不同年龄大花序桉心材化学成分的比较研究

白卫国，黎明慧，石茂鑫，韦鹏练，刘 衡，符韵林

（1.广西壮族自治区国有东门林场，广西 崇左 532108；2.广西大学 林学院，广西 南宁 530004）

大花序桉(Eucalyptus cloeziana)，又称澳大利亚大花梨、昆士兰桉，是桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalyptus)昆士兰桉亚属(Idiogenes)唯一树种［1］，树高可达55 m，直径可达1～2 m，其木材色泽美丽，纹理通直，结构细密且均匀，硬度高，坚固耐久，是家具、建筑的理想用材［2］。大花序桉主要分布在澳大利亚昆士兰州的南部，目前在我国广西、广东、海南等省份均有引种种植［3］。目前对大花序桉的研究主要集中于遗传性状［4］、繁殖培育［5-8］、纤维特性［9-11］等方面，还有学者研究了树龄对大花序桉木材物理力学性能的影响［12-13］，但关于大花序桉化学成分的研究较少，有关树龄与大花序桉化学成分相关性的研究尚未见报道，而木材化学成分对木材的资源化利用有十分重要的指导意义。故本研究按照国家标准法对4种不同树龄大花序桉的基本化学成分进行了测定，明确了4个不同树龄大花序桉的基本化学成分含量及其木材化学成分与树龄之间的关系，可以为大花序桉的遗传改良、木材采伐及加工利用提供科学依据，为更好地利用大花序桉木材提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大花序桉木材均取自广西壮族自治区国有东门林场。5、17、29年生的大花序桉各采伐8棵，35年生的大花序桉采伐3棵，采集时对树木进行标记，每棵树木的木材均采自同一高度的圆盘。

1.2 试验药品

蒸馏水、氢氧化钠、甲基橙指示剂、无水乙醇、冰乙酸、氯化钡、苯、硫酸、亚氯酸钠、丙酮、重铬酸钾等。

1.3 试验仪器与设备

紫外可见分光光度计、全功能粉碎机、水浴锅、恒温烘箱、电子调温电热套、双功能水浴恒温振荡器、电子天平、马弗炉等。

1.4 试验方法

根据《造纸原料灰分的测定》（GB/T 2677.3—93）测定大花序桉木材灰分的含量；根据《造纸原料水抽出物含量的测定》（GB/T 2677.4—93）测定大花序桉木材冷、热水抽出物的含量；根据《造纸原料1%氢氧化钠抽出物含量的测定》（GB/T 2677.5—93）测定大花序桉木材1%NaOH抽出物含量；根据《造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》（GB/T 2677.6—94）测定大花序桉木材苯醇抽出物含量；根据《造纸原料综纤维素含量的测定》（GB/T 2677.10—1995）测定大花序桉木材综纤维素含量；根据《纸浆α-纤维素的测定》（GB/T 744—1989）测定大花序桉木材α-纤维素含量；半纤维素含量以综纤维素与α-纤维素含量之差计；根据《纸浆中酸不溶木质素的测定》（GB/T 747—2003）测定大花序桉木材酸不溶木质素含量；根据《造纸原料和纸浆中酸溶木质素的测定》（GB/T 10337—2008）测定大花序桉木材酸溶木质素含量；木质素含量以酸不溶木质素和酸溶木质素含量之和计。

2 结果与分析

2.1 不同树龄大花序桉木材灰分含量的变化

由图1可知，大花序桉心材的灰分含量整体较低，均在1.5%以下。5年树龄的灰分含量最高，为1.24%；17年的含量急速下降；17～35年的灰分含量基本保持稳定，虽有上升趋势，但是幅度极小。可以推测大花序桉心材的灰分含量随树龄的增长会先大幅下降后逐步趋于稳定。这是因为木材在木质化程度较低时，N、P、K、Mg等元素含量会较高［14］。

图1 不同树龄大花序桉木材灰分含量的变化

2.2 不同树龄大花序桉木材冷、热水抽提物含量的变化

由图2和图3可知，大花序桉木材冷、热水抽提物的含量随树龄的增长均不断升高，其中5年的含量最低，分别为3.21%、5.59%；35年的最高，分别为8.46%、10.95%。整体均呈上升趋势，但逐渐放缓。可以预测随着树龄继续增长，大花序桉木材冷、热水抽提物的含量可能会逐渐趋于平缓稳定。

图2 不同树龄大花序桉木材冷水抽提物含量的变化

图3 不同树龄大花序桉木材热水抽提物含量的变化

2.3 不同树龄大花序桉木材1% NaOH抽提物含量的变化

由图4可知，1% NaOH抽提物的含量在5年时最低，为12.51%；此后随树龄的增加灰分含量不断升高，在29年时达到最高，达19.40%；到35年时含量下降。因此，1% NaOH抽提物的含量随树龄的增加整体呈现先上升后下降的变化趋势。可以推断在树木生长的后期，1% NaOH抽提物含量会继续下降，然后趋于平稳。1% NaOH抽提物除了能溶解冷水和热水溶出的物质外，还能溶解出部分木质素，聚戊糖等，所以1% NaOH抽提物含量理论上要比冷水抽提物含量和热水抽提物含量高，本研究的试验结果符合这一基本理论。

图4 不同树龄大花序桉木材1%NaOH抽提物含量的变化

2.4 不同树龄大花序桉木材苯—醇抽提物含量的变化

由图5可知，大花序桉的苯—醇抽提物含量整体偏低，4个树龄大花序桉木材的含量都低于2%，其中在5年时最低，为1.16%；5～29年的苯—醇抽提物含量逐渐上升，但是上升幅度逐渐减缓，29年时含量达到最高，为1.67%；但到35年时含量下降。苯—醇溶液主要是抽提木材中的脂肪、蜡、树脂、单宁、色素等物质，热水抽提物和冷水抽提物主要是能溶于水的单宁、色素、糖类物质和部分无机盐等，三者溶出物有部分成分一致，但苯—醇抽提物的含量比冷水抽提物和热水抽提物含量都要低很多，推测是因为大花序桉中的可溶于水的物质含量高，而树脂、脂肪等含量较低。此试验结果与陈茜文等［15］对湖南耐寒桉树中赤桉部分种源和巨桉的试验测定结果一致。

图5 不同树龄大花序桉木材苯—醇抽提物含量的变化

2.5 不同树龄大花序桉木材纤维素含量的变化

由图6可知，大花序桉心材中的综纤维素含量随树龄的升高而不断下降，5年时最高，为76.66%；35年最低，为70%。α-纤维素含量随树龄的升高而增加，但是增加幅度较小，5年时为44.69%，35年时为46.96%。半纤维素含量随树龄的升高而不断降低，在5年时最高，为31.98%；35年时最低，为23.04%。纤维素是自然界中含量最多且分布最广的一种天然高分子聚合物，是由β-D-葡萄糖组成的线性物质，其在木材细胞壁中主要起骨架作用，使木材具有较高的抗拉强度［16］，由此可以说明大花序桉心材的物理强度随树龄的升高而越来越大。木材中的纤维素含量在造纸工业上有很大的决定作用，一般来说，木材原料的纤维素含量越高，纸浆得率越高，纸浆的质量性能越好。陈茜文［17］对湖南邓恩桉、多枝桉、赤桉、樟脑桉、广叶桉、巨桉和小果灰桉等7种桉树的纤维素含量分别进行了测定，这7种桉树均为优良的造纸原料，而且7种桉树的纤维素含量在41.00%～44.55%范围内，均比4个不同树龄大花序桉的纤维素含量低，由此说明大花序桉心材作为造纸原材料可能会有更高的纸浆得率且造纸质量更好。半纤维素是木材聚合物中对外界条件最敏感、最易发生变化的一种多糖，其存在、变化、性质与特点均对木材的材性和加工利用有重要影响［16］。大花序桉心材半纤维素含量随树龄的升高而降低，表明大花序桉心材的材性及后期加工利用过程的性质可能会随树龄的增长而趋向稳定。

图6 不同树龄大花序桉木材纤维素含量的变化

2.6 不同树龄大花序桉木材木质素含量的变化

由图7可知，酸溶木质素含量随树龄的增长而不断增加，在5年时最低，为3.69%，35年时最高，为8.16%。酸不溶木质素的含量从5年到29年是缓慢上升的，到35年时开始略微下降，整体的变化波动在2个百分点以内，含量较稳定。酸不溶木质素和酸溶木质素之和即为木质素，木质素含量的整体变化趋势是随树龄的升高而缓慢上升，在5年时最低，为30.93%；在29年时最高，为35.85%；到35年时降低约0.4个百分点。木质素是木材组成中的第3种高分子物质，是由苯基丙烷单元组成的芳香族化合物，存在于细胞壁的微纤丝之间，也出现在胞间层，它将相邻的细胞黏结在一起，使细胞贯穿成一体，起到贯穿纤维、强化细胞壁、增加树木茎干的强度、加深木质化程度，甚至是减少微生物对树木危害的作用［18］。由此可知，当大花序桉心材的木质素含量随树龄的增长而不断增加时，其木质化程度也不断加深，硬度会变大，抗病虫害的能力也会逐渐加强。从29年到35年木质素含量小幅下降，可能是因为木质化达到一定程度后没有继续加深。

图7 不同树龄大花序桉木材木质素含量的变化

3 讨论与结论

大花序桉的心材灰分含量较低，4个不同树龄大花序桉的灰分含量均低于1.5%，从5年到17年的大花序桉灰分含量大幅下降，从17年到35年的灰分含量基本保持不变。可以推测大花序桉心材的灰分含量随树龄增长会先快速下降后逐步趋于稳定。

冷水抽提物和热水抽提物的含量随树龄增长的变化趋势是一致的，即从5年到17年上升，从17年到29年有小幅下降，从29年到35年又上升，整体变化趋势是上升的。预测随着树龄继续增长，冷水抽提物含量可能会保持在一个比较稳定的状态。抽提物含量高的树种，木材的抗腐蚀和抗真菌侵蚀的能力较强，可作为建筑门窗、家具及其他工业用材加以开发利用，所以大花序桉树龄越高，心材的耐腐蚀性能也会越好，更适合做高档家具。

大花序桉的1% NaOH抽提物和苯—醇抽提物含量随树龄增长的变化趋势是一致的，含量从5年到29年呈上升的趋势，到35年时就下降。可以推断在树木生长的后期，1% NaOH抽提物含量和苯—醇抽提物含量会继续下降，然后趋于平稳。苯—醇抽提物含量较冷水抽提物和热水抽提物含量低，推测大花序桉心材的可溶于水类物质含量较高，即可溶糖类、植物碱等物质含量较高，而树脂、蜡等物质含量较低。

大花序桉心材中的综纤维素含量随树龄的升高而不断下降。α-纤维素含量随树龄的增长而不断增加，但是变动幅度较小。半纤维素含量随树龄的增长而不断减少。由此可知，大花序桉心材的物理强度随树龄的增长而逐渐加强，同时推测大花序桉心材作为造纸原材料可能会有更高的纸浆得率且造纸质量较好。

大花序桉心材中的酸溶木质素含量随树龄的增长而不断增加。酸不溶木质素含量从5年到29年是缓慢上升的，到35年略微下降，含量变化较稳定。木质素含量的整体变化趋势是随树龄的增长而缓慢上升，表明大花序桉心材的木质化程度也会随树龄增长不断加深，硬度随树龄的升高而变大，抗病虫害的能力也越强。