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4种福建乡土竹种的纤维形态分析



全 文 :2010 年 7 月 防 护 林 科 技 Jul.,2010
第 4 期(总 97 期) Protection Forest Science and Technology No. 4(Sum No. 97)
文章编号:1005 - 5215(2010)04 - 0021 - 02
收稿日期:2010 - 04 - 15
基金项目:福建省科技厅科研重点项目(2007N0021),
国家林业局南方山地用材林培育重点实验室资助项目
作者简介:郑蓉(1972 -),女,福建莆田人,博士,高级
工程师,主要从事竹类研究 .
4 种福建乡土竹种的纤维形态分析
郑 蓉,刘晓晖,廖鹏辉,郑维鹏
(福建省林业科学研究院,福建 福州 350012)
摘 要:对 4 年生大木竹、椽竹、苦绿竹、橄榄竹的纤维长度、纤维宽度进行了显微观测与分析,结果表明,4 个竹种
的平均纤维长度为 2. 12 ~ 2. 58 mm,属略长至甚长纤维范畴,平均纤维宽度在 11. 69 ~ 12. 75 μm,各竹种的纤维长
宽比为 160 ~ 220,均适用于制纸原料。纤维形态在竹秆的不同部位存在着差别,在纵向上,竹材中部的纤维较长,
基部次之,顶部居三,而纤维宽度为基部 >中部 >顶部;在径向上,纤维长度为内部 >外部,而纤维宽度的差异不明
显。
关键词:大木竹;椽竹;苦绿竹;橄榄竹;纤维形态
中图分类号:S795 文献标识码:A
Fiber Morphology of 4 Species of Native Bamboo in Fujian Province
ZHENG Rong,LIU Xiao-hui,LIAO Peng-hui,ZHENG Wei-peng
(Fujian Academy of Forestry Science,Fuzhou 350012,Fuzhou,China)
Abstract:The fiber length & width were microscopic observed in 4-year-old culms of Bambusa wenchouensis,Bambusa texti-
lis,Dendrocalamopsis basihirsuta & Acidosasa gigantea. Result shows the average fiber length of 4 bamboo species which are
slightly long to very long,being 2. 12-2. 58 mm;the fiber width is 11. 69-12. 75 μm,the ratio of length and width are 160-
220,so 4 bamboo species are applied to paper materials. There are changes in different parts of bamboo culms. In vertical,
the fiber length was middle > bottom > top,the width was bottom > middle > top. In radial,the fiber length is inside > out-
side,the width is not significantly different.
Key words:Bambusa wenchouensis;Bambusa textilis;Dendrocalamopsis basihirsuta;Acidosasa gigantea;fiber morphology
中国是纸张生产、消费和进口大国,中国纸制品
生产量和消费量均居世界第 2 位,已成为世界造纸
工业大国[1]。目前我国木材资源无法满足生产的
要求,大量的纸浆需要靠进口。随着世界森林资源
的减少和环境保护意识的加强,限制木材出口的国
家将越来越多,这将导致木质纤维的匮乏,因此利用
非木质纤维为原料将是我国造纸业的一个发展趋
势。在众多的非木材纤维原料中,竹子是很好的造
纸原料,它生长快、周期短,减轻造纸产业对木材原
料需求的压力。竹材纤维细长,纤维素含量高,更弥
补我国目前中高档纸浆的供应缺口,同时有利于我
国现行生态保护策略[2,3]。然而,国内竹资源利用
模式比较单一,主要是毛竹、慈竹、绿竹、撑绿竹等少
数经济竹种的利用,随着竹产业的迅速发展,竹原料
供需矛盾也日趋突出。
大木竹、椽竹、橄榄竹、苦绿竹等竹种属福建省
乡土竹种,具有生态适应性强、生长快、产量高等特
点,在福建省较大范围内分布,如将其作为竹材加工
业的原料来源,不仅能发挥区域资源的优势,而且可
缓解福建省竹产业的原料供需矛盾。造纸业中,纤
维原料的形态指标与纸张的性能有密切的关系,一
定范围内,细而长的纤维能增加纸张强度、耐折度和
耐破度[4,5]。为此本文对这些竹种开展纤维形态分
析,探讨各竹种在纤维原料上的应用可行性,旨在为
区域优良竹种的合理利用提供参考。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
1. 1. 1 原料 研究竹种包括:大木竹(Bambusa
wenchouensis),箣竹属,单竹亚属,样品采自福建省
连江县;苦绿竹(Dendrocalamopsis basihirsuta),绿竹
属,椽竹(Bambusa textilis var. fasca),箣竹属,橄榄
竹(Acidosasa gigantea),样品采自福建省邵武市。
1. 1. 2 主要试验设备 显微摄像机(DH -
HV1303UC),珠海华伦造纸科技有限公司;XWY 多
DOI:10.13601/j.issn.1005-5215.2010.04.018
功能纤维测量系统(版本:3. 0. 0. 2,摄像机:DH -
HV1303UC),珠海华伦造纸科技有限公司;数显恒
温水浴锅(HH - 4),国华电器有限公司;电子精密
天平(PL203 /01),梅特勒 -托利多仪器(上海)有限
公司。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 样品采集与保管方法 选择具代表性的竹
种样品采集区,根据竹子的生物学特性,选择可采伐
收获的 4 年生竹材作试验用材[6,7]。采伐 4 年生平
均竹,采集后的竹材放置于阴凉通风处进行自然干
燥,当竹材含水率达到 12% ~ 15%时,选择没有变
色、开裂、腐朽和虫蛀做试验原料[8]。
1. 2. 2 测定分析方法 按照 4 年生竹材的不同竹
种、不同部位分别截取长 3 cm的竹环 2 ~ 3 个,竹材
纵向分取基部(距地 0. 3 m)、中部(秆高 1 /2 处)、顶
部(秆高 2 /3 处),径向取胸高处内、外侧(去除竹
青、竹黄部分),将各竹环切成火柴杆大小的细条并
混合均匀,取 1 /4 作为试样,采用硝酸—氯酸钾法离
析成离散纤维状[9,10],然后用 XWY 多功能纤维测
量系统,每个样品每个部位分别观察 80 ~ 100 根,测
定项目包括纤维长度、纤维宽度、纤维长宽比等,求
算平均值。
2 结果与分析
2. 1 竹种纵向部位纤维形态的分析
试验对 4 个竹种的 4 年生竹材纵向不同部位进
行纤维长度、纤维宽度的测定,结果见表 1。
表 1 竹种纵向部位纤维长度、宽度、长宽比
竹种 部位 纤维长度(mm)纤维宽度(μm) 纤维长宽比
大木竹
基 2. 32 12. 64 183
中 2. 50 11. 37 220
顶 2. 13 11. 18 191
平均 2. 32 11. 73 198
邵武苦绿
基 2. 03 12. 15 167
中 2. 36 11. 86 198
顶 1. 98 11. 05 179
平均 2. 12 11. 69 181
邵武椽竹
基 2. 48 13. 68 181
中 2. 71 12. 5 217
顶 2. 18 11. 23 194
平均 2. 46 12. 37 197
邵武橄榄
基 2. 67 13. 33 200
中 2. 72 12. 88 211
顶 2. 34 12. 04 194
平均 2. 58 12. 75 202
毛竹[14]
一般 1. 23 ~ 2. 71 12. 3 ~ 19. 6
平均 2. 0 16. 2 123
纤维长度是造纸用材树种适宜性评价的重要指
标[11]。由表 1 可知,竹材的纤维长度、宽度因竹种
不同而存在着差异,4 个竹种的平均纤维长度为
2. 12 ~ 2. 58 mm,平均纤维宽度为 11. 69 ~ 12. 75
μm。其中,苦绿竹的纤维长度位于 1. 5 ~ 3. 2 mm之
间,平均长度为 2. 12 mm,根据纤维长度等级分类标
准[12],属于略长纤维;大木竹、椽竹和橄榄竹的纤维
长度位于 1. 6 ~ 3. 5 mm 之间,平均长度分别为
2. 32、2. 46、2. 58 mm,均属于甚长纤维。而橄榄竹
纤维宽度平均值最大(12. 75 μm),苦绿竹最小,竹
种纤维宽度的最大与最小值之差仅 1. 06 μm。
纤维形态不仅因竹子种类而异,同一竹种在竹
秆纵向上的纤维形态也有差别,就纤维长度而言,各
竹种均以竹秆中部的纤维较长,基部次之,顶部居
三;竹种纤维宽度的变化为基部 >中部 >顶部。
研究指出,造纸原料的纤维长宽比要求大于
30,且愈大对制浆适宜度愈有利[13]。纤维长宽比大
的竹材,其撕裂性和强固性较好,宜作优质造纸原
料。本试验结果表明,大木竹、椽竹、苦绿竹、橄榄竹
的纤维长宽比在 160 ~ 220 之间,远超过制浆纤维长
宽比大于 30 的要求,均适用于制浆造纸原料,尤其
以橄榄竹纤维长宽比值最大。但 4 个竹种在纵向部
位的纤维长宽比变化,以中部值较大,基部与顶部值
变化趋势不明显。
2. 2 竹种径向部位纤维形态分析
试验选择 4 年生竹材胸高处的竹环,去竹黄、竹
青后,按壁厚平均分成内、外两部分,测定纤维长度、
纤维宽度,计算纤维长宽比,结果见表 2。
竹种在径向部位纤维形态变化规律:纤维长度
内部 >外部,但内、外部的纤维宽度差异并不大,因
此纤维长宽比变化规律不明显。其中,大木竹、苦绿
竹、橄榄竹径向部位的纤维长度以内部大、外部小的
变化趋势,与毛竹相比,纤维长度是中部大而两侧
小[15]的结果相符,而椽竹则外部 >内部,可能受到
其竹壁厚度较薄的影响,内外的差异不易区分;比较
径向内外部的纤维宽度,大木竹的纤维宽度外部 >
内部,橄榄竹内部 >外部,而苦绿竹、椽竹的宽度值
差异不明显。
表 2 竹种径向部位纤维长度、宽度、长宽比
竹种 部位 纤维长度(mm)纤维宽度(μm) 纤维长宽比
大木竹
内 2. 41 12. 56 192
外 2. 13 13. 03 163
邵武苦绿
内 2. 14 11. 55 185
外 1. 96 11. 33 173
邵武椽竹
内 2. 23 12. 77 175
外 2. 43 12. 8 189
邵武橄榄竹
内 2. 56 13. 41 191
外 2. 49 12. 24 203
毛竹[15]
外侧 2. 025 12. 3 165
中部 2. 475 14. 0 177
内侧 2. 250 14. 0 161
3 小结与讨论
本试验研究结果表明,4 个竹种(下转第 26 页)
22 防 护 林 科 技 2010 年
俄 2、俄 6、唐古特白刺(甘肃种源)、宁夏枸杞
(通榆种源)的苗木保存率表现为先增加后减少,俄
5、齿叶白刺和 3 种柽柳的保存率是随着土壤含盐碱
量的增加而增加,说明这些树种比较适应高土壤含
盐碱地块。
以 3 个浓度的成活率和保存率都能大于 60%
为条件,在考虑多重比较,筛选出 5 个比较耐苏打盐
碱土的植物种质,分别为西伯利亚白刺(通榆种
源)、齿叶白刺、甘蒙柽柳、甘肃柽柳和多枝柽柳。
3 结论
3. 1 通过田间试验表明,1 年生白刺苗不适合在弱
盐碱土壤条件下生长。
3. 2 以成活率和保存率都大于 80%为条件,选出
甘蒙柽柳、甘肃柽柳、多枝柽柳、甘肃沙枣、血杞、杞
柳、白林 85 - 68 柳、白林 85 - 70 柳为较适应弱盐碱
土壤条件的植物种质。
3. 3 白榆家系在弱盐碱土下试验表明,河南这 9 个
1 年生种源苗在吉林白城长势都较好,可以考虑在
土壤含盐量低的地块下种植。
3. 4 在中等土壤含盐量下,白榆 57、72、212、216、
8033 家系,沙枣、白蜡、杜梨、甘蒙柽柳、甘肃柽柳、
多枝柽柳、西伯利亚白刺(通榆种源)和齿叶白刺的
成活率和保存率都能达到 60%以上,较适合在中度
苏打盐碱土上生长。
3. 5 从成活率和保存率的角度考虑,甘蒙柽柳、甘
肃柽柳、多枝柽柳、西伯利亚白刺(通榆种源)、齿叶
白刺适合在高浓度土壤含盐碱量下(光板地)种植。
3. 6 苗木的存活率和保存率这 2 个指标在不同土
壤含盐量下差异显著或极显著。
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(上接第 22 页)的纤维长度、宽度因竹种而不同,这
与前人研究一致[15,16]。竹秆纵向的纤维长度:中部
>基部 >顶部;纤维宽度:基部 >中部 >顶部。各竹
种的纤维长宽比均远大于 30,满足制浆造纸对纤维
长宽比的要求,属优质的制浆纤维及制竹纤维的原
料,尤其橄榄竹具有较大的纤维长度、纤维长宽比。
大木竹、椽竹、苦绿竹作为福建省乡土丛生竹,
在全省范围内广泛分布,特别在闽北、闽中生长良
好,具生态适应性强、生物产量较大的优势,因此在
保护竹种多样性的同时,充分利用区域的资源优势,
可以考虑作为发展浆用竹种的备选材料。橄榄竹属
散生竹,生于缓坡地或山坡林地,耐一定程度的阴湿
或干旱,从低海拔到高海拔都有分布,不仅观赏性
强,而且适应环境能力、繁殖能力也较强,也是优质
纸张的备选原料。由于年龄对竹材形态指标的影
响,结合竹子生长特性,3 年生以上的丛生竹孕笋成
竹能力开始下降,而橄榄竹为散生竹,3 ~ 4 a以后发
笋能力也有所下降,因此,在纤维用竹原料林经营
中,用于制浆纤维的竹原料采伐年龄,应选择在竹材
最短成熟期(3 ~ 4 a)进行利用,才能更经济有效提
高竹材利用率。竹材作为制浆原料的评价除与纤维
长度、宽度等有关外,还应综合纤维含量、化学成分
等因素,因此需进一步从多角度综合分析评价。
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