（六）论文《石南根瘤的特性》翻译
摘要
本文对白欧石南属（Erica Arborea）植物外生的瘤状物（石南根瘤）进行研究，包括其解剖结构、性质、化学成分和处理方式的影响作用（如在水中煮沸、高温加热）。将白欧石南的茎和根瘤区分比较，并与其他一些温带及热带木材品种进行了对比。其中，与茎杆木质相比，根瘤木质纤维更短且不规则；组织排列通常不规则，但部分横截面正常；细胞腔内存在外壳（无定形、晶体）。根瘤的密度和硬度略高于茎杆，体积收缩率较高，但方向收缩率趋于等距收缩。木质可提取物含量高，其中火山灰含量较高，二氧化硅却较低。通过在水中煮沸的方法（去除可提取物）不但能够降低了根瘤木的体积收缩（其他木料效果通常相反），而且也不影响干燥速率，亦能够消除干燥缺陷，获得更高的尺寸稳定性。可在高温(150-600°C)下加热表现出较高的耐燃抗性，认为这可能与植物提取物有关。
导言
白欧石南根瘤是制作烟斗的材料。它来自于一种开白色花的常绿杜鹃科灌木（欧石南属）的根与茎之间生长的瘤状物。类似瘤状物有时也会在其他物种上出现，如榆树、桦树和橄榄树(Cormio1944)，这是由于真菌、昆虫或其他外部动物的攻击，或由于未知原因造成的(Tsoumis1965)。但在白欧石南上，这种根瘤却是普遍存在的。有一种并不令人信服的推测认为，石南的根瘤是由于昆虫攻击、石土或沉重土壤中压迫根系造成的(Cormio1944)，但它们的起源尚不清楚。在一岁树龄的植物中就可以观测到根瘤的初始形状，但要到商业采伐大小则需要40-50年；影响其生长的因素是土壤特征(pH、质地、深度)、场地的海拔和方向。
欧石南根瘤的大小和形状可以通过灌木丛的外观进行判断；多分支的灌木则表明根瘤的价值较低，而少分枝的（1-3个分支）表明价值较高(Alexandrian，1981）。
欧石南主要生长在地中海地区（阿尔及利亚、法国、希腊、意大利等），但在加那利群岛、南蒂罗尔和东非（埃塞俄比亚和赤道山脉）也曾被发现过(Cormio，1944年；Hegi，1935)。其中，阿尔及利亚是世界石南根瘤产品的主要来源国。
在采伐的过程中：欧石南树状灌木被连根拔起，将去除所有的分枝和根须，切断根瘤上无用的凸起，并进行初步清洁。为防止干燥，粗切的根瘤将暂时会通过保持湿润或阴凉处储存的方式保存。随后，它们被运送到切割工厂，在那里进一步切割成型，形成适合于烟斗制作的最终尺寸。整个采伐切割的过程浪费极高，只有大约四分之一的原料被保留，其余皆废弃。然后切成型的木块在水中煮沸或蒸熟，然后暴露在温和气温中进行缓慢风干。最终的产品将根据品质和尺寸大小，并遵循对烟斗加工工艺进行分级定价。
烟斗可以由多种木料制作而成，其中包括黄杨木（红木）野樱桃和野梨木、乌木、红木、澳大利亚金合欢（金合欢）、其他等等。石南根作为烟斗材料的记载始于19世纪中叶的法国比利牛斯山脉东部，人们对这一材料的偏好，归因于耐火性，烟草燃烧加热时不产生异味，木质细腻易于制作和抛光，特别是完成的烟斗表面会出现与众不同的纹路。
本研究旨在调查解剖石南根瘤木质结构和化学成分及特性，明确其成为制作的首选材料的原因。并与其茎杆木质和其他温带和热带木材进行比较。
材料及方法
取自生长在希腊北部马其顿的5颗白欧石南灌木作为本次研究的材料。这些灌木树龄为30-35年，根瘤的（水平测量）直径约为25厘米。对灌木进行茎、根瘤和根须材料的取样，并准备标本以研究其解剖结构和上述特性；根须材料仅用于解剖特征的研究。试样的数量和尺寸分别见表1、表2、表4和表5
除树瘤、茎和根木外，还对橡树（栎）、橄榄树（欧洲橄榄树）、欧美杂交杨树、红木（阔叶树）和花椒（巴西小檗）进行了研究。在自然条件下和水中煮沸后进行了研究。
关于工作方法，以下几点作需进一步备注：
-浸渍和测量纤维长度的测定：材料将从树茎、根瘤和根须部，各采集髓心部、髓心和表皮之间的中间位置以及髓附近的样本。在每个样本中，将测量100根纤维。
-硬度测试，采用Amsler（阿斯姆勒）试验仪，测定样品端粒截面2×2cm，长度随机，测试达到含水量12%后的材料硬度。
-总植物提取物测定按照ASTMD1105-84标准程序，使用Soxhlet仪器进行测定。每次提取均采用2g茎部和根瘤制成的风干粉末进行。连续使用三种溶剂萃取：95%乙醇-苯混合液（4小时）；95%乙醇（4小时）；100℃水（4小时）。
-无机元素（硅除外）测定如下：灰分（无机物）含量测定取自2克的木粉，放置在铂坩埚中，湿润3滴蒸馏水，然后分散在5毫升50%盐酸，并在蒸汽浴60°C加热30分钟。用蒸馏水过滤，用蒸馏水稀释，最终体积为50毫升。用分光光度计用原子吸收法测定无机元素。
-硅含量的测定是通过粉碎10克木粉，加入10毫升HC1，并通过蒸汽浴蒸发至干燥。随后，在坩埚中加入盐酸和水的混合物（1：3），并对内容物进行反复过滤、洗涤和过滤。过滤纸（无灰滤纸），然后放在坩埚中并用灰烬。二氧化硅是通过称重酸性不溶性灰，并将其表示为木粉原始烤箱干重的百分比(Allen等。1974)。
-使用电子数字温度计测量烟斗燃烧室的温升情况。
结论
结果如图1-7和表1-5所示，可总结如下：
图1显示了一种连根拔起的白欧石南灌木以及部分被切断的茎。制作烟斗的木料取自茎和根之间发育的木瘤（见箭头）。图2为(A)茎、(B)根和(C，D)根瘤的扫描电子显微照片。茎（1,2,3）和根（4,5）的木质结构规则；根瘤时有规则结构（6），但通常是不规则的（7,8）。在高倍放大下，根瘤含有非晶形或晶体的内容物（9,10,11,12）。图3显示了根瘤的切向切片的特征性的显微镜外观；正是这种不规则的结构造成了烟斗木料富有吸引力的景象。
由表1可知，根瘤纤维比茎纤维短，长度的变异性较大。图4显示根瘤纤维与根纤维相比略短，所有纤维（茎、根、根瘤）随着距离髓心的距离增加，呈预期的长度增加趋势。对浸渍材料的显微镜检查显示，根瘤纤维沿其长度通常是不规则的（弯曲，弯曲，部分扩张）。图5，就像其他根瘤木质一样(Tsoumis1965)；在空气干燥后，它们倾向于扭曲。
表1的附加数据显示，与茎相比，根瘤木质密度更高，收缩呈等距趋势；硬度也更高；根瘤的植物提取物含量大约是茎的3倍。
表2给出了三个独立的体积收缩测量实验的结果。在所有的样本中，根瘤都表现出更高的收缩率。
根瘤中灰分（无机物）含量略高于茎，二氧化硅含量低于茎，但差异较小。在其他无机元素中，Ca钙和Mn锰存在很大的差异（表3）。表4包括了在水中煮沸根瘤的结果，这是用于预处理烟斗材料的一种方法。令人意想不到的发现是，水煮沸降低了根瘤的体积收缩，但在橄榄木和橡木中，发现收缩变化却与之相反，这是由于部分提取物的抽离而导致收缩加剧。
表5由不同实验条件下组合成三个部分。其中，上部分（实验1-7)包括了在每次高温(150-600°C)中加热15分钟后观察到的重量下降情况。而在中下部分中(实验8-15)，加热时间为1小时。在加热15分钟条件下，根瘤对比其茎和橡木，表现出较高的耐燃性，而杨树木的耐燃性极低；但在加热1小时下，根瘤的耐燃与橄榄木和红木相比没有显著差异。有趣的是，用根瘤萃取物浸泡杨树木材却能显著提高其耐燃性。在200°C的温度条件下，根瘤萃取物单独与茎萃取物相比则表现出更高的耐燃性。（实验8，9)。在300℃的温度条件下，煮沸过程似乎不影响根瘤的耐燃性，但在400°C和500°C时，其耐燃性表现降低(实验10-15)。需要注意的是，在实际使用烟斗时，可以测量出烟斗燃烧室的温度会上升到615°C。
最后，我们观察到煮沸处理对根瘤在常态干燥的速率没有明显影响（图6）。却可以消除木质的缺陷，如变形和开裂(图7)；这就证明了实践中使用水蒸煮处理烟斗木材的合理性。
与相关研究的探讨
之前唯一与本研究目标相关的工作是Cormio（1944），他研究了两个起源的烟斗木材，即意大利（卡拉布里亚）和埃塞俄比亚（厄立特里亚）。Cormio描述了宏观特征，即树皮（薄、粗糙、裂缝、红褐色或黑色）、边材（白色，大肿瘤清晰）、心木（黄色、红色或灰色）、生长长度（中等宽度，心材明显，但轮廓清楚）、射线（宽）和髓心（小、均匀）。关于微观特性，Cormio写道，木材多孔，小、多、孤立、分布均匀的孔（血管）；穿孔简单、鳞状；薄壁不均匀分布，通常局限于血管的切向壁，纤维之间稀疏。
此外，Cormio还研究了某些性能，包括密度、收缩、硬度、耐火（可燃性）、可加工性、灰分和二氧化硅含量、挥发性物质损失、含水量以及阻燃剂处理。所有结果均比较显示（卡拉布里亚-厄立特里亚），可总结如下：
常态密度(常态风干下)为0.779-0.687（g/cm³），110℃条件下密度为0.677-0.558（g/cm³）；
30°C条件下，收缩率0.94-0.61%，
硬度(Janka詹式硬度)1120-780kg，
耐燃性22.7-21.7%、
无机物含量（湿木材) 0.48-0.31%，二氧化硅34-31%；
含水量13.1-14.3%（常态风干）。
有些结论则难以认同（如收缩率），有些结论则为主观判断（如可加工性），有些结论则缺少基于特定的实验方式验证（如火焰加热的耐火性实验）。
关于烟斗木料的概况信息在施密特（1951）的一篇简短的专著中提出，其中包含在对其他几种木材的描述性处理中。这项工作包括宏观和微观特性、风干密度值（平均0.78，范围0.63-0.94）、准备煮沸（释放应力，获得边材和心材之间的颜色均匀性）以及耐高温性，使石南木瘤适合于制作烟斗。作者反对后者的耐燃性是由于二氧化硅(Hegi1935)，因为石南木瘤的二氧化硅含量并不是“异常高”。密度值为0.80-0.90（不参考基准）也从另一个来源(研究所Legno1976年)提供。
本研究则表明，如根瘤木质生长所预期的那样，烟斗木料的显微剖析结构不规则，但部分横切面显示细胞排列正常。这种木材有很高含量的植物提取物，其中一些是在细胞腔中的非晶形或晶体外壳的形式。烟斗木料具有较高的体积收缩，但方向收缩实际上是等距的。与通常的木材表现正好相反，萃取过有机物的根瘤则表现为收缩率降低。
根瘤中二氧化硅的含量很低，因此排除二氧化硅在烟斗燃烧室内抵抗高温的作用。据观测，这种耐燃性是由于植物提取物造成的，去除它们会降低耐燃性，而将提取物引入（浸渍）其他木材（例如杨树）表现出阻燃性增加；有人认为，这种“阻燃”作用是由于提取物在温度临界点以上出现泡沫(Hillis1986)。也有观点认为，造成这种抗性的另一个原因可能是Ca和K中的石南根含量相对于同一种的茎木含量较低。研究发现，钙、钾和钠与木材的燃烧特性有关——无论它们是燃烧成木炭还是火山灰；燃烧成木炭的物种（表明具有更高的抗性）在这些元素中的含量要低得多(Kawakami 1970)。但其他木材的无机化学成分研究并不支持这一观点（表3）。
在水中煮沸提高了烟斗木料尺寸的稳定性；在空气条件干燥后的立方型木料，形状能保持不变，而未经蒸煮的立方型木料则改变了形状，并出现开裂。
其他木料，温带木料（包括地中海灌木）和热带木料，具有某些类似于烟斗木料的特性，但不具有其的全部特征。人们应该钦佩普通人的智慧，他们选择了合适的木料（就像在许多其他情况下一样），只有经过实际经验，没有详细的实验室手段和测试，才对其进行适当的处理，比如煮沸。