全 文 ：第 37 卷 第 1 期
2013 年 1 月
南京林业大学学报(自然科学版)
Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition)
Vol． 37，No． 1
Jan．，2013
收稿日期:2011 － 11 － 16 修回日期:2012 － 02 － 06
基金项目:国家林业公益性行业科研专项项目(200704029) ;中国林科院院所基金专项(CAFYBB2008022)
第一作者:廖声熙，副研究员。* 通信作者:杨振寅，副研究员。E-mail:yangzyin@ caf． forestry． ac． cn。
引文格式:廖声熙，杨振寅，崔凯，等． 翠柏木材管胞特性及结晶度的径向变异分析［J］． 南京林业大学学报:自然科学版，2013，37
(1) :87 － 90．
翠柏木材管胞特性及结晶度的径向变异分析
廖声熙1，杨振寅3* ，崔 凯1，孙庆丰2，石江涛2，刘方炎1
(1．中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南 昆明 650224;2．东北林业大学材料科学与工程学院，
黑龙江 哈尔滨 150040;3． 中国林业科学研究院，北京 100091)
摘要:对翠柏木材的管胞长度、宽度和及木材的结晶度径向变异进行分析并建立数学模型，结果表明:(1)翠柏
木材管胞长度为 1 886 ～ 3 370 μm，宽度为 7 ～ 23 μm，结晶度为 30． 26% ～ 50． 12%，且它们的径向变异规律相似，
均是 20 年前增加显著，于 20 ～ 25 a趋于稳定，可将翠柏木材的成熟期界定为 20 ～ 25 a。(2)翠柏木材结晶度与
早材管胞长度、宽度以及晚材管胞长度、宽度间的相关系数分别为 0. 933、0. 955、0. 991、0. 964，均存在极显著
相关，进一步拟合各管胞特征值与结晶度的回归方程，建立的回归模型相关性均达 0. 95 以上。因此，可利用
木材结晶度对木材管胞特征进行预测。
关键词:翠柏;木材管胞特性;结晶度;径向变异
中图分类号:S781 文献标志码:A 文章编号:1000 － 2006(2013)01 － 0087 － 04
Radical variation of wood tracheid character and crystallinity
of precious Calocedrus macrolepis
LIAO Shengxi1，YANG Zhenyin3* ，CUI Kai1，SUN Qingfeng2，SHI Jiangtao2，LIU Fangyan1
(1． Research Institute of Resource and Insects，Chinese Academy of Forestry，Kunming 650224，China;
2． Material Science and Engineering College，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China;
3． Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China)
Abstract:To reveal the wood property and forecast early wood quality，the radical variation of wood tracheid length，
width and crystallinity in each annual ring of Calocedrus macrolepis Kurz were analyzed，and the correlation ship of crys-
tallinity and tracheid characters was also set up． The results showed that the tracheid length ，tracheid width and crystal-
linity were 1 886 － 3 370 μm，7 － 23 μm，30． 26% － 50． 12%，respectively． The radical variation tendency of these in-
dexes increased with the growth ring numbers increasing，but which was stable after 20 a growth． So the maturation stage
of C． macrolepis was 20 － 25 a． Correlated analysis of crystallinity and anatomical features indicated that the crystallinity
was significantly positive correlation with spring and summer wood tracheid length，spring and summer wood tracheid
width ，the correlation coefficient were 0． 933，0． 991，0． 955 and 0． 964，respectively． Based on these，there was a pre-
diction model of the crystallinity and wood tracheid parameters established，the correlation coefficient were 0． 95．
Key words:Calocedrus macrolepis;wood tracheid character;crystallinity;radical variation
翠柏(Calocedrus macrolepis Kurz)系柏科翠柏
属常绿乔木，国家Ⅱ级重点保护野生植物，仅有 2
种 1 变种，属于古老孑遗物种，在研究亚热带、热带
区系和古地理、古气候方面具有重要意义［1］。翠
柏分布范围狭窄，调查发现，我国仅在云南中部、西
南部，贵州南部，广西西部、西北部和海南中部有零
星分布，少见大面积翠柏林。翠柏木材优良，纹理
通直，有香气且极耐腐蚀，为少有的珍贵用材，近几
年随着资源急剧下降，引起了人们的广泛关注。多
年来，有关翠柏的研究报道多集中在对翠柏的生物
群落特征分析，利用野生翠柏苗进行人工培育及翠
柏抗污染气体和净化空气性能等方面［2 － 9］，在翠柏
木材方面虽有一些相关研究［10 － 13］，但对其木材材
性进行系统分析的较少［14］。为此，笔者通过对翠
柏木材的管胞特征、结晶度和它们的径向变异规律
进行分析，同时对它们与生长轮龄间的关系及其间
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
的相关性进行分析并建立预测模型，为其人工定向
培育、速生栽培、集约经营提供依据，同时为扩大它
的木材利用范围和材质早期预测建立理论基础。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
试材采自云南省昌宁县，选取翠柏分布较为集
中的区域，从中选取树干通直，生长正常，长势均一
的样木 5 株，树龄为 52 a。采集时间 2009 年 7 月，
采集方法依据 GB 1927—2009《木材物理力学试件
采集方法》的规定进行。样木选定后，标出南北向
并进行砍伐，伐倒后即在每株的胸径(1． 3 m)处截
取 1 个 30 mm 厚圆盘运回实验室放置风干后待
用，每个圆盘沿东西方向截取宽 4 cm的中心试条，
沿着径向按每 5 年轮由髓心向外取样(共取测样
点 10 个) ，取出的样品进行木材管胞特性和结晶
度测定。为了提高测定精度，尽量使试样的各个面
保持平整，实验中用细砂纸打磨试样，并用电子天
平进行测定(精度为0． 000 1)。
1． 2 测定方法
按木材定量解剖常规方法，制成木材切片，使
用光学显微镜观察翠柏木材的解剖构造特征，采用
离析的方法测定木材管胞长度和宽度［15］。结晶度
测定具体方法:在测定前将试样磨成木粉，取颗粒
直径为 0. 16 ～ 0． 20 mm 的木粉;木粉压片后采用
D /MAX2200VPC型 X射线衍射仪(日本理学制造，
X光管为铜靶，管电压为 40 kV，管电流为 35 mA，
扫描步距为 0． 02°，扫描角度范围为 10° ～ 40°，扫
描速度为 4° /min)进行扫描，采用 Segal 法计算结
晶度［16］。
1． 3 数据分析
使用 Excel 2003 和 SPSS16． 0 程序对所得数据
进行处理。
2 结果与分析
2． 1 翠柏木材结晶度径向变异规律
纤维素与木材的生长特性、组织结构和化学性
质有着密切关系，对木材尺寸稳定性、密度和硬度
等具有重要的影响。结晶度是描述纤维素超分子
结构的一个重要参数。从翠柏木材的 X 射线衍射
图(图 1)看出，木材的 2θ 衍射强度曲线图的形状
都是相同的，只有强度的差异。说明在径向上翠柏
木材管胞的结晶部分晶胞的构造相同，都属于单斜
晶系，衍射强度的差异只能反映出结晶程度不同。
采用 Segal法计算出翠柏木材径向每5 a生长轮内
的结晶度，结果见图 2。从图 2 可见，翠柏木材结
晶度的径向变化范围为30. 26% ～ 50. 12%，最大变
幅可达 20%，变异趋势明显。翠柏木材结晶度径
向变异规律为:随着生长轮的增加而增加，生长期
至 20 ～ 25 a时趋于稳定。原因可能与树木的生长
特性有关。根据翠柏木材结晶度的变异规律，预测
翠柏木材的成熟期在 20 ～ 25 a。
图 1 翠柏木材结晶度径向变异
Fig． 1 The radical variation of wood crystallinity of
Calocedrus macrolepis
对木材结晶度的变异规律与生长轮龄进行回归
分析，回归方程为对数曲线(图 2) ，回归方程为:
y =9. 205 8ln(x)+ 28. 874，R2 = 0. 975，回归效果理
想。因此可根据木材结晶度的变异规律，建立适当
的模型，从而预测木材其他解剖特性值的变异规律。
图 2 翠柏木材结晶度径向变异模型
Fig． 2 The prediction model of radical variation
in wood crystallinity
2． 2 翠柏木材管胞特性与生长轮的相关分析
针叶材管胞随着一个生长季中形成层的变化
会呈现一定的变异规律［17］。翠柏木材早材与晚材
管胞长度的径向变异规律及管胞长度与生长轮间
的回归分析曲线见图 3A。由图 3A可知，晚材管胞
长度大于早材管胞长度，符合管胞长度的一般变异
规律。无论早材管胞长度还是晚材管胞长度，均随
着生长轮的增加而增加，生长期在 20 ～ 25 a 间趋
于稳定，也符合木材生长特性。树木在幼龄期增长
88
第 1 期 廖声熙，等:翠柏木材管胞特性及结晶度的径向变异分析
较快，增加到一定长度后，增长趋于缓慢或趋于稳
定或不增加。
采用对数函数 y = aln(x)+ b 分别建立早材管
胞长度与晚材管胞长度径向变异趋势回归模型。
早材管胞长度与生长轮龄间回归方程:y =
706. 01ln(x)+ 1 806. 4，R2 = 0. 876;晚材管胞长度
与生长轮龄间回归方程:y = 684. 81ln(x)+
2 070. 1，R2 = 0. 881 1，相关性非常显著。
图 3 翠柏木材管胞长度及宽度与生长轮的关系
Fig． 3 Relationship between tracheid length or width and growth ring
木材管胞宽度的径向变异规律及管胞宽度与木
材生长轮龄间的回归分析见图 3B。由图 3B 可知，
早材管胞宽度大于晚材管胞宽度。早晚材管胞宽度
的径向变异规律类似，总的趋势呈现从髓心向外递
增，生长期20 ～25 a间趋于稳定，早材管胞宽度起伏
较大，晚材管胞宽度起伏较小。同样采用对数函数
分别建立早材管胞长度与晚材管胞长度径向变异趋
势回归模型。早材管胞宽度与生长轮龄间回归方
程:y =5. 411 6ln(x)+ 11. 326，R2 = 0. 954 7;晚材管
胞宽度与生长轮龄间回归方程:y = 2. 825 4ln(x)+
7. 692 5，R2 =0. 960 2，相关性非常显著。
通过木材结晶度、管胞长度及宽度的径向变异
规律和与生长轮龄间的回归模型分析发现，翠柏木
材的结晶度和管胞特性均可与生长轮龄间建立相
关性非常显著的回归模型。同时，随着生长轮龄的
增加，无论结晶度，早晚材管胞长度还是早晚材管
胞宽度均呈现相似的变异规律，且三者也都在生长
期20 ～ 25 a间趋于稳定，故此可得出结晶翠柏木材
成熟期为 20 ～ 25 a。这些规律也为预测管胞长度、
宽度与结晶度间关系奠定了理论基础。
2． 3 翠柏木材管胞与结晶度相关分析及预测模型
为探讨利用结晶度预测木材管胞的变化规律，
对取样各点间的结晶度与相应的木材管胞间进行
相关分析。木材结晶度与早材管胞长度、宽度以及
晚材管胞长度、宽度间的相关系数分别为 0. 933、
0. 955、0. 991、0. 964，结晶度与木材管胞间均呈
0. 01 水平显著相关。据此推测，翠柏木材结晶度
与管胞各特征值间显著相关。
翠柏木材结晶度与管胞各项特征值间的回归分
析结果见图 4。其中，翠柏木材早材管胞长度与结
晶度间的回归模型为 y = 6. 770 2x3 － 150. 88x2 +
1 091. 8x +628. 63，R2 = 0. 982 6，晚材管胞长度与结
晶度间的回归模型为 y = 5. 828 9x3 － 129. 88x2 +
960. 3x +1 060. 2，R2 = 0. 956 5;早材管胞宽度与结
晶度间的回归模型为 y = 5. 411 6ln(x)+ 11. 326，
R2 = 0. 954 7，晚材管胞宽度与结晶度间的回归模
型为 y = 2. 825 4ln(x)+ 7. 692 5，R2 = 0. 960 2。由
回归模型可以看出，结晶度与各管胞特征间的 R2
值均在 0． 95 以上，相关性极其显著。模型的建立
为进一步研究木材解剖特性与结晶度间的关系提
供了理论基础。
图 4 翠柏木材结晶度与管胞特征的关系
Fig． 4 Relationship between wood crystallinity and
tracheid character
3 讨 论
木材管胞形态的变化受多方面影响，尤其是树
木生长发育的年龄阶段，管胞形态在树木幼龄期变
化非常活跃，随着树龄的增大而迅速增加长度，一
定年龄后达到稳定。研究表明翠柏木材管胞长度、
宽度径向变异趋势为生长期在 20 a 前增加且变化
显著，20 ～ 25 a间趋于稳定，初步判定翠柏木材的
成熟期为 20 ～ 25 a。木材纤维素的结晶度是表征
木材纤维素聚集态形成结晶程度的指标，它是纤维
素构成的结晶区占纤维素整体的百分数。在树木
生长初期形成层细胞分裂速度较快，结晶度较小，
98
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 37 卷
随着树龄的增加，结晶度也逐渐增大最后趋于稳
定，此时的木材可以作为成材更好地加以开发利
用。翠柏木材的结晶度随着生长期的增加逐渐增
加，至 20 ～ 25 a时趋于稳定，结合管胞形态的变异
趋势认为翠柏木材的成熟期可以界定为 20 ～ 25 a。
翠柏木材早材管胞长度、宽度以及晚材管胞长
度、宽度和结晶度与生长轮龄间存在着显著的相关
关系。另外，翠柏木材结晶度与管胞长度和宽度间
均存在极显著的相关。通过这些关系建立，优化了
若干预测模型，预测模型的建立为利用结晶度对翠
柏木材管胞各项特征值进行预测提供了理论基础。
翠柏木材管胞长度为1 886 ～ 3 370 μm，依据
国际木材解剖学会的规定，翠柏木材管胞属于短纤
维，与 Larix gmelinii、Chamaecyparis pisifera 木材一
样是作为制浆造纸等用途的很好的纤维原
料［18 － 19］。木材纤维素结晶度是木材材料的一个重
要性质，在一定程度上反映了木材纤维的物理性质
和化学性质。翠柏木材结晶度为 30． 26% ～
50. 12%，综合认为翠柏是一种材性较好的用材树
种，上述预测模型的建立可以为合理培育及开发利
用翠柏提供基础数据和理论指导。
参考文献(References):
［1］国家环保局，中科院植物所． 中国珍稀濒危植物名录:第 1 册
［M］．北京:科学出版社，1987．
［2］陈文红，税玉民，王文，等． 云南易门翠柏和黄杉的群落调查
及保护［J］． 云南植物研究，2001，23(2) :189 － 200．
Chen W H，Shui Y M，Wang W，et al． Community invetigation
and conservation of Calocedrus macrolepis and Pseudotsuga sinen-
sis inYimen county，Yunnan province，China［J］． Acta Botanica
Yunnanica，2001，23(2) :189 － 200．
［3］宁世江，赵天林，唐润琴，等． 木论喀斯特林区翠柏群落学特
征的初步研究［J］． 广西植物，1997，17(4) :321 － 330．
Ning S J，Zhao T L，Tang R Q，et al． Preliminary studies on the
phytocoenological features of the Calocedrus macrolepis community
in Mulun，Huanjiang county，Guangxi［J］． Guihaia，1997，17
(4) :321 － 330．
［4］陈子牛． 滇中翠柏纯林的生态研究［J］． 昆明师专学报，
1997，12 (2) :15 － 22．
Chen Z N． Ecological study on the Calocedrus macrolepis pure
forest in middle Yunnan［J］． Journal of Kunming Junior Normal
College，1997，12(2) :15 － 22．
［5］谭开湛．保护和发展珍稀树种 －翠柏［J］． 云南林业调查规
划，1982(4) :35 － 36．
Tan K Z． Protection and development of the rare tree － Calocedrus
macrolepis［J］． Forest Inventory and Planning，1982(4):35 －36．
［6］张茂钦．翠柏［J］． 云南林业，1983(3) :28．
Zhang M Q． Calocedrus macrolepis［J］． Yunnan Forestry，1983
(3) :28．
［7］吕玉华．野生翠柏苗人工容器育苗技术［J］． 云南林业，2001
(3) :19．
Lv Y H． Seedling － raising technique with artificial vessel of wild
seedling of Calocedrus macrolepis［J］． Yunnan Forestry，2001
(3) :19．
［8］张学星，何蓉，施莹，等．云南乡土绿化树种对 HCl和 HF气体
的反应［J］． 西北林学院学报，2006，21(5) :47 － 51．
Zhang X X，He R ，Shi Y，et al． Absorption and purification of
native ornamental trees in Yunnan to HCl and HF pollution［J］．
Journal of Northwest Forestry University，2006，21(5) :47 － 51．
［9］张学星，何蓉，施莹，等．云南 13 种乡土绿化树种对 SO2、NO2
气体反应的研究［J］． 西部林业科学，2005，34(4) :41 － 46．
Zhang X X，He R，Shi Y，et al． Study on the reaction of 13 indige-
nous tree species for greening in Yunnan to SO2 and NO2［J］． Jour-
nal of West China Forestry Science，2005，34(4):41 －46．
［10］刘济明． 贵州茂兰喀斯特山地顶部森林群落种子库研究［J］．
林业科学研究，2000，13(1) :44 － 50．
Liu J M． The seed bank of the forest community at the pinnacles
of maolan Karst hilly area in Guizhou［J］． Forest Research，
2000，13(1) :44 － 50．
［11］江泽平，王豁然．柏科分类和分布:亚科、族和属［J］． 植物分
类学报，1997，35(3) :236 － 248．
Jiang Z P，Wang H R． Taxonomy of the cupressaceae:subfami-
lies，tribes and genera［J］． Journal of Systematics and Evolution，
1997，35(3) :236 － 248．
［12］李玉媛，司马永康，方波，等． 云南省国家重点保护野生植物资
源的现状与评价［J］． 云南植物研究，2003，25(2) :181 －191．
Li Y Y，Sima Y K，Fang B，et al． Current situation and evalua-
tion of natural resources of the priority protection wild plants in
Yunnan province of China［J］． Acta Botanica Yunnanica，2003，
25(2) :181 － 191．
［13］Wang D L，Li Z C，Hao G H，et al． Genetic diversity of Caloce-
drus macrolepis(Cupressaceae)in southwestern China［J］． Bio-
chemical Systematics and Ecology，2004(32) :797 － 807．
［14］郭明辉．红松人工林培育措施与木材品质的关系［D］． 哈尔
滨:东北林业大学，1996．
Guo M H． The relationship between cultivation measures of plan-
tation and wood properties of korean pine［D］． Harbin:Northeast
Forestry University，1996．
［15］崔凯，孙庆丰，廖声熙，等．翠柏材解剖性质和结晶度的径向变
异及化学性质［J］．东北林业大学学报，2012，40(4) :49 －54．
Cui K ，Sun Q F，Liao S X，et al． Wood anatomical properties of
Calocedrus macrolepis and radial variation and chemical property
of crystallinity［J］． Journal of Northeast Forestry University，
2012，40(4) :49 － 54．
［16］Segal，Creely，Martin，et al． An empirical method for estimating
the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray dif-
fract-meter［J］． Textile Research Journal，1959(29) :786 －794．
［17］李坚，栾树杰．生物木材学［M］． 哈尔滨:东北林业大学出版
社，1993．
［18］白默飞．人工林兴安落叶松生长应力与木材性质关系的研究
［D］．合肥:安徽农业大学，2009．
Bai M F． The relationship between growth stress and wood proper-
ties of Larix gmelini (Rupr) ［D］． Hefei:Anhui Agricultural Uni-
versity，2009．
［19］王大鹏，徐有明，史玉虎，等． 日本花柏木材管胞形态特征的
变异［J］．东北林业大学学报，2007，35(6) :4 － 6，15．
Wang DP，Xu Y M，Shi Y H，et al． Variation in tracheid mor-
phological features of sawara falsecypress［J］． Journal of North-
east Forestry University，2007，35(6) :4 － 6，15．
( 责任编辑 李燕文)
09