皇竹草的生物特性与化学组成

摘要:首次从制浆造纸角度对皇竹草生物学特性、纤维形态及其化学组成进行了分析，其主要化学组分为:灰分3.77%，克拉森木素20.82%综纤维素78.15%和戊聚糖19.50%。其纤维形态特征为:纤维长度1260Km，长宽比113;表皮区、中间区和内圈区的壁腔比分别为0.36.0.27和0.25。研究结果表明，皇竹草是一种较具潜力、可利用的良好造纸原料。

作为良好的动物饲料，近些年来已在我国海南、四川、广西、湖南和江苏等地小面积引种并有这方面的研究和应用。而在造纸工业应用方面，要从皇竹草的生物学特性、化学组成来决定其制浆造纸性能。为此，本文从生物学特性、化学组成入手研究，为探讨其制浆造纸性能及其造纸应用价值提供理论依据;另外，该植物尚未收录中国植物志，对其在植物学中的确切分类进行了考查。在中国，无论从种植经济还是造纸价值角度来看，皇竹草的发展前景都是很广阔的。

1原料与研究方法

根据皇竹草种植现场多次实地跟踪观察、查阅有关资料和植物学分类原理确定其在植物界确切分类。

1.1实验用原料

实验用原料由江苏金土地草业有限公司提供的正常收割的并存放约6个月无根、叶的茎秆材。取样时，采用代表性的5根长整秆撕裂磨碎后均匀混合，用作化学组成分析。选用1根代表性长秆试样，沿纵向撕裂1整片后再剪成火柴杆大小，供纤维形态研究用。

1.2化学组成的分析

按照Tappi标准取样、准备器材和化学药品，控制实验条件，分别测定原料中水分、灰分、冷热水抽出物、1%ONaOH抽出物、苯一醇抽出物、克拉森木素、综纤维素和戊聚糖。

1.3纤维形态的观察

1.3.1样品制备

纤维解离样品:取少量准备好的观察纤维形态用原料装入试管内，加入适量蒸馏水，在水浴中反复煮沸至下沉。加入少量35%硝酸和氯酸钾，再煮沸至试样变白，用蒸馏水洗涤、煮沸、过滤后稀释，最后加2滴2%番红染色液即成纤维解离样品。将试样摇匀后分别摇动5次制成5个试片供显微镜观察。

切片样品:取代表性试样一段在水中煮沸排气，用氢氟酸软化冲洗后切片;用二甲苯和乙醇处理，再用1%番红染色后制片。

1.3.2纤维长宽度的测定

纤维的尺寸采用光学显微镜人工计数试片上整片的数量。纤维长度放大100倍;石细胞长度及各细胞宽度放大400倍;纤维的中段为宽度测量部位，断头纤维及非纤维状杂细胞不计入纤维状细胞数量;观察切片样本纤维细胞壁厚和对放大400倍腔径进行测量。总数346根，分别根据长度分级进行数据处理。

1.3.3细胞形态特征的观察

在显微镜下，对5片样片观察，将不同类别的具有代表性的各类细胞按形状特征画出大图后缩小成特征图;同时用摄影显微镜放大100倍后照出解离的典型纤维形态实况;同样情况下照出原料切片细胞横截面图见图4、图5）。

1.3.4杂细胞含量的测量

杂细胞含量的测量采用面积法。在显微镜视野下观察照相放大后，量取尺寸再计算。

……部分内容略

2.2皇竹草的化学组成

将本次研究所得皇竹草及其他相关原料化学组成列于表2。从表2可以看出，皇竹草的灰分比麦草、稻草等低得多，与芦苇相当;但木素和综纤维素含量较高、戊聚糖含量较低;苯一醇抽出物较高。因此可预测在用于制浆时，用碱量较麦要高、比速生杨低;灰分不大，黑液性能良好，黑液碱回收时比麦草、稻草容易得多，与芦苇相当;制浆得率比麦草高得多、比芦苇也高;戊聚糖含量较低，浆料纤维强度较高且较麦草、芦苇、杨木浆柔软，制得纸张紧度、脆性、不透明度等综合性能指标良好;抽出物较高使其浆料颜色较芦苇、杨木浆深。

2.3纤维形态的观察

皇竹草的纤维尺寸见表3:皇竹草纤维长度统计处理结果见表4，相对应的图见图1、图2;皇竹草纤维细胞壁厚、腔径见表5;皇竹草各类细胞含量见表6。由表3可知:皇竹草纤维形态具有长宽比大、壁腔比小、纤维较长等特点。纤维平均长度高于芦苇、杨木;长宽比与芦苇相当，比杨木高得多;细胞腔径较大，壁腔比较杨木小得多。因此可预测:皇竹草浆料打浆性能良好、纤维柔软，所抄造纸张有较好的撕裂强度，成纸性能优于杨木浆，可适宜抄造中高档薄页纸。

3结论

3.1从化学组成看:皇竹草制浆造纸性能优于芦苇。皇竹草的灰分比麦草、稻草等低得多，与芦苇相当;但木素和综纤维素含量较高，戊聚糖含量较低;苯一醇抽出物较高。因此可预测在用于造纸制浆时用碱量较麦草要高、比速生杨低;灰分不高，黑液性能良好;制浆得率比麦草高得多，比芦苇也高;戊聚糖含量较低，浆料纤维强度较高且较麦草、芦苇、杨木浆柔软，制得纸张紧度、脆性、不透明度等综合性能指标良好;抽出物较高使其浆料颜色较芦苇、杨木浆深。

3.2从纤维形态看:皇竹草纤维长度较芦苇、杨木长，较麦草短;宽度较麦草、杨木窄;长宽比明显优于杨木，与芦苇相当，壁腔比小;整体纤维形态较适宜造纸。

3.3从生长情况来看:土壤适应性较好，比较耐早地;在南方相对较好，北方主要是要有效解决越冬问题;皇竹草的生长产量30-37.5t/hmZ，明显高于芦苇约7.5t/hm2)及杨木02t/hm2)，且每年可以收获。

综上所述，在森林面积较少的我国，皇竹草是一种潜力很大的、具有良好制浆造纸性能的速生造纸原料，值得政府部门、农业及造纸业的重视，并有规划性地开发、利用。