鄧恩桉種源木材纖維特性分析

木材纖維是木材的主要組織。木材纖維性質的變化規律是木材材料質量改善的基礎。木纖維是兩端尖銳,呈紡錘形,腔小壁厚的細胞,是闊葉樹的重要組成分子。木纖維起到支持樹體,承受機械作用的功能,其類別、排列方式及數量與木材密度、硬度和強度等物理力學性質有著密切聯系。在造紙和纖維工業中對纖維長度有一定的要求,長纖維可以提供的結合面多,有利于提高紙張和纖維產品的強度。纖維長度大,可以提高紙張的撕裂度、抗拉強度、耐破度和耐折性。鄧恩桉Eucalyptusdunnii因生長快,材質好,抗逆性強等特點,特別是由于其具有較強的耐寒能力,使得對鄧恩桉的遺傳育種研究工作成為當前中國桉樹育種工作的一個重要方向。在中國引進耐寒桉的研究過程中,鄧恩桉是在低海拔地區,尤其是夏雨型涼冷地區試驗中測試最充分的樹種,在廣西、湖南、福建、云南、江西等地都表現出良好的適應性,具有很強的耐寒能力,生長速度和干形表現亦較好[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。筆者對2個鄧恩桉種源的木材纖維長度、寬度、長寬比、雙壁厚及壁腔比進行測定分析,以期為鄧恩桉的遺傳改良提供參考。1材料和方法1.1土壤條件及降水量試驗地設在廣西柳州市沙塘教學林場,立地條件均一,土壤為肥沃的土壤,土層深厚,pH4.0~6.0,年降水量約為1400.0mm,年平均氣溫20.5℃,冬季有霜凍(年均約25d)。1.2不同密度的林木生長駁岸試驗試驗林于1991年5月營造,共13個種源106個家系,采用完全隨機區組設計,單株小區,30次重復,株行距2m×3m。試驗林于3年生時進行第1次選擇性疏伐,伐除50%生長較差的林木;1999年底進行第2次選擇性疏伐,保留15%生長表現較好的植株。選取種源A和種源B等2個種源的平均木各5株,采用生長錐取樣,在樹高1.3m處于北向鉆入,取得木芯迅速裝入塑料管中,并標好北向,帶回實驗室待測。1.3木材纖維親水性能的穩定性分析—纖維性狀樣品的處理及測定分心材、中材和邊材3個部分對樣品進行測定,用V(冰醋酸)∶V(工業雙氧水)=1∶1(體積分數>27.5%)的混合液對木材纖維進行離析,采用Nikon80i顯微成像系統進行測定,對各個試件隨機測量60根完整纖維的長度、寬度、雙壁厚、壁腔比等數據。數據分析采用Excel2003進行統計分析。2結果與分析2.1長度對鄧恩桉木纖維生長的影響木材纖維長度是纖維形態中最重要的因子,其變異大小是優良紙漿材選擇的基礎。在造紙原料中,可通過纖維長度的分布和頻率來確定造紙工業中各種纖維漿料的配比,以保證紙張質量。纖維長度越長,紙張的撕裂度越大,抗拉強度、耐破度和耐折性也都受到纖維長度的影響。從表1中可知:種源A纖維長度為874.11~1058.00μm,平均長度為986.64μm;種源B纖維長度為826.83~981.57μm,平均長度為908.91μm。從表2可以看出:種源A中等長度纖維頻率達80%以上,種源B中等長度纖維頻率達40%以上。由圖1與圖2可知:鄧恩桉林木胸徑生長與纖維長度之間無顯著相關。在樹干的橫切面上,木纖維平均長度的徑向變異為:髓心周圍最短,在未成熟材部分向外逐漸增長,到達成熟材后迅速減緩,然后比較穩定。圖3可見:種源A和種源B心材部分纖維長度最小,由心材向外逐漸增長,纖維長度呈“心材<中材<邊材”的規律。2.2不同種源材料對鄧恩桉纖維寬度的影響木材制漿、造紙及紙張性能都受到木材纖維寬度的影響,通常腔大壁薄的纖維對紙張的成型和纖維交織有利,反之纖維撕裂強度則較高。從表1可知:種源A和種源B纖維寬度均值分別為25.71μm和19.30μm。從表2可知,種源A纖維寬度集中在15~30μm,占68.01%;種源B纖維寬度集中在15~20μm,占75.11%。由圖4和圖5可見:鄧恩桉林木胸徑生長與纖維寬度間關系不顯著。圖6中,2種源心材部分纖維寬度相近,但其徑向生長呈現出2種不同的規律。種源A自心材向中材部分,纖維寬度緩慢增長,自中材向邊材部分纖維寬度增長幅度明顯加大。種源B纖維寬度自心材向外呈逐漸減小的規律。2.3纖維伸長比的變動木纖維長寬比的重要性僅次于纖維長度,它是評價一個樹種是否適于造紙的重要指標。纖維長寬比值越大,在制漿過程中有足夠大的結合面,紙張的撕裂指數越高,強度越高。通常認為,纖維長寬比值小于35~45的木材不能用于制漿,否則紙張的強度過低,但也有學者提出纖維長寬比值小于50則不適于制漿。表1所示:種源A木材纖維長寬比的變動幅度較大,平均為42.94,種源B變動幅度則較小,均值為47.13。表2所示,種源A長寬比大于40和占75.45%,種源B長寬比大于40占75.67%。由圖7可見:種源A纖維長寬比自髓心向外逐漸減小,種源B自心材逐漸增長,在中材又逐漸減小,但邊材長寬比值仍大于心材部分。2.4纖維細度與寬度木纖維雙壁厚是木材基本密度、木材質量和強度的物質基礎,與紙張強度有著重要關系。在制漿造紙工業中,木纖維壁厚度大,成紙的組織膨松多孔,撕裂度大,引力和爆破因子減小;木纖維壁薄,成紙的張力和耐折性強。從表1可知:種源A和種源B的纖維雙壁厚變化情況與纖維寬度變化情況相似,其纖維雙壁厚均值分別為13.44μm和9.40μm。從表2可知:種源A雙壁厚多集中在10.00μm以下,占45.56%;種源B雙壁厚為10.00~20.00μm,占63.11%。從圖8可以看出:鄧恩桉木材纖維雙壁厚自心材部分向邊材增長,種源A雙壁厚整體大于種源B。2.5種源、壁腔比對紙張性能的影響纖維壁腔比是纖維雙壁厚與腔徑的比值,在造紙工業上稱為勞氏系數(Runkel),是衡量纖維原料優劣的標準之一。通常認為,纖維壁腔比越小,紙張的質量越好。Runkel研究表明:壁腔比小于1的原料適合制漿造紙,為上等造紙用材,等于1的是中等用材,大于1的是劣等用材。表1所示:種源A和種源B壁腔比優劣同存,種源A壁腔比最小值為0.93,最大比值為1.84,其均值為1.37;種源B壁腔比最小值為0.95,最大比值為1.22,均值為1.09。3種源生長規律通過對2個鄧恩桉種源纖維形態的測定與分析表明,鄧恩桉胸徑生長與纖維長度、纖維寬度之間無顯著相關性。依照國際木材解剖學會(IAWA)關于木材纖維的分類,2個種源鄧恩桉木材纖維長度為中等纖維(900.00~1600.00μm),適合于紙漿造紙。纖維寬度徑向變異呈自髓心向外逐漸增長規律。種源A纖維寬度主要集中在15.00~30.00μm,種源B纖維寬度主要集中在15.00~20.00μm;纖維寬度與胸徑間無顯著相關性;徑向上種源A纖維寬度自髓心向外呈逐漸增長規律,種源B則自髓心向外逐漸減小。種源A纖維長寬比均值為42.94,種源B纖維長寬比均值為47.13;種源A纖維雙壁厚為13.44μm,種源B纖維雙壁厚為9.40μm,徑向變異上兩者均呈自髓心向外增長的規律;壁腔比種源A為1.