全 文 ：收稿日期 : 2003204218
基金项目 : 国家重大基础研究“木材结构及化学组成与其品质特性的分子基础 ( G1999016001)”课题和中日合作 (J I2
CA 项目)“中国人工林木材性质研究”项目中部分内容
作者简介 : 秦特夫 (1954 —) ,男 ,湖南沅江人 ,研究员.
林业科学研究　2004 ,17 (1) :47 ～ 53
Forest Research
　　文章编号 :100121498 (2004) 0120047207
杉木、I272 杨主要化学组成的
株内纵向变异研究
秦特夫 , 黄洛华 , 周　勤
(中国林业科学研究院木材工业研究所 ,北京　100091)
摘要 :对杉木和 I272 杨的心、边材的主要化学组成沿树高方向的株内纵向变异进行了研究。主要研
究内容为综纤维素、α2纤维素、半纤维素、木质素、酸溶木质素的含量及综纤维素与木质素的比值变化
等。研究结果揭示了这两个树种的心、边材的主要化学成分在纵向上的变异规律 :杉木和 I272 杨的
心、边材综纤维素和α2纤维素的含量均为边材高于心材 ,但在沿树高方向的纵向变化规律各异 ;杉木、
I272 杨心、边材的半纤维素含量沿着树高方向表现出不同的变化规律 ;杉木木质素在各个树高部位均
为边材高于心材 ,边材木质素含量随着树高的增加逐步降低 ,而心材木质素含量则沿树高方向先增加
然后逐步降低。I272 杨心、边材木质素含量的变化表现各异 ,心材含量随着树高的增加逐步增加 ,边
材则表现为无规律变化 ;杉木、I272 杨心、边材的酸溶木质素含量均沿树高方向逐渐降低 ,但杉木边材
的酸溶木质素含量高于心材 ,而 I272 杨却是心材高于边材 ;综纤维素与木质素的比值在沿树高方向
具有不同的纵向变化规律。
关键词 :杉木 ; I272 杨 ;综纤维素 ;木质素 ;酸溶木质素
中图分类号 :S791126 　S78114 　　　文献标识码 :A
木材的化学成分是影响木材材性和利用的重要因素 ,它不但赋予木材一定的强度和其它
各种物理力学性质 ,而且也是木材资源合理利用的重要部分[1 ,2 ] 。研究木材主要化学组成在
株内的变异性 ,不仅为合理使用木材作为工业原料提供相关的数据 ,也是木材形成过程中化学
组成变化对木材物理力学的影响的相关理论研究的重要参数。
树木从幼龄期到成熟期的生长过程中 ,构成木材的纤维素、半纤维素和木质素等主要化学
物质 ,因其生物合成途径在不同的生长期内 ,会受到树木产生的不同生长激素的影响 ,从而在
其细胞壁组织的分布和含量上都会发生变化。这些变化在宏观上表现为木材的幼龄材和成熟
材在化学含量上的变化 ,以及化学结构上的差异 ,这种差异可以从木质素的化学官能团和化学
键特征的变化上得到体现[3 ] 。国内学者对杉木 ( Cunninghamia Lanceolata (Lamb. ) Hook. ) 和杨
木 ( Populus spp . )的幼龄材和成熟材的化学组成进行了大量的研究[4～7 ] ,但对同一树木纵向各
部位心、边材化学组成的株内变化的研究尚未见报道。研究树木纵向各部位心、边材化学组成
的株内变化 ,对了解木材不同部位的化学性质与物理力学性质都具有重要意义。在同株树木
内 ,在不同树高位置的圆截面上 ,幼龄材与成熟材的比例各不相同 ,其化学组成也不相同。
笔者对杉木 ( Cunninghamia lanceolata (Lamb. ) Hook1)和 I272 杨 ( Populus ×euramaricana (Do2
de) Guineir cv1 I272/ 58)在不同树高部位的心、边材的主要化学成分的变异规律进行了测定 ,以
研究和揭示木材主要化学组成在株内纵向的变异规律和关系。这对进行树木的改良 ,探索影
响木材品质的因素的研究以及木材的高效利用都具有重要的意义。
1 　材料与方法
试验用杉木采自江西省分宜大岗山。I272 杨采自安徽省安庆市。对不同树高部位主要化
学成分研究的取样方法为 :每个树种各取 5 株 ,每株试材分为 4 段 ,截取高度分别为 113、313、
513 和 713 m。在每一木段截取 4 cm 圆盘 1 个 ,按边、心材取样。试样气干后按国家标准制备
成木材化学分析样品。
杉木和 I272 杨的综纤维素、半纤维素、α2纤维素、木质素和酸溶木质素按照国家标准
(GB2677110281 , GB267718281 , GB744289 和 GB10337289) 进行测定 ,其中半纤维素是由综纤维
素扣除α2纤维素后所得。
2 　结果与讨论
树木在生长过程中 ,由于生长年龄的不同 ,不同树高部位心、边材的主要化学组成会有所
差异 ,这种纵向上的差异将会影响到木材的物理力学性质 ,反映在木材材质的不均一性。由于
木材化学组成中各主要成分对赋予木材的物理力学性质具有不同的作用 ,因此研究木材的主
要化学组分的纵向变异规律 ,对系统研究木材物理力学性质的变异规律 ,从理论上揭示木材性
质的成因是一项必要的基础工作。
211 　主要化学组分的纵向变异规律
杉木、I272 杨各 5 株试材在不同树高部位心、边材的主要化学组成的含量平均值和测试结
果的标准偏差见表 1。
从测试结果可见 :杉木和 I272 杨的主要化学成分各项测定指标相对应的标准偏差值没有
显著变化 ,说明 5 株试样的化学组成株间变异不大。
21111 　木材中综纤维素的纵向变异规律　从图 1 中的曲线变化趋势可见 :杉木和 I272 杨的综
纤维素含量在不同树高部位均为边材高于心材。但在树高方向 ,杉木、I272 杨中综纤维素含量
的变化规律却表现出不同的变化规律。杉木的心、边材的综纤维素含量在 113 m 处最低 ,随着
树高部位的增加 ,综纤维素的含量逐渐增加 ,边材在 513 m 处达到最大值后 ,含量逐步降低。I2
72 杨心、边材的综纤维素含量在树高方向的变化规律则与杉木相反 , 综纤维素含量在树高
113 m 处的含量最高 ,随着树高的增加综纤维素的含量逐渐减少。边材在 313 m 处达到最小值
后 ,其含量随着树高的增加略有增加。而心材在 313 m 处达到最小值后 ,综纤维素的含量基本
不随树高的变化而变化。
测定结果表明 :杉木心材综纤维素含量范围在 60155 %～ 60187 %之间 ,变化范围为
0132 %。边材含量范围在 62168 %～ 63177 %之间 ,变化范围为 1109 % ; I272 杨心材含量范围
在 70140 %～ 73124 %之间 ,变化范围为 2184 %。边材含量范围在 72144 %～ 74152 %之间 ,变
化范围为 2108 %。杉木和 I272 杨的心、边材之间在综纤维素含量上的差异均在 2 %左右 ,但 I2
84 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 17 卷
72 杨的变动范围比杉木要大。
表 1 　杉木、I272 杨木材不同部位主要化学组成测试结果
项　　目
杉木树高部位/ m
113 313 513 713 I272 杨树高部位/ m113 313 513 713
综纤维素/ % 心材平均值 60155 60148 60167 60187 73124 70153 70146 70140
标准偏差 1146 1174 1134 0186 1106 1142 1127 1163
边材平均值 62198 63128 63177 62168 74152 72144 72182 72148
标准偏差 1158 1133 0192 1103 0193 0172 0195 1134
α2纤维素/ % 心材平均值 41109 40115 40108 40136 42147 42119 42100 41178
标准偏差 1164 1146 0193 1181 0168 0133 0178 0172
边材平均值 44114 43143 43176 43127 45141 44171 44195 44155
标准偏差 2107 1176 0174 1151 0199 0166 1123 0170
半纤维素/ % 心材平均值 19146 20132 20159 20152 30182 28134 28146 28162
标准偏差 1112 1117 1122 1116 1105 1126 1101 1121
边材平均值 19164 19186 20100 19128 29111 27173 27187 27194
标准偏差 2147 1128 1128 1176 1117 0159 0195 0194
木质素/ % 心材平均值 33187 33196 33186 33178 19196 21109 22125 23112
标准偏差 0144 0147 0145 0154 0175 1157 1102 0187
边材平均值 34131 34116 33197 34109 19174 21166 21100 21184
标准偏差 0123 0133 0133 0124 0161 0163 0189 0199
酸溶木质素/ % 心材平均值 0127 0125 0122 0122 2175 2138 2118 2132
标准偏差 0106 0109 0110 0109 0132 0112 0125 0117
边材平均值 0132 0129 0124 0125 2146 2115 2109 2104
标准偏差 0109 0112 0109 0107 0165 0121 0113 0131
图 1 　杉木、I272 杨不同树高部位心、边材综纤维素含量变化规律
21112 　木材中α2纤维素的纵向变异规律　杉木和 I272 杨在不同树高部位的α2纤维素含量均
为边材高于心材。杉木、I272 杨心、边材在不同树高部位的α2纤维素变化规律见图 2。
94第 1 期 秦特夫等 :杉木、I272 杨主要化学组成的株内纵向变异研究
图 2 　杉木、I272 杨不同树高部位心、边材α2纤维素含量变化规律
在树高方向 ,杉木、I272 杨中的α2纤维素含量均在 113 m 处含量最高 , 杉木心、边材的α2纤
维素含量在 313 m 处达到最低值后 ,随着树高的增加其含量逐渐增加 ; I272 杨边材中α2纤维素
在 313 m 处达到最低值后 ,随着树高的增加其含量逐渐增加 ,而心材中α2纤维素含量则随着树
高的增加其含量逐渐减少。
21113 　木材中半纤维素的纵向变异规律　从图 3 可见 ,杉木和 I272 杨在不同树高部位的半纤
维素含量变化各异。杉木边材的半纤维素含量在树高 113 m 处高于心材 ,但随着树高部位的
增加 ,杉木心材的半纤维素含量逐渐高于边材 ,且随着树高的增加而增加。边材的半纤维素含
量开始随着树高的增加略有增加 ,在树高 513 m 处达到最大值后则明显降低。I272 杨心、边材
的半纤维素含量均在树高 113 m 处最高 ,且心材高于边材。在 313 m 处达到最低值后 ,随着树
高的增加逐渐增加。
图 3 　杉木、I272 杨不同树高部位心、边材半纤维素变化规律
21114 　木质素的纵向变异规律　杉木和 I272 杨在不同树高部位的木质素含量变化各异 (见图
4) 。杉木边材中木质素含量均高于心材。边材木质素含量在树高 113 m 处最高 ,其含量随着
树高部位的增加逐渐减少 ,在 513 m 处达到最小值后又逐渐增高。而杉木心材木质素含量在
树高 313 m 处最高 ,然后随着树高的增加含量逐渐降低。
05 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 17 卷
图 4 　杉木、I272 杨不同树高部位心、边材木质素变化规律
I272 杨心材木质素含量随着树高部位的增加逐渐增加 , 在树高 113 m 处略高于边材 ,然后
随着树高部位的增加呈直线逐步增加。I272 杨边材木质素的含量随着树高的增加却呈现出不
规则变化 ,从 113 m 处逐渐增加 ,在 210 m 处高于心材 , 在 313 m 处达到最大值后逐渐降低 ,在
513 m 处又随树高增加而增加。
21115 　酸溶木质素的纵向变异规律 　图 5 为杉木、I272 杨心、边材不同树高部位酸溶木质素
变化规律。杉木的酸溶木质素含量为边材高于心材 ,含量变化均随着树高部位的增加而降低 ,
在树高达到 513 m 处最低 ,之后心材含量变化趋于稳定 ,边材缓慢上升。I272 杨酸溶木质素心
材含量高于边材 ,也随着树高部位的增加而降低 ,在树高达到 513 m 处时最低 ,之后含量又逐
渐增加。此外杉木心、边材酸溶木质素的含量大大低于 I272 杨。
图 5 　杉木、I272 杨不同树高部位心、边材酸溶木质素变化规律
杉木心、边材酸溶木质素的最大含量为 0127 %和 0132 % ,约占木质素总量的 017 %和
018 %。而 I272 杨心、边材中酸溶木质素的最大含量分别为 2175 %和 2146 % ,约占木质素总量
的 1010 %和 914 %。由此可见 :杉木和 I272 杨木质素具有不同的分子聚合状态 , I272 杨中含有
较多的低聚合度态或分子量较小且具有木质素特征的化合物。
21116 　综纤维素与木质素的比值变化 　图 6 为杉木、I272 杨心、边材在不同树高部位的综纤
维素与木质素的比值变化。
15第 1 期 秦特夫等 :杉木、I272 杨主要化学组成的株内纵向变异研究
图 6 　杉木、I272 杨的心、边材的综纤维素与木质素比值变化
从图 6 中可见 :杉木心材的比值在不同高度均低于边材 ,且沿着纵向具有不同的变化规
律。在 113 m 到 313 m 处心材的比值曲线略有下降 ,但从 313 m 处之后曲线缓慢上升 ,但基本
上是一条平行曲线。这表明杉木心材的综纤维素与木质素之间的含量变化在纵向上没有太大
的变化。杉木边材从 113 m 处开始其比值就随着树高的增加逐步增加 ,在 513 m 处达到最大
之后开始回落。表明杉木边材的综纤维素与木质素之间的含量变化在纵向上有较大的变化 ,
其原因为树木边材中的木质素含量在树高为 513 m 前是呈下降趋势。
I272 杨心、边材不同树高部位的综纤维素与木质素比值与杉木一样 ,同样是心材高于边
材。但沿着纵向的变化具有与杉木不同的变化规律 ,其比值都是随着树高部位的增加而逐步
降低。这与 I272 杨中木质素含量随着树高的增加逐步增加有关。
3 　结论
(1)杉木、I272 杨综纤维素和α2纤维素的含量均为边材高于心材 ,但在沿树高方向的纵向
变化规律各不相同。杉木心、边材的综纤维素在 113 m 处含量最低然后随着树高的增加逐步
增加。而 I272 杨心、边材的综纤维素含量在 113 m 处含量最高 ,然后随着树高的增加逐步降
低。两个树种心、边材的α2纤维素的纵向变化规律基本相同 ,均随着树高的增加逐步降低。
(2)杉木、I272 杨心、边材的半纤维素含量沿着树高方向表现出不同的变化规律。杉木心、
边材的半纤维素含量随着树高的增加逐渐增加 ,在 513 m 处达到最高后开始降低。而 I272 杨
心、边材的半纤维素含量在 113 m 处最高 ,在 313 m 处达到最低后其含量沿树高方向略有
增加。
(3)杉木木质素在各个树高部位均为边材高于心材 ,边材木质素含量随着树高的增加逐步
降低 ,而心材木质素含量则沿树高方向先增加然后逐步降低。I272 杨心、边材木质素含量的变
化表现各异 ,心材含量随着树高的增加逐步增加 ,边材则表现为无规律变化 ,先增加然后降低 ,
达到一定的树高部位后又有所增加。
(4)杉木、I272 杨心、边材的酸溶木质素含量均沿树高方向逐渐降低。两树种的差异为 :杉
木边材的酸溶木质素含量高于心材 ,而 I272 杨却是心材高于边材。
(5)杉木、I272 杨心、边材综纤维素与木质素比值的在沿树高方向具有不同的纵向变化
规律。
25 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 17 卷
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Studies on Longitudinal Variation of Main Chemical Compositions
in Chinese2f ir and Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 Trees
QIN Te2f u , HUANG Luo2hua , ZHOU Qin
(Research Institute of Wood Industry , CAF , Beijing 　100091 ,China)
Abstracts :The longitudinal variation of main chemical compositions in the heartwood and sapwood of Chinese fir
and Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 were studied. The holocellulose , α2cellulose , lignin , acid2soluble
lignin , and the ratio of cellulose to lignin were investigated. The results showed that the contents of holocellulose
and cellulose in both Chinese fir and Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 were higher in the sapwood than in the
heartwood , but differet in logitudinal direction of the woods. The variability pattern for the content of hemicellu2
lose in the sapwood and the heartwood of both Chinese fir and Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 was different ;
the content of lignin for Chinese fir was higher in the sapwood than in the heartwood , the content of lignin be2
came lower in the sapwood and increased in beginning then stepped up with the tree part being higher. The vari2
ability pattern for the content of lignin in the sapwood and the heartwood of Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58
was also different . The content of acid2soluble lignin became lower in the sapwood and heartwood of both Chinese
fir and Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 with the tree part being higher. The content of acid2soluble lignin was
higher in the sapwood than in the heartwood for Chinese fir , but the content of acid2soluble lignin was higher in
the heartwood than in the sapwood for Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58. The variabilities for the ratio of holo2
cellulose to lignin follow different patterns in the longitudinal direction.
Key words :Chinese fir ; Poplar ×euramaricana cv. I272/ 58 ;cellulose ;lignin ;acid2soluble lignin
35第 1 期 秦特夫等 :杉木、I272 杨主要化学组成的株内纵向变异研究