3种核桃木材纤维形态和气干密度的比较分析

宋恋环，秦 芳，王军锋，苏利荣，曾成城

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心，广西南宁 530002；2.广西壮族自治区农业科学院农业资源与环境研究所，广西南宁 530007）

核桃在我国也称胡桃，为核桃科（Juglandaceae），包括核桃属（Carya）和山核桃属（Juglans）等，为落叶乔木或稀灌木。核桃属约有20 种木材，山核桃属约有15 种，主要分布于南美洲、北美洲、欧洲东南部及亚洲东部。该植物的经济价值很高，多属于果材兼用树种，生长迅速，分布广泛[1]。由于其木材有优雅的纹理和稳定的材性，从14世纪开始，核桃木就已用于制作高档木质家具、实木柜和木质工艺品，是极为优良的家装用材之一，在亚洲和欧洲等地应用广泛[2]。我国的核桃木栽培主要集中在华北、西北和华中地区[1]，当前对其木本粮油及果品的经济价值关注较多，对其木材资源加工利用方面的报道较少。本研究以云新核桃、薄壳山核桃（Carya illinoinensis）和泡核桃（Juglans sigillata）木材为研究对象，比较分析其木材纤维形态、特征参数和气干密度等，以期为核桃的定向培育提供基础数据[3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材采自广西巴马瑶族自治县那俄屯（107°29'E，24°11'N），海拔277.24 m。每个树种分别选取3 株树干通直、无明显缺陷且具有代表性的样木（表1）。在树高1 m 处使用直径9 mm 的生长锥钻取木芯，依据等距法，将木芯从髓心到边材分成3等份，于每等份的1/2处取样，每个树种9个试样。

表1 样本基本情况Tab.1 Basic situations of sample trees

1.2 试验方法

1.2.1 纤维形态特征参数测定

沿木材顺纹方向制备试件，将试件置于解离液（冰醋酸和30%双氧水以1∶1 体积比例混合）中，通过水浴法对试件进行解离，至试件变白为止。解离完成后脱酸，滴入适量的1%番红溶液震荡染色，再用滴管吸取少量上层清液滴在载玻片上，进行光学显微镜观察并测定木材纤维的长度、宽度及双壁厚。每个试样随机测定50根纤维，并分别计算各参数的平均值。

1.2.2 气干密度测定

依据GB/T 1933-2009[4]进行样品制备及测定，计算气干密度，公式为：

式中，p12%为试样含水率为12%时的气干密度（g/cm2）；m12%为试样含水率为12%时的质量（g）；V12%为试样含水率为12%时的体积（cm3）。

1.3 数据处理

采用Excel 2016进行处理。

2 结果与分析

2.1 木材纤维形态

木材纤维是阔叶树材的主要成分之一，通常占木材总体积的50%以上，主要功能是支撑树体和承受机械作用，木材纤维的数量、大小、壁厚及排列方式与木材的硬度、密度及强度等物理力学性质密切相关[5]。木材的纤维形态是反映木材材质及其利用的重要指标，也是评价纤维原料的重要依据[6]。

云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的纤维长度分别为893、810 和1 053 μm，泡核桃木材纤维最长（表2）。根据木材解剖分子分级规定[1]，云新核桃和薄壳山核桃木材的纤维长度均属略短级，泡核桃木材的纤维长度属中级。一般认为当纤维长度达到300 μm以上时，纸张的耐撕强度和抗拉强度与木材纤维长度呈正相关[7]，3 种木材的纤维长度均超过300 μm，且分布较均匀，适宜用作造纸原料，其中泡核桃木材的效果最佳。

云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的纤维宽度分别为23、17 和31 μm，泡核桃木材纤维宽度最大。根据木材解剖分子分级规定[1]，云新核桃和薄壳山核桃木材的纤维宽度均属中级，泡核桃木材的纤维宽度属粗级。当纤维宽度作为单一变量时，原料比重、细胞壁厚度及单根纤维强度均与纤维宽度呈正相关[8]。

云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的纤维腔径分别为12.9、8.2和19.3 μm，泡核桃木材纤维腔径最大。根据木材解剖分子分级规定[1]，云新核桃和薄壳山核桃木材的纤维腔径均属细级，泡核桃木材的纤维腔径属中级。

云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的双壁厚分别为10.2、8.5 和11.9 μm，泡核桃木材细胞壁最厚。根据木材解剖分子分级规定[1]，云新核桃和泡核桃木材的细胞壁厚度小于腔径，属薄级；薄壳山核桃木材的细胞壁厚度大于腔径，属厚级。纤维壁的绝对厚度与纸张性能无关，纤维壁腔比的大小与纸张性能有关[9]。

表2 3种木材的纤维形态Tab.2 Fibre morphology of three kinds of wood

2.2 木材纤维特征参数

木材纤维长宽比与木材物理性质有密切关系，是衡量木材纤维质量的主要指标。研究表明，当纤维长宽比大于33、壁腔比小于1时，纤维间能很好交织，宜作为造纸原料[10]。纤维长宽比越大，纤维间的结合能力越好，打浆造纸时纤维结合面积较大，所制纸张撕裂指数较高，成纸强度较好[11]。细胞壁越薄、腔径越大，纤维壁腔比就越小，纤维就越容易结合，所制纸张强度也越大[8]。优等造纸原料纤维壁腔比小于1，中等造纸原料等于1，劣等造纸原料大于1[12]。

云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的纤维长宽比分别为39、48 和35，壁腔比分别为0.80、1.05 和0.65（表3）。3 种木材的纤维长宽比均大于33，均适用于生产高质量纤维类产品、纸浆和纤维板等；云新核桃和泡核桃木材的纤维壁腔比均小于1，为优等造纸原料；薄壳山核桃木材的纤维壁腔比约等于1，为中等造纸原料。

表3 3种木材的特征参数Tab.3 Characteristic parameters of three kinds of wood

2.3 气干密度

木材密度是单位体积内木材的质量，可以反映木材细胞壁物质含量[13]，是分辨木材用途的最有效指标之一。在相同含水率条件下，木材密度越大，木材强度越高[14]。木材密度分为基本密度、生材密度、气干密度和全干密度，由于日常生活中使用的木材以气干材为主，因此生产中主要以气干密度来估算木材质量[6]。木材密度对木材造纸时的制浆得率有很大影响，木材密度过大，则木质过硬，不适宜生产木浆；木材密度过小，虽宜于制浆，但会影响产量指标；一般认为密度0.4 ～0.6 g/cm³的木材适于生产木浆[9]。

根据木材材性分级规定[1]，气干密度在0.56 ～0.75 g/cm³的木材属中级，气干密度在0.36 ～0.55 g/cm³的木材为轻级。云新核桃木材的气干密度为0.63 ～0.69 g/cm³，属中级；薄壳山核桃木材的气干密度为0.60 ～0.68 g/cm³，属中级；泡核桃木材的气干密度为0.51 ～0.54 g/cm³，属轻级（表4）。从气干密度来看，泡核桃最适宜生产木浆。

表4 3种木材的气干密度Tab.4 Air-dry density of three kinds of wood

3 结论与讨论

对云新核桃、薄壳山核桃和泡核桃木材的纤维形态和纤维特征参数进行比较分析，结果显示3 种木材均适用于纸浆生产，其中，泡核桃木材纤维长度最长、纤维宽度最大、纤维腔径最大、细胞壁最厚、纤维长宽比大于33 且纤维壁腔比小于1，为优等造纸原料；云新核桃木材各项数值略低于泡核桃木材，同属优等造纸原料；薄壳山核桃木材纤维壁腔比约等于1，为中等造纸原料。云新核桃和薄壳山核桃木材的气干密度属中级；泡核桃木材的气干密度属轻级，并处于最适宜生产木浆的范畴。综合来说，泡核桃木材最适宜制浆造纸。

核桃为常见的经济林树种，也是珍贵的高档装饰用材[15]。过去，通常更强调经济林树种林副产品的用途，相对忽视木材本身的可利用价值[16]。在未来大力发展经济林的过程中，加大对因间伐、更新和衰老等原因砍伐木材的利用，不仅能提高经济收入和避免资源浪费，还能弥补我国木材资源的不足。