邢馨憶，王冰冰，關(guān)瑩,2，周亮,2，劉亞梅,2，劉盛全,2，贠慧玲，高慧,2*

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，合肥 230036； 2. 林木材質(zhì)改良與高效利用國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 合肥 230036；3. 甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局林業(yè)科學(xué)研究所，天水 741022)

木材資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略型自然資源，它對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)等均有深遠(yuǎn)影響，也對(duì)可持續(xù)發(fā)展有至關(guān)重要的作用。我國(guó)人口基數(shù)大，森林資源平均占有量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在很大差距。再加上我國(guó)實(shí)施了保護(hù)天然林及限額開(kāi)發(fā)森林資源等政策，導(dǎo)致我國(guó)木材原料產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求，因此不得不依賴進(jìn)口木材維持供需平衡。為了解決木材資源匱乏等問(wèn)題，林業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)家們將重點(diǎn)放在速生人工林的選優(yōu)和培育[1]。

楸樹(shù)(Catalpabungei)為紫葳科梓樹(shù)屬落葉喬木，因其材質(zhì)優(yōu)良，紋理通直，花紋美觀，耐腐耐濕，加工方便，常作為床榻、櫥柜、樂(lè)器、船只等結(jié)構(gòu)、家具用材[2]。由于楸木具有許多樹(shù)種所沒(méi)有的優(yōu)良特質(zhì)，因此大力發(fā)展無(wú)性系楸樹(shù)不僅有利于解決木材資源稀缺的問(wèn)題，還可以為建筑、家具用材提供優(yōu)良原料。為此，專(zhuān)家學(xué)者們對(duì)楸木開(kāi)展了大量探究。李永濤等[3]為了研究山東和河南兩省楸木的遺傳多樣性和親緣關(guān)系，對(duì)44份優(yōu)良種質(zhì)資源楸木進(jìn)行了AFLP遺傳多樣性檢測(cè)；孟路等[4]以4種優(yōu)異無(wú)性系楸木為試材，研究了植物增殖、生根與植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑之間作用的關(guān)系，并比較了4種無(wú)性系楸木的再生能力，為以后的無(wú)性系優(yōu)良品種生產(chǎn)及培育提供理論依據(jù)；吳瑋[5]采用方差分析、相關(guān)分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)連云港天然林的3株楸木的木材解剖特征以及物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究分析，找到楸木材性的變化規(guī)律；張燁然等[6]以滇楸的莖部為材料，用多種配方對(duì)初代滇楸進(jìn)行了培育，為種苗繁育技術(shù)的高效利用提供了科學(xué)依據(jù)。目前對(duì)楸木的研究普遍集中在天然林楸木繁育、種質(zhì)資源等方面，僅有個(gè)別楸木樹(shù)種基本材性的初步探究，因此本研究以近期培育的6種新型無(wú)性系楸木為對(duì)象，對(duì)其主要化學(xué)成分、纖維形態(tài)特征、物理性能及徑向變異進(jìn)行研究，分析楸樹(shù)的品質(zhì)性狀遺傳變化規(guī)律，選出優(yōu)良無(wú)性系，為楸木人工林種質(zhì)資源選育和工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

原木取自于甘肅省天水市甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)(105°25′～106°43′E，34°06′～34°48′N(xiāo))，年均降水量600 mm，年均日照時(shí)長(zhǎng)2 090 h，無(wú)霜期170 d以上，土壤構(gòu)成主要是黃棉土和黑壚土。

1.2 試驗(yàn)材料

隨機(jī)選擇19棵13年生楸樹(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，在樹(shù)高1.3 m處切割若干圓盤(pán)作為試樣，6個(gè)楸樹(shù)無(wú)性系的胸徑、樹(shù)高見(jiàn)表1。洛楸1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、天楸2號(hào)各3株，洛楸3號(hào)4株。

表1 6個(gè)無(wú)性系楸樹(shù)的胸徑和樹(shù)高Table 1 DBH and height of six clones of Catalpa bungei

1.3 試樣準(zhǔn)備

在樹(shù)高1.3 m處取3.5 cm厚的圓盤(pán)并進(jìn)行風(fēng)干處理，按樹(shù)齡將原料進(jìn)行分類(lèi)：第1～4年、第5、6、7、8年及8年以后的各計(jì)1份(因化學(xué)組成所需原料較多，故將8年以后的原料放在一起)。將各生長(zhǎng)輪切成火柴棒大小并磨碎，取40～60目(粒徑250～380 μm)木粉，平衡水分后測(cè)定原料化學(xué)成分。

在樹(shù)高1.3 m處取厚度為10 cm的圓盤(pán)并進(jìn)行風(fēng)干處理，在心、邊材部位(靠近髓心處顏色較深的部分為心材)分別取樣，加工成20 mm×20 mm×20 mm 的標(biāo)準(zhǔn)試樣，用于密度的測(cè)定。

在樹(shù)高1.3 m處取7 cm厚的圓盤(pán)并進(jìn)行風(fēng)干處理，從髓心向外鋸解成1.5 cm寬的木條。按照年輪(2，4，6，8，10，12，14年輪數(shù))的差異，將其切割成10 mm×10 mm×15 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，用于纖維形態(tài)特征測(cè)定。

1.4 測(cè)定方法

含水率、苯醇抽提物、α-纖維素、綜纖維素及木質(zhì)素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的測(cè)定分別參照GB/T 36055—2018《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法 含水率的測(cè)定》、GB/T 35816—2018《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法 抽提物含量的測(cè)定》、GB/T 744—2004《紙漿 抗堿性的測(cè)定》、GB/T 35818—2018《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法 多糖及木質(zhì)素含量的測(cè)定》，綜纖維素減α-纖維素所得即為半纖維素?；瘜W(xué)成分測(cè)定均以絕干材為基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)取自組內(nèi)樣本的均值，每組測(cè)定3個(gè)平行樣。

基本密度采用排水法進(jìn)行測(cè)定，數(shù)據(jù)取自組內(nèi)樣本的均值，每組測(cè)定3個(gè)平行樣。

參照GB/T 10336—2002《造紙纖維長(zhǎng)度的測(cè)定 偏振光法》進(jìn)行纖維形態(tài)特征測(cè)定，將試樣置于冰醋酸/過(guò)氧化氫混合溶液(體積比1∶1)中離析，在立體數(shù)碼顯微鏡(KEYENCE VHX-600E)下進(jìn)行纖維長(zhǎng)度的測(cè)量；提前制備好永久切片，使用NiKonDS-Ri2正置熒光顯微鏡對(duì)纖維腔徑進(jìn)行測(cè)量；使用Image J 2.0軟件對(duì)纖維雙壁厚、纖維腔徑進(jìn)行測(cè)量，各測(cè)50組重復(fù)數(shù)據(jù)，纖維寬度為纖維雙壁厚與腔徑相加所得。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個(gè)無(wú)性系楸木化學(xué)成分和徑向變異分析

樹(shù)木的化學(xué)成分對(duì)其材質(zhì)及利用影響深遠(yuǎn)，也與木材強(qiáng)度和物理機(jī)械性能緊密相關(guān)[7-8]。6種無(wú)性系楸木化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2。從表2可以得出，6個(gè)無(wú)性系楸木的苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.35%～5.92%，其中洛楸5號(hào)苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，洛楸1號(hào)最高；綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68.49%～73.94%，其中洛楸5號(hào)最高，洛楸2號(hào)最低；α-纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.27%～40.57%，其中洛楸5號(hào)最高，洛楸2號(hào)最低；木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.78%～26.75%，其中洛楸1號(hào)最低，洛楸5號(hào)最高；半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.12%～33.38%，其中洛楸1號(hào)最低，洛楸5號(hào)最高。櫟木材質(zhì)硬、耐水性好、穩(wěn)定性高，材色多為白色，廣泛用于船舶、地板、家具等領(lǐng)域。與櫟木相比，楸木提取物、半纖維素含量均高于櫟木[9]；綜纖維素含量和α-纖維素含量均低于櫟木；除洛楸1號(hào)外，其余5種無(wú)性系木質(zhì)素都高于櫟木。木材的纖維素和半纖維素含量與木材抗拉強(qiáng)度緊密相關(guān)；木材細(xì)胞壁主要由綜纖維素構(gòu)成，綜纖維素對(duì)木材細(xì)胞壁的物理性能影響十分顯著[10-11]；木質(zhì)素在一定程度上可以增加木材的強(qiáng)度；苯醇抽提物對(duì)原木的密度及木制品的強(qiáng)度影響較深。楸木苯醇提取物、木質(zhì)素、半纖維素含量高于櫟木，纖維素含量低于櫟木，綜纖維素含量與櫟木相近，因此，可以推斷楸木耐久性較高、顏色亮麗，可考慮用作裝飾用材。

表2 6個(gè)無(wú)性系楸木化學(xué)成分Table 2 Chemical components of six Chinese catalpa clones %

6個(gè)無(wú)性系楸木化學(xué)組成的徑向變異見(jiàn)圖1。由圖1可知，自髓心向外，苯醇抽提物含量在1～8年輪內(nèi)逐漸增加，第8年輪后顯著下降。木質(zhì)素含量先下降，第6年輪以后趨于平緩。綜纖維素和半纖維素的含量從髓心向外緩慢下降，而α-纖維素的含量從髓心向外緩慢上升。除α-纖維素含量一直增加外，苯醇提取物、綜纖維素、半纖維素含量均在第8年輪以后呈下降趨勢(shì)。

對(duì)不同楸木的化學(xué)成分進(jìn)行單因素方差分析可知，無(wú)性系對(duì)化學(xué)成分的影響極顯著(P<0.01)。生長(zhǎng)輪對(duì)苯醇抽提物有極顯著影響(P<0.01)，而對(duì)其余化學(xué)成分無(wú)顯著影響(P>0.05)。研究結(jié)果表明，生長(zhǎng)輪對(duì)苯醇提取物有很大影響，無(wú)性系對(duì)木質(zhì)素含量有很大影響。不同無(wú)性系間化學(xué)組成差別很大，除苯醇抽提物外，其他化學(xué)組成徑向變異不明顯。

2.2 6個(gè)無(wú)性系楸木的纖維形態(tài)特征及徑向變異分析

6個(gè)無(wú)性系楸木纖維形態(tài)特征見(jiàn)表3。由表3可知，6種無(wú)性系楸木纖維長(zhǎng)度為796～901 μm，平均長(zhǎng)度為853 μm，其中洛楸3號(hào)纖維最長(zhǎng)(901 μm)，天楸2號(hào)纖維最短(796 μm)。根據(jù)IAWA發(fā)布的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，木材原料纖維小于900 μm為短纖維，900～1 600 μm為中型纖維，大于1 600 μm為長(zhǎng)纖維。6種楸木都屬于短纖維，纖維長(zhǎng)度均小于櫟木[12]。6種楸木的纖維長(zhǎng)度徑向變化見(jiàn)圖2a。從圖2a可以看出，從髓心向樹(shù)皮方向，纖維長(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng)，第9年輪以后，增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩。方差分析可知，無(wú)性系和年輪對(duì)纖維長(zhǎng)度影響極其顯著(P<0.01)，纖維長(zhǎng)度受無(wú)性系影響較大，且徑向變異十分明顯。

圖1 6個(gè)無(wú)性系楸木化學(xué)成分徑向變異Fig. 1 Radial variations of chemical components of six Chinese catalpa clones

圖2 6個(gè)無(wú)性系楸木纖維形態(tài)徑向變異Fig. 2 Radial variation of fiber morphology of six Chinese catalpa clones

表3 6個(gè)無(wú)性系楸木纖維形態(tài)特征Table 3 Anatomical features of six Chinese catalpa clones

由表3可知，6個(gè)無(wú)性系楸木纖維寬度為16.16～18.99 μm，平均纖維寬度為17.27 μm，其中洛楸5號(hào)纖維最寬，洛楸2號(hào)纖維最窄。與櫟木相比，除洛楸2號(hào)、洛楸4號(hào)纖維寬度比櫟木略小外，其余4種無(wú)性系楸木纖維寬度均大于櫟木。6種楸木纖維寬度變化見(jiàn)圖2b。從髓心向外，纖維寬度有所變化，但總體趨勢(shì)不明顯。方差分析可知，年輪和無(wú)性系對(duì)纖維寬度的影響極顯著(P<0.01)。方差分析結(jié)果表明，纖維寬度受無(wú)性系影響更大，徑向變異不明顯。

6個(gè)無(wú)性系楸木纖維雙壁厚為3.87～4.27 μm，均值為4.01 μm，其中洛楸3號(hào)纖維雙壁厚最小，洛楸5號(hào)纖維雙壁厚徑最大。纖維雙壁厚與木材的質(zhì)量、密度等緊密相關(guān)，而且受到外部環(huán)境因素的影響也很大[12]。6種楸木雙壁厚均遠(yuǎn)小于櫟木。6種無(wú)性系楸木的纖維雙壁厚徑向變異見(jiàn)圖2c。由髓心向外，纖維雙壁厚上下波動(dòng)，變化規(guī)律較差。方差分析可知，無(wú)性系和生長(zhǎng)輪對(duì)雙壁厚影響均為極顯著(P<0.01)。無(wú)性系對(duì)纖維雙壁厚影響更大，且徑向變異十分明顯。

6個(gè)無(wú)性系壁腔比變化范圍為0.31～0.40，均值為0.36，其中洛楸3號(hào)最小，天楸2號(hào)最大。纖維壁腔比為纖維雙壁厚與纖維細(xì)胞腔徑之比，它與木材纖維強(qiáng)度緊密相關(guān)[13]。木材密度和材質(zhì)隨著壁腔比的增大而增大，與櫟木相比，6種無(wú)性系楸木均小于櫟木。6種楸木壁腔比的徑向變異見(jiàn)圖2d?？梢钥闯?，從髓心向外，壁腔比呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，第9年輪以后，開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降幅度小于增長(zhǎng)幅度。

2.3 6個(gè)無(wú)性系楸木密度及其徑向變異分析

木材的密度是衡量木材性能的重要指標(biāo)，它與木材的質(zhì)量、工藝性質(zhì)和物理機(jī)械性能息息相關(guān)[14]。6種楸木的密度見(jiàn)表4。從表4可以看出，6個(gè)無(wú)性系楸木基本密度為0.41～0.45 g/cm3，基本密度均值為0.43 g/cm3，根據(jù)國(guó)家力學(xué)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該楸木屬于Ⅱ級(jí)；6種無(wú)性系楸木氣干密度為0.47～0.52 g/cm3，均值為0.50 g/cm3；6種楸木絕干密度為0.45～0.49 g/cm3，均值為0.47 g/cm3。6個(gè)無(wú)性系楸木密度均為：天楸2號(hào)>洛楸2號(hào)>洛楸1號(hào)>洛楸4號(hào)>洛楸3號(hào)>洛楸5號(hào)。6個(gè)無(wú)性系楸木的密度均小于櫟木，但楸木密度適中，且楸木所含苯醇抽提物、木質(zhì)素更高，因此可以推斷楸木美觀度好、耐腐性好，可以考慮將其制作成樂(lè)器、棋盤(pán)等。6種無(wú)性系楸木密度徑向變異見(jiàn)圖3，6種無(wú)性系楸木的邊材的密度均比心材的高。

表4 6個(gè)無(wú)性系楸木的密度Table 4 The density of six Chinese catalpa clones g/cm3

圖3 6種楸木密度徑向變異Fig. 3 Radial variation of densities from six Chinese catalpa clones

方差分析可知，不同無(wú)性系和位置(心、邊材)對(duì)楸木密度均有極顯著影響(P<0.01)。無(wú)性系種類(lèi)和取材位置對(duì)基本密度、絕干密度均有影響，位置影響更大；無(wú)性系對(duì)木材密度影響很大，但是位置(心材、邊材)對(duì)密度影響較小。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)6種無(wú)性系楸木的主要化學(xué)組成、纖維形態(tài)特征、密度等指標(biāo)的分析和比較，得出以下結(jié)論：

1)洛楸5號(hào)苯醇提取物最少，綜纖維素、半纖維素和α-纖維素最多；洛楸1號(hào)木質(zhì)素最少。根據(jù)楸木化學(xué)成分徑向變異分析，可以考慮將其輪伐期選為8年。

2)洛楸3號(hào)纖維最長(zhǎng)；洛楸5號(hào)纖維寬度、雙壁厚最大，但6種無(wú)性系楸木雙壁厚差異較??；天楸2號(hào)壁腔比最大。

3)6種無(wú)性系楸木的苯醇抽提物、木質(zhì)素、半纖維素含量高，α-纖維素含量低，且纖維長(zhǎng)度較短，不適合作為制漿造紙用材。楸木密度適中，其中天楸2號(hào)密度最大，苯醇抽提物含量較高，顏色較深，可以考慮將其制作成樂(lè)器、棋盤(pán)等。