69 g/cm3,屬中級(jí);薄殼山核桃木材的氣干密度為0.60 ~0.68 g/cm3,屬中級(jí);泡核桃木材的氣干密度為0.51 ~0.54 g/cm3,屬輕級(jí)(表4)。從氣干密度來(lái)看,泡核桃最適宜生產(chǎn)木漿。
表4 3種木材的氣干密度Tab.4 Air-dry density of three kinds of wood
對(duì)云新核桃、薄殼山核桃和泡核桃木材的纖維形態(tài)和纖維特征參數(shù)進(jìn)行比較分析,結(jié)果顯示3 種木材均適用于紙漿生產(chǎn),其中,泡核桃木材纖維長(zhǎng)度最長(zhǎng)、纖維寬度最大、纖維腔徑最大、細(xì)胞壁最厚、纖維長(zhǎng)寬比大于33 且纖維壁腔比小于1,為優(yōu)等造紙?jiān)?;云新核桃木材各?xiàng)數(shù)值略低于泡核桃木材,同屬優(yōu)等造紙?jiān)?;薄殼山核桃木材纖維壁腔比約等于1,為中等造紙?jiān)?。云新核桃和薄殼山核桃木材的氣干密度屬中?jí);泡核桃木材的氣干密度屬輕級(jí),并處于最適宜生產(chǎn)木漿的范疇。綜合來(lái)說(shuō),泡核桃木材最適宜制漿造紙。
核桃為常見的經(jīng)濟(jì)林樹種,也是珍貴的高檔裝飾用材[15]。過去,通常更強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)林樹種林副產(chǎn)品的用途,相對(duì)忽視木材本身的可利用價(jià)值[16]。在未來(lái)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)林的過程中,加大對(duì)因間伐、更新和衰老等原因砍伐木材的利用,不僅能提高經(jīng)濟(jì)收入和避免資源浪費(fèi),還能彌補(bǔ)我國(guó)木材資源的不足。