人工林泡桐木材不同生長部位材色的差異性1)

韓黎雪 常德龍 張云嶺 黃文豪 胡偉華 關(guān) 倩

(國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，鄭州，450003)

泡桐是我國長江、黃河流域栽種面積大，短中期速生工業(yè)用材樹種之一，具有材質(zhì)輕軟、密度低、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可用于制造板材、家具等產(chǎn)品［1－2］。材色是衡量泡桐木材表面性質(zhì)的一個重要視覺物理量，直接影響木材表面質(zhì)量的評定，對泡桐產(chǎn)品的質(zhì)量評價及加工利用有重要意義［3－5］。泡桐的缺點(diǎn)是生材鋸解后，在貯存和干燥過程中，會產(chǎn)生淺紅色條狀、塊狀色斑，隨后色斑會日漸加深，最后變?yōu)樯詈稚螯S褐色，整個板面的顏色也加深變暗，失去光澤，嚴(yán)重影響制品的外觀質(zhì)量。泡桐木材變色成為泡桐資源擴(kuò)大和出口創(chuàng)匯的一大障礙，也一直是國內(nèi)外學(xué)者十分關(guān)注的一個科學(xué)難題［6－8］。針對不同樹種的生長位置進(jìn)行材色研究，可以找到不同生長部位間的材色差異，按不同等級的材質(zhì)顏色需要進(jìn)行取材，進(jìn)而提高木材的利用率。段新芳等研究了毛白楊邊材材色的株內(nèi)變異情況［9］;趙榮軍等比較了5 種人工林桉樹木材的顏色參數(shù)［10］;茹廣欣等對無性系泡桐的白度進(jìn)行了測定［11］;武恒等測定了人工林楊樹心、邊材在不同表色系統(tǒng)中的色度學(xué)特征值［12］;常德龍等對4 種泡桐的材色參數(shù)進(jìn)行測定［13］。針對我國主要泡桐品種不同生長部位材色差異的研究還未見報道。筆者對幾種人工林泡桐不同生長位置的材色進(jìn)行測試及綜合評判分析，進(jìn)而為桐材的加工生產(chǎn)、利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試材采集與制作方法

分別從不同地區(qū)采取樹齡相近的6 種泡桐各6株。所取試材信息見表1，試材采集地生態(tài)因子見表2。選定離地面2、4 m 及第一大枝以下為截斷點(diǎn)，將每株試材截為3 個原木段。先在每個原木段底部鋸制一個厚度為8 cm 圓盤，表示試件底部、中部和頂部的不同干位;再在每個圓盤的心材、中材、邊材3 個不同盤位，取樣8 塊，用于測試不同干位、盤位的顏色。試件尺寸為70 mm×50 mm×12 mm。對不同泡桐樹種的干位、盤位進(jìn)行標(biāo)注，用砂紙進(jìn)行人工打磨使其表面平整光滑，氣干3 個月后借助烘箱烘干至含水率(10±2)%，以供材色指標(biāo)測試。

表1 試材信息

表2 試材采集地生態(tài)因子

1.2 顏色指標(biāo)測試方法

采用WHSC－100 測色儀，分別在試件的兩面取4 點(diǎn)，共8 點(diǎn)，取其平均值為試件的測量值。對顏色指標(biāo)L*、a*、b*表色系進(jìn)行測定。L*為亮度，也稱明度，全黑物體的明度為0，完全白的物體明度為100;a*為變紅度(紅綠色品指數(shù))，正值越大表示顏色越偏向紅色，負(fù)值越小越偏向綠色;b*為變黃度(黃藍(lán)軸色品指數(shù))，正值越大表示顏色越偏向黃色，負(fù)值越小越偏向藍(lán)色;E*為總色差，表示色差變異程度，值越大色差變化越大，反之，顏色變化幅度小，穩(wěn)定;W 為白度，表示木材的白度，其值越大，白度越好。

1.3 統(tǒng)計分析方法

采用統(tǒng)計分析軟件Spss 進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，材色指標(biāo)平均值間的比較采用單因素方差分析;不同樹種間的差異采用多變量分析;顯著水平設(shè)定為α=0.05，極顯著為0.01。使用Excel 2007 軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

用Spss 對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量分析，結(jié)果如表3所示。

表3 6 種泡桐材色指標(biāo)方差顯著性分析

2.1 亮度指標(biāo)(L* )

亮度為評判木材材色的重要指標(biāo)。亮度越高，明快、華麗、整潔的感覺越強(qiáng)。從表4可以看出，不同干位上6 種人工林泡桐的亮度均是從小到大依次為底部、中部、頂部。盤位上湖南白花泡桐邊材的亮度最小，心材和中材差異不大，甘肅蘭考泡桐亮度從大到小依次為心材、邊材、中材，而其它4 種泡桐亮度都是從大到小依次為邊材、心材、中材。對不同樹種進(jìn)行比較，可以看出湖南白花泡桐的亮度明顯高于其它樹種，山東楸葉泡桐次之。從表1可知，不同干位和盤位的F 值分別為411.506、345.737。顯著性分別為5.6×10－176、2.0×10－148，均達(dá)到極顯著水平，說明不同的干位和盤位的木材亮度有著顯著 差異。

表4 6 種泡桐不同生長部位亮度(L* )指標(biāo)對比

2.2 變紅度指標(biāo)(a* )

變紅度表示米制(紅綠軸)色度指數(shù)，正值偏紅，負(fù)值偏綠。木材的變紅度分布在－2 ～20，超出這一范圍將偏離木材的本來顏色。由表5得知6 種人工林泡桐的變紅度均在正常范圍內(nèi)變化。干位上，幾種泡桐的底部、中部和頂部的變紅度平均值變化無明顯規(guī)律;甘肅蘭考泡桐的變紅度為中部最大，底部和頂部相差不大;湖南白花泡桐和河南蘭考泡桐變紅度都為頂部最大，底部和中部差異不明顯;山東豫林泡桐變紅度為底部指標(biāo)最小，中部和頂部變差異不明顯;湖北毛泡桐和山東楸葉泡桐的不同干位變紅度指標(biāo)均達(dá)到顯著差異。盤位上甘肅蘭考泡桐、湖北毛泡桐、山東楸葉泡桐和山東豫林泡桐的變紅度指標(biāo)都為邊材最大，心材和中材差異不明顯，表明邊材的偏紅程度高于心材和中材;湖南白花泡桐的不同盤位變紅度指數(shù)差異不大，在4.5 左右;河南蘭考泡桐的中材變紅度度最小，心、邊材差異不大。不同生長部位變紅度指標(biāo)差異在干位和盤位均達(dá)到極顯著差異水平。

表5 6 種泡桐不同生長部位變紅度(a* )指標(biāo)對比

2.3 變黃度指標(biāo)(b* )

從表6可以看出幾種人工林泡桐不同生長部位變黃度的變化規(guī)律和差異。相同樹種的不同干位的變黃度平均值相差不大，在視覺上無明顯差別;變動誤差均未超過2.0，表明幾種泡桐的變黃度指標(biāo)較為穩(wěn)定。盤位上，除湖北毛泡桐，其它幾種人工林泡桐的邊材變黃度都高于心材;湖北毛泡桐為心材最大，邊材次之，中材最小。可知，干位的變黃度F 值為91.221，顯著性為3.61×10－40，達(dá)到極顯著性水平;盤位的F 值為241.363，顯著性為2.4×10－104，也達(dá)到極顯著水平，表明任意兩棵樹的任意兩個生長部位的變黃度都有著極顯著的差異。

表6 6 種泡桐不同生長部位變黃度(b* )指標(biāo)對比

2.4 總色差指標(biāo)(E* )

總色差表示總體綜合色差，數(shù)值越大表示被測物和對照樣顏色差異越大，是顏色穩(wěn)定性的指標(biāo)，對泡桐板材的拼接有重要意義。從表7可以看出，干位中，6 種泡桐底部的總色差略高于頂部和中部;湖北毛泡桐、湖南白花泡桐和山東豫林泡桐的中部略高于頂部，差異顯著;其它3 種泡桐的中部和頂部的總色差則相差不大，差異不明顯。盤位上，心材、中材和邊材的總色差平均值都相差不大;種內(nèi)不同盤位差異最大的為湖南白花泡桐的中材和邊材，差異為2.85。干位和盤位總色差的F 值為441.103、83.711，顯著性為2.5×10－188、6.18×10－37，均達(dá)到極顯著水平。

表7 6 種泡桐不同生長部位總色差(E* )指標(biāo)對比

2.5 白度指標(biāo)(W)

從表8可以看出，白度指標(biāo)與亮度指標(biāo)的變化相一致。干位中，6 種泡桐白度均從小到大依次為底部、中部、頂部。盤位中湖南白花泡桐為心材和中材白度相差不大，邊材最小，而甘肅蘭考泡桐為中材最小，邊材小于心材;其它4 種泡桐都為邊材白度最大，心材大于中材?？芍獛追N人工林泡桐的白度在干位的F 值為449.803，顯著性為6.1×10－192。盤位的F 值為222.818，顯著性為1.82×10－96，均達(dá)到極顯著水平，表明不同的盤位和干位的白度值均達(dá)到極顯著差異，體現(xiàn)著不同的經(jīng)濟(jì)價值。

表8 6 種泡桐不同生長部位白度(W)指標(biāo)對比

從以上分析可以看出，在不同干位的材色指標(biāo)中，6 種泡桐的變化規(guī)律趨于一致，亮度和白度指標(biāo)都為頂部最高。這與武應(yīng)霞研究泡桐不同高度的材色變化結(jié)果相一致［14］，可能與木材生長特征有關(guān)。泡桐的水分分布由基部向上隨著樹干的升高，水分逐漸減小。水溶性酚類物質(zhì)的含量也可能逐漸減?。?5］。在盤位的材色指標(biāo)中，6 種泡桐的變化規(guī)律各不相同，可能是在鋸解或干燥過程中產(chǎn)生變色。國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是木材內(nèi)的可溶性抽提物或者真菌引起的變色。泡桐為邊材樹種，心、邊材顏色差異不明顯，加之泡桐中的變色物質(zhì)分布不均勻，多集中于生長輪附近，晚材向早材處過渡，這就解釋了為什么盤位中心材、中材和邊材的變化趨勢不一致［16－17］。

3 結(jié)論

泡桐作為一種生物質(zhì)材料，具有極大的變異性。對泡桐的不同生長部位進(jìn)行方差分析，得出6 種泡桐的色度指標(biāo)亮度、變紅度、變黃度、總色差和白度在不同干位、盤位的差異均達(dá)到極顯著水平，說明干位或盤位在顏色上都是不盡相同的，有一定區(qū)別和很大的選擇潛力。綜合5 個材色指標(biāo)可以看出，干位中6 種泡桐的頂部材色質(zhì)量最優(yōu)，亮度平均值為65.82，比中部高1%，比底部高3%;變紅度最大為3.20，變黃度適中為15.09;總色差為29.04，最小，材色最穩(wěn)定;白度為62.37，優(yōu)于中部和底部。盤位中，不同樹種的盤位材色質(zhì)量不一。湖南白花泡桐為心材和中材材色相差不大，邊材次之，湖北毛泡桐、河南蘭考泡桐、山東楸葉泡桐和山東豫林泡桐為邊材最優(yōu)，甘肅蘭考泡桐為心材較優(yōu)。泡桐木材的材色質(zhì)量對其經(jīng)濟(jì)價值具有重要意義。了解幾種人工林泡桐不同生長部位顏色的差異，選擇材色指標(biāo)相近的泡桐材作為桐木拼接板的原材料，以提高桐材的利用率。在泡桐實體加工利用時，為木材表面顏色歸類、分級提供依據(jù)，達(dá)到材盡其用的目的。

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