青冈栎天然林木材的解剖特征及基本材性研究

胡 拉 吴东山 徐慧兰 杨章旗

(广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002)

“十三五” 规划提出全面停止天然林商业性采伐，标志着我国木材供给全面转向以人工林生产为主，加快开展珍贵树种及优良阔叶材树种的人工林选育将成为缓解优质木材原料供应不足的重要途径之一[1]。青冈栎学名为青冈 (Cyclobalanopsisglauca)，别名铁椆，是壳斗科青冈属下的一种常绿乔木，分布于长江流域及其以南各地，北至河南、陕西及甘肃南部，为我国亚热带东部湿润区常绿阔叶林带的主要优势树种[2]。青冈栎木材为灰黄色或黄褐色，具有结构细致、力学强度高以及纹理美观等优点，是优良的家具、建筑及装饰用材，还可满足五金工艺材等特殊用材的要求[3-4]。

目前，学者们已开展了种子萌芽[5]、苗木生长[6]以及幼苗耐旱性[7]等青冈栎育苗工作，为青冈栎人工林的规模化培育及利用奠定了基础。在木材加工利用方面，主要围绕青冈栎的木材干燥技术开展了部分研究，包括干燥基准的优选[8-9]以及汽蒸处理对木材干燥特性的影响[10]。然而，尚未见关于青冈栎材性的系统研究报道。本研究以广西和湖南境内3个种源的青冈栎天然林群落为样本，研究分析其木材解剖构造特征、木材基本密度和纤维形态，以期为青冈栎资源的开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样木采集

在分布于广西桂林市阳朔县和湖南永州市江华瑶族自治县、道县3个种源的青冈栎天然林群落 (树龄30～40 a) 中，以胸径、树高及干形为指标各选出优势木5株，其基本生长性状见表1。在每株样木的胸高位置 (1.3 m)，用生长锥沿由南至北方向钻取贯穿树皮至髓心的完整木芯 (直径5 mm)。

表1 青冈栎样木的基本生长性状Table 1 Basic growth traits of C.glauca

1.2 木材材性分析

利用常规切片方法制取青冈栎木材的三切面试样，经染色 (臧红T)、脱水以及透明处理后制成永久切片，在光学显微镜下观察木材解剖构造。青冈栎木芯年轮不明显，因此将木芯平均分割成2 cm长的小段，利用最大含水量法[11]测定各段木材的基本密度，以平均值表示单株样木的基本密度。以每株样木近髓心、半径中部以及近树皮的密度测量值分别代表半径方向上3个不同位置的基本密度。

每株样木选取近髓心、半径中部以及近树皮位置中间切取约1 mm厚的薄片，沿纤维长度方向切成宽度1～2 mm的细木条。在80 ℃水浴条件下，将木条置于质量比为1∶1的双氧水 (质量分数30%)、冰醋酸混合溶液中离析，洗净后制成临时切片，用木材显微图像成像系统 (尼康Eclipse 80i) 测量木纤维的长度、宽度和腔径，每次测试随机选取50根纤维，以3个位置的平均值表示每株样木的测量值。

2 结果与分析

2.1 解剖构造特征

青冈栎样木心边材区分不明显，红褐色偏灰或灰黄色，无气味。生长轮不明显。辐射孔材；管孔略小至中等大小，肉眼下略见，放大镜下明显，自内往外略有变小。分布不均匀，管孔成溪流径列状。轴向薄壁组织主为傍管状及离管带状。木射线具宽细2类，宽射线在肉眼下明显，细射线在放大镜下明显。

青冈栎样木三切面的显微构造特征见图1。导管横切面圆形及卵圆形，单管孔；管孔数略少，最大弦径174 μm，多数40～120 μm，径向孔径略大于弦向。导管分子单穿孔，管间纹孔式互列。轴向薄壁组织主为离管带状 (宽1～4个细胞)，少数呈星散-聚合状；薄壁细胞内菱形晶体丰富，分室含晶细胞连续至8个以上。木射线非叠生，细木射线单列高3～16细胞，木射线密度略密；宽木射线 (聚合射线) 高常超出切片范围，射线组织同形单列及多列。射线细胞内含树胶及丰富菱形晶体，胞间道缺。3个种源的木材微观构造特征无明显差异。

2.2 木材基本密度

密度作为木材最重要的指标之一，与其物理力学性能密切相关，因取材和测量便捷而成为木材材性研究中最常用的指标。3个种源青冈栎的基本密度见表2，基本密度平均值为0.754～0.763 g/cm3，依据木材材性分级规定[12]，属于重材 (气干密度 >0.750 g/cm3) 类别。青冈栎木材基本密度与相思木 (Acaciaspp.) 接近，明显高于红椎 (Hystrixspp.)、米槠 (Castanopsiscarlesii)、木荷 (Schimasuperba) 等我国亚热带地区常见阔叶树种[13-14]。3个种源木材基本密度的标准偏差均较小，最大变异系数为4.0%，表明青冈栎木材密度在株间的变异性较小。LSD多重比较表明，在α=0.05检验水平下3个种源的木材基本密度不存在显著性差异。

图1青冈栎三切面视图
Fig.1 Micrographs of transverse, radial and tangential sections ofC.glauca

表2青冈栎样木基本密度
Table 2 Wood basic density ofC.glauca

样木编号平均值最大值最小值标准偏差(g·cm-3)变异系数/%YS0 7620 7940 7240 0314 0JH0 7630 7740 7500 0101 3DX0 7540 7700 7370 0121 6

2.3 纤维形态

木纤维是阔叶树木材中最主要的组分，约占木材体积的50%，其基本形态特征是制浆造纸以及制造纤维板等人造板时最为重要的指标。青冈栎样木的纤维形态指标见表3。单株平均纤维长度为995.1～1 252.5 μm，根据国际木材解剖学家协会 (IAWA) 于1937年公布的木纤维长度分级标准[12]，属于中等长度的纤维 (900～1 600 μm)。3个种源青冈栎木纤维宽度为17.4～18.2 μm，长宽比均大于60，为细长纤维。青冈栎木纤维壁厚腔小，壁腔比达4.4～4.9，密实程度高。

由表3可知，在α=0.05检验水平下，纤维长度、壁腔比和长宽比在3个种源之间均不存在显著性差异。阳朔种源的纤维宽度显著小于江华和道县种源，阳朔种源的壁厚也显著小于江华种源，最大差异为5.7%。总体而言，3个种源青冈栎样木的纤维形态接近，差异并不明显。

2.4 株内径向材性变异

木材材性在纵向及径向的变异规律对于木材的加工利用具有重要指导意义。青冈栎样木在近髓心、半径中部和近树皮3个不同位置的基本密度见图2a。从图2a可以看出，3个位置的木材基本密度接近，平均值为0.753～0.761 g/cm3。LSD多重比较法分析表明，不同位置之间无显著性差异。

依据胸径的不同，试验中样木木芯被均分为5～8个小段，其中以5～6小段的居多(样木数均大于5株)。以分为5小段和6小段的木芯为样本，分别取各个小段的平均值，结果见图2b。从图2b可以看出，沿髓心至树皮方向，青冈栎的密度总体呈现略微上升的趋势，但变化幅度较小。LSD多重比较法分析也表明各位置之间均不存在显著性差异。

因此，青冈栎木材材质均匀，有利于在加工利用过程中获得物理力学性能接近的实木原料。

青冈栎样木的纤维形态在径向的变化规律见图3。近髓心部位木纤维的长度、宽度和壁厚均明显较小。LSD多重比较结果显示，其与半径中部和近树皮2个位置均存在显著性差异 (α=0.05)，表明生长早期形成的木纤维长度和宽度较小、壁材较薄，表现出幼龄材的性质。半径中部和近树皮处的纤维壁腔比显著高于近髓心部位，纤维密实程度较高。沿半径中部至树皮方向，纤维长度、宽度和壁厚有所增大，但均未表现出显著性差异。3个位置的纤维长宽比为61.3～65.0，不存在显著性差异，表明不同部位木纤维的细长程度接近。

表3 青冈栎样木纤维形态Table 3 Wood fiber morphologies of C.glauca

注：不同大写字母表示在α=0.05水平上差异显著。

注：横坐标1～6代表木芯沿近髓心至近树皮方向的连续小段。

图2青冈栎样木木材基本密度径向变异
Fig.2 Radial variations of wood basic density forC.glauca

注：横坐标1、2和3分别代表近髓心、半径中部和近树皮等3个部位；不同大写字母表示在α=0.05水平上差异显著。

图3青冈栎样木纤维形态径向变异
Fig.3 Radial variations of wood fiber morphologies forC.glauca

3 结论与讨论

青冈栎木材密度大，且在径向、株间变异性小，是采样地区的优良家具及建筑用材。后续需进一步研究其木材的干缩特性、机械加工性能及耐腐性等。青冈栎木纤维长度中等，形态细长，但壁腔比高达4.4～4.9，纤维密实程度高。依据纸浆用材的要求[15]，壁腔比 > 1的木材纤维为劣等原料，因此青冈栎木材不宜用于制浆造纸。将其用于制备纤维板等人造板时，由于纤维实质密度大，会导致产品密度偏高的问题。因此，青冈栎木材不是纤维化利用的理想原料。

近髓心处青冈栎纤维长度、纤维宽度及壁厚明显小于半径中部和近树皮部位，表现出幼龄材的性质。沿髓心至树皮方向，纤维长度、纤维宽度、壁厚及壁腔比的变化趋势一致，均为显著增大后趋于稳定。青冈栎纤维形态的径向变异规律与西南桦 (Betulaalnoides)[16]、尾巨桉 (Eucalyptusurophylla×E.grandis)[17]、观光木 (Tsoongiodendronodorum)[18]和香椿 (Toonasinensis)[19]纤维形态的变异规律相似。

综合考虑木材解剖构造特征、木材基本密度及纤维形态特征，阳朔、江华及道县3个种源的青冈栎天然林样木在木材基本材性上差异不明显。这可能是由于三个种源在地理位置上接近，气候环境相似，形成的许多木材性状较为接近。为了获得更多有关青冈栎材性的遗传变异信息，需要在更大地理跨度上选取样本开展研究。

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