红椿天然林木材解剖性质研究

肖兴翠，杨勇智，郭洪英，夏林敏，齐锦秋

（1.四川省林业科学研究院，四川 成都 610081；2.四川农业大学，四川 温江 611130）

红椿Toona ciliate为楝科香椿属落叶大乔木，国家Ⅱ级保护濒危种[1]。生长迅速，树干通直，木材红褐色，结构细密，木纹美丽，耐腐性较好，是很好的高档家具和装饰用材，在国际市场上享有“中国桃花心木”（Chinese mabogany）之美誉，具有很高的经济价值和开发前景[2]。作为珍贵用材树种，红椿良种选育主要是进行生长和材性方面的选育，国内对红椿及毛红椿优树子代苗期选择[3-6]及家系早期选择[7-12]方面进行了大量的研究，对人工林生长规律[13-14]和材性[15-19]方面也进行了一些研究。但由于红椿是国家二级保护树种，天然林的采伐受到限制，采用砍树的方法对天然林生长与材性进行研究均受到限制，因此目前只有宋鹏等[20]对德昌县的滇红椿、徐海宁等[21]对江西宜丰的毛红椿天然林的生长规律进行了研究，乔卫阳等[22]对福建11个红椿天然林的木材基本密度、心材比率和心材颜色等变异规律进行了研究，尚未见有学者通过用生长锥采集红椿木芯的方法在不影响红椿生长的情况下对其材性进行研究，更未见学者对四川攀西地区红椿天然林木材解剖性质的研究报道。

红椿在四川主要分布于凉山州及攀枝花地区，主要处于零星分布状态，其中有不少干形优良的表型优树。为了对选择的表型优树进行木材性状方面的分析和评价，在不损伤优树生长的情况下，利用生长锥钻取木芯的方法，对四川红椿主要分布区域有代表性的12株红椿的木材解剖性质进行了分析，以期为红椿的材性选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试材取自攀枝花和凉山州，攀枝花市是以南亚热带为基带的立体气候小岛，四季不分明，但干雨季分明，日照充足，太阳辐射强，蒸发量大，气候垂直差异显著等特征。四川凉山彝族自治州属亚热带季风气候区，各地都明显呈现出立体气候，干湿分明，冬半年日照充足，少雨干暖；夏半年云雨较多，气候凉爽。日温差大，年温差小，年均气温16～17 ℃。

1.2 试验材料

试验木芯采自位于凉山州德昌县（A）及攀枝花市米易县（B）、盐边县（C）和仁和区（D）的红椿优树，各县区各选择有代表性的3株，不同单株之间距离在100 m以上。采用长60 cm、直径0.5 cm的生长锥钻取木芯，木芯长度48 cm左右，钻取后用报纸整根包裹，带回实验室进行分析。

1.3 试验方法

1.3.1 木芯处理与取样

用1 000 目的砂纸将木芯表面打磨光滑，再用体式显微镜观察早晚材的导管分界，即年轮线，树木的年龄根据“年轮”线来确定，将整个木芯均标出年轮。按照3、8、13、18 a等具体年轮进行锯切取样。

1.3.2 纤维腔径、双壁厚和导管腔径、壁厚的测量

制备生长锥木芯永久切片。将木芯至于沸水中水煮软化，然后将木芯置于配有冰冻装置的木材滑走式切片机（型号TU-250）的载物固定平台上，切片机冰冻装置温度调置-25 ℃，在木芯上滴加几滴蒸馏水冰冻固定木芯。用切片机将试材切成厚度30 μm的切片，经过番红染色、系列酒精脱水、中性树脂胶封固，制成永久切片。

将切片放在奥林巴斯显微镜（型号：BXS1）下进行显微摄影，利用木材分析软件（TDY-5.2I）进行测量。纤维、壁厚、腔径测量位置选在每一年轮中部，测量纤维的径向尺寸；因红椿为半环孔材，红椿早晚材导管尺寸差异较大，所以分别选在每个年轮的早材和晚材部位测量导管、壁厚、腔径的径向尺寸。纤维形态指标每个年轮测量50个，导管形态指标在每一年轮的早材和晚材部位分别测量30个，取平均值[23]。

1.3.3 纤维和导管的长度、宽度的测量

采用离析法。分别在每个年轮中部取样，切成一定厚度的薄片，放在10%铬酸钾和10%硝酸混合溶液内，室温下离析10～15 h。离析完成后制作临时切片，在数显投影仪下（型号TYH 150）进行测量，每个年轮分别测量50根[23]。

1.3.4 数据分析

采用Excel2010进行数据统计，采用SPSS19.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 红椿木材纤维性状分析

不同地区红椿木材各解剖指标方差分析结果见表1。

纤维是阔叶材的重要组成细胞，占木材体积的50%以上。纤维细胞为厚壁细胞，在树体中主要起机械支撑作用。纤维形态指标包括纤维的长度、宽度、长宽比、壁厚、腔径等，是木材力学性质的物质基础。纤维细胞尺寸大小受种间、株间、树龄、立地条件等多方面因素影响。

表1 不同地区红椿木材解剖性状方差分析Table1 Variance analysis of wood anatomical characters of Toona ciliate in different regions

由表1可见，不同地区间红椿木材纤维各指标均有显著差异（P＜0.05）。纤维长度及双壁厚均以C地区最大，显著高于D地区，与B、C地区间没有显著差异；纤维宽度以A地区最大，显著高于B、C地区，与D地区间没有显著差异；纤维腔径以A地区最大，显著高于C地区，与B、D地区间没有显著差异。

2.1.1 纤维长度径向变异分析

图1 纤维长度径向变异Fig.1 Radial variation of fiber length

由图1可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材纤维长度大小径向均呈上下不规则波动且略有增大的趋势。该变化趋势符合树木生长规律。树木幼龄期，形成层原始细胞尚未成熟，表现为细胞分裂速度快、细胞短、细胞壁薄。随着树龄的增加，形成层原始细胞分裂速度及细胞长度趋于稳定。Pashinhe、zeeuw将木材纤维的径向变异分为3种类型。Ⅰ由髓心向外，纤维长度先快速增加，到一定年龄后保持稳定水平；Ⅱ由髓心向外，纤维长度快速增加，到一定年龄后仍然保持缓慢增加趋势；Ⅲ纤维长度先快速增加，到一定年龄后呈现下降趋势[24]。红椿纤维长度变化归属于第Ⅱ种类型。根据国际木材解剖家学会将纤维长度分为3类：小于0.90 mm的纤维属于短纤维，长度在0.90～1.60 mm的为中等纤维，长度大于1.60 mm的为长纤维[25]。不同单株红椿纤维长度为834.9～1 302.2 μm，平均1 118.1 μm，属于中等长度纤维，与香椿纤维长度相近[26]。不同地区平均纤维长度 C≈A＞B＞D。同一地区相比，A地区3株纤维长度差异不大，以A26的平均纤维长度略大；B地区以B12的平均纤维长度相对较大，B14略短；C地区3株木材均表现出较高的纤维长度，总体以C22的平均纤维长度最大，C48略短；D地区3～43 a均以D5的纤维长度最大，明显高于D2和D5，以D2相对最短。

2.1.2 纤维宽度径向变异分析

由图2可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材纤维宽度均呈上下不规则波动且略有增大的趋势，不同单株红椿纤维宽度为13.3～25.4 μm，平均17.1 μm。不同地区平均纤维宽度A＞D＞B＞C。同一地区相比，A地区3～8 a及23～38 a，均以A17的纤维宽度最大，A34的平均纤维宽度略小；B地区以B17的平均纤维宽度最大，且在23～38 a时均最大，B12的平均纤维宽度略小；C地区以C61的平均纤维宽度最大，C48略小；D地区以D10的平均纤维宽度最大，D2略小，D5的纤维宽度大小相对波动较大。

图2 纤维宽度径向变异Fig.2 Radial variation of fiber width

2.1.3 纤维双壁厚径向变异分析

由图3可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材纤维双壁厚均呈上下不规则波动的趋势，总体略微增大，不同单株红椿纤维双壁厚为5.0～9.2 μm，平均7.0 μm。不同地区平均纤维双壁厚C＞B＞D＞A。同一地区相比，A地区以A34的平均纤维双壁厚最大，3～28 a及38 a时，均以A17最小；B地区以B12的平均纤维双壁厚最大，B17略小；C地区以C61的平均纤维双壁厚最大，在13～43 a时，均以C61的纤维双壁厚最大，C48最小；D地区以D10的平均纤维双壁厚略大，D2略小。

2.1.4 纤维腔径径向变异分析

由图4可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材纤维腔径均呈现上下不规则波动且略微增大的趋势，不同单株红椿纤维腔径为10.3～21.2 μm，平均14.4 μm。不同地区平均腔径A＞D＞B＞C。同一地区相比，A地区3～18 a及38 a时以A26的纤维腔径最大，23～33 a以A34最大，总体以A26的平均纤维腔径最大，A17最小；B地区13～28 a及38～43 a时均以B14的纤维腔径最大，且以B14的平均纤维腔径最大，B12略小；C地区3株红椿的纤维腔径大小相差不大，以C22的平均纤维腔径略大，C48略小；D地区3～33 a均以D10的纤维腔径最大，明显高于D2和D5。

2.2 木材导管性状分析

树木通过导管将根系吸收的水分和无机盐长距离向上运输。导管专司输导水分作用，是木材中体积最大的细胞，其数量、大小影响木材的粗糙度、孔隙率、表面涂饰性和用途等。

图3 纤维双壁厚径向变异Fig.3 Radial variation of double wall thickness of fiber

图4 纤维腔径径向变异Fig.4 Radial variation of fiber cavity diameter

由表1可见，不同地区红椿木材导管各指标除了导管腔径外，导管宽度、厚度、壁厚均有显著差异。不同地区红椿木材导管平均长度以A地区最大，与纤维长度表现一致。A地区的导管长度显著高于B地区，与C、D地区间没有显著差异；导管宽度以B地区最大，显著高于D地区，与A、C地区间没有显著差异；导管壁厚以A地区最大，显著高于C、D地区，与B地区间没有显著差异。不同地区间导管腔径没有显著差异。

2.2.1 导管长度径向变异分析

由图5可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材导管长度均呈现上下不规则波动且整体略微增大的趋势。不同单株红椿导管长度为201.1～388.3 μm，平均297.4 μm。根据国际木材解剖学协会的导管长度分级标准：短，≤350 μm；中，350～800 μm；长，≥800 μm[25]。红椿导管长度属于短级别。不同地区红椿木材导管平均长度以A地区最大，大小为：A＞C＞B＞D。同一地区相比，A地区总体以A26的平均导管长度较大，A17略小；B地区总体以B14的平均导管长度略大，B12略小；C地区总体以C61的平均导管长度略大，C48略小；D地区以D5的平均导管长度略大，D2略小。

图5 导管长度径向变异Fig.5 Radial variation of catheter length

2.2.2 导管宽度径向变异分析

由图6可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材导管宽度均呈上下不规则波动且略微增大的趋势，不同单株红椿导管宽度为161.4～280.1 μm，平均205.7 μm。根据国际木材解剖学协会的导管分子宽度分级标准：小，≤50 μm；中，50～100 μm；稍大，100 ～ 200 μm；大，≥ 200 μm[25]。红椿导管宽度属于大级别。4个地区的平均导管宽度相差不大，其中B地区略大，D地区略小。同一地区相比，A地区8～18 a时以A34的导管宽度最大，23～38 a时以A26最大，其中以A26的平均导管宽度略大，A17略小；B地区总体以B12导管宽度略大，B17略小；C地区总体以C61导管宽度较大，C22略小；D地区3株红椿的平均导管宽度相差不大。

2.2.3 导管壁厚径向变异分析

由图7可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材导管壁厚均呈上下不规则波动且略微增大的趋势，不同单株红椿导管壁厚为6.0～14.3 μm，平均9.8 μm。不同地区红椿木材导管平均壁厚A＞B＞C＞D。同一地区相比，A地区以A26的平均导管壁厚较大，A17略小；B地区除了8 a和18 a外，均以B14的导管壁厚最大，8～38 a时均以B17最小；C地区3～38 a中除8 a及18 a年外，均以C48导管壁厚最大，C22除了23 a时均最小；D地区总体以D2导管壁厚略大，D5除了在8 a以前，导管壁厚均最小。

图6 导管宽度径向变异Fig.6 Radial variation of catheter width

图7 导管壁厚径向变异Fig.7 Radial variation of catheter wall thickness

2.2.4 导管腔径径向变异分析

由图8可见，从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材导管腔径均呈上下不规则波动且逐渐增大的趋势，不同单株红椿导管腔径为111.5～245.1 μm，平均175.4 μm。不同地区红椿木材导管平均腔径B＞A＞C＞D。同一地区相比，A地区以A26的平均导管腔径最大，3～28 a时均最大，A17的平均导管腔径略小；B地区以B14的平均导管腔径较大，13～33 a时均最大，B17的平均导管腔径最小；C地区总体以C61的平均导管腔径较大，C48略小；D地区总体以D10的平均导管腔径较大，D2明显最小。

图8 导管腔径径向变异Fig.8 Radial variation of catheter cavity diameter

3 结 论

攀西地区红椿天然林木材平均纤维长度、宽度、双壁厚、腔径分别为1 118.1、17.2、7.0、14.4 μm。不同地区红椿木材纤维各指标均有显著差异；纤维平均长度及双壁厚均以盐边（C）地区最大，显著高于D地区；纤维宽度以德昌（A）地区最大，显著高于B、C地区；纤维腔径以德昌（A）地区最大，显著高于C地区。从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同地区红椿木材纤维长度、宽度、双壁厚、腔径大小均呈上下不规则波动且不同程度增大的趋势。

攀西地区红椿木材平均导管长度、宽度、壁厚、腔径分别为297.4、205.7、9.8、175.4 μm。不同地区红椿木材导管宽度、厚度、壁厚均有显著差异；导管平均长度和壁厚均以德昌（A）地区最大；导管平均宽度和腔径均以米易（B）地区最大，导管各指标均以D地区最小。从髓心到树皮方向，随着形成层年龄的增加，不同单株红椿木材导管长度、宽度、壁厚、腔径大小均呈现上下不规则波动且整体增大的趋势。

4 讨 论

红椿心材红褐色，色泽美丽，适于装饰用材；木材整体质地较好，且树干通直，适用于实木家具用材，因此红椿材性选育的目标主要是围绕装饰用材、家具用材和木材改性3个方面进行：

1）装饰用材对原材料纹理的丰富性有一定的需求。因此，从选育装饰材的角度出发，相对生长快，导管长且腔径大的木材较适宜。德昌（A）地区红椿木材具有高生长速度和大导管腔径的特性，能满足装饰用材原料的生长及特性要求，可作为装饰用材重点育种材料。

2）家具用材要求木材力学强度好，且后期尺寸保持稳定良好。纤维长度与木材的抗拉强度、抗压强度呈正相关；纤维长度、长宽比、壁腔比与抗拉强度、抗压强度、抗拉强度正相关。由分析结果可得，纤维长度 C＞A＞B＞D；纤维长宽比 C＞B＞A≈D；壁腔比 C＞B＞D＞A，该3项指标均以盐边（C）地区红椿木材表现最佳，力学强度高，可作为家具用材重点育种材料。

3）在对木材进行利用时，由于木材的各相异性，需要对其进行改性，以增加其尺寸稳定性。从木材改性利用的角度出发，木材的尺寸稳定性与其制品品质和使用寿命密切相关，化学改性是提高其尺寸稳定性的有效方法之一，而改性效果的好坏对其渗透性的高低起着关键作用。木材腔径越大，越利于其化学改性药品的渗透，因此，德昌（A）地区红椿木材的纤维腔径较大，米易（B）地区导管腔径较大，对木材的后期改性利用较有利，可作为改性用材的重点育种材料。