松脂增脂劑研究進(jìn)展

林 旭，王瑞苓，劉祥義，吳春華,，陸順忠

（1.西南地區(qū)林業(yè)生物質(zhì)資源高效利用國家林業(yè)和草原局重點實驗室 西南林業(yè)大學(xué)，云南昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，云南昆明 650224；3.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，云南昆明 650224；4.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002）

松脂是松科（Pinaceae）植物或同屬植物木材中分泌的樹脂，為無色透明的粘性液體，其加工得到的松香、松節(jié)油是重要的化工原料[1-2]，廣泛應(yīng)用于制皂、造紙、涂料、粘合劑、橡膠、食品、電氣、醫(yī)藥和農(nóng)藥等領(lǐng)域[3-8]。松香、松節(jié)油產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)俏覈之a(chǎn)化工的支柱產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，2018年產(chǎn)值達(dá)到150億人民幣，占據(jù)全球松香產(chǎn)業(yè)重要地位[9]。采集松脂是松香、松節(jié)油產(chǎn)業(yè)鏈最重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)為勞動密集型，單次采脂量決定著勞動成本。采脂時，松脂中的二萜酸化合物會使傷口閉合，導(dǎo)致采脂量下降，勞動成本增加。采脂期內(nèi)每月定期在新鮮采割面噴灑增脂劑，可使采脂年產(chǎn)量增加15%～25%。增脂劑的作用主要表現(xiàn)為延長流脂時間，加快流脂速度，增加全年可供采脂天數(shù)，延長采脂年限，降低勞動強(qiáng)度，提高勞動效率，改變松樹低產(chǎn)情況，刺激松樹生長[10]。

近年來，由于松脂價格不斷上漲，使得天然林采脂強(qiáng)度過高，采脂林分盲目擴(kuò)張，不利于區(qū)域林業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。為實現(xiàn)松脂經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的采脂特種林，研制新的采脂增脂劑，改進(jìn)采脂工藝，可提高采脂勞動生產(chǎn)率[11]，對于保護(hù)松樹資源、提高松脂產(chǎn)量、促進(jìn)松香和松節(jié)油產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有指導(dǎo)作用。本綜述主要討論增脂劑的研究進(jìn)展，旨在為高效增脂劑的進(jìn)一步研究提供參考和理論依據(jù)。

1 化學(xué)增脂劑

化學(xué)增脂劑是指硫酸、亞硫酸紙漿廢液、硝酸、醋酸和氫氧化鉀等酸堿水溶液，可腐蝕割口，殺死細(xì)胞擴(kuò)大樹脂道口或刺激泌脂細(xì)胞延長流脂時間[12]。單獨使用這類增脂劑的增脂效果好。此外，可把鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）和釹（Nd）等稀土類元素以及鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）和銅（Cu）等微量元素溶解到強(qiáng)酸溶液中，以提高松樹生理活性，促進(jìn)松樹的生長。李萃昇[13]應(yīng)用稀土溶液（固形物中鑭10.5%、鈰18.46%、鐠1.9%、釹6.6%和其他元素0.77%）對濕地松（Pinus elliottii）產(chǎn)脂進(jìn)行研究，與涂抹天然水相比，噴涂0.5%、1%和2%稀土溶液的濕地松松脂產(chǎn)量分別提高了24.89%、21.93% 和25.08%。陳金明[14]將pH 3.5 ～5.0 的化學(xué)增脂劑施用于馬尾松（Pinus massoniana），全年采脂時間增加30 天，采割年限延長2 ～3年，松脂增產(chǎn)13.3% ～36.1%。郭志文等[15]采用濕地松皮層橫割采脂新技術(shù)，配合施用化學(xué)增脂劑，每個月可以少割2 ～3刀，松脂增產(chǎn)13.3% ～36.1%，較好地保護(hù)了松林資源，提高了勞動效率，節(jié)約和保護(hù)了采脂資源。

劉海倉等[16]自1996年起開始應(yīng)用增脂劑進(jìn)行采脂，發(fā)現(xiàn)施用增脂劑能提高松脂產(chǎn)量、減少樹體受傷害程度以及保護(hù)松樹資源。陳定國等[17]對松樹增脂劑施用效果進(jìn)行統(tǒng)計，表明科學(xué)施用增脂劑可增產(chǎn)20% ～35%，南方可采單株松樹（胸徑20 cm）年均增產(chǎn)0.5 ～0.7 kg，每公頃增產(chǎn)375 kg，同時可使松樹生長更好；1996年全國共推廣增脂劑采脂面積6 000 hm2，增產(chǎn)松脂2 250 t，新增產(chǎn)值720 萬元；新增松香1 688 t、松節(jié)油270 t，新增產(chǎn)值1 114 萬元；增加松脂、松香和松節(jié)油利稅715 萬元。蔡兵等[18]采用本底產(chǎn)量與處理產(chǎn)量進(jìn)行對比，通過4 個月的試驗證明，增脂劑對濕地松和火炬松（Pinus taeda）具有顯著增脂效果，濕地松和火炬松增產(chǎn)率分別達(dá)18.4%和20.8%，且施用時間與增產(chǎn)率成正比。陳宏建等[19]在馬尾松、濕地松采割前使用松樹增脂劑，使馬尾松、濕地松的松脂增產(chǎn)分別達(dá)24.0% 和28.7%。劉祥義等[20]采用割面噴施增脂劑（硝酸稀土稀溶液），對思茅松（Pinus kesiyavar.langbianensis）開展連續(xù)4 個月的增脂試驗，發(fā)現(xiàn)增脂劑使松脂增產(chǎn)28.6%，還可延長流脂時間以及增加松脂含油率。關(guān)義軍等[21]對馬尾松噴涂增脂劑，表明施用增脂劑能增加松脂產(chǎn)量、增強(qiáng)松樹的生理活性、促進(jìn)樹體對養(yǎng)分的吸收、加快營養(yǎng)成分的運轉(zhuǎn)、增強(qiáng)松樹的抗逆能力，使松樹生長茂盛，實現(xiàn)松脂長周期豐產(chǎn)；施用后可3 ～4 天不必采脂，節(jié)約勞動力10%以上，松脂平均增產(chǎn)24.4%。這些研究表明，不同的化學(xué)增脂劑對不同的樹種增脂效果不同，相同的化學(xué)增脂劑對不同的樹種增脂效果也不同。

張帥等[22]以馬尾松為研究對象，采用“V”字型下壓法采脂（割面負(fù)荷率45%），研究不同酸堿度溶液、植物礦物質(zhì)營養(yǎng)溶液和增脂劑對松脂產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，施用植物礦質(zhì)營養(yǎng)溶液（硝態(tài)氮13%、CaO 12.5%、MgO 8.7%、B 0.1%、Zn 0.2%、Cu 0.011%和醇糖聚合Q 因子14%），產(chǎn)脂量在第一個月和第二個月分別提高22.8%和24.3%；施用NaOH 溶液（pH = 10.5），產(chǎn)脂量在第一個月和第二個月分別提高19.7%和47.1%；施用不同pH 醋酸溶液，產(chǎn)脂量在第二個月分別提高28.1%（pH = 3）和20.6%（pH =5），第一個月時，對馬尾松產(chǎn)脂量影響不大。噴施不同酸堿度溶液，第二個月的產(chǎn)脂量優(yōu)于第一個月，可能是樹脂道分泌細(xì)胞在酸性或堿性溶液刺激下，分泌與產(chǎn)脂有關(guān)的酶或激素，在施藥后的1 ～2個月內(nèi)逐漸積累，也可能是樹脂道分泌細(xì)胞或其他組織細(xì)胞在施藥后1 ～2 個月內(nèi)使H+、OH-逐漸積累，最后改變細(xì)胞的pH，從而影響細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)性和選擇性，加快樹脂道內(nèi)松脂的合成和輸送。洪院生等[23]對濕地松噴涂化學(xué)增脂劑，與常規(guī)采脂比較，施用化學(xué)增脂劑不僅能提高松脂產(chǎn)量（3年平均提高13%），還能促進(jìn)松樹生長，胸徑生長14.4%，樹高生長10.1%，材積生長12.7%，減輕了采脂對樹木生長的影響。這些研究表明營養(yǎng)性的化學(xué)增脂劑不僅能提高松脂產(chǎn)量，還能促進(jìn)松樹生長。

目前研究的化學(xué)增脂劑大多呈酸性或者堿性，增脂率達(dá)13%以上，增脂效果好，能延長松樹流脂時間，使用硫酸或硫酸軟膏增脂，可能會對樹木產(chǎn)生不同程度的損害，只適用于松樹采伐前1 ～3年密集采脂時使用。加入微量元素或稀土元素的營養(yǎng)型增脂劑，能夠促進(jìn)松樹的生長，增強(qiáng)松樹的抗逆性，延長松樹采脂年限。關(guān)于化學(xué)增脂劑增脂的機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

2 生物增脂劑

生物增脂劑多為植物生長激素，可促進(jìn)松樹生長，提高松樹生理活性，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，增強(qiáng)光合作用，加快營養(yǎng)物質(zhì)運轉(zhuǎn)，增強(qiáng)抗逆能力，促進(jìn)松樹生長和松脂的生成，實現(xiàn)松脂長周期生產(chǎn)。從上世紀(jì)八十年代開始，釋放乙烯化合物的2-氯乙基膦酸（乙烯利，CEPA）被普遍應(yīng)用于商業(yè)增脂劑中[24]。代表性的生物增脂劑主要有CEPA、α-萘乙酸（NAA）、蕓苔素內(nèi)酯和生長素等（圖1）[25]。生物增脂劑還可與化學(xué)增脂劑配合使用，提高增脂效果。

圖1 幾種生物增脂劑的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure formula of some biological tapping irritant agents

劉大椿等[11]針對不同樹齡的濕地松，在不同的氣候條件下使用由植物生長調(diào)節(jié)劑、食品級色素、溶劑和滲透劑組成的多種刺激劑，與傳統(tǒng)的采脂工藝相比，采脂工人的勞動效率、資源利用率和采脂林綜合經(jīng)濟(jì)效益都提高100%以上。陳舜耳等[26]在馬尾松和華山松（Pinus armandii）的采脂試驗中運用植物生長刺激素NAA，側(cè)溝增脂40% ～70%。朱際善等[27]篩選出采脂刺激劑三十烷醇、磷酸二氫鉀和NAA 及其最佳使用濃度，三十烷醇、NAA 和磷酸二氫鉀的最佳濃度為0.5、200 和300 ppm，可分別使松脂增產(chǎn)44%、43%和35%，這3 種刺激劑增產(chǎn)效果均較好，對松脂質(zhì)量無不良影響，適合作為中長期采脂的增脂劑。Rodrigues等[28]研究不同季節(jié)和不同生物增脂劑（酵母抽提物、水楊酸、生長素、百草枯）對松脂產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)松脂產(chǎn)量在春季和夏季較高，冬季較低（低溫會導(dǎo)致松脂產(chǎn)率下降），但冬季施用增脂劑效果顯著，松脂產(chǎn)量提高20%；酵母抽提物對增脂無效果，水楊酸和生長素則能誘導(dǎo)松脂生產(chǎn)，兩者可以替代CEPA 產(chǎn)生同量的樹脂，表明在產(chǎn)脂過程中分子的作用相似或互補；百草枯在油樹脂生產(chǎn)中可作為一種催化劑，通過形成氧化化合物破壞活木質(zhì)部薄壁細(xì)胞的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，最大限度地延長割口愈合，促進(jìn)產(chǎn)脂。Neis 等[29]研究了環(huán)境因子和生化效應(yīng)因子（萜烯合成酶的金屬輔助因子、苯甲酸和植物生長調(diào)節(jié)劑）對成年濕地松產(chǎn)脂量的調(diào)控作用，首次發(fā)現(xiàn)苯甲酸和生長素、NAA 單獨使用時可促進(jìn)松脂流出，這兩種試劑的成本較低，而且對環(huán)境和健康影響較小。

生物增脂劑對松脂增脂具有明顯的效果，對松脂質(zhì)量無不良影響，成本低、無毒、無藥害，使用安全、方便，適合中長期使用；還可加強(qiáng)樹木生理機(jī)能，促進(jìn)松脂分泌和采脂林木生長，增加材積，提高林地綜合經(jīng)濟(jì)效益。研究者可進(jìn)一步探尋價格低廉、增脂效果好的增脂劑，并對生物增脂劑的增脂作用機(jī)理進(jìn)行深入研究。

3 復(fù)合增脂劑

復(fù)合增脂劑就是利用兩種或兩種以上的化學(xué)增脂劑或生物增脂劑復(fù)合施用，其增脂效果一般比單獨施用一種增脂劑的效果好。李仲訓(xùn)等[30]研究CE?PA、尿素、NAA 和碳酸氫銨等組合成的23 種增脂劑的效果，發(fā)現(xiàn)NAA、尿素、CEPA 和磷酸二氫鉀組成的復(fù)合增脂劑效果最好，松脂產(chǎn)量可提高28.5%，長期施用產(chǎn)量穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益可提高25.7%；該增脂劑還可加強(qiáng)樹木生理機(jī)能、促進(jìn)林木生長，使材積年均生長量提高7.7%、林地綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)提高22.3%。Mcreynolds 等[31]在兩個生長季節(jié)對濕地松和長葉松（Pinus palustris）進(jìn)行研究，測試呋喃甲基腺嘌呤、CaCl2和Ca(NO3)2等13 種化學(xué)添加劑與濃度為53%硫酸組成的復(fù)合增脂劑的效果；結(jié)果表明，只有添加CEPA 能顯著提高松脂產(chǎn)量；硫酸濃度降為25%，并添加2.5%或5.0%的CEPA，可獲得最高的松脂產(chǎn)量；21 ～23年生的濕地松使用25% 硫酸+ 5% CE?PA，松脂可增產(chǎn)36%；樹齡超過60年的長葉松，使用25%硫酸+2.5%CEPA，松脂可增產(chǎn)65%；單獨使用CEPA，松脂的產(chǎn)量隨著CEPA 濃度的增加而增加，但都比單用硫酸低20%左右，原因是CEPA 可在硫酸中釋放CEPA有效成分乙烯阻礙產(chǎn)量增加。

Rodrigues 等[32]用CEPA 和硫酸組成的增脂劑及添加不同濃度生長素、百草枯、酵母提取物、水楊酸溶液的增脂劑對巴西南部28年生濕地松進(jìn)行噴涂。結(jié)果表明，添加酵母提取物的增脂劑與CEPA和硫酸組成的增脂劑相比，松脂產(chǎn)量相當(dāng)；使用添加百草枯的增脂劑，松脂產(chǎn)量較低，與不使用增脂劑相當(dāng)；添加10 mmol/L（產(chǎn)脂量3.2 kg/樹/年）或100 mmol/L 水楊酸（產(chǎn)脂量2.9 kg/樹/年）的增脂劑與不添加（產(chǎn)脂量2.7kg/樹/年）的相比，產(chǎn)脂量均適度增加；添加1 ppm（產(chǎn)脂量3.1 kg/樹/年）、10 ppm（產(chǎn)脂量3.0 kg/樹/年）或100 ppm（產(chǎn)脂量3.1 kg/樹/年）生長素的增脂劑與不添加（產(chǎn)脂量2.7kg/樹/年）的相比，松脂產(chǎn)量明顯增加。Rodrigues 等[33]研究了添加萜烯合成酶和乙烯受體的金屬離子（Cu2+、Mn2+、Fe2+、K+）的增脂劑對巴西濕地松的增脂效果。結(jié)果表明，將萜烯合成酶和乙烯受體的金屬離子添加到增脂劑中可提高松脂產(chǎn)量40%以上，且不會引起松脂中萜烯組成的變化；鉀離子有相同的增脂效果，可代替增脂劑中昂貴的CEPA。

盧斌等[34]以濕加松（Pinus elliottii×P.oaribaea）為研究對象，使用1 mL/L 的鹽酸溶液、1 mL/L 的KOH 溶液、不同濃度NAA 或蕓苔素內(nèi)酯水溶液噴涂，發(fā)現(xiàn)酸性條件下松脂產(chǎn)量可提高18.5%以上，pH = 9 時產(chǎn)脂量最高，提高了40.9%。原因為酸性溶液可促進(jìn)細(xì)胞壁酸化，使NAA 等植物激素和一些弱酸性有機(jī)物處于非解離狀態(tài)，有利于樹脂分泌細(xì)胞以及伴生薄壁細(xì)胞積累NAA 等植物激素和合成松脂的原料等，提高產(chǎn)脂效率。當(dāng)用堿性溶液處理時，可減緩細(xì)胞壁酸化，抑制細(xì)胞生長和分裂，延緩樹脂傷口愈合，延長流脂時間，提高產(chǎn)脂量。此外，松節(jié)油中的萜烯類化合物可能在堿性條件下不易揮發(fā)、氧化，使松脂不易凝結(jié)，流脂時間長，產(chǎn)量高。不同濃度NAA 和蕓苔素內(nèi)酯對濕加松產(chǎn)脂量的交互作用明顯。單涂蕓苔素內(nèi)酯時，最佳濃度為0.1 mg/L，產(chǎn)量可提高42.9%，單涂NAA 時，最佳濃度為0.05 g/L，產(chǎn)量可提高17.9%，混合噴涂這兩種增脂劑時，高濃度搭配表現(xiàn)出最好的增脂效果，可提高46.7%（表1）。盧斌等認(rèn)為導(dǎo)致這種試驗結(jié)果原因可能是NAA、蕓苔素內(nèi)酯等植物激素影響傷口愈合。不同激素水平對細(xì)胞分裂、生長和分化影響不同，表現(xiàn)為抑制傷口愈合或促進(jìn)傷口愈合；同時，植物激素參與松脂合成、分泌相關(guān)生理調(diào)控。但作者沒有對混合施用化學(xué)增脂劑和生物增脂劑對松脂產(chǎn)脂的影響機(jī)制進(jìn)行探討。

表1 不同濃度的NAA、蕓苔素內(nèi)酯溶液對濕加松產(chǎn)脂量的影響[34]Tab.1 Effects of different concentrations of NAA and brassinolide on resin yield of P.elliottii×P.oaribaea

化學(xué)增脂劑與生物增脂劑復(fù)合施用，效果好于僅施用一種增脂劑，可能是由于兩種增脂劑的作用機(jī)理不同，各自發(fā)揮了最大作用。國內(nèi)外使用化學(xué)增脂劑、生物增脂劑或復(fù)合增脂劑，都能使松脂產(chǎn)量提高（表2）。加入微量元素或稀土元素的營養(yǎng)型化學(xué)增脂劑，能夠促進(jìn)松樹的生長，增強(qiáng)松樹的抗逆性，延長松樹采脂年限。生物增脂劑安全、無毒、無藥害、使用方便，可加強(qiáng)樹木生理機(jī)能，促進(jìn)采脂林木生長和松脂分泌，增脂效果明顯，且對松脂質(zhì)量無不良影響。因此，利用化學(xué)增脂劑和生物增脂劑各自的優(yōu)點，開發(fā)更經(jīng)濟(jì)、有效的復(fù)合增脂劑具有重要的意義。

表2 國內(nèi)外對松脂增脂劑的研究情況Tab.2 Research of tapping irritant agents at home and abroad

續(xù)表2Continued

4 增脂劑研究存在的問題和發(fā)展方向

開發(fā)高效的復(fù)合增脂劑具有良好的應(yīng)用前景，這為松香、松節(jié)油行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條有效途徑。但由于松樹產(chǎn)脂是一個復(fù)雜的生理過程，目前國內(nèi)外研究者大都只是研究化學(xué)增脂劑、生物增脂劑或者復(fù)合增脂劑的增脂效果，很少對增脂機(jī)理進(jìn)行深入研究。增脂劑怎樣作用于松樹，與松樹細(xì)胞中的哪些成分相互作用產(chǎn)生松脂，是松樹的哪個基因控制產(chǎn)脂量，松脂流動的動力學(xué)原理是什么等，都需要科研工作者的進(jìn)一步探索和研究。只有把松樹產(chǎn)脂、增脂機(jī)理研究透徹，增脂劑的開發(fā)才會產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。同時，如何降低成本，采用更加便捷的施用方式，使脂農(nóng)們更能接受增脂劑的使用，也將成為增脂劑研究的重點。