Ann. For. Sci. 51 (1994) 291-300
DOI: 10.1051/forest:19940308

Growth stresses in tension wood: role of microfibrils and lignification

T Okuyama^a, H Yamamoto^a, M Yoshida^a, Y Hattori^b and RR Archer<sup>c

a</sup>  School of Agricultural Science, Nagoya University, Nagoya 464-01
^b  Kagoshima University, Kagoshima 890, Japan
^c  Department of Civil Engineering, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA

Abstract - In order to clarify the role of microfibrils in the generation of growth stresses in trees, an experimental analysis was carried out on 7 Appalachian hardwood species which were with or without gelatinous fiber in the upper region of the leaning stem. In the species that had gelatinous fibers, large longitudinal tensile stresses appeared in the region where the cross-sectional area of gelatinous layers were large. In the species that had no gelatinous fibers the following relationships were observed: (a) the smaller the microfibril angle, the larger the longitudinal tensile stress; (b) the larger the tensile stress, the larger the α-cellulose content; (c) tensile stress becomes larger as crystallinity increases; and (d) tensile growth stress had no or a slightly negative correlation with lignin content. These results suggest that the high tensile longitudinal growth stress is mainly due to the tensile stresses of cellulose microfibrils as a bundle in their axial direction. Thus the microfibrils tension hypothesis can be applied to elucidate the growth stress generation in the region of normal and tension woods.

Résumé - Les contraintes de croissance dans le bois de tension. Rôle des microfibrilles et de la lignification. Afin de clarifier le rôle joué par les microfibrilles dans la genèse des contraintes de croissance dans l'arbre, une analyse expérimentale a été réalisée sur 7 essences feuillues des Appalaches produisant ou non des fibres gélatineuses dans la partie supérieure des tiges inclinées. Dans le cas des essences produisant des fibres gélatineuses, des contraintes élevées sont observées au niveau des zones à forte proportion surfacique de couches gélatineuses en section transverse. Pour les essences ne produisant pas de fibres gélatineuses, la contrainte longitudinale de tension est d'autant plus grande que l'angle des microfibrilles et petit ; elle est d'autant plus grande que le taux d'alpha-cellulose est élevé ; elle est d'autant plus grande que le taux de cristallinité est élevé ; elle n'est pas corrélée, sinon par une légère relation négative, avec le taux de lignine. Ces résultats suggèrent que les microfibrilles jouent un grand rôle dans la genèse des contraintes de croissance en traction dans la direction longitudinale. Celle-ci serait due principalement à la mise en tension axiale des microfibrilles. Ainsi l'hypothèse d'une tension des microfibrilles peut être admise pour expliquer la genèse des contraintes de croissance dans le bois normal et le bois de tension.

Key words: growth stress / tension wood / gelatinous fiber / microfibril / cellulose

Mots clés : contrainte de croissance / bois de tension / fibre gélatineuse / microfibrille / cellulose