(一)生產(chǎn)松香、松節(jié)油的原料——松脂
松樹(shù)中含有的樹(shù)脂(即松脂)是生產(chǎn)松香、松節(jié)油的原料。從化學(xué)組成看,松脂主要是固體樹(shù)脂酸溶解在萜烯類(lèi)中所形成的溶液。松脂加工后,揮發(fā)性的萜烯類(lèi)物質(zhì)稱為松節(jié)油,非揮發(fā)性的樹(shù)脂酸熔合物即為松香。
在工業(yè)上,由于原料來(lái)源不同,從松樹(shù)樹(shù)脂生產(chǎn)松香和松節(jié)油的方法亦各有不同,主要有三種方式:
第一、從生活的松樹(shù)上采集松脂,松脂通過(guò)水蒸汽蒸餾得到的松香和松節(jié)油,通常稱為脂松香和脂松節(jié)油。
第二、用有機(jī)溶劑浸提松根明子,浸提液再加工提取的松香和松節(jié)油,稱為木松香和木松節(jié)油,又稱浸提松香和浸提松節(jié)油。
第三、在硫酸鹽法松木制漿生產(chǎn)中,木材中的樹(shù)脂酸和脂肪酸溶于堿液中,堿液濃縮得到硫酸鹽皂,硫酸鹽皂經(jīng)酸化后得粗浮油,再進(jìn)行減壓分餾后得到的松香和脂肪酸,稱為浮油松香和浮油脂肪酸。從松木蒸煮過(guò)程排汽中回收得到的松節(jié)油,稱為硫酸鹽松節(jié)油。
我國(guó)主要生產(chǎn)脂松香和脂松節(jié)油。而在國(guó)外,脂松香生產(chǎn)由于采脂勞力的短缺,已日趨下降。木松香由于根株明子的來(lái)源不足,產(chǎn)量亦日漸降低。只有浮油松香的產(chǎn)量由于制漿工業(yè)的發(fā)展和綜合利用水平的提高而日趨上升。
1.松脂采集
在松樹(shù)樹(shù)干上有規(guī)律開(kāi)割傷口,引起松脂大量分泌和收集松脂的作用稱為采脂。
?。?)采脂的樹(shù)種與分布情況
我國(guó)目前主要采脂樹(shù)種為馬尾松、濕地松、云南松、思茅松、南亞松。
馬尾松:我國(guó)的主要采脂樹(shù)種,產(chǎn)脂量較高。分布于淮河流域和漢水流域以南,西至四川中部,貴州中部和云南東南部。每株年產(chǎn)松脂4—5公斤,高的可達(dá)12—13公斤,個(gè)別超過(guò)50公斤。
濕地松:是我國(guó)引種的國(guó)外(以英國(guó)為主)采脂樹(shù)種,全國(guó)大部分地區(qū)都引種了。引種的面積和目前采脂面積最大的是:江西、湖南兩聲。廣東、廣西、福建、浙江、江蘇、安徽、湖北、河南、貴州、四川等省也有一定量的采脂。上世紀(jì)70-80年代有關(guān)科研部門(mén)的實(shí)驗(yàn)性采脂,濕地松的產(chǎn)脂量均高于馬尾松(同徑級(jí)的樹(shù)),且平均高2.4-4.6倍,現(xiàn)以多年來(lái)實(shí)際采脂情況看,同徑級(jí)的濕地松與馬尾松采脂量沒(méi)有這么大的差距。
云南松:分布于西藏東部,四川西部及西南部,云南,貴州西部和廣西西北部。每株年產(chǎn)松脂約5—6公斤。
思茅松:分布于云南南部、西部,常組成單純林。為荒地荒山造林樹(shù)種。產(chǎn)脂量與云南松差不多。
南亞松:為典型的熱帶松類(lèi),分布于海南島,并有南亞松天然林。產(chǎn)脂量特別高,每株年產(chǎn)松脂14公斤左右。松脂中含油高達(dá)30%以上,油中含。α—蒎烯95%以上。南亞松松香不結(jié)晶,酸值高,含有二元酸為其牲。
?。?)松樹(shù)樹(shù)脂道
馬尾松可以采脂是因?yàn)樗哪静闹芯哂幸环N特殊的結(jié)構(gòu),稱為樹(shù)脂道。松脂集聚在樹(shù)脂道中,松樹(shù)的樹(shù)脂道在木質(zhì)部、針葉和初生皮層中形成三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。采脂就是割傷松樹(shù)樹(shù)干中生活的木質(zhì)部(邊材外層約0.5厘米的部分)的樹(shù)脂道,使松指不斷流出。
?。?)松脂的形成和分泌
a.松脂的形成
松脂是怎樣形成的,一般認(rèn)為:松樹(shù)的綠色針葉能進(jìn)行光合作用,葉子中的葉綠體在日光照射下能吸收光能,利用光能,在葉綠素和酶的作用下,把從周?chē)h(huán)境中所獲得的二氧化碳和水合成富于能量的有機(jī)化合物(蛋白質(zhì)和糖等)同時(shí)放出氧氣。松樹(shù)通過(guò)光合作用形成的糖類(lèi),再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)和一系列中間產(chǎn)物,進(jìn)一步形成了萜烯和樹(shù)脂酸。因此可以把松脂視為松樹(shù)的光合作用產(chǎn)物。
進(jìn)行光合作用,除了充足的光照條件和從葉子的氣孔中進(jìn)入一定濃度的二氧化碳外,還需要從土壤中吸收充足的水分和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)。主要通過(guò)木質(zhì)部運(yùn)往葉子中去。水是參與光合作用的必要條件,同時(shí)水和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)中的許多礦質(zhì)元素是葉綠體的重要組成部分,也是促進(jìn)枝葉生長(zhǎng)茂盛的重要因素。
要增加松脂產(chǎn)量,促使松脂更多地形成,就必須確保松樹(shù)枝葉茂盛,根系發(fā)達(dá),具有充分的光照條件,保證樹(shù)木的營(yíng)養(yǎng),增進(jìn)樹(shù)木的生理代謝,使光合作用充分進(jìn)行。在生產(chǎn)實(shí)踐中,孤立木和林緣木的松脂產(chǎn)量較林內(nèi)木和壓倒木高,這就說(shuō)明空曠地區(qū)陽(yáng)光充足是松脂形成的主要條件之—。
b.松脂的分泌
松脂的分泌過(guò)程目前通用的理論是以樹(shù)木內(nèi)的分泌壓力為基礎(chǔ)。
樹(shù)脂道被割破后,松脂的流出降低了泌脂細(xì)胞所受的壓力,此時(shí)泌脂細(xì)胞就迅速形成新的松脂。當(dāng)樹(shù)脂道被凝結(jié)的松脂阻塞時(shí),泌脂細(xì)胞中的分泌壓力又開(kāi)始作用,松脂重新逐漸充滿樹(shù)脂道。由此可見(jiàn),由于泌脂細(xì)胞的分泌壓力和使松脂從割破口流出的滲透壓力經(jīng)常不斷地相互作用,才能使樹(shù)脂道周而復(fù)始地變化,使松脂得以形成和向外分泌。
從松脂的分泌過(guò)程可以看出,松樹(shù)中松脂的形成是樹(shù)木正常的生理活動(dòng),而水分的供給對(duì)于松脂產(chǎn)量有著極重要的意義。樹(shù)木內(nèi)的水分愈多,滲透壓愈大,泌脂細(xì)胞滲透吸水愈快,當(dāng)樹(shù)脂道割破時(shí),松脂的流出也愈容易、愈迅速。樹(shù)木內(nèi)的水分的多少,與樹(shù)干本身的蒸騰液流、根系生理活動(dòng)和使水分沿著管胞上升所產(chǎn)生的根壓有關(guān)。此外,滲透壓的變化與溫度也有關(guān),溫度升高時(shí),滲透壓增大,從而加快了泌脂細(xì)胞吸水的速度,這就是雨后天暖采脂時(shí)松脂流出多而快的原因。
馬尾松的樹(shù)脂道割破后,松脂開(kāi)始流出很快,經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)后流出速度變慢。經(jīng)過(guò)30小時(shí)左右則分泌完全停止,必須重新開(kāi)割傷口。樹(shù)脂道封閉和松脂停止流出的原因是:
1.滲透壓力隨著泌脂細(xì)胞的膨脹而漸漸減弱,泌脂細(xì)胞向內(nèi)凸入樹(shù)脂道,致使道腔縮小,因而樹(shù)脂道被堵塞,
2.松脂中松節(jié)油的揮發(fā),形成硬塊而阻塞了樹(shù)脂道,
3.松脂的形成和充滿樹(shù)脂道的過(guò)程緩慢。
了解了松脂的形成和樹(shù)脂道的結(jié)構(gòu)以及松脂停止分泌的原因,就使擬定合理的采脂工藝有了依據(jù)。
樹(shù)脂道被阻塞,這就決定了采脂時(shí)必須在樹(shù)干上有規(guī)律地開(kāi)割傷口。開(kāi)割側(cè)溝的目的就是要割破已經(jīng)閉塞的樹(shù)脂道,為松脂的不斷流出創(chuàng)造條件。此外,如果松脂停止流出是由于松脂的形成緩慢所致,則必須在實(shí)際采脂工作中根據(jù)松脂分泌的持續(xù)時(shí)間、樹(shù)木對(duì)松脂的補(bǔ)充能力等確定適當(dāng)?shù)母顪祥g隔期。
?。?)松脂采集的方法
最古老的松脂采集方法是洞式采脂法,在松樹(shù)樹(shù)干上砍一洞式割口以取得松脂。這種方法采脂中松脂的含油量少(10%左右),雜質(zhì)多(5%左右),因此,雖然我國(guó)馬尾松、云南松等松脂質(zhì)量很好,但卻很少能生產(chǎn)出高質(zhì)量的松香。
1951年采用下降式采脂法進(jìn)行采脂試驗(yàn),所得松脂中松節(jié)油的含量一般在18%以上,雜質(zhì)在0.5%以下。因此,在南方采脂區(qū)進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)的采脂實(shí)踐,目前,下降式采脂法已經(jīng)成為我國(guó)常法采脂的主要方法。此外,為了充分利用樹(shù)木,獲得更多的松脂,在伐前還可采用強(qiáng)度采脂法或硫酸軟膏化學(xué)采脂法。
a.下降式采脂法
下降式采脂法是在準(zhǔn)備好的割面上,第一對(duì)側(cè)溝開(kāi)在割面的頂部,第二對(duì)側(cè)溝開(kāi)在第一對(duì)側(cè)溝的下方,從上往下開(kāi)溝,這種作業(yè)方式稱為下降式。每個(gè)采脂季節(jié)的新割面位于舊割面之下。
b.上升式采脂法
上升式采脂法第一對(duì)側(cè)溝開(kāi)在割面的下部,以后開(kāi)割的側(cè)溝都在前一對(duì)側(cè)溝的上方,割面是由下而上,一個(gè)個(gè)向樹(shù)干上部延伸。
上升式采脂法的工藝過(guò)程與下降式采脂法大致相同,只是不開(kāi)中溝,側(cè)溝的夾角較小,一般為60度,便于松脂下流。側(cè)溝間留有不帶樹(shù)皮的小魚(yú)骨,步距較下降式采脂法稍大些。割溝時(shí)由割面邊緣向割面中部開(kāi)割,開(kāi)溝比較容易。
我國(guó)自推廣下降式采脂法以來(lái),較少采用上升式采脂法采脂。兩種方法未做過(guò)詳細(xì)的比較試驗(yàn),僅1964年中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所在浙江麗水進(jìn)行過(guò)下降式采脂法與上升式采脂法采脂工藝的對(duì)比試驗(yàn)。
兩種采脂法的割溝平均產(chǎn)脂量差不多。下降式割溝處于供水比較有利的條件下,因水分沿邊材的管胞由下向上輸送。而上升式割溝處于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較豐富的條件下,因養(yǎng)分由樹(shù)冠沿著韌皮部的篩管向下輸送。兩種采脂方法究竟何者較好,可以就產(chǎn)脂量、勞動(dòng)生產(chǎn)率以及對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響等進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)研究。
國(guó)外采脂方法除了蘇聯(lián)以外都用上升式采脂法。蘇聯(lián)過(guò)去采用下降式采脂法,認(rèn)為它采得的松脂產(chǎn)量高、質(zhì)量好、松節(jié)油含量高。但最近有報(bào)道,經(jīng)過(guò)試驗(yàn),第一年的產(chǎn)脂量上升式較下降式低,以后逐年高于下降式。按5—6年計(jì)算,總產(chǎn)量可以高出10—14%。較多的研究者認(rèn)為,如果采脂10年,在開(kāi)始3年用下降式采脂法,以后在第一年的正上方用上升式采脂法采脂至第10年。用亞硫酸鹽酒糟醪液化學(xué)采脂時(shí),上升式采脂法的產(chǎn)脂量較下降式采脂法提高34%。蘇聯(lián)近幾年來(lái)研究雙層割面輪流割溝法,較之單獨(dú)采用一種方式(上升式或下降式)割溝對(duì)產(chǎn)脂量更為有利。
10年和15年的采脂工藝。不同的割面設(shè)置和采割方法產(chǎn)脂量不同。10年采脂工藝,方案(2)的前5年采用雙割面上升式、下降式輪割法,后5年采用上升式,其產(chǎn)脂量較方案(1)可提高11%。15年采脂工藝方案(4)較之方
(3)產(chǎn)脂量提高7%。割溝工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率分別提高10%和20%。保加利亞的試驗(yàn)證明,無(wú)論是常法采脂和化學(xué)采脂,上升式都優(yōu)于下降式。美國(guó)化學(xué)采脂全部采用上升式。
c.強(qiáng)度采脂法
強(qiáng)度采脂的目的是充分利用樹(shù)木,在伐前的較短的時(shí)間內(nèi)能取得大量松脂。強(qiáng)度采脂只用于2年內(nèi)干要砍伐的松林。在技術(shù)上包括:加大割面負(fù)荷率、增開(kāi)割面、增加割溝次數(shù)、加大割溝寬度和深度,采用分層采脂、階梯狀采脂和化學(xué)刺激物等。
d.化學(xué)采脂法
化學(xué)采脂是植物激素或化學(xué)藥物刺激松樹(shù),促進(jìn)多分泌松脂達(dá)到提高松指產(chǎn)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率的目的。
?。?)影響產(chǎn)脂量的因子
松樹(shù)的產(chǎn)脂量一般以側(cè)溝產(chǎn)脂量或割面產(chǎn)脂量表示。所謂側(cè)溝產(chǎn)脂量,是指一個(gè)采脂季節(jié),一個(gè)割面上每對(duì)側(cè)溝所分泌的松脂數(shù)量。割面產(chǎn)脂量是指在一個(gè)采脂季節(jié)中一個(gè)割面上所分泌松脂的數(shù)量。一株松樹(shù)的產(chǎn)脂量等于這株樹(shù)上各割面產(chǎn)脂量的總和。
影響產(chǎn)脂量的因子很多,比較復(fù)雜,而且都有關(guān)聯(lián)。除了采脂技術(shù),如采脂方法、割面負(fù)荷率、側(cè)溝寬度和深度及采割間隔期等影響產(chǎn)脂量外,樹(shù)木的生長(zhǎng)條件等自然因子對(duì)產(chǎn)脂量也有很大影響。對(duì)采脂作業(yè)影響最重要的生物因子和環(huán)境因子是樹(shù)種、樹(shù)干的直徑、樹(shù)齡、生長(zhǎng)情況、空氣溫度和濕度等。
A、樹(shù)種 同樣的采脂條件下,樹(shù)種不同,產(chǎn)脂量亦各異。如馬尾松每對(duì)側(cè)溝的平均產(chǎn)脂量只有30多克,而南亞松每對(duì)側(cè)溝產(chǎn)脂量高達(dá)80克。
B、樹(shù)干的直徑與樹(shù)齡 樹(shù)干的直徑是影響產(chǎn)脂量最重要的因子。樹(shù)木的高度和直徑愈大,產(chǎn)脂量也愈高。因?yàn)闃?shù)干直徑的加粗,增加了樹(shù)脂道的數(shù)目和總?cè)莘e,同時(shí)樹(shù)木直徑加大時(shí),樹(shù)冠和根系也隨著擴(kuò)展和壯大,增大了松脂的形成能力,保證了更多松脂的分泌。
我國(guó)松樹(shù)一般的胸徑在20厘米以上時(shí)可進(jìn)行采脂。如果割面寬度相同,胸徑30厘米的松林平均每對(duì)側(cè)溝的產(chǎn)脂量一般比20厘米胸徑的林木產(chǎn)脂量高60—90%,40厘米的又比30厘米的高30—40%,50厘米較40厘米的高20%,直徑大于60厘米的松樹(shù),產(chǎn)脂量提高不很顯著。
隨著樹(shù)木年齡的增加,樹(shù)干直徑、樹(shù)冠和根系也相應(yīng)的增大。通常松脂的形成和分泌量最高的時(shí)期是與樹(shù)木成熟年齡一致的。樹(shù)齡愈大,樹(shù)徑愈粗,產(chǎn)脂量也愈高。過(guò)熟的林木,如果生命力沒(méi)有衰退,它的產(chǎn)脂量是很高的。
C、樹(shù)木生長(zhǎng)情況 樹(shù)木的樹(shù)冠擴(kuò)展愈大,枝葉愈茂密茁壯和翠綠。枝頭嫩梢愈長(zhǎng),針葉愈長(zhǎng),其產(chǎn)脂量也愈高。因此,邊緣木和孤立木產(chǎn)脂量較高,但過(guò)稀的林子采脂時(shí)不甚經(jīng)濟(jì)。最適當(dāng)?shù)挠糸]度是0.5。
一般生長(zhǎng)在養(yǎng)分充足,肥沃地帶的松樹(shù)產(chǎn)脂量高于生長(zhǎng)在干燥貧瘠地帶的松樹(shù)。與闊葉樹(shù)混交的松林較純松林的產(chǎn)脂量高。這是因?yàn)殚熑~樹(shù)的落葉腐爛,改善了林地的土壤營(yíng)養(yǎng)條件。
D、空氣濕度 松脂的形成和分泌與樹(shù)木含水量有密切的關(guān)系。樹(shù)木內(nèi)部水分愈多,則泌脂細(xì)胞滲透吸水愈快。當(dāng)割破樹(shù)脂道時(shí),松脂的流出速度也加快。但樹(shù)木的含水量取決于空氣中的相對(duì)濕度和土壤中的水分。由此可見(jiàn),在適當(dāng)?shù)臍鉁叵?,空氣濕度增大和土壤水分適中是進(jìn)行采脂時(shí)松脂流出的有利條件。當(dāng)雨后天氣溫暖的時(shí)候,松脂的流量顯著增高。如果土壤水分過(guò)多(水澇地或沼澤地),氧氣不足,松樹(shù)根系呼吸受阻,吸水困難,生理代謝受到抑制,根壓活動(dòng)停止,松脂產(chǎn)量就顯著下降。冬旱、春旱水分供應(yīng)不足,亦同樣影響松樹(shù)的產(chǎn)脂量。
E、氣溫 采脂溫度一般要求在10℃以上,最適宜的是20—30℃。整個(gè)采脂季節(jié)中,產(chǎn)脂量隨氣溫的高低而增減。春季松脂分泌量少,是因?yàn)闅鉁氐?,?xì)胞的生理代謝弱,樹(shù)液流動(dòng)比較慢。同時(shí)春季樹(shù)木生長(zhǎng)抽新梢,長(zhǎng)新葉,消耗了大量有機(jī)物。到了夏季,氣溫升高,枝葉生長(zhǎng)茂盛,晚材開(kāi)始加厚,形成新的樹(shù)脂道,光合作用增強(qiáng),生理代謝活躍,樹(shù)液流動(dòng)加快,促進(jìn)了松脂的形成,松脂的產(chǎn)量顯著上升。由于溫度升高,松脂的粘度降低,容易從樹(shù)脂道內(nèi)流出,高產(chǎn)脂量可以一直保持到秋末才開(kāi)始下降。
陽(yáng)光是合作用的要素,是松脂形成的源泉,同時(shí)可以提高樹(shù)溫,對(duì)松脂的分泌有間接的促進(jìn)作用。其他自然因子如大氣壓、風(fēng)等對(duì)松脂的形成流出的影響不大顯著。
?。?)采脂對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)和木材性質(zhì)的影響
松脂由松樹(shù)樹(shù)脂道的泌脂細(xì)胞形成,是松樹(shù)生理代謝的自然產(chǎn)物,只要割傷樹(shù)干木材表面部分的樹(shù)脂道,松脂就可以流出。松脂流出后,泌脂細(xì)胞又繼續(xù)不斷地形成新的松脂。因此,必須根據(jù)采脂年限和樹(shù)木直徑確定恰當(dāng)?shù)母蠲尕?fù)荷率、合適的側(cè)溝寬度與深度以及合理的間隔期等,合理的采脂工藝并不會(huì)影響松樹(shù)的生長(zhǎng)。生產(chǎn)的實(shí)踐證明,采割20多年的松樹(shù)生長(zhǎng)仍然良好,割傷的木材表面在長(zhǎng)期采脂時(shí)還能逐漸愈合,做到了松脂、木材雙豐收。
貴州省林業(yè)科學(xué)研究所研究了采脂對(duì)木材性質(zhì)的影響。在同一林地上選取了采脂7年(7年割面高度為75—120厘米,割面負(fù)荷率為70—75%)和沒(méi)有采脂的松樹(shù)各5株,進(jìn)行了木材含水率和吸水率的測(cè)定,并對(duì)采脂和未采脂松木的物理力學(xué)性質(zhì)作了對(duì)比試驗(yàn)研究。
從測(cè)定的數(shù)據(jù)分析,可以得到下列結(jié)果:
A、未采脂松木含水率和吸水率均大于采脂松木,含水率平均大16.4%,吸水率大13.9%。馬尾松采脂后,縱向樹(shù)脂道增加,木材的含脂量有所增加。含脂多的松木吸水率小,容積重、發(fā)熱量和耐久性增大,特別是天然耐久性比含脂量少的松木強(qiáng)。
B、馬尾松采脂后基本不會(huì)導(dǎo)致木材性質(zhì)的降低,相反,主要的性質(zhì)如氣干材容重,順紋抗壓、靜曲強(qiáng)度、抗剪及硬度等約提高11—17%;僅沖擊韌性,采脂馬尾松降低約20%。
C、采脂馬尾松由于容重增加,干縮系數(shù)亦有不同程度的增加,徑向最為顯著,可高10%。但割脂后可減少木材的干縮異向性。
D、馬尾松的采脂試驗(yàn),系強(qiáng)度采脂,割面負(fù)荷率達(dá)70—75%,平均年輪寬度比未采脂松木低4.1%,這說(shuō)明了強(qiáng)度采脂對(duì)松木的徑向生長(zhǎng)有一定的影響。
由試驗(yàn)的結(jié)果得知,合理采脂只割傷樹(shù)干的表面,基本上不影響木材的材積和材質(zhì)。除了沖擊韌性稍有降低外,在抗壓、抗彎極限強(qiáng)度和硬度方面比未采脂木材還有所增加,其他力學(xué)性質(zhì)影響很小。因此,可以認(rèn)為采脂除了在割面附近增加了樹(shù)脂的滲透量外,對(duì)木材強(qiáng)度沒(méi)有什么影響,與未采脂的木材有同樣的使用價(jià)值。
這里必須指出,由于采脂工藝和技術(shù)不當(dāng)而引起木材的含脂量過(guò)多和木材的開(kāi)裂等缺點(diǎn)時(shí),就會(huì)帶來(lái)木材強(qiáng)度的降低。然而合理的采脂是完全可以避免這些缺點(diǎn)的,因此,在采脂工作中,必須嚴(yán)格貫徹合理的采脂規(guī)程。
國(guó)外研究,采脂后的松樹(shù),生長(zhǎng)的球果有所減少。采過(guò)脂的松樹(shù)其球果每噸出松子量比未采脂松樹(shù)少1—3公斤,但發(fā)芽率并無(wú)減退現(xiàn)象。