松脂增脂剂研究进展

林 旭，王瑞苓，刘祥义，吴春华,，陆顺忠

（1.西南地区林业生物质资源高效利用国家林业和草原局重点实验室 西南林业大学，云南昆明 650224；2.西南林业大学 林学院，云南昆明 650224；3.西南林业大学 化学工程学院，云南昆明 650224；4.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002）

松脂是松科（Pinaceae）植物或同属植物木材中分泌的树脂，为无色透明的粘性液体，其加工得到的松香、松节油是重要的化工原料[1-2]，广泛应用于制皂、造纸、涂料、粘合剂、橡胶、食品、电气、医药和农药等领域[3-8]。松香、松节油产业链是我国林产化工的支柱产业，据统计，2018年产值达到150亿人民币，占据全球松香产业重要地位[9]。采集松脂是松香、松节油产业链最重要的基础环节，该环节为劳动密集型，单次采脂量决定着劳动成本。采脂时，松脂中的二萜酸化合物会使伤口闭合，导致采脂量下降，劳动成本增加。采脂期内每月定期在新鲜采割面喷洒增脂剂，可使采脂年产量增加15%～25%。增脂剂的作用主要表现为延长流脂时间，加快流脂速度，增加全年可供采脂天数，延长采脂年限，降低劳动强度，提高劳动效率，改变松树低产情况，刺激松树生长[10]。

近年来，由于松脂价格不断上涨，使得天然林采脂强度过高，采脂林分盲目扩张，不利于区域林业经济的可持续发展。为实现松脂经济可持续发展，建设高产优质的采脂特种林，研制新的采脂增脂剂，改进采脂工艺，可提高采脂劳动生产率[11]，对于保护松树资源、提高松脂产量、促进松香和松节油产业发展具有指导作用。本综述主要讨论增脂剂的研究进展，旨在为高效增脂剂的进一步研究提供参考和理论依据。

1 化学增脂剂

化学增脂剂是指硫酸、亚硫酸纸浆废液、硝酸、醋酸和氢氧化钾等酸碱水溶液，可腐蚀割口，杀死细胞扩大树脂道口或刺激泌脂细胞延长流脂时间[12]。单独使用这类增脂剂的增脂效果好。此外，可把镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）和钕（Nd）等稀土类元素以及铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）和铜（Cu）等微量元素溶解到强酸溶液中，以提高松树生理活性，促进松树的生长。李萃昇[13]应用稀土溶液（固形物中镧10.5%、铈18.46%、镨1.9%、钕6.6%和其他元素0.77%）对湿地松（Pinus elliottii）产脂进行研究，与涂抹天然水相比，喷涂0.5%、1%和2%稀土溶液的湿地松松脂产量分别提高了24.89%、21.93% 和25.08%。陈金明[14]将pH 3.5 ～5.0 的化学增脂剂施用于马尾松（Pinus massoniana），全年采脂时间增加30 天，采割年限延长2 ～3年，松脂增产13.3% ～36.1%。郭志文等[15]采用湿地松皮层横割采脂新技术，配合施用化学增脂剂，每个月可以少割2 ～3刀，松脂增产13.3% ～36.1%，较好地保护了松林资源，提高了劳动效率，节约和保护了采脂资源。

刘海仓等[16]自1996年起开始应用增脂剂进行采脂，发现施用增脂剂能提高松脂产量、减少树体受伤害程度以及保护松树资源。陈定国等[17]对松树增脂剂施用效果进行统计，表明科学施用增脂剂可增产20% ～35%，南方可采单株松树（胸径20 cm）年均增产0.5 ～0.7 kg，每公顷增产375 kg，同时可使松树生长更好；1996年全国共推广增脂剂采脂面积6 000 hm2，增产松脂2 250 t，新增产值720 万元；新增松香1 688 t、松节油270 t，新增产值1 114 万元；增加松脂、松香和松节油利税715 万元。蔡兵等[18]采用本底产量与处理产量进行对比，通过4 个月的试验证明，增脂剂对湿地松和火炬松（Pinus taeda）具有显著增脂效果，湿地松和火炬松增产率分别达18.4%和20.8%，且施用时间与增产率成正比。陈宏建等[19]在马尾松、湿地松采割前使用松树增脂剂，使马尾松、湿地松的松脂增产分别达24.0% 和28.7%。刘祥义等[20]采用割面喷施增脂剂（硝酸稀土稀溶液），对思茅松（Pinus kesiyavar.langbianensis）开展连续4 个月的增脂试验，发现增脂剂使松脂增产28.6%，还可延长流脂时间以及增加松脂含油率。关义军等[21]对马尾松喷涂增脂剂，表明施用增脂剂能增加松脂产量、增强松树的生理活性、促进树体对养分的吸收、加快营养成分的运转、增强松树的抗逆能力，使松树生长茂盛，实现松脂长周期丰产；施用后可3 ～4 天不必采脂，节约劳动力10%以上，松脂平均增产24.4%。这些研究表明，不同的化学增脂剂对不同的树种增脂效果不同，相同的化学增脂剂对不同的树种增脂效果也不同。

张帅等[22]以马尾松为研究对象，采用“V”字型下压法采脂（割面负荷率45%），研究不同酸碱度溶液、植物矿物质营养溶液和增脂剂对松脂产量的影响。结果表明，施用植物矿质营养溶液（硝态氮13%、CaO 12.5%、MgO 8.7%、B 0.1%、Zn 0.2%、Cu 0.011%和醇糖聚合Q 因子14%），产脂量在第一个月和第二个月分别提高22.8%和24.3%；施用NaOH 溶液（pH = 10.5），产脂量在第一个月和第二个月分别提高19.7%和47.1%；施用不同pH 醋酸溶液，产脂量在第二个月分别提高28.1%（pH = 3）和20.6%（pH =5），第一个月时，对马尾松产脂量影响不大。喷施不同酸碱度溶液，第二个月的产脂量优于第一个月，可能是树脂道分泌细胞在酸性或碱性溶液刺激下，分泌与产脂有关的酶或激素，在施药后的1 ～2个月内逐渐积累，也可能是树脂道分泌细胞或其他组织细胞在施药后1 ～2 个月内使H+、OH-逐渐积累，最后改变细胞的pH，从而影响细胞内膜系统性和选择性，加快树脂道内松脂的合成和输送。洪院生等[23]对湿地松喷涂化学增脂剂，与常规采脂比较，施用化学增脂剂不仅能提高松脂产量（3年平均提高13%），还能促进松树生长，胸径生长14.4%，树高生长10.1%，材积生长12.7%，减轻了采脂对树木生长的影响。这些研究表明营养性的化学增脂剂不仅能提高松脂产量，还能促进松树生长。

目前研究的化学增脂剂大多呈酸性或者碱性，增脂率达13%以上，增脂效果好，能延长松树流脂时间，使用硫酸或硫酸软膏增脂，可能会对树木产生不同程度的损害，只适用于松树采伐前1 ～3年密集采脂时使用。加入微量元素或稀土元素的营养型增脂剂，能够促进松树的生长，增强松树的抗逆性，延长松树采脂年限。关于化学增脂剂增脂的机理有待进一步深入研究。

2 生物增脂剂

生物增脂剂多为植物生长激素，可促进松树生长，提高松树生理活性，促进养分吸收，增强光合作用，加快营养物质运转，增强抗逆能力，促进松树生长和松脂的生成，实现松脂长周期生产。从上世纪八十年代开始，释放乙烯化合物的2-氯乙基膦酸（乙烯利，CEPA）被普遍应用于商业增脂剂中[24]。代表性的生物增脂剂主要有CEPA、α-萘乙酸（NAA）、芸苔素内酯和生长素等（图1）[25]。生物增脂剂还可与化学增脂剂配合使用，提高增脂效果。

图1 几种生物增脂剂的分子结构式Fig.1 Molecular structure formula of some biological tapping irritant agents

刘大椿等[11]针对不同树龄的湿地松，在不同的气候条件下使用由植物生长调节剂、食品级色素、溶剂和渗透剂组成的多种刺激剂，与传统的采脂工艺相比，采脂工人的劳动效率、资源利用率和采脂林综合经济效益都提高100%以上。陈舜耳等[26]在马尾松和华山松（Pinus armandii）的采脂试验中运用植物生长刺激素NAA，侧沟增脂40% ～70%。朱际善等[27]筛选出采脂刺激剂三十烷醇、磷酸二氢钾和NAA 及其最佳使用浓度，三十烷醇、NAA 和磷酸二氢钾的最佳浓度为0.5、200 和300 ppm，可分别使松脂增产44%、43%和35%，这3 种刺激剂增产效果均较好，对松脂质量无不良影响，适合作为中长期采脂的增脂剂。Rodrigues等[28]研究不同季节和不同生物增脂剂（酵母抽提物、水杨酸、生长素、百草枯）对松脂产量的影响，发现松脂产量在春季和夏季较高，冬季较低（低温会导致松脂产率下降），但冬季施用增脂剂效果显著，松脂产量提高20%；酵母抽提物对增脂无效果，水杨酸和生长素则能诱导松脂生产，两者可以替代CEPA 产生同量的树脂，表明在产脂过程中分子的作用相似或互补；百草枯在油树脂生产中可作为一种催化剂，通过形成氧化化合物破坏活木质部薄壁细胞的细胞结构，最大限度地延长割口愈合，促进产脂。Neis 等[29]研究了环境因子和生化效应因子（萜烯合成酶的金属辅助因子、苯甲酸和植物生长调节剂）对成年湿地松产脂量的调控作用，首次发现苯甲酸和生长素、NAA 单独使用时可促进松脂流出，这两种试剂的成本较低，而且对环境和健康影响较小。

生物增脂剂对松脂增脂具有明显的效果，对松脂质量无不良影响，成本低、无毒、无药害，使用安全、方便，适合中长期使用；还可加强树木生理机能，促进松脂分泌和采脂林木生长，增加材积，提高林地综合经济效益。研究者可进一步探寻价格低廉、增脂效果好的增脂剂，并对生物增脂剂的增脂作用机理进行深入研究。

3 复合增脂剂

复合增脂剂就是利用两种或两种以上的化学增脂剂或生物增脂剂复合施用，其增脂效果一般比单独施用一种增脂剂的效果好。李仲训等[30]研究CE⁃PA、尿素、NAA 和碳酸氢铵等组合成的23 种增脂剂的效果，发现NAA、尿素、CEPA 和磷酸二氢钾组成的复合增脂剂效果最好，松脂产量可提高28.5%，长期施用产量稳定，经济效益可提高25.7%；该增脂剂还可加强树木生理机能、促进林木生长，使材积年均生长量提高7.7%、林地综合经济效应提高22.3%。Mcreynolds 等[31]在两个生长季节对湿地松和长叶松（Pinus palustris）进行研究，测试呋喃甲基腺嘌呤、CaCl2和Ca(NO3)2等13 种化学添加剂与浓度为53%硫酸组成的复合增脂剂的效果；结果表明，只有添加CEPA 能显著提高松脂产量；硫酸浓度降为25%，并添加2.5%或5.0%的CEPA，可获得最高的松脂产量；21 ～23年生的湿地松使用25% 硫酸+ 5% CE⁃PA，松脂可增产36%；树龄超过60年的长叶松，使用25%硫酸+2.5%CEPA，松脂可增产65%；单独使用CEPA，松脂的产量随着CEPA 浓度的增加而增加，但都比单用硫酸低20%左右，原因是CEPA 可在硫酸中释放CEPA有效成分乙烯阻碍产量增加。

Rodrigues 等[32]用CEPA 和硫酸组成的增脂剂及添加不同浓度生长素、百草枯、酵母提取物、水杨酸溶液的增脂剂对巴西南部28年生湿地松进行喷涂。结果表明，添加酵母提取物的增脂剂与CEPA和硫酸组成的增脂剂相比，松脂产量相当；使用添加百草枯的增脂剂，松脂产量较低，与不使用增脂剂相当；添加10 mmol/L（产脂量3.2 kg/树/年）或100 mmol/L 水杨酸（产脂量2.9 kg/树/年）的增脂剂与不添加（产脂量2.7kg/树/年）的相比，产脂量均适度增加；添加1 ppm（产脂量3.1 kg/树/年）、10 ppm（产脂量3.0 kg/树/年）或100 ppm（产脂量3.1 kg/树/年）生长素的增脂剂与不添加（产脂量2.7kg/树/年）的相比，松脂产量明显增加。Rodrigues 等[33]研究了添加萜烯合成酶和乙烯受体的金属离子（Cu2+、Mn2+、Fe2+、K+）的增脂剂对巴西湿地松的增脂效果。结果表明，将萜烯合成酶和乙烯受体的金属离子添加到增脂剂中可提高松脂产量40%以上，且不会引起松脂中萜烯组成的变化；钾离子有相同的增脂效果，可代替增脂剂中昂贵的CEPA。

卢斌等[34]以湿加松（Pinus elliottii×P.oaribaea）为研究对象，使用1 mL/L 的盐酸溶液、1 mL/L 的KOH 溶液、不同浓度NAA 或芸苔素内酯水溶液喷涂，发现酸性条件下松脂产量可提高18.5%以上，pH = 9 时产脂量最高，提高了40.9%。原因为酸性溶液可促进细胞壁酸化，使NAA 等植物激素和一些弱酸性有机物处于非解离状态，有利于树脂分泌细胞以及伴生薄壁细胞积累NAA 等植物激素和合成松脂的原料等，提高产脂效率。当用碱性溶液处理时，可减缓细胞壁酸化，抑制细胞生长和分裂，延缓树脂伤口愈合，延长流脂时间，提高产脂量。此外，松节油中的萜烯类化合物可能在碱性条件下不易挥发、氧化，使松脂不易凝结，流脂时间长，产量高。不同浓度NAA 和芸苔素内酯对湿加松产脂量的交互作用明显。单涂芸苔素内酯时，最佳浓度为0.1 mg/L，产量可提高42.9%，单涂NAA 时，最佳浓度为0.05 g/L，产量可提高17.9%，混合喷涂这两种增脂剂时，高浓度搭配表现出最好的增脂效果，可提高46.7%（表1）。卢斌等认为导致这种试验结果原因可能是NAA、芸苔素内酯等植物激素影响伤口愈合。不同激素水平对细胞分裂、生长和分化影响不同，表现为抑制伤口愈合或促进伤口愈合；同时，植物激素参与松脂合成、分泌相关生理调控。但作者没有对混合施用化学增脂剂和生物增脂剂对松脂产脂的影响机制进行探讨。

表1 不同浓度的NAA、芸苔素内酯溶液对湿加松产脂量的影响[34]Tab.1 Effects of different concentrations of NAA and brassinolide on resin yield of P.elliottii×P.oaribaea

化学增脂剂与生物增脂剂复合施用，效果好于仅施用一种增脂剂，可能是由于两种增脂剂的作用机理不同，各自发挥了最大作用。国内外使用化学增脂剂、生物增脂剂或复合增脂剂，都能使松脂产量提高（表2）。加入微量元素或稀土元素的营养型化学增脂剂，能够促进松树的生长，增强松树的抗逆性，延长松树采脂年限。生物增脂剂安全、无毒、无药害、使用方便，可加强树木生理机能，促进采脂林木生长和松脂分泌，增脂效果明显，且对松脂质量无不良影响。因此，利用化学增脂剂和生物增脂剂各自的优点，开发更经济、有效的复合增脂剂具有重要的意义。

表2 国内外对松脂增脂剂的研究情况Tab.2 Research of tapping irritant agents at home and abroad

续表2Continued

4 增脂剂研究存在的问题和发展方向

开发高效的复合增脂剂具有良好的应用前景，这为松香、松节油行业的可持续发展提供了一条有效途径。但由于松树产脂是一个复杂的生理过程，目前国内外研究者大都只是研究化学增脂剂、生物增脂剂或者复合增脂剂的增脂效果，很少对增脂机理进行深入研究。增脂剂怎样作用于松树，与松树细胞中的哪些成分相互作用产生松脂，是松树的哪个基因控制产脂量，松脂流动的动力学原理是什么等，都需要科研工作者的进一步探索和研究。只有把松树产脂、增脂机理研究透彻，增脂剂的开发才会产生质的飞跃。同时，如何降低成本，采用更加便捷的施用方式，使脂农们更能接受增脂剂的使用，也将成为增脂剂研究的重点。