桑树幼树条、杜仲条和柳条木材化学成分及其在树干上的变异研究

李玉秀，雷亚芳

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100)



桑树幼树条、杜仲条和柳条木材化学成分及其在树干上的变异研究

李玉秀，雷亚芳

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100)

[摘要]【目的】 研究桑枝、杜仲条和柳条木材的化学成分及各主要化学成分含量在树干高度上的变化规律，为木材更合理更有效的利用提供依据。【方法】 以桑枝、杜仲条和柳条木材为研究对象，参考我国木材化学成分分析标准中规定的系列测定方法对其纤维素、综纤维素、木质素以及抽提物(热水抽提物、10 g/L NaOH抽提物、苯醇抽提物)、灰分和含水率6个指标进行分析，并与重组木常用木材沙柳、杨木、速生杉木及棉秆进行比较。【结果】 在树干不同高度上，对桑枝木材而言，纤维素含量差异达显著性水平，基部显著高于中部和梢部，中部与梢部差异不显著；木质素含量差异达极显著性水平，基部极显著高于中部和梢部，中部与梢部差异不显著；综纤维素含量基部和梢部极显著高于中部，基部与梢部差异不显著；灰分含量和含水率差异不显著。对杜仲条木材而言，苯醇抽提物含量梢部极显著高于基部和中部，基部与中部差异不显著；综纤维素、纤维素含量基部和中部极显著高于梢部，基部与中部差异不显著；灰分含量差异不显著；含水率差异达显著性水平，中部与梢部显著高于基部，中部与梢部差异不显著。对柳条木材，各部位综纤维素和木质素含量差异达极显著水平，基部均极显著高于梢部；灰分含量差异不显著；含水率差异达显著性水平，基部显著高于梢部。【结论】 就木材化学成分而言，3种木材的基部和中部木材性能优于梢部，3种木材均可作为生产重组木的优质原料,且杜仲条更优。

[关键词]桑枝；杜仲条；柳条；化学成分

我国森林资源缺乏，木材供需矛盾尖锐，因此必须加强森林资源的经营培育、保护与合理利用，最大限度发挥木材的利用率，尤其是伐区剩余物的合理利用。重组木的研究已成为当今世界木材科学领域的一个热点。重组木像天然木材一样，具有美丽的花纹和优良的物理力学性能，其原料可以是农作物秸秆、枝桠材等[1]。我国每年都会产出大量枝桠材，如桑树幼树条、杜仲条和柳条，它们都具有易管易种、适应力强、生长快等特点。木材化学成分是木材材性的一个重要方面，它影响着木材的物理力学性质、天然耐久性、材色和木材的加工利用性能[2]。国内外许多学者对重组竹原料竹材和速生林(如杨木)的化学成分做了大量研究[3-8]。何建伟等[9]以我国西北地区丰富的沙柳资源为原料，对其进行了化学成分的测定，但有关桑枝、杜仲条和柳条(红柳)木材化学成分的研究至今尚未见报道。本试验研究了桑枝、杜仲条和柳条木材化学成分及其在树干上的变异，并与重组木常用木材及棉秆进行比较，探讨这3种枝桠材作为重组材原料的可行性，以期为生产高性能的重组木寻求更广泛的原料资源，也为3种枝桠材的科学利用提供理论依据。

1材料与方法

1.1主要试剂

蒸馏水、10 g/L NaOH溶液、苯溶液、体积分数95%乙醇溶液、体积分数72%硫酸溶液、100 g/L氯化钡溶液、冰醋酸(乙酸)、亚氯酸钠、丙酮、乙酸镁乙醇溶液。

1.2主要仪器设备

索氏提取器(250 mL)，电热水浴锅DK-98-1型(天津泰斯特仪器有限公司)，循环水式真空泵SHZ-D(Ⅲ)(巩义市英峪予华仪器厂)，电热恒温鼓风干燥箱DHG9123A型，高温电阻炉SX-4-10型(武汉亚华电阻有限公司)，1G2玻璃滤器，可调式电热板ML-1.8-4型(北京科伟永兴仪器有限公司)，高温炉SX2-4-10型(上海跃进医疗器械厂)。

1.3样木的采集

桑(Ramulusmori)枝采自陕西省西安市周至县，为幼树条；杜仲(Eucommiaulmoides)条采自西北农林科技大学林学院杜仲实验基地；柳条为红柳(Tamarixramosissima)条，采自陕西省榆林市定边县。样木基本信息见表1，其中枝高和胸径均为50个样木的平均值。

样木采伐后，对桑枝和杜仲条，在每株样木上自枝条基部向上的1/3、2/3处截开分为3段，记为基部、中部和梢部；对柳条，在每株样木上自枝条基部向上的第一个分叉处截开分为2段，记为基部和梢部，基部为3年生，梢部为1～2年生。再将上述每一部分的每一长段样木截成3～4 cm的小木段，分别放入干燥箱中80 ℃干燥2～3 h，检验少许木段是否可磨出适合的木粉，若木段含水率过高，则在粉碎机中会磨出大量黏在一起直径小于0.42 mm的木粉,这时需要继续干燥0.5 h，如此重复。木段干燥合适后，将每一部分充分混合，置于粉碎机中粉碎，过筛，取直径为0.25～0.42 mm的细末，晾至室温并达气干含水率，贮存于密封袋中并编号，供分析使用。

表 1　样木基本情况

1.4木材化学成分的测定方法

根据GB 2677.2-93至GB 2677.10-93中规定的标准方法，对桑枝、杜仲条、柳条木材的纤维素、综纤维素、木质素以及抽提物(热水抽提物、10 g/L NaOH抽提物、苯醇抽提物)、灰分和含水率6个指标进行测定，每组样品做3次平行测定,结果取平均值。

2结果与分析

2.1不同木材抽提物

桑枝、杜仲条和柳条木材的化学成分含量见表2。经查阅，重组木材沙柳[10]、杨木[11]、速生杉木[12]及棉秆[13]的主要化学成分含量见表3。

表 2　桑枝、杜仲条和柳条木材的化学成分含量

注：木材化学成分以绝干材为基准；综纤维素用亚氯酸钠法测定。同树种同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，标不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note：Wood chemical components were benchmarked against absolutely dry wood；Holocellulose was measured using the sodium chlorite method.Different small letters in each column mean significant difference (P<0.05)，different capital letters in each column means extremely significant difference (P<0.01).

表 3　重组木常用木材及棉秆的主要化学成分含量

本试验3种木材中，杜仲条木材的总抽提物含量(35.40%)低于桑枝(37.75%)和柳条木材(48.01%)，因此杜仲条木材易于加工，切削阻力小(表2)，但其材色较桑枝和柳条木材浅，耐久性较桑枝、柳条木材略差。与重组木材沙柳、杨木、速生杉木及棉杆相比，桑枝和杜仲条的总抽提物含量与沙柳(36.42%)相近，比杨木(22.79%)、速生杉木(24.24%)和棉秆(25.04%)偏高，而柳条木材远比这3种常用木材及棉秆的总抽提物含量高。

由表2可知，桑枝木材的热水抽提物基部和梢部极显著高于中部，基部与梢部差异不显著；10 g/L NaOH抽提物含量由树基向上逐渐升高，但差异不显著；苯醇抽提物含量各部位基本不变。杜仲条木材的热水抽提物和10 g/L NaOH抽提物含量由树基向上逐渐升高，但差异不显著；苯醇抽提物梢部极显著高于基部和中部，基部与中部差异不显著；柳条木材的热水抽提物、10 g/L NaOH抽提物和苯醇抽提物含量由树基向上逐渐升高，但差异均不显著。表明在树干方向上3种木材均是基部和中部的性能较好。

2.2不同木材主要性能指标的比较

2.2.1纤维素由表2可知，杜仲条和桑枝木材的纤维素含量由树基向上呈降低的趋势，桑枝木材的纤维素含量基部显著高于中部和梢部，而中部与梢部差异不显著；杜仲条木材的纤维素含量基部和中部极显著高于梢部，而基部与中部差异不显著；柳条木材的纤维素含量在树干高度上变化不明显。表明在树干方向上，就纤维素含量而言，桑枝和杜仲条的基部木材性能较好，柳条2个部位的木材性能相近。

由表2可知，桑枝、杜仲条和柳条木材的纤维素含量平均值分别为41.49%，37.17%和38.63%，其中桑枝木材的含量最高，杜仲条的最低。与重组木常用木材及棉秆(表3)比较，3种木材的纤维素含量远比沙柳(55.57%)和杨木(48.76%)低；杜仲条和柳条的纤维素含量比棉秆(43.74%)偏低，桑枝的纤维素含量与棉杆相近。从纤维素含量来看，桑枝、杜仲条和柳条木材相对于棉秆来说，是较优良的重组木原料。在这3种木材中，桑枝木材更适合用作重组木原料。

2.2.2综纤维素由表2可以看出，桑枝和杜仲条木材的综纤维素含量在树干高度上呈两端低、中间高、基部含量高于梢部的分布规律，柳条木材的综纤维素含量树干基部高于梢部。方差分析表明：桑枝、柳条和杜仲条木材的综纤维素含量在树干高度上的差异均达到极显著水平，对于桑枝木材，基部和梢部极显著低于中部，基部与梢部差异不显著；对于杜仲条木材，基部和中部极显著高于梢部，基部与中部差异不显著；对于柳条，基部极显著高于梢部。表明在树干方向上，就综纤维素含量而言，桑枝中部木材性能相对较好，杜仲条的基部和中部木材性能较好，柳条基部木材性能较好。

从表2可知，桑枝、杜仲条和柳条木材的综纤维素平均值为68.72%，70.26%和68.59%。与重组木常用木材及棉秆(表3)相比，桑枝和柳条木材综纤维素含量比沙柳(78.96%)偏低，比棉秆(74.10%)略低；杜仲条木材综纤维素含量比沙柳略低，与棉杆相近。可以说桑枝、杜仲条和柳条木材均适合作为重组木原料，其中杜仲条木材为更优良的原料。

2.2.3木质素由表2可知，桑枝和杜仲条木材的木质素含量在树干高度上呈两端高、中间低、基部含量最高的分布规律，柳条木材的木质素含量由树干基部向上呈降低的趋势。方差分析表明，桑枝木材基部木质素含量极显著高于中部和梢部，中部与梢部差异不显著；柳条基部木质素含量极显著高于梢部；杜仲条各部位木材木质素含量差异不显著。表明在树干方向上，就木质素含量而言，桑枝木材中间和梢部的木材性能较好，杜仲条3个部位的木材性能相近，柳条稍部的木材性能较好。

由表2可见，桑枝、杜仲条和柳条木材的木质素平均值分别20.68%，21.65%和20.34%。与重组木常用木材及棉秆(表3)比较，3种木材木质素含量远比速生杉木(31.41%)低，与杨木(21.54%)和棉秆(21.13%)相近，比沙柳(18.20%)略高，因此桑枝、杜仲条和柳条木材的木质素含量属于偏低范畴。从此角度看，3种木材适合作为重组木原料，其中桑枝和柳条木材更优良。

2.2.4灰分由表2可知，桑枝木材的灰分含量在树干高度上呈两端低、中间高的分布规律；杜仲条木材的灰分含量在树干高度上呈两端高、中间低的分布规律；柳条木材的灰分含量基部低于梢部。方差分析表明，桑枝、杜仲条和柳条木材的灰分含量在树干高度上的差异均不显著。从这个角度看，在树干方向上，3种木材3个部位木材性能相近。

由表2可知，桑枝、杜仲条和柳条木材的灰分平均值为0.55%，0.54%和1.94%。3种木材原料中，桑枝和杜仲条木材的灰分含量偏低，柳条略高。与重组木常用木材及棉秆相比，桑枝和杜仲条木材灰分含量比沙柳(3.2%)、杨木(0.68%)、速生杉木(0.72%)和棉秆(1.86%)都偏低，柳条灰分含量与棉秆相近，比杨木和速生杉木要偏高。从这个角度来看，桑枝和杜仲条木材灰分都低于1%，属于优质范围，因此为较优良材料。

2.2.5含水率由表2可知，桑枝、杜仲条和柳条木材的气干含水率平均值分别为6.72%，8.95%和7.49%。桑枝木材的气干含水率在树干高度上呈两端低、中间高的分布规律；杜仲条木材的气干含水率由树基向上呈升高的趋势；柳条木材的气干含水率由树基向上呈降低的趋势。方差分析表明，在树干不同高度上，杜仲条和柳条木材气干含水率的差异达显著性水平，对于杜仲条，中部和梢部显著高于基部，中部与梢部差异不显著；对于柳条，基部显著高于梢部。桑枝木材各部位气干含水率差异不显著。

3讨论与结论

沙柳、杨木、速生杉木和棉秆均是制造重组材的适宜原料,其物理力学性能完全达到甚至已超过刨花板[13]。木材抽提物在木材中所占比例较少，但对木材密度、木材的色、香、味、天然耐久性、木材防腐改性处理、板材干燥、胶合及木材强度等材性和利用均有一定的影响[14]。桑枝、杜仲条和柳条的抽提物含量高于重组木常用木材和棉秆。纤维素是木材细胞壁的骨架，是其主要成分，其含量大小与实体木材性能有很大的关系[15]。一般来说，木材原料的纤维素含量越高，实体木材的性能越好[16]。3种木材的纤维素含量远比沙柳(55.57%)和杨木(48.76%)低；杜仲条和柳条的纤维素含量比棉秆(43.74%)偏低，桑枝的纤维素含量与棉杆相近。综纤维素是植物原料中除去木素以外的全部碳水化合物，实际上综纤维素是纤维素和半纤维素的总和[15]。纤维素含量越高，板材的性能越好。桑枝和柳条木材综纤维素含量比沙柳(78.96%)偏低，比棉秆(74.10%)略低；杜仲条木材综纤维素含量比沙柳略低，与棉杆相近。木质素在木材组织中起着胶固作用，其含量的大小对实体木材的性能和纤维板的胶合具有很大影响，一般选用木质素含量低的原料为好[15]。3种木材木质素含量远比速生杉木(31.41%)低，与杨木(21.54%)和棉秆(21.13%)相近，比沙柳(18.20%)要略高，因此桑枝、杜仲条和柳条木材的木质素含量属于偏低范畴。灰分主要是钾、钠、钙的无机盐类。灰分含量高将影响胶黏剂的结合力，通常表现为内结合力低，握钉力差，二次加工贴面容易脱落[17]，因此需要在生产重组木过程中控制灰分的含量，灰分的含量越少越好。桑枝和杜仲条木材灰分含量比沙柳(3.2%)、杨木(0.68%)、速生杉木(0.72%)和棉秆(1.86%)都要低，柳条灰分含量与棉秆相近，但比杨木和速生杉木要高。分析得出，3种枝桠材纤维素和综纤维素含量略低于重组木常用木材，且与棉秆相近；木质素含量相近或低于重组木常用木材及棉秆，说明桑枝、杜仲条和柳条都属于生产重组木的优质原料。

在树干不同高度上，3种木材的基部和中部木材性能优于梢部。另外3种枝桠材的枝条均通直，易于疏解、铺装。3种枝桠材中，杜仲条木材性能最好，故采用杜仲条的基部和中部生产出的重组木性能会更优。

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Chemical components and their variations along tree stem of young branches ofRamulusmori,EucommiaulmoidesandTamarixramosissima

LI Yu-xiu，LEI Ya-fang

(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstracts: 【Objective】 Contents of the chemical components from branches of young Ramulus mori,Eucommia ulmoides and Tamarix ramosissima were determined and their variations along tree stem were analyzed to provide basis for their efficient utilization.【Method】 According to the Chinese standards for wood chemical component analysis,the chemical components (cellulose,holocellulose,lignin,extracts by hot water,10 g/L NaOH and alcohol benzene,ash,and moisture) of branches of young R.mori,E.umoides and T.ramosissima were measured and analyzed.Finally,the results were compared with scrimbers,such as Psmmophiles,Birch,Grow-up chinese fir,and Cotton stalk.【Result】 For young R.mori branches,the cellulose content at the base was significantly higher than that at the middle and the end,and the difference between the middle and the end was not significant.The lignin content at base was very significantly higher than that at the middle and the end,and the difference between the middle and the end was not significant.The holocellulose contents at the base and the end were very significantly higher than that at the middle,and the difference between the base and the end was not significant.The differences in ash and moisture contents along the tree stem were not significant.For E.ulmoides wood,the content of benzene-alcohol extracts at the end was very significantly higher than that at the base and the middle,and the difference between the base and the middle was not significant.The difference in ash along the tree stem was not significant.The moisture contents at the middle and the end were very significantly higher than that at the base,and the difference between the middle and the end was not significant.For T.ramosissima,very significant difference was observed between the contents of holocellulose and lignin.The holocellulose and lignin contents at base were very significantly higher than that at the middle.The difference in ash contents along the tree stem was not significant.The moisture content at the base was very significantly higher than that at the end.【Conclusion】 In aspect of chemical components,the wood properties at the bottom and middle blade were better than those at the top blade.All these three woods were good raw materials for scrimber and E.ulmoides was the best.

Key words:young Ramulus mori branches;Eucommia ulmoides branches;Tamarix ramosissi branches;chemical component

DOI：网络出版时间:2016-04-0709:0010.13207/j.cnki.jnwafu.2016.05.017

[收稿日期]2014-09-19

[基金项目]国家林业公益性行业科研专项(201304511)

[作者简介]李玉秀(1988-)，女，山西洪洞人，在读硕士，主要从事木材加工新技术研究。E-mail：993927100@qq.com[通信作者]雷亚芳(1965-)，女，陕西合阳人，教授，博士，硕士生导师，主要从事木质资源加工与利用研究。E-mail：leiyafang@sina.com

[中图分类号]S781.42

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)05-0127-06

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160407.0900.034.html