慈竹纤维形态及组织比量的研究

2024年2月8日发(作者：dv拍摄)

慈竹纤维形态及组织比量的研究

齐锦秋;池冰;谢九龙;陈思敏;黄兴彦

【摘 要】对2～5年生慈竹材的纤维形态和组织比量进行测定与分析.结果表明,慈竹纤维长度2.4～2.8 mm,纤维宽度14.5～ 16.0μm,长宽比大于150,细胞壁厚10.4～11.5 μm,壁腔比2.3 ～2.6.慈竹材基本组织比量44％ ～ 50％,纤维组织比量39％～ 43％,输导组织比量8％ ～ 13％.在竹秆径向,纤维长度、宽度、长宽比及腔径均表现为中部较大,而细胞壁厚表现为外侧较大;在竹秆纵向,纤维长度、长宽比、细胞壁厚、壁腔比随竹秆高度增加呈先增大后降低趋势,纤维腔径、基本组织比量随竹秆高度增加逐渐减小.

【期刊名称】《中国造纸学报》

【年(卷),期】2013(028)003

【总页数】4页(P1-4)

【关键词】慈竹;纤维形态;组织比量

【作 者】齐锦秋;池冰;谢九龙;陈思敏;黄兴彦

【作者单位】四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014

【正文语种】中 文

【中图分类】TS721+.2

慈竹(Neosinocalamus affinis)属禾本科竹亚科慈竹属，丛生竹类，秆高7～12 m，秆径3～7 cm，竹壁厚度3～5 mm。慈竹为四川乡土竹种，种植面积约占四川竹林总面积的50%，广泛应用于造纸、人造板等领域。

竹材纤维形态特征决定其物理、力学性能，并直接影响制浆造纸的质量，纤维形态特征是对竹材进行合理利用的重要依据［1-3］。目前，对慈竹材的研究主要集中在生态学特性、竹林培育及板材加工利用等方面［4-6］，关于慈竹材纤维形态特性的研究还未见详细报道。本实验对四川宜宾产2～5年生慈竹材纤维形态及组织比量进行了研究，以期为该竹种造纸用材及建筑装饰用材的利用提供理论依据。

1 实验

1.1 材料

慈竹采自四川省长宁县。在人工竹林中，按竹龄(2～5年)分别选取5株生长良好、无病害的慈竹，样竹齐地伐倒后去稍头。自基部起取竹节位置第3、6、9、12、15、18、21节的节间中部位置，截取纵向长度3～4 cm、弦向宽度2.0～2.5 cm的竹片供实验用。

1.2 实验方法

(1)纤维长度的测量

将实验材料软化，然后沿竹壁厚度方向均分为内、中、外3部分，放入离析液(10%铬酸加10%硝酸等比例配制)中8～12 h。制作临时切片，利用精密数显投影仪(型号TYH-150)测定纤维长度。

(2)纤维宽度、壁厚、壁腔比、腔径的测量

用TU-250型木材切片机将已软化好的试材切成30 μm厚的切片，制作永久切片。将切片放在BX51型奥林巴斯显微镜下拍摄成像，放大倍数为200倍，利用木材研究软件测量纤维宽度、细胞壁厚、腔径等指标。

(3)组织比量的测量

将制得的永久切片置于数显投影仪上，采用方格纸法，测出基本组织、纤维组织、输导组织的细胞所占方格数，计算组织比量。

2 结果与讨论

2.1 纤维形态

竹材纤维形态特征对竹材制浆的成浆质量有重要影响。纤维长度是衡量造纸性能的一个重要指标，细而长的纤维能提高纸张抗张强度、耐折度和耐破度;长度小于0.4

mm的纤维不宜用于造纸;细胞壁薄、壁腔比小的纤维原料可压扁性好，能赋予纸张较好的纤维结合强度，成纸紧度大;纤维长宽比大的竹材纤维成纸的强度性能更好，是优质造纸原料［2-3］。下面就竹龄、竹秆部位对慈竹材纤维形态的影响进行分析。

2.1.1 竹龄对纤维形态的影响

2～5年生慈竹材的纤维长度、宽度、细胞壁厚、腔径等主要纤维形态指标见表1。

表1 不同竹龄慈竹材的纤维形态竹龄/a长度/mm宽度/μm 长宽比 细胞壁厚/μm腔径/μm 壁腔比2 2.75 16.07 172 11.14 4.79 2.35 3 2.72 15.18 179 11.08

4.27 2.63 4 2.43 16.02 153 11.39 4.90 2.34 5 2.49 14.46 173 10.48 4.48 2.33

竹材砍伐利用过程中，竹龄是需要考虑的重要因素之一。在竹材茎秆发育过程中，纤维细胞不断地分裂和伸长，随着纤维细胞伸长生长的完成，纤维细胞壁加厚，表明纤维细胞开始进入次生壁发育形成期，纤维细胞壁主要在1～3年中逐渐加厚［7］。

慈竹纤维长度为2.4～2.8 mm，按国际木材解剖协会规定，慈竹属于长纤维原料。竹龄对慈竹材纤维长度有一定影响，方差分析结果为差异显著(见表2)，其差异原因主要是由于竹材在发笋时期，竹笋质量及细胞伸长生长时期的环境条件影响所致。慈竹纤维宽度14.4～16.1 μm，长宽比大于 150，不同竹龄慈竹材纤维长宽比存

在一定差异，方差分析结果为差异极显著，但竹龄对慈竹材的纤维长宽比的影响无明显规律。上述竹龄对慈竹材纤维长度、宽度及长宽比的影响与马灵飞等［8］对毛竹的研究结果一致。慈竹材纤维细胞壁厚 10.4 ～ 11.5 μm，壁腔比2.3～2.7，经方差分析可知，不同竹龄纤维细胞壁厚差异未达显著水平，壁腔比差异达显著水平。

表2 不同竹龄慈竹材的纤维形态方差分析注 ＊＊、*分别代表在0.01、0.05水平上差异显著，下同。F 值 2.762* 9.249＊＊ 4.616＊＊ 2.37 2.647 2.989*P值0.0474 ＜0.01 ＜0.01 ＞0.05 ＞0.05 0.036

2.1.2 竹秆高度对纤维形态的影响

不同竹秆高度慈竹材的纤维形态见表3。在竹材纵向，竹材纤维长度、长宽比、细胞壁厚、壁腔比随竹秆高度增加逐渐增大，当增大到一定水平后有所下降。但慈竹材纤维宽度无明显的变化规律，而纤维腔径的变化规律与纤维长度、细胞壁厚等相反，表现为先下降后上升。这些变异规律与以往研究结果基本一致［9-10］。经方差分析可知(见表4)，不同竹秆高度的纤维长度、长宽比、细胞壁厚、腔径、壁腔比差异均达极显著水平。在竹秆不同高度的纤维宽度差异未达显著水平，表明竹秆高度对纤维宽度的影响小于竹龄对其影响。为进一步分析纤维形态与竹秆高度的关系，将慈竹材纤维形态指标与竹秆高度进行回归分析(见表5)，慈竹材纤维形态与竹秆高度之间存在二次曲线关系，且均达到显著水平。

表3 不同竹秆高度慈竹材的纤维形态高度/节长度/mm宽度/μm 长宽比 细胞壁厚/μm腔径/μm 壁腔比3 2.38 15.62 151 8.97 6.65 1.36 6 2.33 15.25 153 9.33

5.77 1.65 9 2.62 14.82 177 9.69 5.40 1.84 12 2.79 15.34 183 10.35 5.21 2.06

15 2.96 15.42 190 11.68 4.06 2.90 18 2.66 15.52 171 11.97 3.62 3.29 21 2.66

15.64 171 11.60 3.84 3.06

表4 竹秆高度与纤维形态的方差分析F 值 10.909＊＊ 0.691 5.868＊＊ 8.816＊

＊ 10.929＊＊ 12.284＊＊P值 ＜0.01 ＞0.05 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表5 纤维形态与竹秆高度回归分析变量 回归方程 决定系数(R2)长度 y=-0.005807x2+0.1676x+1.63140.9155长宽比 y=-0.3571x2+10.3571x+111.5714 0.9125壁厚 y=-0.003519x2+0.2649x+7.9671

0.9062腔径 y=0.006825x2-0.3212x+7.5657 0.9376壁腔比 y=-0.002989x2+0.1539x+1.39140.8855

2.1.3 竹壁径向部位对纤维形态的影响

慈竹材径向的纤维形态指标及方差分析见表6和表7。竹壁厚度方向由内侧到外侧，纤维形态存在一定的差异，慈竹材径向的纤维长度、宽度及长宽比均表现为中部大，内侧及外侧较小。方差分析结果为，纤维长度差异显著、纤维宽度差异极显著、纤维长宽比差异不显著。上述变异规律与苏文会等［11］对大木竹的研究结果基本一致。纤维细胞壁厚表现为外侧较大，内侧与中部均小于外侧;纤维腔径表现为中部最大，内侧次之，外侧最小;纤维壁腔比表现为外侧最大。方差分析结果为，纤维腔径差异极显著、纤维壁腔比差异显著、纤维细胞壁厚差异不显著。上述变异规律与马灵飞等［12］对浙江省6种丛生竹的研究结果基本一致。

表6 慈竹材径向部位的纤维形态竹龄/a径向部位长度/mm宽度/μm 长宽比 细胞壁厚/μm腔径/μm壁腔比2内侧 2.68 16.27 169 10.94 5.32 2.09中部 2.89

16.83 177 10.55 6.28 1.75外侧2.67 15.89 171 11.34 4.55 2.54 3内侧 2.79

14.89 178 10.59 4.30 2.44中部 2.80 15.64 180 10.80 4.84 2.23外侧2.58

14.75 175 11.25 3.50 3.23 4内侧 2.41 15.48 153 10.21 5.27 1.96中部 2.56

16.47 154 10.62 5.84 1.88外侧2.34 15.51 151 11.46 4.05 2.85 5内侧 2.28

14.00 161 10.04 4.93 1.81中部 2.78 15.42 181 10.33 5.13 1.84外侧2.42

13.38 178 10.81 3.94 2.43

表7 慈竹材径向部位的纤维形态方差分析F 值 3.586* 11.550＊＊ 0.419 0.895

9.974＊＊ 3.949*P值0.0338 ＜0.01 ＞0.05 ＞0.05 ＜0.01 0.02

2.2 组织比量

竹材组织比量是指基本组织(薄壁细胞)、纤维组织及输导组织占整个组织的比例。组织比量是衡量竹材性能的重要指标，不仅与竹材的密度和强度相关，而且与制浆过程中纸浆得率和成纸质量有关。不同竹龄及秆位的慈竹材的组织比量见表8～表10。

慈竹材基本组织比量44%～50%，纤维组织比量39%～43%，输导组织比量8%～13%。不同竹龄慈竹材的组织比量均表现为基本组织最大、纤维组织次之、输导组织最小的规律。慈竹材基本组织比量随竹龄的增大而减小，纤维组织与输导组织的变化规律不明显。经方差分析可知(见表10)，不同竹龄慈竹材基本组织比量、纤维组织比量、输导组织比量差异均达极显著水平。上述变异结果与对油簕竹、车筒竹、越南巨竹和麻竹的研究结果基本一致［13］。

随秆高的增大，慈竹材基本组织比量呈减小趋势，而输导组织比量呈增加趋势，纤维组织比量的变异规律不明显。经方差分析可知，不同秆位高度慈竹材基本组织比量、纤维组织比量差异均未达显著水平，输导组织比量差异达显著水平。通过对比发现，竹龄对慈竹材组织比量的影响大于秆位高度的影响，在对慈竹材进行选取时，需重点考虑竹龄对竹材性能的影响。

表8 不同竹龄慈竹材的组织比量竹龄/a 基本组织比量/%纤维组织比量/%输导组织比量/%2 50 39 11 3 48 44 8 4 47 43 10 5 44 43 13

表9 不同竹秆高度慈竹材的组织比量高度位置 基本组织比量/%纤维组织比量/%输导组织比量/%第3节50 42 8第6节 47 44 9第9节 47 43 10第12节 46 44

10第15节 47 42 11第18节 44 44 12第21节45 42 13

表10 不同竹龄及秆高慈竹材组织比量的方差分析竹龄F 值 6.072＊＊ 4.519＊＊

5.712＊＊P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01高度F 值 1.965 0.373 2.506*P值 ＞0.05

＞0.05 0.03

3 结论

慈竹材纤维长度 2.4～2.8 mm，纤维宽度 14.5～16.0 μm，长宽比大于 150，细胞壁厚 10.4 ～11.5 μm，壁腔比2.3～2.6。竹龄对慈竹材纤维长度、宽度和长宽比有一定影响，方差分析结果为差异显著。在竹材纵向，纤维长度、长宽比、细胞壁厚、壁腔比随竹秆高度增加逐渐增大，当增大到一定水平后下降。竹秆高度对纤维长度、长宽比、细胞壁厚、腔径、壁腔比影响显著。慈竹材纤维形态指标与竹秆高度之间存在二次曲线关系。竹壁径向的纤维长度、宽度及长宽比均表现为中部大，内侧及外侧较小。纤维细胞壁厚表现为外侧较大;纤维腔径表现为中部最大，内侧次之，外侧最小;慈竹材基本组织比量44%～50%;纤维组织比量39% ～43%;输导组织比量8%～13%。慈竹材是优良的造纸原料，在慈竹材加工利用中，可以根据成纸性能要求，合理选取竹龄及秆高的竹材。

参考文献

［1］杨仁党，陈克复.竹子作为造纸原料的性能和潜力［J］.林产工业，2002，29(3):8.

［2］王菊华.20世纪造纸纤维形态领域的重要成就［J］.纸和造纸，1998(4):7.

［3］方 红，刘善辉.造纸纤维原料的评价［J］.北京木材工业，1996，16(2):19.

［4］孙 鹏，王 准，张小平.竹类栽培与经营［M］.成都:天地出版社，2006.

［5］杨冬生.四川主要竹种造林技术［M］.成都:四川科学技术出版社，2005.

［6］魏万姝，覃道春.不同竹龄慈竹重组材强度和天然耐久性比较［J］.南京林业大学学报，2011，35(6):111.

［7］甘小洪.毛竹茎秆纤维细胞的发育生物学研究［D］.南京:南京林业大学，2004.

［8］马灵飞，马乃训.毛竹材材性变异的研究［J］.林业科学，1997，33(4):356.

［9］普晓兰，杜 凡.巨龙竹纤维形态及变异规律的研究［J］.云南林业科技，2003，3(1):1.

［10］张静文，王华忠.刚竹属部分竹材纤维形态与主要理化性状［J］.林业科学研究，1995，8(1):54.

［11］苏文会，顾小平，马灵飞，等.大木竹纤维形态与组织比量的研究［J］.林业科学研究，2005，18(3):250.

［12］马灵飞，朱丽青.浙江省6种丛生竹纤维形态及其组织比量的研究［J］.浙江林学院学报，1990，7(1):63.

［13］高珊珊.四种大径丛生竹秆形结构及物理力学性质研究［D］.南京:南京林业大学，2010.