全 文 ：收稿日期:2016 － 07 － 11
基金项目:公益性行业(农业)科研专项项目“入侵植物综合防控技术研究与示范推广”(201103027)
第一作者简介:杜金顺(1974 －) ，男，农艺师，本科，研究方向为森林经营与利用，E-mail:364555561@ qq． com。
第 44 卷 第 9 期
2016 年 9 月
林 业 机 械 与 木 工 设 备
FOＲESTＲY MACHINEＲY ＆ WOODWOＲKING EQUIPMENT
Vol 44 No． 9
Sep． 2016
研究与设计
黄顶菊秸秆的化学组分和解剖特性研究
杜金顺1， 唐 爽2， 董 昊2， 闫 薇2， 孙照斌2
(1．河北省阜平县林业局，河北 阜平 073200;2．河北农业大学林学院，河北 保定 071000)
摘 要:对黄顶菊秸秆的化学组分和解剖特性进行了研究，结果表明，黄顶菊秸秆中各组分的质量分数
为:灰分 7. 39%，冷水抽提物 25. 59%，热水抽提物 25. 48%，1%NaOH抽提物 49. 45%，苯醇抽提物 0. 03%;黄
顶菊秸秆构造特征类似于阔叶材，但其射线细胞的组成与木材的木射线细胞不同，木纤维的组织比量为
72. 13%;黄顶菊秸秆纤维的长度分布范围为 0. 28 ～ 0. 88 mm，纤维宽度范围为 8. 046 ～ 26. 66μm，长宽比分布
范围为 22. 13 ～ 35. 66，壁腔比分布范围为 0. 61 ～ 0. 99。
关键词:黄顶菊秸秆;化学组分;解剖特性;纤维形态
中图分类号:TS612 文献标识码:A 文章编号:2095 － 2953(2016)09 － 0037 － 05
Study on Chemical Components and Anatomical
Characters of Flaveria Bidentis(L)Kuntze Straw
DU Jin-shun1， TANG Shuang2， DONG Hao2， YAN Wei2， SUN Zhao-bin2
(1. Fuping County Forestry Bureau of Hebei Province，Fuping Hebei 073200，China;
2. College of Forestry，Hebei Agricultural University，Baoding Hebei 071000，China)
Abstract:The chemical components and anatomical characters of Flaveria bidentis(L)kuntze straw are studied． The re-
sults show that the mass of each component in the Flaveria bidentis(L)kuntze straw is as follows:ash content，7. 39%;
coldwater extract，25. 59%;hot water extract，25. 48%;1%NaOH extract，49. 45%;benzene － ethanol extract，0. 03%;
the structure of Flaveria bidentis(L)kuntze straw is similar to that of broad － leaved trees，but the composition of its ray
cells is different from that of wood ray cells of timber，with the wood tissue proportion of wood fiber being 72. 13%;the
length scope of Flaveria bidentis(L)kuntze straw fiber is 0. 28 －0. 88 mm，fiber width scope is 8. 046 －26. 66μm，aspect
ratio distribution scope is 22. 13 －35. 66 and cell － wall ratio distribution scope is 0. 61 －0. 99．
Key words:Flaveria bidentis(L)kuntze straw;chemical component;anatomical character;fiber form
我国森林资源短缺，而且木材利用率也只有
60%左右，与先进国家相比差距较大。但我国的非
木材植物纤维原料资源非常丰富，且可以永续利用，
利用其生产人造板的技术性与经济性皆可行，是节
木代木的有效途径之一，具有巨大的发展潜力和广
阔的发展前景［1］，国外一些先进国家也在积极开发
利用非木材植物纤维原料生产人造板［2］。
黄顶菊为外来入侵的一年生草本植物，生长势
强，在河北衡水湖发现最高植株高达 2. 5 m［3］;其叶
对生或交互对生，叶片呈披针形、椭圆形、卵形或倒
卵形，长 2 ～ 15 cm，宽 0. 2 ～ 5 cm，无毛或有短柔毛，
具锯齿［4］;花期长，8 ～ 9 月份为盛花期［5］。据我国
DOI:10.13279/j.cnki.fmwe.2016.0113
林 业 机 械 与 木 工 设 备 第 44 卷
科研人员统计，植株结实量可达 10 万粒［6］，根系发
达，耐盐碱、耐瘠薄、抗逆性强，繁殖速度惊人。截至
2009 年，仅河北省黄顶菊涉及面已达到该省的 92 个
县市，给当地农林业生产以及环境带来巨大危
害［7 － 8］。黄顶菊主要危害小麦、玉米、棉花等农作
物，一旦入侵农田，会造成作物严重减产并影响其品
质［9］。由于其广泛的危害性，已被列入《中华人民共
和国进境植物检疫性有害生物名录》。国内对黄顶
菊的研究近年来大多集中在对其形态特征、发生特
点与危害等生物学和生态学特性及防除对策等方
面［10］;国外对黄顶菊的研究则大多集中在黄菊属植
物的系统进化、光合生理特性与 C4 途径演化、遗传
学及黄顶菊体内 C4 重要光合酶及次生代谢产物等
方面［11］。目前对黄顶菊的处理方式大多采用化学灭
草技术，人工清除后填埋处理。
利用黄顶菊秸秆制造人造板，既能高效综合利
用黄顶菊秸秆，化害为宝，又能节省木材资源，保护
生态环境。本文重点研究探讨黄顶菊秸秆的化学组
分、宏观和微观构造以及纤维形态，以期为下一步开
发利用黄顶菊秸秆提供理论依据。
1 试验材料与方法
1. 1 试验材料
黄顶菊秸秆取自河北省保定市清苑县某地，长
势良好，无病害。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 化学组分测定
黄顶菊秸秆的化学组分按 GB 2677. 8 － 1994 的
方法测定［12 － 16］。
1. 2. 2 解剖构造观察
(1)黄顶菊秸秆宏观构造观察:用肉眼观察试材
的宏观构造。
(2)黄顶菊秸秆微观构造观察:在黄顶菊秸秆地
面以上 10 cm处截取一段 2 cm 长的秸杆，放入烧杯
中加水蒸煮、冷却、再蒸煮，反复进行，直至黄顶菊秸
秆下沉为止，切片、染色、制成临时切片，利用光学显
微镜观察并记载其构造特征，同时配合目、物镜测微
尺测定木纤维的壁腔比和组织比量。
1. 2. 3 纤维形态测定
黄顶菊秸秆纤维形态的测定参照文献［13］中的
方法进行。
2 试验结果与讨论
2. 1 黄顶菊秸秆化学组分分析
黄顶菊秸秆及其他类似原料的主要化学成分见
表 1。
表 1 黄顶菊秸秆及其他类似原料的主要化学成分
%
种类 灰分含量
冷水抽
提物含量
热水抽
提物含量
1%NaOH抽
提物含量
苯醇抽
提物含量
黄顶菊秸秆 7. 39 25. 59 25. 48 49. 45 0. 03
豆秸主干 1. 93 － － 28. 11 4. 08
海蓬子秸杆 6. 27 － 11. 57 37. 27 1. 78
稻秸 15. 50 － 28. 50 47. 70 －
麦秸 6. 04 － － － 0. 51
杨柴 1. 86 2. 83 14. 50 23. 68 4. 26
沙柳 3. 20 8. 21 10. 33 23. 18 2. 91
柠条 2. 87 9. 24 10. 01 32. 11 6. 20
灰分是指植物纤维高温烧灼后的无机剩余物。
灰分的主要成分是 SiO2，木材的灰分组成很少能超
过 1%的，而农作物剩余物的灰分普遍高于竹材和木
材，一般都在 2%以上，有的甚至达到 14%以上。灰
分中 SiO2 含量可达到 65% 以上(如麦秸、稻秸
等)［17 － 18］。
由表 1 可见，黄顶菊秸秆的灰分含量为 7. 39%，
远高于豆秸主干和杨柴、沙柳、柠条的灰分含量，低
于稻秸的灰分含量(15. 50%) ，而与海蓬子杆和麦秸
的灰分含量(分别为 6. 27%和 6. 04%)相近。
二氧化硅在黄顶菊秸秆的纤维中形成了非极性
的表层结构，影响了胶黏剂的有效吸附和氢键的形
成。以其为原料生产的人造板产品的内结合力低，
握螺钉力差，二次加工贴面易脱落，因此在生产中应
增加原料的比表面积以提高结合力，如进行酸处理、
碱处理、蒸汽处理、化学接枝处理、生物酶预处理及
低温等离子处理等增加比表面积。但这些方法目前
还仅限于实验室研究，大多不能适用于工业生
产［19 － 24］。此外，也可对原料进行活化处理，即将具
有反应性官能团的化合物加入到原料中，使其表面
接近到产生氢键，从而提高胶结力。
从冷、热水抽提物来看，黄顶菊秸秆的冷、热水
83
第 9 期 杜金顺，等:黄顶菊秸秆的化学组分和解剖特性研究
抽提物含量相差不多，分别为 25. 59%和 25. 48%，均
远高于表中木材的冷、热水抽提物含量，黄顶菊秸秆
的热水抽提物含量稍低于稻秸的热水抽提物含量
(28. 50%)。
黄顶 菊 秸 秆 的 1% NaOH 抽 提 物 含 量 为
49. 45%，接 近 稻 秸 的 1%NaOH 抽 提 物 含 量
(47. 70%) ，高于豆秸主干和海蓬子杆的 1% NaOH
抽提物含量，大约是表中木材 1% NaOH 抽提物含量
的 2 倍。一般来说 1% NaOH 抽提物含量过高不利
于胶黏剂的结合［25］，其给人造板制造带来的问题是
热压过程中低中级碳水化合物容易分解产生淀粉
胶，使板材抗水性差且容易粘板，解决的方法是在原
料中添加转换剂，使其成为变性淀粉胶和醚化淀粉
胶，以提高抗水性。
黄顶菊秸秆的苯醇抽提物含量非常低，仅为
0. 03%，远低于木材的苯醇抽提物含量，也低于麦秸
的苯醇抽提物含量(为 0. 51%)。秸秆原料的有机
溶剂抽提物含量高，表明其富含蜡状物与硅，不为胶
黏剂所吸附，且此类原料的密度小，如麦秸密度约为
0. 66 g /cm3，棉秆约为 0. 314 g /cm3，表现出可压缩性
小、回弹率高、预压效果差、板坯初强度低等缺陷，在
铺装成型或运输传送过程中容易散坯，影响板材的
规格尺寸和厚度公差［26］。
分析表明，黄顶菊秸秆用作刨花板或纤维板生
产的原料时，其性能介于木材和稻秸之间，与海蓬子
秸秆和麦秸比较接近。
2. 2 黄顶菊秸秆构造观察分析
2. 2. 1 黄顶菊秸秆宏观构造分析
黄顶菊秸秆表皮呈黄色或浅黄褐色，表面光滑，
茎秆有明显的节和节间;髓心比例较大，具有不连贯
性，质软，随着黄顶菊秸秆高度的增加，其秸秆直径
逐渐减小，髓心反而增大;无特殊味道，导管丰富，为
散孔材。黄顶菊秸秆的整体构造如图 1 所示，髓心
构造及横切面如图 2 所示。
图 1 黄顶菊秸秆整体构造
图 2 黄顶菊秸秆髓心构造及横切面
2. 2. 2 黄顶菊秸秆微观构造分析
通过观察切片可以看出导管在横切面上为圆形
或卵圆形，早材管孔大于晚材管孔，呈星散状分布，
管孔的排列方式有单管孔、复管孔和管孔团，其中单
管孔居多，有少量侵填体，轴向薄壁组织较发达，靠
近髓心部位更为明显。
径切面和弦切面上的纹孔数目均较多，且多为
具缘纹孔。导管与导管之间通过纹孔相连，径切面
纹孔排列多为对列型，偶见互列型，弦切面纹孔排列
为互列型。导管分子间穿孔为单穿孔。
木材的木射线在横切面上呈辐射状，较为丰富。
黄顶菊秸秆的木射线与木材的木射线差别较大，黄
顶菊秸秆的木射线细胞均为直立方型的细胞，且沿
半径方向短小，而木材的射线细胞除上下边缘外沿
半径方向均为细长形细胞，从弦切面观察黄顶菊秸
秆的射线组织为异形Ⅲ型木射线，边缘直立细胞比
非边缘横卧射线细胞高。
经测定黄顶菊秸秆木质部组织比量为:导管
13. 07 %、射线细胞 14. 80 %、木纤维 72. 13 %，从其
木质部组织比量看木纤维含量很高。黄顶菊秸秆微
观构造如图 3 ～ 8 所示。
图 3 黄顶菊秸秆横切面 100x 图 4 黄顶菊秸秆横切面管孔 400x 图 5 黄顶菊径切面 100x
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林 业 机 械 与 木 工 设 备 第 44 卷
图 6 黄顶菊径切面纹孔 400x 图 7 黄顶菊秸秆弦切面 100x 图 8 黄顶菊秸秆弦切面纹孔 400x
2. 3 黄顶菊秸秆的纤维形态分析
黄顶菊秸秆各部位的纤维形态见表 2。
纤维形态主要包括纤维长度、宽度、腔径、双壁
厚、长宽比、壁腔比、腔径比［27］。从表 2 可以看出，黄
顶菊秸秆基部纤维的长度范围为 0. 28 ～ 0. 68 mm，
宽度范围为 9. 26 ～ 25. 07 μm，基部纤维的平均长度
为 0. 45 mm，平均宽度为 17. 84 μm，平均长宽比为
25. 12;中部纤维的长度范围为 0. 32 ～ 0. 88 mm，宽度
范围为 8. 04 ～ 24. 61 μm，中部纤维的平均长度为
0. 51 mm，平均宽度为 15. 77 μm，平均长宽比为
32. 48;上部纤维的长度范围为 0. 28 ～ 0. 74 mm，宽度
范围为 9. 09 ～ 26. 66 μm，上部纤维的平均长度为
0. 48 mm，平均宽度为 16. 57 μm，平均长宽比为
29. 20。通过分析可知，黄顶菊秸秆基部和上部纤维
长度小于中部的纤维长度，基部纤维宽度较大，而中
部的纤维长宽比大于基部和上部的长宽比，但不同
部位的纤维形态较为一致。
表 2 黄顶菊秸秆各部位的纤维形态
编号 序号
纤维长度 /mm
50 个数据平均值 一般
纤维宽度 /μm
50 个数据平均值 一般
长宽比
50 个数据平均值
壁腔比
50 个数据平均值
秸秆 1 基部 0. 45 0. 33 ～ 0. 57 18. 95 12. 93 ～ 25. 07 23. 64 0. 67
中部 0. 53 0. 38 ～ 0. 88 15. 83 10. 22 ～ 21. 84 33. 70 0. 64
上部 0. 48 0. 32 ～ 0. 71 15. 29 9. 09 ～ 24. 54 31. 65 0. 61
秸秆 2 基部 0. 49 0. 35 ～ 0. 68 17. 81 10. 40 ～ 24. 55 27. 55 0. 99
中部 0. 50 0. 35 ～ 0. 74 17. 21 10. 22 ～ 24. 61 29. 27 0. 80
上部 0. 46 0. 28 ～ 0. 64 20. 13 12. 69 ～ 26. 66 22. 13 0. 95
秸秆 3 基部 0. 41 0. 28 ～ 0. 56 16. 77 9. 26 ～ 23. 18 24. 22 0. 79
中部 0. 50 0. 32 ～ 0. 67 14. 28 8. 04 ～ 21. 82 35. 00 0. 74
上部 0. 51 0. 34 ～ 0. 74 14. 29 9. 72 ～ 20. 34 35. 66 0. 88
基部平均 0. 45 17. 84 25. 12 0. 82
中部平均 0. 51 15. 77 32. 48 0. 74
上部平均 0. 48 16. 57 29. 20 0. 75
整体平均 0. 48 16. 73 28. 93 0. 79
纤维的长度分布范围为 0. 28 ～ 0. 88 mm，平均
长度为 0. 48 mm，纤维宽度范围为 8. 04 ～ 26. 66 μm，
平均宽度为 16. 73 μm;纤维的长宽比范围为 22. 13
～ 35. 66，平均长宽比为 28. 93。根据木材国际解剖
学协会纤维长度分级标准:纤维长度大于 1. 6 mm为
长纤维，0. 9 ～ 1. 6 mm 为中等纤维，小于 0. 9 mm 为
短纤维［28］，故黄顶菊秸秆纤维属于短纤维范畴。单
独使用黄顶菊秸秆材料生产纤维板或刨花板可能强
度较低，应与木材等中长纤维材料混合使用才能满
足强度要求。
纤维的壁腔比是衡量纤维原料好坏的依据之
一，壁腔比 2 W/D ＜1 时，为很好的纤维原料;壁腔比
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第 9 期 杜金顺，等:黄顶菊秸秆的化学组分和解剖特性研究
2W/D =1 时，为好的纤维原料;壁腔比 2W/D ＞1 时，
为劣等纤维原料。
黄顶菊秸秆纤维的平均壁腔比范围为 0. 61 ～
0. 99，平均壁腔比为 0. 79，小于 1，为很好的纤维原
料。细胞壁愈厚，细胞腔愈小，纤维本身的强度愈
大，但在热压过程中难以被压缩，造成热压板在厚度
方向上应力释放不完全，可能引起板材反弹或变形
等缺陷。
3 结论
(1)对黄顶菊秸秆原料的化学成分分析表明，黄
顶菊秸秆中各组分的质量分数分别为:灰分 7. 39%、
冷水抽提物 25. 59%、热水抽提物 25. 48%、1%NaOH
抽提物 49. 45%、苯醇抽提物 0. 03%。
(2)对黄顶菊秸秆的宏观和微观构造观察表明，
黄顶菊秸秆的构造特征类似于木材中的阔叶材，具
有丰富的导管、木射线和较发达的轴向薄壁组织，但
组成黄顶菊秸秆的射线细胞与组成木材的木射线细
胞不同，为直立短小的方型细胞。黄顶菊秸秆的细
胞内具有侵填体，纹孔为具缘纹孔。横切面管孔呈
星散状，多为单管孔。从黄顶菊秸秆木质部组织比
量看，木纤维含量很高，达到 72. 13%。
(3)对黄顶菊秸秆的纤维形态研究表明，纤维的
长度分布范围为 0. 28 ～ 0. 88 mm，纤维宽度范围为
8. 04 ～ 26. 66 μm，长宽比分布范围为 22. 13 ～ 35. 66，
壁腔比分布范围为 0. 61 ～ 0. 99。黄顶菊秸秆属于短
纤维植物材料。
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(责任编辑 张雅芳)
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