Anatomical Analysis of Abnormal Structure of Tree Rings in Eucalyptus

林地位于广西昭平县昭平镇，23°39′~24°24′N，110°34′~111°19′E，属南亚热带气候，夏长冬短，冬有霜雪.土质属中层沙石红壤，酸性较强，有机质含量较高，肥力中等.

根据林地现场勘察情况，随机选取3株样木，编号为1、2、3号.伐倒样木，在树干根部(0.0 m)、中部(3.3 m)、上部(5.3 m)分别锯取5 cm厚圆盘.

拟采用的研究方法的操作步骤依次为圆盘获取、树轮定年、宏观特征观察、微观特征观察、纤维离析、气象检索、结果判定.

树轮定年：对圆盘进行抛光处理，过髓心画两根相互垂直的直线，数出年轮数并标记.

木材构造观测：采用徒手切片法进行切片，制作永久玻片，置于显微镜下观察.

纤维离析、测定：采用冰醋酸双氧水(1:1)混合液离析木材，借助显微成像系统软件测量纤维长度、宽度和腔径.

抛光机、体式显微镜(Nikon SMZ745)、研究级生物显微镜(Nikon 80I)、显微成像系统.

圆盘刨平后，交叉定年并标记，以样木(2号)为例，树轮定年结果如图 2.圆盘2-1(0.0 m)定年为7年，圆盘2-2(3.3 m)定年为6年，圆盘2-3(5.3 m)定年为5年.

木材有光泽，无特殊气味.边材浅黄褐色，与心材区别略明显，心材浅红褐色.生长轮略明显，散孔材.管孔小至中，肉眼下呈白色点状，体式显微镜下(10×)明显，斜列，孔内偶见树胶.轴向薄壁组织量中等，环管束状、星散状.木射线肉眼下略见，略密且细.肉眼下，在每个圆盘6~7年年轮交界处可见一条与年轮平行的深色带状组织，如图 3(a).体式显微镜下观察发现，深色带状组织内管孔少且小，沿着深色带状组织两侧管孔数量由少至多，由小至大变化，这一变化沿两侧分布约2 mm宽，其余的年轮交界处未出现这一情况，如图 3(b)、图 3(c)、图 3(d).

在圆盘6~7年年轮交界处截取1×1×1(cm)的小试块，小试块需包含深色带状组织及其周边正常组织，如图 4(a).对小试块进行切片，制作临时玻片，显微镜观察.切片自树皮向髓心依次由第7年生正常木质部、深色带状组织和第6年生正常木质部组成.

正常木质部(第7年生、第6年生)由导管、木纤维、轴向薄壁细胞和木射线组成.导管横切面卵圆形及圆形，平均弦径146 μm，斜列，散生，含树胶.轴向薄壁组织为环管状、星散及星散聚合状.木纤维壁中至厚，排列整齐.异常组织带位于第7年生正常木质部和第6年生正常木质部之间，排成一整环，由25~35个大小不一的不规则形的薄壁细胞组成，期间零星分布小管孔，细胞呈崩溃状，如图 4(b).位于正常木质部与薄壁细胞带交界处出现类似小管孔的组织，有1~2层泌脂薄壁细胞包围，有时多个弦向连生，符合传统意义上的木材创伤树胶道的定义.鉴于此，判定这是桉树木质部受外力因素而产生的一种非正常组织，即创伤树胶道，如图 4(c).

从上述截取的小试块中分别切取第6年、第7年正常部分木质部和深色带组织进行纤维离析，如图 5(a).由表 1可知，深色组织带的木纤维长度明显短于正常部位的木纤维，仅为第6年的68.59%，第7年的68.64%；宽度略宽于正常部位的木纤维，双壁厚小于正常部位的木纤维，为第6年的87.25%，第7年的82.07%；长宽比明显小于正常部位的木纤维，仅为第6年的61.34%，第7年的60.75%.正常部位离析片以木纤维为主，深色带组织以薄壁细胞(主要为射线薄壁细胞、轴向薄壁细胞、泌脂细胞)为主，木纤维数量少且短，细胞壁薄，长宽比小，如图 5(b)、图 5(c)、图 5(d).

木材检索是运用科学识别方法，在熟练掌握木材构造特征内涵的基础上，将木材构造特征进行有无或正反列对比，按照特征的明显程度顺次检索，循序渐进，逐渐缩小范围，以确保鉴定结果的可靠性.根据林地现场实际情况和木材解剖观测，参考《木材学》^[6]、《中国木材志》^[7]、《木材气候学导论》^[8]等资料，宏观与微观相结合，主要特征与辅助特征相互补，检索路线如下：

现场：原木端头环裂→活立木材色(色差)→树木枯顶

宏观：树轮定年→第6~7年年轮→深色带组织(具有)→管孔(量少、孔小)→射线(量多)

微观：深色带组织→薄壁细胞(量多)→创伤树胶道(可见)→木纤维(少，短，壁薄)

从广西气象局调取昭平县2014年9月至2015年4月气象数据(图 6)，昭平县2014年12月至2015年1月气温较低，平均最高温16 ℃，最低温度7 ℃，2014年12月18日出现全年最低温2 ℃.该林地位于海拔550 m的山地，四周为连绵起伏山脉，气温比县城低2~5 ℃.由此，该林地在这期间有可能出现极低气温.

按照以上特征及路线，判定木质部中深色带状组织为霜冻轮.

1) 树木在生长季遇异常低温，形成层活动受影响，由形成层分化出的未成熟木质部细胞无法完成次生壁加厚和木质化过程，且细胞脱水会使细胞受挤压变形，从而形成异常年轮，也就是霜冻轮^[2].霜冻轮颇似伪年轮，其在年轮内呈现深色线条平行于年轮^[6].本文原木木质部出现深色带组织，平行于年轮，存在异常多的薄壁细胞，细胞排列呈崩溃状，创伤树胶道可见，可判定为霜冻轮，结合气象资料，可判定霜冻发生时间为2014年年末至2015年年初的冬季.

2) 温度高低直接影响树干形成层生长的速度和持续时间，低温对形成层生长起抑制作用^{[2, 9-11]}. Hantemirov^[12]等分析乌拉尔林缘上线西伯利亚刺柏上发现的霜轮、伪轮，证明了温度的极端变化抑制树木形成层生长，并推断出最严重的霜冻发生在1601年、1783年、1857年、1882年和1968年的夏天.罗马的卡利马尼地区大量的树轮中出现霜冻轮现象，与喀尔巴阡山脉高海拔网站上记录当地1876年5月19-21日曾出现的冰冻事件相吻合^[13].本文尾巨桉原木遭受霜冻，存在较多未木质化细胞，证明了温度的极端变化抑制了尾巨桉木材形成层生长，这也为尾巨桉适生区划分提供了依据.

3) 因霜冻而使形成层和形成层附近尚未木质化的细胞停止生长甚至死亡，导致细胞不能正常地木质化，薄壁细胞含量多^[14]，并形成受伤树胶道，因而其抗虫、耐腐性会受到一定影响.当木材干燥时，霜冻轮部分薄壁细胞比担负机械支持作用的木纤维更容易发生皱缩，在生长应力作用下，霜冻轮部分易产生开裂，与木质部分离，且分离的木质部容易变色.

4) 桉树形成层原始细胞具有极强的分生能力，原木形成霜冻轮后，来年春天，万物复苏，桉树的形成层原始细胞分裂新的细胞，随着树干的增粗，受伤部位将被逐步包裹，形成近似内夹皮的结构(深色带)，会对木材的强度产生一定的负面影响.