苦楝和香椿木材解剖性質(zhì)研究

宋戀環(huán)，雷福娟，黃耀恒，王軍鋒，龍大軍

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西木材資源培育質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002；2.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545004)

苦楝（Meliaazedarach）為楝科（Meliaceae）楝屬喬木，是廣西主要的傳統(tǒng)家具用材樹種[1]；其耐干旱、耐瘠薄且耐蟲害；其樹形高大，生長迅速，10年生苦楝的胸徑可達(dá)30 cm；其木材紋理美觀[1]。香椿（Toonasinensis）為楝科香椿屬落葉喬木，是廣西鄉(xiāng)土珍貴樹種；其生長迅速，樹干通直，一般10～15年可成材；其抗性強，是石漠化治理及鉛、鎘等土壤重金屬污染修復(fù)的最佳樹種之一；其木材花紋美麗、色澤紅潤且耐腐蝕，在國際市場上享有“中國桃花心木”的美稱[2-3]。隨著國家戰(zhàn)略儲備林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程的推進(jìn)，長周期珍稀樹種和大徑級用材林培育相繼被列入國家和地方的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)重點項目。加快發(fā)展鄉(xiāng)土珍貴樹種已成為滿足社會對木材和林產(chǎn)品多樣性需求的必然要求[4]。

苦楝和香椿是民間四旁綠化和鹽堿地的重要造林優(yōu)良樹種，具有材用、藥用和綠化等作用，發(fā)展?jié)摿薮骩1]。范振富等[2]對香椿人工林和天然林木材纖維形態(tài)和化學(xué)成分進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)香椿人工林的工藝成熟期為10年左右，其木材纖維長度和長寬比均小于天然林，寬度大于天然林；張友元等[5]系統(tǒng)研究貴州關(guān)嶺32年生香椿人工林木材解剖和物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)13年生以后的香椿木材纖維形態(tài)均勻；高瑞龍等[6]測定6～15年生香椿人工林木材的物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其木材密度、干縮性和力學(xué)強度均隨樹齡增加而增大，9年生以后的木材力學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定；繆妙青等[7]測定3 個立地條件下15年生香椿人工林木材的物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其木材密度、順紋抗壓強度、抗彎強度、端面硬度和沖擊韌性均屬于或接近中等，干縮小。前人的研究依據(jù)木材纖維及物理力學(xué)性質(zhì)了解香椿木材的工藝成熟期，但關(guān)于香椿木材管孔、射線和薄壁組織特征及分布形態(tài)方面的研究未見報道。目前對苦楝的研究主要集中在樹皮的化學(xué)成分[8-12]，其木材解剖構(gòu)造及物理力學(xué)性質(zhì)方面的研究鮮有報道。構(gòu)造是決定木材性質(zhì)的主要因素，也決定了木材的加工利用方向[13]。本研究通過對苦楝和香椿木材解剖特征的觀察及指標(biāo)測定，探討其細(xì)胞大小、數(shù)量及排列方式等與木材紋理圖案的關(guān)系及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為苦楝和香椿的培育、開發(fā)與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用材由欽州市潘大木業(yè)有限公司提供?？嚅拖愦粯潺g分別為10 和17年。選取3 根直徑20～25 cm、樹干通直、無明顯缺陷且具有代表性的原木作為試驗用材。木材切片和離析片依據(jù)等距法進(jìn)行取樣，從髓心向樹皮方向分成3等份，每等份1/2處取樣[14]。

1.2 試驗方法

采用水煮法將約為1 cm3木材試樣軟化后，使用滑走切片機（Leica SM2400R）切取厚度約15 μm 的橫切面、弦切面和徑切面3 個切面，經(jīng)番紅染色、乙醇脫水、透明劑透明和封片等工序完成3 個切面的切片制做[15]。

將木材制備成小細(xì)條（約火柴桿大?。?，置入離析液（冰醋酸和30%雙氧水1∶1 比例混合）中，水浴加熱至充分離析后制備離析片[15]。

1.3 觀察和測定方法

采用尼康（Nikon）80i顯微鏡觀察、拍照；采用圖像測量分析軟件（NIS-Elements D3.2）進(jìn)行測量。在離析片上對木纖維的長度、寬度和腔徑進(jìn)行測定，每個試樣分別隨機測量60根纖維；在橫切面切片上對管孔分布密度、射線分布密度和管孔弦徑進(jìn)行測定，每個試樣測量60 次；在弦切面切片上對木射線寬度和高度進(jìn)行測定，每個試樣測量60次。采用橫切面切片測量組織比量，在測量分析軟件上加載網(wǎng)形圖層（100個方格和121個方格交叉點），緩慢移動切片，按順序從左至右、從上至下選定視野拍照保存；采用計點法測得各細(xì)胞組織比量，每個試樣測量30次。分別計算各參數(shù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 解剖構(gòu)造特征

2.1.1 宏觀構(gòu)造特征

苦楝木材邊材為黃白色，心材為黃褐色（圖1a～b）。木材有光澤，無特殊氣味和滋味；生長輪明顯；環(huán)孔材或半環(huán)孔材（圖1c）。早材至晚材略急變。早材管孔中至略大，肉眼下明顯，連續(xù)排列成早材帶，寬2～5 列（多數(shù)4 列）；含紅褐色樹膠。晚材管孔少，甚小至略小，放大鏡下可見至明顯；晚材管孔向生長輪外部逐漸減小。軸向薄壁組織肉眼下可見。木射線稀至中；極細(xì)至中，肉眼下可見；徑切面上射線斑紋明顯（圖1b），弦切面上呈細(xì)紗紋。波痕缺如。

圖1 苦楝木材宏觀構(gòu)造Fig.1 Macro structure of M.azedarach wood

香椿木材邊材為紅褐色或灰紅褐色，心材為深紅褐色（圖2a～b）。木材有光澤，具芬芳?xì)馕?，無特殊滋味；生長輪明顯；環(huán)孔材（圖2c）。早材至晚材急變；早材管孔中至略大，肉眼下甚明顯，連續(xù)排列成早材帶，寬2～3 列（多數(shù)2 列）；含紅褐色樹膠，侵填體未見。晚材管孔略少，甚小至略??；放大鏡下明顯；散生。軸向薄壁組織放大鏡下可見。木射線稀至中；甚細(xì)至略細(xì)，肉眼下可見；徑切面上射線斑紋明顯（圖2b）。波痕缺如。

圖2 香椿木材宏觀構(gòu)造Fig.2 Macro structure of T.sinensis wood

2.1.2 微觀構(gòu)造特征

苦楝木材導(dǎo)管組織比量為27%；導(dǎo)管在早材帶橫切面上，為圓形、卵圓形和橢圓形；每平方毫米5～8 個；最大弦徑382 μm，平均值為232 μm，多數(shù)為171～299 μm；在晚材帶橫切面上，為圓形和卵圓形，略具多角形輪廓；管孔團(tuán)及少數(shù)短徑列復(fù)管孔（2～4個細(xì)胞），管孔排列為斜列，短弦列或波浪形；平均弦徑163 μm，多數(shù)為94～199 μm；侵填體缺如，樹膠豐富；螺紋加厚見于小導(dǎo)管管壁上。導(dǎo)管分子單穿孔，圓形及卵圓形；穿孔板略平行（早材）及略傾斜至甚傾斜（晚材）。管間紋孔式互列，多角形紋孔口內(nèi)含，透鏡形。

香椿木材導(dǎo)管組織比量為23%；導(dǎo)管在早材帶橫切面上，為圓形和卵圓形；每平方毫米5～7個；最大弦徑384 μm，平均值為214 μm，多數(shù)為185～265 μm；在晚材帶橫切面上，為圓形和卵圓形；短徑列復(fù)管孔（2～4 個細(xì)胞）及少數(shù)管孔團(tuán)，管孔分布為散生；平均弦徑91 μm，多數(shù)為40～120 μm；侵填體缺如，含紅色樹膠。導(dǎo)管分子單穿孔，圓形及卵圓形；穿孔板略平行及略傾斜至甚傾斜。管間紋孔式互列，稀疏，卵圓形及橢圓形；紋孔口為透鏡形及裂隙狀，通常斜列。根據(jù)木材解剖特性分級標(biāo)準(zhǔn)[16]，苦楝和香椿木材早材管孔弦徑均稍大（200～300 μm）?？嚅静耐聿墓芸紫覐街械龋?00～200 μm），香椿木材晚材管孔弦徑稍小（50～100 μm）。

苦楝木材軸向薄壁組織（圖3a）的組織比量為12%；呈環(huán)管狀及環(huán)管束狀，在晚材帶常與管孔團(tuán)簇集在一起，與管孔相連呈短弦?guī)?；部分?xì)胞腔內(nèi)含紅色樹膠，菱形晶體較多，分室含晶細(xì)胞可連續(xù)多至20個或以上（圖3b）。香椿木材軸向薄壁組織（圖4a）的組織比量為13%；呈環(huán)管狀及環(huán)管束狀，少數(shù)星散狀；含紅色樹膠；菱形晶體少（圖4b）。

圖3 苦楝木材微觀構(gòu)造Fig.3 Micro structure of M.azedarach wood

圖4 香椿木材微觀構(gòu)造Fig.4 Micro structure of T.sinensis wood

苦楝木材和香椿木材纖維組織比量分別為52%和51%；苦楝木材木纖維長度為748～1 197 μm，平均值為969 μm；香椿木材木纖維長度為729～1 096 μm，平均值為902 μm。根據(jù)木纖維長度分級標(biāo)準(zhǔn)[17]，兩種木材木纖維長度均屬于中等（900～1 600 μm）?？嚅静哪纠w維寬度為16～26 μm，平均值為21 μm；香椿木材木纖維寬度為16～24 μm，平均值為20 μm；兩種木材木纖維寬度均達(dá)到2 級（17～25 μm），均屬于中等[16]?？嚅静哪纠w維長寬比為32.8～62.7，平均值為45.5；雙壁厚為6.8～10.0 μm，平均值為8.6 μm；壁腔比為0.44～0.90，平均值為0.76。香椿木材木纖維長寬比為35.4～58.8，平均值為44.7；雙壁厚為6.0～9.3 μm，平均值為7.3 μm；壁腔比為0.39～0.84，平均值為0.57。兩種木材均屬于薄壁纖維[16]。

苦楝木材木射線非疊生；每毫米2～5 根，組織比量為9%；射線寬43～92 μm（2～7 細(xì)胞），平均值為63.6 μm；高218～559 μm（10～40 細(xì)胞），平均值為351 μm。香椿木材木射線非疊生；每毫米2～6根，組織比量為13%；射線寬42～74 μm（2～5 細(xì)胞），平均值為55.4 μm；高267～588 μm（10～35 細(xì)胞），平均值為426 μm。兩種木材木射線寬度均屬于中等（50～100 μm），高度均屬于極低（<0.5 mm）[16]?？嚅静哪旧渚€組織為異形Ⅲ型（圖3c）；香椿木材木射線組織為異形Ⅱ型及Ⅲ型（圖4c），射線細(xì)胞內(nèi)含豐富的紅色樹膠和晶體（圖4b）。導(dǎo)管與射線間紋孔式類似管間紋孔式。

2.2 紋理圖案應(yīng)用分析

木材紋理是由導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向薄壁組織等解剖分子堆砌、相互交織形成的[16]。細(xì)胞大小、數(shù)量、排列方式和內(nèi)含物及鋸切方向等是影響木材紋理的主要因素。細(xì)胞小且排列整齊的木材，其紋理較細(xì)膩；細(xì)胞較大、種類較多且排列不整齊的木材，其紋理較粗獷[18]。生長輪明顯的木材，由于晚材細(xì)胞比早材小、細(xì)胞壁比早材厚、內(nèi)含物比早材多，在宏觀上表現(xiàn)為晚材顏色比早材深，晚材密度比早材大；弦切面上呈倒“V”字或山水狀花紋，徑切面上呈條狀花紋。苦楝木材為環(huán)孔材或半環(huán)孔材，香椿木材為環(huán)孔材，兩種木材生長輪均明顯，弦切面上呈倒“V”字或山水狀花紋（圖5）。

圖5 弦切面紋理圖案Fig.5 Texture patterns of tangential sections

兩種木材早材管孔弦徑相差不大，苦楝木材早材管孔多數(shù)為4 列；香椿木材早材管孔多數(shù)為2 列?？嚅静脑绮闹镣聿穆约弊?，晚材管孔向生長輪外部逐漸減小；香椿木材早材至晚材急變?？嚅静耐聿墓芸紫覐剑ㄆ骄禐?63 μm）大于香椿木材（平均值為91 μm）。兩種木材相比較，香椿木材結(jié)構(gòu)較細(xì)。

由于木材徑切面與木射線的方向一致，切面上常顯示許多木射線組織。當(dāng)木射線為一般大小時，徑切面花紋不明顯；當(dāng)木射線明顯較寬時，徑切面具有顯著片狀、塊狀或不規(guī)則形狀的射線斑紋；其與周圍細(xì)胞組織因顏色和光澤差異而形成的美麗花紋，常稱銀光紋理或銀光花紋[19]。苦楝和香椿木材木射線寬度均屬于中等，高度均屬于極低，因此徑切面花紋較普通（圖6）。在實際生產(chǎn)利用中，采用弦切板制作家具板面較美觀。

圖6 徑切面紋理圖案Fig.6 Texture patterns of radial sections

3 結(jié) 論

苦楝木材邊材為黃白色，心材為黃褐色，為環(huán)孔材或半環(huán)孔材。香椿木材邊材為紅褐色或灰紅褐色，心材為深紅褐色，為環(huán)孔材。兩種木材的生長輪均明顯，弦切面上均呈倒“V”字或山水狀花紋。兩種木材早材管孔弦徑相差不大，均稍大，因此兩種木材花紋明顯和粗獷?？嚅静脑绮墓芸锥鄶?shù)為4 列，香椿木材多數(shù)為2 列；苦楝木材早材至晚材略急變，晚材管孔向生長輪外部逐漸減小。香椿木材早材至晚材急變?？嚅静耐聿墓芸紫覐剑ㄆ骄禐?63 μm）比香椿木材（平均值為91 μm）大。兩種木材相比較，香椿木材結(jié)構(gòu)較細(xì)?？嚅静妮S向薄壁組織呈環(huán)管狀及環(huán)管束狀，在晚材帶常與管孔團(tuán)簇集在一起，與管孔相連呈短弦?guī)В幌愦荒静妮S向薄壁組織呈環(huán)管狀及環(huán)管束狀，少數(shù)星散狀。兩種木材木纖維長度中等、寬度中等，為薄壁纖維；木射線均非疊生，寬度中等，高度極低。徑切面花紋較普通，在實際生產(chǎn)利用中，采用弦切板制作家具板面較美觀。香椿木材的導(dǎo)管、薄壁組織細(xì)胞和射線細(xì)胞中均含有大量紅色樹膠，射線細(xì)胞中含有豐富的晶體，宏觀上木材呈紅褐色；香椿木刨面光亮，自然色澤好，具有芳香氣味，是制作家具的上等材料。作為家具用材，香椿木在顏色、紋理、色澤和氣味等方面優(yōu)于苦楝木。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：宋戀環(huán)負(fù)責(zé)論文撰寫；雷福娟負(fù)責(zé)圖片收集與整理和論文修改；黃耀恒負(fù)責(zé)研究計劃制定和試驗調(diào)查；王軍鋒負(fù)責(zé)論文修改與指導(dǎo)；龍大軍負(fù)責(zé)試驗調(diào)查和數(shù)據(jù)收集與分析。