木材横截面逐年轮显微切片的制作方法
【专利摘要】本发明公开的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，包括以下步骤：木材取样：对树木的树根、树干和树枝部位分别取样，取样为由髓心(3)到树皮(1)的木条或木块(2)；木材软化：将同一个树种的取样木条或木块一起置入可加热的密闭玻璃容器内，加入浓度5%-30%的乙二胺溶液至浸泡住木条或木块，加热密闭玻璃容器使其内温度保持在25-60℃，对取样木条或木块进行密封浸泡软化处理，硬重木材浸泡1-4d，轻软木材浸泡5-8d；木材制片：对软化后的木条或木块进行切片制作，由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔1cm距离40°-50°角斜切出能覆盖两个以上生长轮的小切块。制备的切片达到既适合对木材识别和树种鉴定，又适合逐年轮提取木材解剖数据的目的，且不会出现年轮丢失或混淆。
【专利说明】木材横截面逐年轮显微切片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于木材解剖学【技术领域】，具体涉及木材横截面逐年轮显微切片的制作方法。广泛应用于木材软化、木材横截面逐年轮制片方法，尤其是木材横截面逐年轮显微切片制作方法。
【背景技术】
[0002]木材解剖学主要是研究木材的内部构造(通常是现生树木)，通过对木材构造的研究，可以了解树木各部分的功能。
[0003]众所周知，树木生长既受树木本身各种遗传因子的控制，也受周围环境的制约。树木在这两方面作用的共同支配下长高、长粗，得以形成。而影响树木生长的主要因素是环境的变化，这些变化会反映在树木年轮的解剖结构上。例如，生长季有效积温增加，有利于产生更多的木材细胞；而早春的严重霜冻以及核辐射污染等会使导管、薄壁细胞出现畸形。逐年轮进行解剖结构特征的测量分析，利用木材解剖结构的年际间变异，可以提取记录在年轮内详细的环境信息，更精确地恢复木材形成的过程以及环境变化和森林干扰的历史。开展木材解剖学研究的前提是得到每个年轮内准确的木材解剖结构数据。因此，在木材的横切面，逐年轮制作高质量的显微切片，是精确检测木材解剖特征，开展木材形成机理研究和应用的必要条件。
[0004]经查询相关文献得知，目前对木材内部构造的研究方法主要有以下几种:
(I)美国专利文献公开的US7726367专利，提出采用高湿高温方法暂时软化木材，并将其加工成一定形状，但该软化方法都不能用来制作木材显微切片。
[0005](2)中国专利文献公开CN102303332A专利，提出采用丙三醇、阴离子型渗透剂和水混合制备软化剂，将加工好的标准小木块(IcmX IcmX Icm)置入软化剂，加热70 — 100°C并保温3 -1Oh ;软化后移入无水乙醇和无水丙三醇的混合液中，震荡0.5-5h，然后制得木材切片。该方法需要搅拌器、震荡器等设备；软化剂各成分的浓度不好控制，这直接影响到后期软化效果；对小木块尺寸有要求(IcmX IcmX Icm),该方法供木材种类鉴别尚可，但是在开展木材解剖学研究时，需要逐年轮制作大批量切片，该方法不可行。而且该发明重在木材软化，具体的制片方法没有涉及。
[0006]《林业科学》杂志(1983年19卷11期)刊登的“木材切片材料的处理方法”一文中讲述了热水软化和化学试剂(20%的过氧化氢和80%的乙酸混合液)软化以及聚乙二醇包埋和石腊包埋的利弊。
[0007]《中国造纸》杂质(1985年4期)刊登的“一种适用于木材切片的软化方法”一文中提出采用强氧化剂三甘醇软化木材。该方法往往是使木材外层软化过度，内层软化不够。三甘醇虽属低毒类，但是对人体仍有一定的健康危害。且遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。
[0008]《木材工业》杂质(1991年5卷2期)刊登的“硬重木材的软化方法”一文中阐述了针对硬重木材进行软化的化学试剂方法，认为氢氟酸适宜多种硬重木材的软化，是比较理想的化学药剂软化方法，但是氢氟酸软化时间较长。
[0009]《植物杂志》(1993年3期)刊登的“木材制片的一种新方法”一文中提出采用乙二胺溶液软化小木块，聚乙二醇包埋的方法制备切片。该方法提出的乙二胺溶液浓度仅有4%和10%两种，这对某些特殊的树种和树木的某个部位并不适用，小木块尺寸要求(1.5cmX 1.5cmX 1.5cm),不利于逐年轮制作切片。
[0010]《林业科技通讯》(2000年2期)刊登的“腐烂木材的切片”一文中用不同浓度的酒精软化和用石腊包埋腐烂木材试块。
[0011]《人造板通讯》杂质(2002年7期)刊登的“鉴定木材显微切片制作技术”一文中对木材的软化、切片、制片工作进行了阐述。该方法只适合木材鉴定。
[0012]《国际木业》杂质(2003年33卷4期)刊登的“木材显微切片制作技术”一文中提出采用传统的无水乙醇和无水丙三醇的混合液反复浸泡和干燥，提高软化效果，同时对切片、制片以及永久切片的维护和清理细节进行了阐述。但是该文同样指出小木块越小越容易切，没有讲述如何逐年轮制片。
[0013]《木材工业》杂质(2006年20卷I期)刊登的“徒手切片法在进口材木材识别中的应用” 一文中从工具的制作、材料的处理、操作方法等方面介绍了采用徒手切片识别进口木材的方法，但该方法只适合木材鉴定。
[0014]综上，可以看出，目前木材的软化主要有物理软化和化学软化。在物理软化方法中，热水处理时间太长，蒸汽喷切需要专门设备；在化学软化方法中，乙二醇和丙三醇混合液处理时间较长，冰醋酸、氢氟等毒性较大，软化不均匀。而且，现有的木材制片方法为了保证切片不破碎且厚度均匀，要求用于切片的小木块尺寸尽可能的小，制备的切片只是针对木材识别和树种鉴定。由于这些方法不适合在木材的横截面上逐年轮制作显微切片，因此，目前尚不能通过对木材横截面逐年轮来提取相关的木材解剖数据，一定程度上制约了对木材解剖学的深入研究。
【发明内容】
[0015]本发明的目的由此产生，提出一种木材横截面逐年轮显微切片制作方法。使其制备的切片达到既适合对木材识别和树种鉴定，又适合逐年轮提取木材解剖数据的目的。解决现有软化方法针对性弱、软化不均匀、木块要求小尺寸、软化时间长、软化费用高等问题，在缩短软化时间的同时，降低软化费用、提高软化质量、并可对不同树种类型、不同尺寸的木块进行软化处理，精确制作木材横截面逐年轮显微切片，且不会出现年轮丢失或混淆。
[0016]本发明实现上述目的采取的技术方案是:一种木材横截面逐年轮显微切片制作方法，包括以下步骤:
步骤1，木材取样:对树木的树根、树干和树枝部位分别取样，取样为由髓心到树皮的木条或木块；
步骤2，木材软化:将同一个树种的取样木条或木块一起置入可加热的密闭玻璃容器内，加入浓度5%-30%的乙二胺溶液至浸泡住木条或木块，加热密闭玻璃容器使其内温度保持在25_60°C,对取样木条或木块进行密封浸泡软化处理,硬重木材浸泡l-4d,轻软木材浸泡 5-8d ；
步骤3，木材制片:对软化后的木条或木块进行切片制作，由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔Icm距离40° -50°角斜切出能覆盖两个以上生长轮的小切块。
[0017]本发明所述的取样木条或木块为由髓心到树皮，宽度0.7 - 1cm、高度1.5 一 2cm、长度由髓心到树皮。
[0018]本发明所述的取样木条或木块，对于心边材区别明显的树种，木条或木块需要在心边材界处切开。
[0019]本发明所述的置入可加热的密闭玻璃容器内的取样木条或木块，长度相对较大的置于容器下部，长度较小的置于上部。
[0020]本发明所述的木材软化用的乙二胺溶液浓度为5-25%。
[0021]本发明所述的木材制片由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔Icm距离40° -50°角斜切出能覆盖两个以上生长轮的小切块。
[0022]本发明所述的木材制片由轮转式切片机或滑动式切片机切片制作，切块径向长度不超过盖玻片长度。
[0023]本发明对所述较长的切片进行剪切处理，由髓心到树皮，用剪刀按顺序每隔Icm距离40° -50°角斜剪开，切片要能覆盖两个以上的生长轮，生长轮宽的树种，小切片径向长度可以适当加长，同时以盖玻片能盖住为准。
[0024]本发明所述的切片置于盛有蒸馏水的培养皿中展开。
[0025]本发明所述软化后的木条或木块移入装有保存液的密封玻璃容器中储藏待用，保存液为无水乙醇和丙三醇按1:1配比的混合液。
[0026]本发明与现在有木材显微制片技术相比，具有以下优点:
(I)本发明可针对不同树种类型(环孔材、散孔材、半孔材和无孔材)和各类软硬木材以及树木的不同部位(根、干和枝)的取样木材进行软化，因此，软化技术应用广泛。而现有的木材软化技术主要是针对树干木材特别是胸高位置的木材，针对树根和树枝取样部位的木材软化技术未见报道。另外，现有的水煮软化和火棉胶软化法主要针对软质木材，对硬质木材进行水煮软化处理因时间太长而没有得到广泛应用。
[0027](2)本发明采用的乙二胺溶液浓度较低，不超过30%，一般不超过25%，因此不会造成木材的解剖结构破碎。另外，温度也不超过60 V，这两个软化技术参数都比较柔和，所以木材软化均匀。对于心边材、早晚材差异较大的木材，也能实现均匀的软化效果。而现有的过氧化氢、冰醋酸、氢氟、三甘醇等在进行木材软化时容易破碎木材的解剖结构，软化不均匀。往往是外部木材软化过度，已发生离析,而内部木材较硬,软化不够。
[0028](3)本发明依靠乙二胺溶液自身的渗透和扩散进入木材，达到软化木材的目的。采用的乙二胺溶液浓度不超过30%，温度不超过60°C，因此，不需要高温高压等条件。该软化处理用普通的烧瓶和恒温水浴锅就可以进行，不需要专用的设备，软化费用低廉。
[0029](4)本发明采用的制片方法，操作简单，不仅可以供木材种类识别，更重要的是采用40° -50°角斜切的方法可以实现逐年轮提取木材解剖数据，不会出现年轮丢失或混淆等现象。而现有的切片制作方法是采用直切的方式，即切线方向与年轮方向平行，把木条切成方方正正的小切块(一般是长1cm，宽1cm，高Icm)(如图3所示)。该方法在年轮很窄时容易切掉小切块边界处的年轮，造成该位置的年轮解剖结构数据丢失。而且，把软化好的木条都切成方方正正的小切块，如果木条较长，切成的方正的小切块较多，且形状相同，容易混淆其在由髓心到树皮的具体位置。造成得到的木材解剖数据与实际年份对不上，分析时将会得到错误的结论。本发明采用的斜切方法，两个相临和小切块分别都含有斜切边上的年轮，既使年轮很窄也不会产生年轮丢失现象。而且，斜切边穿过两个以上年轮，便于切片制作好后的逐年轮对接，不会出现年轮混淆。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明树盘由髓心到树皮劈取木条的示意图。
[0031]图2是本发明软化好的木条斜切分割成小切块的示意图。
[0032]图3是现有技术的木条直切分割成小切块的示意图。
[0033]图4是本发明样树及取样部位的基本情况表。
[0034]图5是本发明不同处理水平的软化条件表。
[0035]图6是本发明不同软化条件下蒙古栎木材所需软化时间和软化效果表。
[0036]图7是本发明不同软化条件下水曲柳木材所需软化时间和软化效果表。
[0037]图8是本发明不同软化条件下女贞木材所需软化时间和软化效果表。
[0038]图9是本发明不同软化条件下构树木材所需软化时间和软化效果表。
[0039]图10是本发明不同软化条件下合欢木材所需软化时间和软化效果表。
[0040]图11是本发明不同软化条件下白桦木材所需软化时间和软化效果表。
[0041]图12是本发明不同软化条件下落叶松木材所需软化时间和软化效果表。
[0042]图13是本发明不同软化条件下红松木材所需软化时间和软化效果表。
[0043]图中:1、树皮，2、木条或木块，3、髓心，4、小切块。
【具体实施方式】
[0044]本发明通过实施例的方式进一步详细进行说明。
[0045]本实施例所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，包括以下步骤:
(I)木材取样:对树木的不同器官——树根、树干和树枝部位分别取样，由髓心到树皮，取宽度0.7 - 1cm、高度1.5 - 2cm、长度由髓心3到树皮I的木条或木块3 (如图1所示)，对于心边材区别明显的树种(如:合欢、蒙古栎、落叶松等)，木条或木块3需要在心边材界处切开。用劈刀或菜刀斜切，以保证年轮不丢失。取样的木条或木块编号并系好标签，同一个树种的木条或木块一起置入可加热的玻璃容器。由于同一树种的不同株树的树干半径(由髓心到树皮)不同，同一株树不同部位的半径也不同(例如不同粗度的树枝)。尽管取样木条或木块的宽度和高度一致，但是长度不一致，这取决于取样部位由髓心到树皮的距离。因此，可将长度相对较大的取样木条或木块置于容器下部，长度较小的取样木条或木块置于上部。
[0046](2)木材软化:将同一个树种的取样木条或木块一起放置在可加热的玻璃容器内，针对不同的树种和部位(即树根、树干和树枝)，加入浓度5%_30%的乙二胺溶液至完全浸泡住取样的木条或木块。树根和树干部位的木材较硬重，加入的乙二胺溶液浓度要高；树枝部位的木材较软，加入的浓度可低些。需要说明的是，对于绝大部分木材来说，软化用的乙二胺溶液浓度在5-25%，仅对红松树根的木材，软化用的乙二胺溶液浓度在30%。由于乙二胺溶液浓度在30%时对绝大部分木块会造成软化不均，表面出现离析，切片易破碎。因此，对于绝大部分木材来说，乙二胺溶液的浓度在5-25%。加热密闭玻璃容器，并在温度25-60°C的情况下对取样木条或木块进行密封浸泡软化处理，硬重木材浸泡l-4d,轻软木材浸泡5-8d ;木条软化完成的最佳状态是用单面刀片能够徒手切成切片，且切片完整，细胞结构没有被破碎。
[0047]本发明选择生产中应用比较广泛的具有代表性的树种进行了研究(如图4所示)，选取生长良好、树干通直、枝叶茂盛的优势木，采伐后，从每棵样树的树冠选取基部节间直径在8 — IOcm之间的样枝，并手工挖取靠近地表的基部节间直径在10 - 15cm之间的近端根。在样枝或样根的基部节间截取2 cm厚圆盘。另外，在树干的胸高处(1.3m)也截取了圆盘。所有圆盘由髓心到树皮，取宽1.5 cm、高2 cm的木条进行软化实验。
[0048]分别用不同浓度的乙二胺水溶液在常温和25-6 O °C恒温水浴锅加热条件下浸泡木条(如图5所示)。观察木条经过不同软化处理达到最佳状态所需的时间。木条软化的最佳状态是用单面刀片能够徒手切成切片，且切片完整，细胞结构没有被破碎。
[0049]对于环孔材、材质硬重的树种，例如蒙古栎和水曲柳，(如图6-7所示)其树根和树干木材米用25%乙二胺溶液室温下4 一 7d ;树枝木材米用恒温水浴锅在15%乙二胺溶液60°C下浸泡2-4d。
[0050]对于半环孔材、早晚材渐变且材质较硬重的树种，例如女贞，(如图8所示)其树根和树干木材采用10%乙二胺溶液60°C下浸泡2-4d，树枝采用5%乙二胺溶液60°C下浸泡12-13h。
[0051]对于半环孔材、早晚材略急变且材质松软的树种，例如构树，(如图9所示)，其树根和树干木材采用20%乙二胺溶液室温下浸泡2 - 3d，树枝木材采用15%乙二胺溶液60°C下浸泡8-1 Oh。
[0052]对于散环孔材且材质硬度适中的树种，例如合欢树，(如图10所示)其树根和树干木材采用10%乙二胺溶液60°C下浸泡2 - 4d，树枝采用10%乙二胺溶液室温下浸泡2 —3d。
[0053]对于散环孔材且材质软的树种，例如白桦，(如图11所示)，其树根和树干木材采用5%乙二胺溶液60°C下浸泡3 - 4d，树枝采用5%乙二胺溶液60°C下浸泡8 — IOh。
[0054]对于无孔材、早晚材急变材质较硬重的树种，例如落叶松树，(如图12所示)其树根和树干木材采用5%乙二胺溶液60°C下浸泡6-7d，树枝木材采用5%乙二胺溶液室温下浸泡48-56h。
[0055]对于无孔材、早晚材急变材质较轻软的树种，例如红松树，(如图13所示)其树根木材采用5%乙二胺溶液室温下浸泡7 - 8d，树干木材采用10%乙胺溶液室温下浸泡7 - 8d，树枝木材采用5%乙二胺溶液室温下浸泡48-50h。
[0056]由于采用上述软化方法软化完成的木材数量较多，为避免软化好的木材因来不及切片而干燥变硬。可将软化好的木材移入装有保存液的密封玻璃容器中储藏待用，随时切随时取。保存液为公知的无水乙醇和丙三醇按1:1配比的混合液。
[0057](3)木材制片:对软化后的木条或木块进行切片制作。可采用机器切片和手工切片两种方式:
机器切片有两种，一种是采用轮转式切片机切片。该方法主要是针对小尺寸的木块进行切片，木块宽度0.7 — 1cm、高度1.5 — 2cm、长度小于2.5cm。长度大于2.5cm的木条,可在采用上述软化方法软化好的木条的横切面上，由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔Icm距离40° -50°角，最好是在45°角斜切出Icm小切块(如图1所示)，小切块要能覆盖两个以上的生长轮，生长轮宽的树种，切块径向长度可以适当加大，以不超过公知的制作固定切片用的盖玻片的长度为准。切片时，将软化后的小木块固定在轮转式切片机上进行切片制得木材切片。并将切片的木材置于盛有蒸馏水的培养皿中，目的是使切片能自由展开，同时防止切片因失水而干裂。该切片能够精确检测每年的木材解剖特征，且不会出现年轮丢失或混淆。该方法的优点是:(I)用于制作切片的切块小，切得的切片可以很薄很均匀，软质木材最薄甚至可以切出8um的切片。(2)较长的木条按40° -50°角斜切成小木块，便于解剖结构测量时的逐年轮对接，确保年轮不会丢失。该方法的缺点是:切块尺寸受限，切块太长，需要斜切出多个小切块，增加了切片工作量。
[0058]另一种是采用滑动式切片机切片，直接把上述软化方法软化好的长度为由髓心到树皮的木条固定在滑道式切片机上进行切片。由于切出的薄片较长，容易卷曲，直接将其伸展开会导致切片破碎，所以需将切片放置在盛有蒸馏水的培养皿中展开。为了保证盖玻片能够盖住切片，还需要对较长的切片进行剪切处理。由髓心到树皮，用剪刀按顺序每隔Icm距离40° -50°角，最好是在45°角斜剪开，小切片要能覆盖两个以上的生长轮，生长轮宽的树种，小切片径向长度可以适当加长，同时以盖玻片能盖住为准，然后可做成临时切片或固定切片。该方法的优点是:(I)用于制作切片的切块可以很长，容易得到较长的切片，切片的长度甚至可以包括由髓心到树皮的全部年轮，切片工作量较大时，可以节省时间；(2)可以根据所用盖玻片的长度大小剪切相应大小的小切片；(3) 40° -50°角斜剪开，便于解剖结构测量时的逐年轮对接，确保年轮不会丢失。该方法的缺点是:如果切块太长，有可能会造成切片在厚度上不均匀。
[0059]手工切片:将软化好的木条按上述方法逐年轮40° -50°角，最好是在45°角斜切出小切块。徒手切片时，右手握单面刀片，刀口向内，左手握小切块，刀片于小切块横截面自左上向右下拖动，一气呵成，切出切片。并将切片置于盛有蒸懼水的培养皿中。该方法的优点是:(1)不需要专门的设备。该方法的缺点是:制得的切片较厚，且不均匀，逐年轮进行解剖结构测量时的结果误差较大；(2)用于制作切片的切块一般要求很小(长度、宽度和高度都小于Icm)，因此切得的切片包括的年轮数量很少。该方法制得的切片提供的解剖结构数据信息不全面，故仅在临时进行木材的微观特征记载及木材鉴定时才使用。
【权利要求】
1.一种木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:包括以下步骤: 步骤I,木材取样:对树木的树根、树干和树枝部位分别取样，取样为由髓心(3)到树皮(I)的木条或木块⑵； 步骤2，木材软化:将同一个树种的取样木条或木块一起置入可加热的密闭玻璃容器内，加入浓度5%-30%的乙二胺溶液至浸泡住木条或木块，加热密闭玻璃容器使其内温度保持在25_60°C,对取样木条或木块进行密封浸泡软化处理,硬重木材浸泡l-4d,轻软木材浸泡 5-8d ； 步骤3，木材制片:对软化后的木条或木块进行切片制作，由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔Icm距离40° -50°角斜切出能覆盖两个以上生长轮的小切块。
2.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的取样木条或木块为由髓心到树皮，宽度0.7 — 1cm、高度1.5 - 2cm、长度由髓心到树皮。
3.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的取样木条或木块，对于心边材区别明显的树种，木条或木块需要在心边材界处切开。
4.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的置入可加热的密闭玻璃容器内的取样木条或木块，长度相对较大的置于容器下部，长度较小的置于上部。
5.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的木材软化用的乙二胺溶液浓度为5-30%。
6.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的木材制片由髓心到树皮，按年轮的排列顺序每隔Icm距离40° -50°角斜切出能覆盖两个以上生长轮的小切块。
7.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的木材制片由轮转式切片机或滑动式切片机切片制作，切块径向长度不超过盖玻片长度。
8.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:对所述较长的切片进行剪切处理，由髓心到树皮，用剪刀按顺序每隔Icm距离40° -50°角斜剪开，切片要能覆盖两个以上的生长轮，生长轮宽的树种。
9.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述的切片置于盛有蒸馏水的培养皿中展开。
10.根据权利要求1所述的木材横截面逐年轮显微切片制作方法，其特征是:所述软化后的木条或木块移入装有保存液的密封玻璃容器中储藏待用，保存液为无水乙醇和丙三醇按1:1配比的混合液。
【文档编号】G01N1/28GK103994906SQ201410177959
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】赵西平, 郭平平, 李春爱, 李艳梅, 刘龙昌 申请人:河南科技大学