人工林红锥树皮率及树皮纤维尺寸的研究

陈桂丹，唐贤明，覃引鸾，徐 峰，潘立顶

（1,广西大学 林学院, 广西 南宁 530004 ; 2,防城港市技术监测所，广西 东兴 538100）

人工林红锥树皮率及树皮纤维尺寸的研究

陈桂丹1,2，唐贤明1，覃引鸾1，徐 峰1，潘立顶1

（1,广西大学 林学院, 广西 南宁 530004 ; 2,防城港市技术监测所，广西 东兴 538100）

对人工林红锥的树皮率、树皮纤维尺寸及株内纵向变异特性进行研究。结果表明：红锥体积树皮率和重量树皮率总体上均随树高的增加而增大，体积树皮率变异范围为：8.6%～18.5%，平均值为11.6%，重量树皮率变异范围为7.4%～18.6%，平均值为11.1%；树高1.3 m处树皮纤维长度、直径、腔径、双壁厚、长径比、壁腔比平均值分别为1191.67 μm、25.65 μm、2.54 μm、23.11 μm、46.23和10.86；树皮纤维长度随树高的增加略有减小，纤维直径、腔径、双壁厚、长径比和壁腔比的株内纵向变异规律性不强。方差分析结果显示：不同高度的红锥体积树皮率和重量树皮率变异极显著，树皮纤维尺寸各项指标的纵向变异也均极显著。

红锥；树皮率；树皮纤维；方差分析

红锥Castanopsis hystrix为壳斗科锥木属常绿乔木，是华南地区重要的珍贵阔叶用材和高效多用途树种，具有生长快、材质优、应用广、效益高等优良特性，近 20 多年来 , 因红锥具有优良特性，其木材在家具、装饰材料和人造板二次加工市场上前景广阔，逐步引起科研和生产部门的重视[1-3]。随着市场上对高级珍贵树种木材的需求日益增加以及政府对天然林实施禁伐，红锥人工林的面积将不断扩大[4-5]。红锥用于木材工业生产的同时会产生了大量的树皮，目前我国对树皮的利用主要以燃烧为主, 利用率低, 造成了资源的极大浪费。若能对木材加工剩余物中的树皮充分利用加工成产品，将能利用有限的森林资源获取更大的经济效益，具有重大意义。前人对红锥的育苗、造林、营林、材性利用等方面进行过相关研究[6-11]，但并未涉及到树皮解剖方面。本研究对中国林业科学研究院热带林业实验中心（广西凭祥）人工林红锥树皮率及树皮纤维形态尺寸进行探讨,以求为红锥树皮的合理开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

试材是从广西自治区凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心伏波实验场采集的人工林红锥木材。实验场面积7 hm2，海拔500 m左右，属低山丘陵，坡向北，坡度30°，土壤为红壤，pH为5.0。实验场于1983年造林，初植密度为2 m×2 m；现林分郁闭度90%以上，林分现有密度约为450株/ hm2。

采集8株样木作为试材。样木伐倒前, 在树干上标出北向，然后分别自树干基部向上，从树高0.0 m，1.3 m及之上的每间隔2 m高度处锯取厚约5 cm圆盘各1个。圆盘锯取后，为防水分散失，立即装入塑料袋中密封，带回实验室进行实验。所采集的试材基本情况如表1所示。

表1 试材基本情况Table 1 The basic situation of tested materials

1.2 实验方法

1.2.1 树皮率测定方法

体积树皮率：即树皮材积与带皮圆盘材积比值，先测量圆盘的带皮半径R皮，后测量圆盘的去皮半径R木和圆盘的高度H，然后根据下式计算体积树皮率：

重量树皮率：即树皮重量与带皮圆盘重量比值，先称量圆盘的带皮重量G皮，再称圆盘的去皮重量G木，根据下式计算重量树皮率：

1.2.2 纤维尺寸的测定

分别对8株样木进行树皮纤维尺寸的测定，抽取其中1株样木，对其所有圆盘的树皮纤维尺寸进行测定，以便探究树皮纤维株内纵向变异的规律。其余7株只对1.3 m树高的圆盘进行测定。在各圆盘的北向截取一部分树皮并切成火柴杆大小的试样，用冰醋酸（分析纯）和30%双氧水(1∶1)的混合液在加热的条件下进行离析，然后经脱酸、染色、脱水、TO透明、封片。采用数码显微图像电脑分析系统（XSJ-HS,XTJ-30）对树皮纤维尺寸进行测量，每个试样测定60根纤维。通过数学统计方法计算出树皮纤维长度、直径、腔径、双壁厚、长径比、壁腔比的数据，并进行方差分析比较。

2 结果与讨论

2.1 树皮率变异

经实验测定并对实验数据进行统计计算与方差分析，得出人工林红锥体积树皮率、重量树皮率的变异规律如图1所示，方差分析结果见表2。

图1 树皮率纵向变异曲线Fig. 1 The longitudinal variation curves of tree bark rate

经过实验并对实验数据进行处理得出红锥体积树皮率和重量树皮率的的纵向变异规律如图1所示，从图上可以看出，体积树皮率和重量树皮率变化总趋势均是随着树干高度的增加而增大。其中：体积树皮率在0～5.3 m树高之间逐渐递增，在5.3～9.3 m树高之间则趋于平缓，到11.3 m树高处则迅速增高至11.4%，之后体积树皮率则有规律地上升，变化范围为8.6%～18.5%，全树平均值为11.6%；重量树皮率变化总体趋于平稳递增趋势，在0～19.3 m树高之间基本呈直线上升，在树梢21.3 m处则突然升高至最高值，变化范围7.4%～18.6%，全树平均值为11.1%。重量树皮率略小于体积树皮率。

从表2的方差分析结果可以看出，不同树高的人工林红锥体积树皮率和重量树皮率在F（0.01）水平差异显著。

对于汽车仿真时的最大行车速度，取设计速度为60 km/h(16.7 m/s)。为了使仿真结果接近实际情况，通过统计身边开车驾驶人在转弯时的驾驶速度，合理确定该路段的行车速度，从而符合实际驾驶操作。另外，为了减小软件对超高修正的影响，起始路段采用匀加速模型，而曲线路段的车速适当降低为36 km/h(10 m/s)。根据车速变化计算出各段行驶时间得到时间与速度关系如图5所示。

表2 树皮率的方差分析Table 2 Variance analysis of tree bark rate

2.2 树皮纤维尺寸变异

2.2.1 树高1.3 m处树皮纤维尺寸的变异

通过对8株红锥树皮的纤维尺寸测定结果，得出各株试材1.3 m树高处树皮的纤维长度、直径、腔径、双壁厚、长径比及壁腔比的数据（见表3）。

表3 树皮纤维尺寸的均值Table 3 Average values of tree bark fiber

从表3可以看出，红锥1.3 m树高处树皮纤维长度均超过1 000 μm，平均值为1 191.67 μm，根据国际木材解剖学家协会（IAWA）公布木纤维长度分级标准,可判定红锥树皮纤维长度属于中级（900 μm～1 600 μm），符合纤维工业原料的要求[12]。直径平均值为25.65 μm；长径比平均值为46.23；腔径极小，平均值2.54 μm，仅为树皮纤维直径的十分之一；双壁厚较大，平均值为23.11 μm；壁腔比较大，平均值为10.86。说明红锥树皮纤维胞壁特厚。

2.2.2 不同树高树皮纤维尺寸的变异

通过对4号样木不同树高处树皮纤维尺寸进行测定，得出纤维长度、直径、腔径、双壁厚、长径比及腔径比的纵向变异曲线图，分别如图2～图7所示。

图2 树皮纤维长度纵向变异曲线Fig. 2 Longitudinal variation curve of bark fiber length

图3 树皮纤维直径纵向变异曲线Fig. 3 Longitudinal variation curve of bark fiber diameter

从图3可以看出，红锥树皮纤维直径随着树高的变异曲线波动较大，其变异规律并不显著，变化范围为23.08 μm～26.98 μm，平均值为24.49 μm。在3.3 m和15.3 m树高处出现较大值，在5.3 m树高处出现最小值。

图4 树皮纤维腔径纵向变异曲线Fig. 4 Longitudinal variation curve of bark fiber lumen diameter

图5 树皮纤维双壁厚纵向变异曲线Fig. 5 Longitudinal variation curve of bark fiber wall thickness

从图4可以看出，红锥韧皮纤维腔径变异曲线先上升后急剧下降之后趋于平缓，在0 m～3.3 m树高之间迅速从2.32 μm增大至最大值，到5.3 m树高处则迅速降低至最小值，在5.3 m树高往上随树高的增高变化不大，总体变化范围为1.76 μm～4.73 μm，平均值为2.58 μm。纤维腔径总体较小。

从图5可以看出，从图2-5可以看出，变异曲线在前半段比较平缓后半段则波动较大，红锥韧皮纤维双壁厚在11.3 m树高往下随树高的增高变化不大，总体变化范围为20.35 μm～24.08 μm，平均值为21.91 μm。在13.3 m和15.3 m树高处出现最大值，17.3 m树高处出现最小值。纤维双壁厚总体较厚。

图6 树皮纤维长径比纵向变异曲线Fig. 6 Longitudinal variation curve of bark fiber length-diameter ratio

图7 树皮纤维壁腔比纵向变异曲线Fig. 7 Longitudinal variation curve of bark fiber thickness-lumen diameter ratio

从图6 可以看出，红锥树皮纤维长径比随树高的增高变化规律不显著，变化范围为38.54～50.81，全树平均值为44.76，在3.3 m树高处出现最小值，而在5.3 m树高处出现最大值。

从图7可以看出，红锥树皮纤维腔径比随树高的增高变化规律性不强，变化范围为8.77～12.91，全树平均值为10.56，在17.3 m树高处出现最小值，在5.3 m树高处出现最大值。

2.2.3 树皮纤维尺寸方差分析

通过对8株人工林红锥树皮的纤维长度、直径、腔径、双壁厚及壁腔比数据进行方差分析，结果见表4。

表4 树皮纤维尺寸的方差分析Table 4 Variance analysis of bark fiber sizes

由表4可见，经方差分析表明，不同树高的人工林红锥树皮纤维长度、直径、腔径、双壁厚和壁腔比的差异均显著。

3 结论与讨论

(1)人工林红锥体积树皮率和重量树皮率均随着树干高度的增加而增大。

(2)人工林红锥树皮纤维长度平均值为1 191.67 μm，属于中等级纤维。树皮纤维长度在株内的变异为随着树高的增高略有减小。

(3)人工林红锥树皮纤维直径平均值为25.65 μm、腔径平均值为2.54 μm、而双壁厚平均值为23.11 μm，壁腔比高达10.86，在木纤维细胞中很少见。

(4)人工林红锥树皮纤维长径比平均值为46.23，但随树高的增高其变化规律不显著。

(5)经方差分析得出：红锥体积树皮率和重量树皮率株内纵向变异差异极显著；树皮纤维长度、直径、腔径、双壁厚及壁腔比株内纵向变异差异均极显著。

研究数据显示红锥人工林体积树皮率和重量树皮率较高，均超过10%，树皮纤维长度达到中等，且纤维腔壁红锥树皮纤维胞壁相当厚，胞腔直径很小。这表明红锥树皮适用于造纸，也可在刨花板、纤维板、碎料板等生产中加入适量的红锥树皮以减少资源浪费, 还可用树皮粉与水泥、矿渣和石灰混合制成水泥树皮板、矿渣树皮板等特种人造板，这些树皮人造板有着较好的绝热隔音性能、轻巧，易加工等许多优良的特性, 可做较好的建筑装饰材料，红锥树皮炭活化后还可制成吸附性较好的活性炭，也可将树皮碾碎作为土壤改良剂。从资源的节约和充分合理有效利用上考虑红锥树皮的用途有着广阔的发展前景。

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Study on tree bark rate and bark fiber morphological size of Castanopsis hystrix plantation

CHEN Gui-dan1,2, TANG Xian-ming1, QIN Yin-luan1, XU Feng1, PAN Li-ding1
(College of Forestry, Guangxi University, Nanning, 530004, Guangxi, China; Fangchenggang City Technique Testing Institute,Dongxing, 538100, Guangxi, China)

∶ The tree bark rate, bark fiber morphological size and the longitudinal variation within tree of the Castanopsis hystrix plantation were investigated. The results indicate that on the whole, the bark volume rate and the weight rate decreased as the tree height increased;the variation scope of bark volume rate was 8.6%～18.5%, and its average value was 11.6%; the variation scope of bark weight rate was 7.4%～18.6% with a average value 11.1%; the average values of bark fiber length, diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width and the ratio of fiber thickness to lumen diameter at 1.3 m height of tree were 1 191.67 μm, 25.65 μm, 2.54 μm, 23.11 μm, 46.23 and 10.86, respectively; the bark fiber length slightly decreased with the increase of the tree height; the longitudinal variation regulation among the tree of fiber diameter, lumen diameter, thickness of cell wall, the ratio of fiber length to width, the ratio of fiber thickness to lumen diameter wasn’t significant; the variance analysis showed that the differences was very significant in the bark volume rate and weight rate of Castanopsis hystrix with various tree height. The longitudinal variation within tree of the bark fiber morphological sizes was very significant as well.

∶ Castanopsis hystrix；plantatiopn; tree bark rate; tree bark fiber; variance analysis

S789.1

A

1673-923X (2012)06-000163-05

2012-01-17

主要速生人工林树种材性改良与深加工利用研究（桂林科字[2009]第7号）

陈桂丹(1986—)，女，广西荔浦人，硕士研究生，研究方向为木材科学与技术

徐 峰(1948—)，男，广西苍梧人，教授，硕士生导师，主要研究方向为木材解剖与木材识别；E-mail:glxf0916@126.com

[本文编校：罗 列]