慈竹纖維形態(tài)及組織比量的研究

2024年2月8日發(fā)(作者：dv拍攝)

慈竹纖維形態(tài)及組織比量的研究

齊錦秋;池冰;謝九龍;陳思敏;黃興彥

【摘 要】對(duì)2～5年生慈竹材的纖維形態(tài)和組織比量進(jìn)行測(cè)定與分析.結(jié)果表明,慈竹纖維長(zhǎng)度2.4～2.8 mm,纖維寬度14.5～ 16.0μm,長(zhǎng)寬比大于150,細(xì)胞壁厚10.4～11.5 μm,壁腔比2.3 ～2.6.慈竹材基本組織比量44％ ～ 50％,纖維組織比量39％～ 43％,輸導(dǎo)組織比量8％ ～ 13％.在竹稈徑向,纖維長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比及腔徑均表現(xiàn)為中部較大,而細(xì)胞壁厚表現(xiàn)為外側(cè)較大;在竹稈縱向,纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、細(xì)胞壁厚、壁腔比隨竹稈高度增加呈先增大后降低趨勢(shì),纖維腔徑、基本組織比量隨竹稈高度增加逐漸減小.

【期刊名稱】《中國(guó)造紙學(xué)報(bào)》

【年(卷),期】2013(028)003

【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P1-4)

【關(guān)鍵詞】慈竹;纖維形態(tài);組織比量

【作 者】齊錦秋;池冰;謝九龍;陳思敏;黃興彥

【作者單位】四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安,625014;四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安,625014;四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安,625014;四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安,625014;四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安,625014

【正文語(yǔ)種】中 文

【中圖分類】TS721+.2

慈竹(Neosinocalamus affinis)屬禾本科竹亞科慈竹屬，叢生竹類，稈高7～12 m，稈徑3～7 cm，竹壁厚度3～5 mm。慈竹為四川鄉(xiāng)土竹種，種植面積約占四川竹林總面積的50%，廣泛應(yīng)用于造紙、人造板等領(lǐng)域。

竹材纖維形態(tài)特征決定其物理、力學(xué)性能，并直接影響制漿造紙的質(zhì)量，纖維形態(tài)特征是對(duì)竹材進(jìn)行合理利用的重要依據(jù)［1-3］。目前，對(duì)慈竹材的研究主要集中在生態(tài)學(xué)特性、竹林培育及板材加工利用等方面［4-6］，關(guān)于慈竹材纖維形態(tài)特性的研究還未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)對(duì)四川宜賓產(chǎn)2～5年生慈竹材纖維形態(tài)及組織比量進(jìn)行了研究，以期為該竹種造紙用材及建筑裝飾用材的利用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

慈竹采自四川省長(zhǎng)寧縣。在人工竹林中，按竹齡(2～5年)分別選取5株生長(zhǎng)良好、無(wú)病害的慈竹，樣竹齊地伐倒后去稍頭。自基部起取竹節(jié)位置第3、6、9、12、15、18、21節(jié)的節(jié)間中部位置，截取縱向長(zhǎng)度3～4 cm、弦向?qū)挾?.0～2.5 cm的竹片供實(shí)驗(yàn)用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)纖維長(zhǎng)度的測(cè)量

將實(shí)驗(yàn)材料軟化，然后沿竹壁厚度方向均分為內(nèi)、中、外3部分，放入離析液(10%鉻酸加10%硝酸等比例配制)中8～12 h。制作臨時(shí)切片，利用精密數(shù)顯投影儀(型號(hào)TYH-150)測(cè)定纖維長(zhǎng)度。

(2)纖維寬度、壁厚、壁腔比、腔徑的測(cè)量

用TU-250型木材切片機(jī)將已軟化好的試材切成30 μm厚的切片，制作永久切片。將切片放在BX51型奧林巴斯顯微鏡下拍攝成像，放大倍數(shù)為200倍，利用木材研究軟件測(cè)量纖維寬度、細(xì)胞壁厚、腔徑等指標(biāo)。

(3)組織比量的測(cè)量

將制得的永久切片置于數(shù)顯投影儀上，采用方格紙法，測(cè)出基本組織、纖維組織、輸導(dǎo)組織的細(xì)胞所占方格數(shù)，計(jì)算組織比量。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維形態(tài)

竹材纖維形態(tài)特征對(duì)竹材制漿的成漿質(zhì)量有重要影響。纖維長(zhǎng)度是衡量造紙性能的一個(gè)重要指標(biāo)，細(xì)而長(zhǎng)的纖維能提高紙張抗張強(qiáng)度、耐折度和耐破度;長(zhǎng)度小于0.4

mm的纖維不宜用于造紙;細(xì)胞壁薄、壁腔比小的纖維原料可壓扁性好，能賦予紙張較好的纖維結(jié)合強(qiáng)度，成紙緊度大;纖維長(zhǎng)寬比大的竹材纖維成紙的強(qiáng)度性能更好，是優(yōu)質(zhì)造紙?jiān)希?-3］。下面就竹齡、竹稈部位對(duì)慈竹材纖維形態(tài)的影響進(jìn)行分析。

2.1.1 竹齡對(duì)纖維形態(tài)的影響

2～5年生慈竹材的纖維長(zhǎng)度、寬度、細(xì)胞壁厚、腔徑等主要纖維形態(tài)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 不同竹齡慈竹材的纖維形態(tài)竹齡/a長(zhǎng)度/mm寬度/μm 長(zhǎng)寬比 細(xì)胞壁厚/μm腔徑/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

竹材砍伐利用過(guò)程中，竹齡是需要考慮的重要因素之一。在竹材莖稈發(fā)育過(guò)程中，纖維細(xì)胞不斷地分裂和伸長(zhǎng)，隨著纖維細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的完成，纖維細(xì)胞壁加厚，表明纖維細(xì)胞開(kāi)始進(jìn)入次生壁發(fā)育形成期，纖維細(xì)胞壁主要在1～3年中逐漸加厚［7］。

慈竹纖維長(zhǎng)度為2.4～2.8 mm，按國(guó)際木材解剖協(xié)會(huì)規(guī)定，慈竹屬于長(zhǎng)纖維原料。竹齡對(duì)慈竹材纖維長(zhǎng)度有一定影響，方差分析結(jié)果為差異顯著(見(jiàn)表2)，其差異原因主要是由于竹材在發(fā)筍時(shí)期，竹筍質(zhì)量及細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)時(shí)期的環(huán)境條件影響所致。慈竹纖維寬度14.4～16.1 μm，長(zhǎng)寬比大于 150，不同竹齡慈竹材纖維長(zhǎng)寬比存

在一定差異，方差分析結(jié)果為差異極顯著，但竹齡對(duì)慈竹材的纖維長(zhǎng)寬比的影響無(wú)明顯規(guī)律。上述竹齡對(duì)慈竹材纖維長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比的影響與馬靈飛等［8］對(duì)毛竹的研究結(jié)果一致。慈竹材纖維細(xì)胞壁厚 10.4 ～ 11.5 μm，壁腔比2.3～2.7，經(jīng)方差分析可知，不同竹齡纖維細(xì)胞壁厚差異未達(dá)顯著水平，壁腔比差異達(dá)顯著水平。

表2 不同竹齡慈竹材的纖維形態(tài)方差分析注 ＊＊、*分別代表在0.01、0.05水平上差異顯著，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 竹稈高度對(duì)纖維形態(tài)的影響

不同竹稈高度慈竹材的纖維形態(tài)見(jiàn)表3。在竹材縱向，竹材纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、細(xì)胞壁厚、壁腔比隨竹稈高度增加逐漸增大，當(dāng)增大到一定水平后有所下降。但慈竹材纖維寬度無(wú)明顯的變化規(guī)律，而纖維腔徑的變化規(guī)律與纖維長(zhǎng)度、細(xì)胞壁厚等相反，表現(xiàn)為先下降后上升。這些變異規(guī)律與以往研究結(jié)果基本一致［9-10］。經(jīng)方差分析可知(見(jiàn)表4)，不同竹稈高度的纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、細(xì)胞壁厚、腔徑、壁腔比差異均達(dá)極顯著水平。在竹稈不同高度的纖維寬度差異未達(dá)顯著水平，表明竹稈高度對(duì)纖維寬度的影響小于竹齡對(duì)其影響。為進(jìn)一步分析纖維形態(tài)與竹稈高度的關(guān)系，將慈竹材纖維形態(tài)指標(biāo)與竹稈高度進(jìn)行回歸分析(見(jiàn)表5)，慈竹材纖維形態(tài)與竹稈高度之間存在二次曲線關(guān)系，且均達(dá)到顯著水平。

表3 不同竹稈高度慈竹材的纖維形態(tài)高度/節(jié)長(zhǎng)度/mm寬度/μm 長(zhǎng)寬比 細(xì)胞壁厚/μm腔徑/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 竹稈高度與纖維形態(tài)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 纖維形態(tài)與竹稈高度回歸分析變量 回歸方程 決定系數(shù)(R2)長(zhǎng)度 y=-0.005807x2+0.1676x+1.63140.9155長(zhǎng)寬比 y=-0.3571x2+10.3571x+111.5714 0.9125壁厚 y=-0.003519x2+0.2649x+7.9671

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

2.1.3 竹壁徑向部位對(duì)纖維形態(tài)的影響

慈竹材徑向的纖維形態(tài)指標(biāo)及方差分析見(jiàn)表6和表7。竹壁厚度方向由內(nèi)側(cè)到外側(cè)，纖維形態(tài)存在一定的差異，慈竹材徑向的纖維長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比均表現(xiàn)為中部大，內(nèi)側(cè)及外側(cè)較小。方差分析結(jié)果為，纖維長(zhǎng)度差異顯著、纖維寬度差異極顯著、纖維長(zhǎng)寬比差異不顯著。上述變異規(guī)律與蘇文會(huì)等［11］對(duì)大木竹的研究結(jié)果基本一致。纖維細(xì)胞壁厚表現(xiàn)為外側(cè)較大，內(nèi)側(cè)與中部均小于外側(cè);纖維腔徑表現(xiàn)為中部最大，內(nèi)側(cè)次之，外側(cè)最小;纖維壁腔比表現(xiàn)為外側(cè)最大。方差分析結(jié)果為，纖維腔徑差異極顯著、纖維壁腔比差異顯著、纖維細(xì)胞壁厚差異不顯著。上述變異規(guī)律與馬靈飛等［12］對(duì)浙江省6種叢生竹的研究結(jié)果基本一致。

表6 慈竹材徑向部位的纖維形態(tài)竹齡/a徑向部位長(zhǎng)度/mm寬度/μm 長(zhǎng)寬比 細(xì)胞壁厚/μm腔徑/μm壁腔比2內(nèi)側(cè) 2.68 16.27 169 10.94 5.32 2.09中部 2.89

16.83 177 10.55 6.28 1.75外側(cè)2.67 15.89 171 11.34 4.55 2.54 3內(nèi)側(cè) 2.79

14.89 178 10.59 4.30 2.44中部 2.80 15.64 180 10.80 4.84 2.23外側(cè)2.58

14.75 175 11.25 3.50 3.23 4內(nèi)側(cè) 2.41 15.48 153 10.21 5.27 1.96中部 2.56

16.47 154 10.62 5.84 1.88外側(cè)2.34 15.51 151 11.46 4.05 2.85 5內(nèi)側(cè) 2.28

14.00 161 10.04 4.93 1.81中部 2.78 15.42 181 10.33 5.13 1.84外側(cè)2.42

13.38 178 10.81 3.94 2.43

表7 慈竹材徑向部位的纖維形態(tài)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 組織比量

竹材組織比量是指基本組織(薄壁細(xì)胞)、纖維組織及輸導(dǎo)組織占整個(gè)組織的比例。組織比量是衡量竹材性能的重要指標(biāo)，不僅與竹材的密度和強(qiáng)度相關(guān)，而且與制漿過(guò)程中紙漿得率和成紙質(zhì)量有關(guān)。不同竹齡及稈位的慈竹材的組織比量見(jiàn)表8～表10。

慈竹材基本組織比量44%～50%，纖維組織比量39%～43%，輸導(dǎo)組織比量8%～13%。不同竹齡慈竹材的組織比量均表現(xiàn)為基本組織最大、纖維組織次之、輸導(dǎo)組織最小的規(guī)律。慈竹材基本組織比量隨竹齡的增大而減小，纖維組織與輸導(dǎo)組織的變化規(guī)律不明顯。經(jīng)方差分析可知(見(jiàn)表10)，不同竹齡慈竹材基本組織比量、纖維組織比量、輸導(dǎo)組織比量差異均達(dá)極顯著水平。上述變異結(jié)果與對(duì)油簕竹、車筒竹、越南巨竹和麻竹的研究結(jié)果基本一致［13］。

隨稈高的增大，慈竹材基本組織比量呈減小趨勢(shì)，而輸導(dǎo)組織比量呈增加趨勢(shì)，纖維組織比量的變異規(guī)律不明顯。經(jīng)方差分析可知，不同稈位高度慈竹材基本組織比量、纖維組織比量差異均未達(dá)顯著水平，輸導(dǎo)組織比量差異達(dá)顯著水平。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，竹齡對(duì)慈竹材組織比量的影響大于稈位高度的影響，在對(duì)慈竹材進(jìn)行選取時(shí)，需重點(diǎn)考慮竹齡對(duì)竹材性能的影響。

表8 不同竹齡慈竹材的組織比量竹齡/a 基本組織比量/%纖維組織比量/%輸導(dǎo)組織比量/%2 50 39 11 3 48 44 8 4 47 43 10 5 44 43 13

表9 不同竹稈高度慈竹材的組織比量高度位置 基本組織比量/%纖維組織比量/%輸導(dǎo)組織比量/%第3節(jié)50 42 8第6節(jié) 47 44 9第9節(jié) 47 43 10第12節(jié) 46 44

10第15節(jié) 47 42 11第18節(jié) 44 44 12第21節(jié)45 42 13

表10 不同竹齡及稈高慈竹材組織比量的方差分析竹齡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 結(jié)論

慈竹材纖維長(zhǎng)度 2.4～2.8 mm，纖維寬度 14.5～16.0 μm，長(zhǎng)寬比大于 150，細(xì)胞壁厚 10.4 ～11.5 μm，壁腔比2.3～2.6。竹齡對(duì)慈竹材纖維長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比有一定影響，方差分析結(jié)果為差異顯著。在竹材縱向，纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、細(xì)胞壁厚、壁腔比隨竹稈高度增加逐漸增大，當(dāng)增大到一定水平后下降。竹稈高度對(duì)纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、細(xì)胞壁厚、腔徑、壁腔比影響顯著。慈竹材纖維形態(tài)指標(biāo)與竹稈高度之間存在二次曲線關(guān)系。竹壁徑向的纖維長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比均表現(xiàn)為中部大，內(nèi)側(cè)及外側(cè)較小。纖維細(xì)胞壁厚表現(xiàn)為外側(cè)較大;纖維腔徑表現(xiàn)為中部最大，內(nèi)側(cè)次之，外側(cè)最小;慈竹材基本組織比量44%～50%;纖維組織比量39% ～43%;輸導(dǎo)組織比量8%～13%。慈竹材是優(yōu)良的造紙?jiān)希诖戎癫募庸だ弥校梢愿鶕?jù)成紙性能要求，合理選取竹齡及稈高的竹材。

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