刀状黑黄檀木材解剖结构及其密度探究

Investigation of the Anatomical Structure and Density of the Dalbergia cultrata Wood

摘要

借助连续变倍体视显微镜、数码显微镜和图像测量分析系统对刀状黑黄檀宏观构造、微观结构及其细胞形态进行测量和分析，同时进行木材密度测定。结果表明，刀状黑黄檀材色紫红色，生长轮较明显，为散孔材，其木材管孔组合类型以单管孔为主，少数为径列复管孔，导管细胞形状以鼓形为主，木纤维细胞叠生，腔小壁厚，细胞长宽比与壁腔比分别为48.84、0.81。木射线为细木射线，叠生，同形2～3列，高5～9个细胞，长宽比为5.17。轴向薄壁组织叠生，丰富，翼状或同心傍管带状，细胞长宽比为6.36。结晶细胞多为分室含晶细胞，其结晶颗粒多达17颗。波痕在肉眼下略可见，木材纹理直结构细。在木材组织比量中占比最大和最小的分别为木纤维和结晶细胞，通过组织比量可以深入了解树木的生长和木材材性。木材密度较大，木材基本密度、气干密度和绝干密度分别为0.85、1.04、0.94 g/cm³。通过以上分析完善木材解剖结构理论，为木材识别、鉴定提供理论依据。

Abstract

The macro structure， micro structure and cell morphology of the Dalbergia cultrata wood were measured and analyzed by using zoom stereromicroscope， digital microscope and image measuring analysis system， and the wood density was determined at the same time. The results showed that the wood color of the D. cultrata wood was purple red； the growth rings were obvious； the wood was scattered with holes， and the combination type of the wood vessels was mainly single vessels， a few were radial multiple vessels， and the shape of the vessel cells was mainly drum-shaped； the wood fiber cells were superimposed， with small cavity and thick， and the cell length-width ratio and wall cavity ratio were 48.84 and 0.81， respectively. The xylem rays were fine， imposed， and homomorphic 2-3 columns， with a height of 5-9 cells and a length-width ratio of 5.17. The axial parenchyma was superimposed， abundant， wing-shaped or concentric paratracheal belt-shaped； the cell length-width ratio was 6.36. Crystalline cells were mostly divided into compartments containing crystals， with as many as 17 crystalline particles.The wave pattern was slightly visible under the eye； the wood grain was straight and the structure was fine. The wood fiber and crystal cells accounted for the largest and smallest proportion of the wood tissue percentages， respectively； the wood tissue percentages could deeply understand the growth of trees and the properties of wood. The wood density was large， and the density， air-dried density and oven-dried density of the wood were 0.85， 1.04， 0.94 g/cm³， respectively. The above analysis perfected the theory of wood anatomical structure and provided theoretical basis for wood identification and appraisal.

Graphical abstract

关键词

红木 / 黑酸枝 / 刀状黑黄檀 / 木材结构 / 细胞形态 / 组织比量 / 木材密度

Key words

Hongmu / Dalbergia spp. / Dalbergia cultrata / wood structure / cell morphology / Tissue percentages / wood density

0 引言

研究木材的构造可以为木材的识别、鉴定提供重要依据，许多学者都对木材的构造进行了大量的研究，对宏观构造和微观结构特征的分析提取，特别是对结构相似的木材进行对比分析，总结出木材的构造特征。如刘守佳等^［1］对桃花心木属3种树种木材的构造特征进行研究，揭示木材构造特征的种间和种内变异规律；许沁等^［2］从木材构造特征角度详细阐述了檀香木和非洲螺穗木的主要辨别要点；张贝等^［3］对降香黄檀及多种假冒降香黄檀木材进行取样及实验室解剖，总结出降香黄檀木材的独特构造；刘志红等^［4］从聚类分析角度比较槭属5树种木材解剖特征；雷福娟等^［5］研究表明香合欢木材“V”字或山水状花纹明显；李萍等^［6］对4种常见仿沉香木的木材构造特征进行比较，得出沉香木岛屿式内涵韧皮部为沉香属木材的重要鉴别特征；陈思禹等^［7］对阔叶黄檀与毛榄仁材种进行结构比较，得出薄壁组织与木射线的差异是辨别阔叶黄檀与毛榄仁最主要依据；陈居静^［8］、黄广华等^［9-11］、邓冬丽等^［12］对红木类黑酸枝木材如东非黑黄檀、阔叶黄檀，红酸枝木材如巴里黄檀、奥氏黄檀、交趾黄檀的木材结构进行对比分析，总结出各种木材的导管、木纤维等细胞结构特征；卢翠香等^［13］、周旭等^［14］把刀状黑黄檀与阔叶黄檀、卢氏黑黄檀的木材结构进行对比分析，总结出宏观、微观结构上的特征。

刀状黑黄檀（Dalbergia cultrata）是豆科（Leguminosae）黄檀属（Dalbergia）的一种高大落叶乔木，根据中国国家标准《红木》（GB/T 18107—2017）分类，属于黑酸枝木，是珍贵的红木树种之一^［15］。红木色泽醇厚、纹理美观，材性良好，其制品庄重典雅，雕饰精细，线条流畅，历来为人们所推崇^［16］。鉴于刀状黑黄檀的细胞形态及组织比量鲜见报道，通过组织比量的分析可以深入了解树木的生长和木材材性，为木材的合理加工和高效利用提供科学依据^［17］，本研究通过对刀状黑黄檀木材细胞形态、组织比量、密度进行分析研究，完善木材解剖结构理论，为木材识别、鉴定提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验刀状黑黄檀木材由福建省莆田市仙游县质量技术监督局提供，试材圆满通直，胸径680 mm，产于越南。

1.2 试验主要仪器与设备

本试验中所用到的主要仪器设备有滑走式切片机（REM-710）、放大镜、生物数码显微镜（DK-98-1）、体视显微镜（XTJ-200）、图像测量分析软件（MI Advance 3.0）等。

1.3 试验方法

1.3.1 宏观、微观构造

借助放大镜、体视显微镜观察木材宏观构造，根据国家标准GB/T 29894—2013《木材鉴别方法通则》^［18］进行木材切片制作。将制备好的木材样品经过软化—清洗—切片—染色—脱水—透明—封固等流程，制成显微构造玻片，对导管、木纤维、木射线、薄壁细胞和结晶细胞等各选取80~100个完整的细胞进行观察，利用MI Advance 3.0图像测量分析软件对采集的图样进行测量，分析木材微观结构及细胞形态特征。

1.3.2 组织比量

木材组织比量是测量木材各类细胞的数量特征，制作试材三切面各80~100个切片，用400×显微镜按顺序拍摄图片，利用PhotoShop测图软件把图片拼接成一幅完整切面的图形，测出木材各种细胞如导管、轴向薄壁组织、木纤维、木射线和结晶细胞的数量与面积，计算确定其所占比例。

1.3.3 木材密度

按照国家标准GB/T 1927.5—2021《无疵小试样木材物理力学性质试验方法》^［19］进行木材试件的确定，基本密度、气干密度和绝干密度的测定。试样50件，尺寸为20 mm×20 mm×20 mm，气干密度按规定换算成含水率为12%时的气干密度。

2 结果与分析

2.1 刀状黑黄檀木材宏观构造

图1为刀状黑黄檀木材宏观构造。心材树种，材色紫红色（图中颜色是因为为了使纹理更加清晰而在显微镜拍照时进行了白平衡和滤色处理），常带栗褐色条纹；木材生长轮较明显，为散孔材，管孔呈分散状，在肉眼下略可见；木射线属于细木射线，在放大镜下可见；轴向薄壁组织翼状或同心傍管带状，含量丰富，在肉眼下可见；木材结构细，纹理直；波痕明显，新切面具酸香气味。

2.2 刀状黑黄檀木材微观结构

图2为刀状黑黄檀木材微观结构，横切面上管孔类型以单管孔为主，少数径列（2~6列）复管孔，管孔呈圆形、椭圆形，直径大小不一，从93.8 μm到182.6 μm，平均118.2 μm；管孔数量为1.8~8.9个/mm²，平均 4.6 个/mm²；纵切上，导管单穿孔，呈鼓形、纺锤形、圆柱形和矩形，偶见导管状管胞，细胞壁上均具有互列式的具缘纹孔，管孔内含深色树胶。木纤维叠生，在横切面上以椭圆形、多边形为主，细胞壁厚；纵切面上木纤维呈细长纺锤形，偶见细胞两末端有细小分歧。木射线叠生，主要由横卧射线细胞组成，同形2~3列，高5~9个细胞，极少单列。轴向薄壁组织丰富，叠生，横切面上分布类型为细线状、傍管型带状，局部与木射线交织略呈网状，宽度2~10细胞，多数3~8个细胞，纵切面上呈长方形及近似长方形；结晶细胞以分室含晶细胞为主，主要由轴向薄壁细胞演变而来，在纵切面上呈不规则多边形，在横切面上一般呈方形、菱形。

2.3 刀状黑黄檀木材细胞形态

刀状黑黄檀木材主要细胞为导管细胞、木纤维细胞、木射线细胞、轴向薄壁细胞和结晶细胞等，各类细胞形态如图3所示。

2.3.1 刀状黑黄檀木材导管细胞

由图3（a）和表1可知，导管细胞有鼓形（H）、圆柱形（C、E）、矩形（G）和纺锤形（A、B、D、F），分别占导管细胞的57.74%、16.49%、15.46%和10.31%。比例最大的鼓形导管细胞长度、宽度和长宽比分别为203.26、160.68 μm和1.26；壁厚、弦向腔径和壁腔比分别为5.73、98.17 μm和5.84，其他导管细胞参数详见表1。

2.3.2 刀状黑黄檀木材木纤维细胞

由图3（b）和表2可知，木纤维细胞两端尖削呈细长纺锤形，偶见细胞两末端有细小分歧，细胞壁上纹孔为具缘纹孔，呈裂隙状；木纤维长度、宽度和长宽比分别为919.69、18.83 μm和48.84；壁厚、腔径和壁腔比分别为5.62、6.97 μm和0.81，腔小壁厚。

2.3.3 刀状黑黄檀木材木射线细胞

由图3（c）和表3可知，木射线细胞为横卧射线细胞，单位长度木射线根数为11.55根/mm。主要含有普通的横卧射线细胞（A），细胞长度、宽度、高度和长宽比分别为81.27、15.71、18.52 μm和5.17；少数木射线细胞的高度较普通横卧射线细胞略高（B）。

2.3.4 刀状黑黄檀木材轴向薄壁细胞

由图3（d）和表3可知，轴向薄壁细胞形态较细长，细胞壁上有些凹坑及突起，单纹孔，细胞长度、宽度和长宽比分别为111.15、17.47 μm和6.36。

2.3.5 刀状黑黄檀木材结晶细胞

图3（e）为结晶细胞，多为分室含晶细胞，以轴向薄壁细胞转变为主，部分由射线薄壁细胞转变而来的结晶细胞在横切面上呈梭形（F、G）；分室含晶细胞结晶颗粒为4~17颗/串，以6~10颗/串居多，分室含晶细胞端部多呈尖削状，少数钝平状（D的上端）；晶体颗粒呈菱形（I）、方形或多边形（H）。

2.3.6 刀状黑黄檀木材组织比量

由表4可知，刀状黑黄檀木材组织比量，木材组织比量中占比最大和最小的分别为木纤维58.78%、结晶细胞1.63%。

2.4 木材密度

木材密度反映了木材的致密程度，影响着木材 的抗拉、抗压、抗弯及硬度等相关力学性能，刀状黑黄檀木材密度较大，木材基本密度、气干密度和绝干密 度分别为：0.85、1.04、0.94 g/cm³，详见表5。

3 结论

1）宏观构造：刀状黑黄檀木材为散孔材，材色紫红色，常带栗褐色条纹，生长轮较明显，木射线为细木射线，轴向薄壁组织丰富，翼状或同心傍管带状，波痕在肉眼下略可见，木材纹理直结构细。

2）微观结构、细胞特征及量化：单管孔为黑黄檀木材管孔主要类型，径列复管孔（2~6列）偶见，导管细胞形状较多，以鼓形为主，鼓形细胞长宽比1.26，壁腔比5.84；细胞壁上纹孔为互列式的具缘纹孔。木纤维细胞叠生，细胞长宽比与壁腔比分别为48.84、0.81，腔小壁厚。木射线叠生，主要由横卧射线细胞组成，同形2~3列，部分同形单列，高5~9个细胞。细胞长宽比为5.17。轴向薄壁组织叠生，含量丰富，横切面上分布类型常见细线状及傍管型带状，呈网状的主要是局部和木射线交织，侧壁上具有显著的具缘纹孔，细胞长宽比为6.36。有大量分室含晶细胞，结晶细胞分别由轴向薄壁细胞（多数）和射线薄壁细胞（少数）演变而来，分室含晶细胞结晶颗粒多达17颗。

3）刀状黑黄檀木材组织比量中占比最大和最小的分别为木纤维58.78%、结晶细胞1.63%。

4）刀状黑黄檀木材密度较大，木材基本密度、气干密度和绝干密度分别为：0.85、1.04、0.94 g/cm³。

在后续的研究中将不断细化，深入细胞壁分子水平，进一步探寻木材结构的基础，完善木材解剖结构理论，为木材识别、鉴定提供理论依据。

参考文献

[1] 刘守佳，何拓，陆杨，桃花心木木材定量解剖特征变异性及其识别［J］.林业科学，2024，60（5）：169-176.

[2] LIU S J， HE T， LU Y，et al.Quantitative anatomy analysis on wood feature variability and wood identification of Swietenia species［J］.Scientia Silvae Sinicae，2024，60（5）：169-176.

[3] 许沁，邱相声，张媛，檀香木与非洲螺穗木的构造及GC-MS和FT-IR辨析［J］.林业工程学报，2024，9（2）：31-38.

[4] XU Q， QIU X S， ZHANG Y，et al.Comparison of structural and GC-MS and FT-IR characteristics of Santalum album Linn. and Spirostachys africana Sond.［J］.Journal of Forestry Engineering，2024，9（2）：31-38.

[5] 张贝，徐峰.5种假冒降香黄檀木材解剖构造及识别研究［J］.绿色科技，2014（9）：250-254.

[6] ZHANG B， XU F.Research of anatomical structures and identification of five fake Dalbergia odorifera woods［J］.Journal of Green Science and Technology，2014（9）：250-254.

[7] 刘志红，毋晓洁，解庆.槭属5树种木材解剖特征比较分析［J］.西北林学院学报，2020，35（4）：179-183.

[8] LIU Z H， WU X J， XIE Q.Comparison of wood anatomy of five acer species［J］.Journal of Northwest Forestry University，2020，35（4）：179-183.

[9] 雷福娟，黄耀恒，王军锋，香合欢木材解剖性质研究［J］.广西林业科学，2023，52（6）：787-791.

[10] LEI F J， HUANG Y H， WANG J F，et al.Anatomical properties of Albizia odoratissima wood［J］.Guangxi Forestry Science，2023，52（6）：787-791.

[11] 李萍，吕杰，钟遇安，4种常见仿沉香木的木材构造特征比较［J］.植物检疫，2023，37（1）：63-67.

[12] LI P，LYU J， ZHONG Y A，et al.Comparison on wood structure characteristics of Aquilaria sinensis and four common confusable［J］.Plant Quarantine，2023，37（1）：63-67.

[13] 陈思禹，张文强，张贝.阔叶黄檀与毛榄仁材种的辨别［J］.绿色科技，2020（2）：223-225.

[14] CHEN S Y， ZHANG W Q， ZHANG B.Identification of Dalbergia latifolia and Terminalia tomentosa ［J］.Journal of Green Science and Technology，2020（2）：223-225.

[15] 陈居静.六种酸枝类木材结构特征及相关属性的研究［D］.福州：福建农林大学，2013.

[16] CHEN J J.Study on structure characteristics and correlative properties of six kinds of Dalbergia spp.wood［D］.Fuzhou：Fujian Agriculture and Forestry University，2013.

[17] 黄广华，陈瑞英.阔叶黄檀木材解剖构造及其表面接触角［J］.森林工程，2023，39（5）：85-91.

[18] HUANG G H， CHEN R Y.Anatomical structure and contact angle of Dalbergia latifolia wood［J］.Forest Engineering，2023，39（5）：85-91.

[19] 黄广华，陈瑞英，陈居静，东非黑黄檀木材构造及其材色［J］.森林工程，2023，39（2）：107-112，131.

[20] HUANG G H， CHEN R Y， CHEN J J，et al.Wood structure and color of Dalbergia melanoxylon ［J］.Forest Engineering，2023，39（2）：107-112，131.

[21] 黄广华，陈瑞英，陈居静.巴里黄檀木材解剖构造、颜色及接触角研究［J］.西北林学院学报，2019，34（2）：234-239.

[22] HUANG G H， CHEN R Y， CHEN J J，et al.Anatomical structural，color and contact angle of Dalbergia bariensis wood［J］.Journal of Northwest Forestry University，2019，34（2）：234-239.

[23] 邓冬丽，李卫发，彭智邦，东南亚产3种红酸枝木材构造特征比较［J］.桉树科技，2021，38（3）：58-62.

[24] DENG D L， LI W F， PENG Z B，et al.Study on wood structure characteristics of three species of red wood from southeast Asia［J］.Eucalypt Science & Technology，2021，38（3）：58-62.

[25] 卢翠香，周少英，李英健，东南亚产3种黑酸枝木木材构造特征比较研究［J］.福建林业科技，2011，38（2）：99-102.

[26] LU C X， ZHOU S Y， LI Y J，et al.Study on structure characteristics of 3 blackwood timber produced in southeast Asia［J］.Journal of Fujian Forestry Science and Technology，2011，38（2）：99-102.

[27] 周旭，贾东宇，孙书冬，四种黑酸枝树种的鉴别［J］.木材加工机械，2017，28（5）：1-5.

[28] ZHOU X， JIA D Y， SUN S D，et al.Identification of four black rosewood species［J］.Wood Processing Machinery，2017，28（5）：1-5.

[29] 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 红木：GB/T 18107—2017 ［S］.北京：中国标准出版社，2017.

[30] General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People′s Republic of China，Standardization Administration of the People′s Republic of China. Hongmu：GB/T 18107—2017 ［S］.Beijing：Standards Press of China，2017.

[31] 翟东群，姜笑梅，殷亚方.红木资源现状及变化趋势［J］.木材工业，2014，28（2）：26-30.

[32] ZHAI D Q， JIANG X M， YIN Y F.Status and trends of hongmu resources［J］.China Wood Industry，2014，28（2）：26-30.

[33] 费本华.铜钱树木材纤维形态特征和组织比量变异的研究［J］.东北林业大学学报，1994，22（4）：61-67.

[34] FEI B H.Variability in fiber dimension，tissue proportion of Paliurus hemsleyanus Rehd.［J］.Journal of Northeast Forestry University，1994，22（4）：61-67.

[35] 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 木材鉴别方法通则：GB/T 29894—2013 ［S］.北京：中国标准出版社，2013.

[36] General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People′s Republic of China，Standardization Administration of the People′s Republic of China. General method of wood identification：GB /T 29894—2013 ［S］.Beijing：Standards Press of China，2013.

[37] 国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会. 无疵小试样木材物理力学性质试验方法：GB/T 1927.5—2021 ［S］.北京：中国标准出版社，2021.

[38] State Administration for Market Regulation，Standardization Administration of the People′s Republic of China. Test methods for physical and mechanical properties of small clear wood specimens：GB/T 1927.5—2021 ［S］.Beijing：Standards Press of China，2021.

基金资助

国家自然科学基金项目(30271057)