湖北主要竹种纤维形态与造纸适用性评价-华中农大-郝培应徐有…

郝培应等：湖北主要竹种纤维形态与造纸适用性评价44湖北主要竹种纤维形态与造纸适用性评价*郝培应徐有明**陆才瑞刘纪红刘金英(华中农业大学园艺林学学院，武汉430070)摘要本文对湖北10个主要竹种黄甜竹、茶秆竹、硬头黄竹、红竹、苦竹、绿皮黄筋竹、黄秆乌哺鸡、青皮竹、粉单竹、慈竹等竹种纤维形态分析表明，10种竹材的纤维长为1.98-2.89mm，宽为15.30-21.48µm，长宽比为98-184，壁厚为6.54-9.29µm，腔径为1.34-9.41µm，壁腔比为3.11-12.89。方差分析结果表明，竹种间纤维长度、宽度、长宽比均存在极显著差异，而壁腔比差异不显著。同一竹种内径向不同部位的纤维长度、宽度、壁厚均存在极显著差异，而长宽比和腔径差异均不显著，壁腔比因竹种而异；纵向不同部位纤维长度、宽度、长宽比、壁腔比均表现不显著差异。综合评价慈竹是优良的造纸原料。关键词湖北竹材纤维形态造纸StudyontheFiberMorphologyofMainBambooSpeciesinHubeiProvinceHAOPei-yingXUYou-mingLUCai-ruiLiuJi-hongLiuJin-ying(CollegeofForestryandHorticulture,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070)Abstract:Tenkindsofbamboospeciesinhubeiprovincewerestudiedonfibermorphology.Theresultshowedthatfiberlengthsvaryfrom1.98mmto2.89mm,widths15.30µmto21.48µm,ratiosoftheirlength-width98to184,wall-thickneeses6.54µmto9.29µm,cavity-diameters1.34µm-9.41µm,ratiosoftheirdualwallthickness-ddiameter3.11to12.89.Theresultalsoshowedthattherewerenotabledifferencebetweendifferentbamboospeciesonlengths,widthsandratiosofthem,whileratiosofthewallandcavitywerenotnotable。Inthesamespecie,therewerenotabledifferencebetweeninnerlayer,middlelayerandouterlayeronfiberlengths,widthsandwalls,whiledifferenceofratiosoflengthandwidthwasnotnotableaswellasthatofcavitiesandwidths,andratiosofthewallsandcavitiesdifferapparentlyinsomespecies,butothersnot.Differencebetweenupperside,middlesideandlowersideofthesamebambooonfiberlengths,widths,cavitiesandtheratiosofthemwasnotnotable.ItwasfoundthatN.affiniswasabestkindofbambooforpulpingandpaperfromitsfibermorphology.KeyWord:Hubei,Bamboospecies,fibermorphology,pulpingandpaper随着社会经济的发展，纸和纸制品的消费水平已成为一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一[1]。国外木浆已占造纸原料的90%以上，而我国加上进口木浆与废纸一起也只占造纸原料的20%。随着我国社会快速发展与建设，纸和纸制品消费水平不断提高，我国纸浆材短缺形势日趋严峻。目前湖北省有近20家造纸企业，但来自本省的原料仅占40%，主要是草浆和芦苇，木浆很少，造纸浆短缺问题相当突出。众所周知，竹子生长快、产量高、用途广，在热带、亚热带木材不足的国家和地区，竹子是重要的造纸工业原料。更重要的是，竹子根系发达，且每年一度的常规采伐不但不会破坏竹林植被造成水土流失，反而是竹林生长所必须的培育方式，这一生态和经济效益兼有的特性是大多数造林树种所不具备的[2]，因此，营建大面积造纸竹原料基地，*国家“十五”攻关课题“红壤带北部低丘岗区农林复合发展模式与技术研究”(2001BA508B13)的部分内容第一作者简介：郝培应，1975年生，男，华中农大植物学专业研究生，讲师。从事植物学和生物技术研究。**通讯作者：华中农大园艺林学学院教授，电话：[phone]；电子邮件：[e-mail]文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.com.cn中国林学会木材科学学会第九次学术研讨会论文集45是解决造纸材原料不足和保护生态环境的有效途径。湖北省竹材主要分布在南部黄红壤区域，其天然分布及引种并适生的竹子近200种，其中不乏优良的造纸用竹，这些竹种的开发利用对解决造纸原料短缺问题有重要的现实意义。本文通过对与纸张性能密切相关的纤维形态指标的分析，初步筛选出造纸性能优良的适生竹种，为发展竹材造纸提供科学依据。1材料与方法试验所用竹材均采于湖北省咸宁市林业科学研究所竹种园内。竹种园共有200多种竹子，从中选取主干明显、生长快、生物量大的竹种10个作为实验用材。每一竹种采1-4a生长正常的竹子3株，其中，慈竹采6株。在离基0.3m及株高1/3、2/3处各截取1段作株内变异分析试材，在株高1/3处截取一段作为株间变异试材。有关试材的学名、高度及胸径见表1。表1各竹种试材情况第1株第2株第3株编号竹种学名秆高/m胸径/cm年龄/a秆高/m胸径/cm年龄/a秆高/m胸径/cm年龄/a1黄甜竹A.edulis8.54.3518.63.8373.5832茶秆竹P.amabilis10.13.929.854.0829.93.813硬头黄竹B.rigida7.43.515.62.5262.8714红竹P..iridescens4.74.524.12.5242.4525苦竹P.amarus7.32.8516.32.817.12.616绿皮黄筋竹P.lphurea6.24.146.23.846.24.147黄秆乌哺鸡Pureocaulis5.02.9514.63.315.43.6518青皮竹B.textiles9.53.85211.45.3213.56.229粉单竹B.chungii11.959.7413.56.85110.77.09410慈竹N.affinis9.29.82.953.08129.17.23.652.95127.28.32.93.0512取节间中部竹环按外侧、中部、内侧劈成3个等分，将各部分沿纤维走向劈成火柴杆大小，分别用硝酸-铬酸混合液离析，制临时装片，在立体投影仪下测定纤维长度、宽度和腔径。纤维长度放大50倍，每个部分测50根，纤维宽度和腔径放大100倍，每个部分测50根。2结果分析2.1竹种间纤维形态特征2.1.1纤维长度纤维长度是评价纤维原料品质的一个重要指标，它不仅与纸页撕裂度呈直线关系，而且长度大有利于提高纸张的抗张强度、耐破度及耐折度[3]。纸张强度实际上是由纤维本身的强度和纤维之间的结合强度决定的。纤维愈长、愈柔软，纤维就有更多的接触点，交织能力就愈强[4]。国际木材解剖家学会将纤维按长度分为3类：小于0.9mm的纤维属于短纤维，长度在0.90-1.60mm的纤维属于中纤维，长度大于1.60mm的为长纤维[5]。从表2可以看出，本次实验的10种竹材的纤维长度在1.98-2.89mm之间，均在1.66mm以上，属较长的纤维。其中纤维长度较PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.com.cn郝培应等：湖北主要竹种纤维形态与造纸适用性评价46短的有红竹（1.98mm）、黄甜竹（2.11mm）、茶秆竹（2.10mm）、硬头黄竹（2.06mm）、绿皮黄筋竹（2.15mm）、黄秆乌哺鸡（2.11mm）、青皮竹（2.17mm）、粉单竹（2.17mm），纤维长度较长的有苦竹（2.45mm）、慈竹（2.89mm）。10种竹材的纤维长度，在α=0.01水平上，竹种间差异极显著。这与张静文等在刚竹属部分竹材纤维形态测定时所得结果相符[6]。表2竹种的纤维长度、宽度及长宽比竹种平均长度(mm)变化幅度cv(℅)平均宽度(µm)变化幅度cv(℅)长宽比黄甜竹2.111.12-3.8324.4019.5810-3926.80108茶秆竹2.101.06-3.9720.9021.4810-4229.3498硬头黄竹2.061.17-3.5120.2215.3010-3025.59135红竹1.981.23-3.2018.2418.6610-3122.04106苦竹2.451.41-4.4619.5418.6510-3220.89131绿皮黄筋竹2.151.28-3.9919.5819.7211-3219.58109黄秆乌哺鸡2.111.30-3.5318.6818.1410-3119.61116青皮竹2.171.07-4.1224.2115.408-3028.16141粉单竹2.170.75-5.0826.2016.658-3127.73130慈竹2.891.63-4.9722.3415.654-2420.551842.1.2纤维宽度一般认为，纤维宽度对纸张质量无直接影响，但纤维宽度直接影响到纤维的长宽比，因此对纸张质量仍然存在一定影响[8]。被测试的10种竹材中，纤维宽度在4-42µm之间，其中纤维宽度较小的有硬头黄竹（15.30µm）、青皮竹（15.4µm）、粉单竹（16.65µm）、慈竹（15.65µm），纤维宽度较大的有茶秆竹（21.48µm）、苦竹（18.65µm）、黄甜竹（19.58µm）、红竹（18.66µm）、绿皮黄筋竹（19.72µm）、黄秆乌哺鸡（18.14µm）。10种竹材的纤维宽度，在α=0.01水平上，竹种间差异极显著。马灵飞等在做部分散生竹材纤维形态测定时，也认同不同竹种间纤维宽度存在极显著差异[4]。2.1.3纤维长宽比纤维长宽比是指纤维长度与宽度之比。纤维长宽比是影响纸张质量的重要因子之一。一般认为，纤维长宽比大，纸的撕裂强度高、耐折度大。长宽比大于100才是优良的造纸原料，长宽比小于45的纤维不能造纸[10]。资料表明，阔叶材的长宽比最小，针叶材其次，而竹材的最大。从表2来看，10种竹材的长宽比均在98-184之间。其中，长宽比较小的是茶秆竹（98）、红竹（106），长宽比较大的是硬头黄竹（135）、青皮竹（141）、粉单竹（130）、慈竹（184）、苦竹（131）。单从长宽比这一个造纸指标看，被测试的10种竹材均为优良的造纸原料，尤其是慈竹（184）。被测试的湖北10种主要竹材的纤维长宽比，在α=0.01水平上，竹种间差异极显著。纤维长度的变异系数直接影响竹材造纸性能的稳定性。被测试的10个竹种的纤维长度变异系数均在20℅左右，相对而言较稳定。其中最大的是粉单竹（26.2℅），最小的是红竹（18.24℅）。纤维长度的频率分布是确定原料配比的主要依据[9]。由表3可以看出，纤维长度小于1.5mm频率都较小，尤其是慈竹（0.0℅）和苦竹（0.7℅），而黄甜竹的频率则较大(12℅)；纤维长度在1.5-2.0mm区间的频率大都在35℅左右，只有慈竹相对较小，为5.0℅；纤维长度在2.0-2.5mm区间的频率几乎都在35℅PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.com.cn中国林学会