黃菠蘿天然原料林材質(zhì)徑向變異規(guī)律★

朱熙嶺 郭明輝*

(1.大興安嶺地區(qū)林業(yè)管理局阿木爾林業(yè)局，黑龍江漠河 165302;2.東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

黃菠蘿是我國的珍貴樹種，主要以天然林為主，其木材材質(zhì)堅(jiān)硬，邊材顏色較淺，呈現(xiàn)淡黃色，心材呈黃褐色，紋理美觀，是優(yōu)良的建筑和表面裝飾材料［1］。對木材材質(zhì)材性變異規(guī)律的研究，可以更好地掌握木材材質(zhì)特性，充分做到材盡其用，還可以為木材營林培育提供有利的依據(jù)［2，3］，為幼齡材和成熟材的界定和木材材質(zhì)的早期預(yù)測技術(shù)的研究提供理論基礎(chǔ)［4］。本文主要從木材生長輪寬度和密度等物理性質(zhì)入手，研究了天然林黃菠蘿材質(zhì)的徑向變異規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料與測試方法

1)試材采集:黃菠蘿(Phellodendron amurense Rupr.)試材采自興隆林業(yè)局太平經(jīng)營所林場試驗(yàn)基地，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1927-91木材物理力學(xué)試材采集方法的規(guī)定進(jìn)行。

2)生長輪寬度:采用X射線微密度計(jì)測量黃菠蘿試樣的生長輪密度，并利用微密度掃描儀測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)密度變異特點(diǎn)，判定生長輪界限，并計(jì)算各分界限內(nèi)的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)每點(diǎn)間的距離為0.01 mm，求得生長輪寬度。X射線微密度計(jì)測量所用試樣含水率為12%左右的氣干材，尺寸為2.5 cm寬、3 mm厚、長度為半徑方向長的薄，表面光滑。掃描速率為1.6 cm/min，取樣間隔為0.01 mm。

3)密度:從試材髓心至樹皮沿徑向分別選取7塊試樣，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1933-2009測定試樣的基本密度、氣干密度和全干密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長輪寬度

黃菠蘿生長輪寬度隨生長輪齡變化如圖1所示，生長輪寬度在1.0 mm～2.3 mm之間呈現(xiàn)間隔為2個(gè)～4個(gè)生長輪，并具有一定幅度的上下波動，第25年后波動范圍變小，變化相對平緩、趨于穩(wěn)定。根據(jù)測定結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，得到黃菠蘿生長輪寬度的回歸方程為 y=-0.000 3x2+0.018 3x+1.434 7，相關(guān)系數(shù)R在0.215 4左右，回歸結(jié)果不理想，不能擬合出生長輪寬度的周期性變化。生長輪寬度的測定結(jié)果如表1所示，成熟材的生長輪寬度平均值略高于幼齡材，變異程度遠(yuǎn)大于幼齡材，數(shù)值分布較幼齡材分散。成熟材和幼齡材生長輪寬度的方差分析結(jié)果如表 2 所示，幼齡材和成熟材在 F0.01，F(xiàn)0.05和 F0.10水平上均無顯著差異，即在黃菠蘿沿木材徑向的不同位置取樣，對生長輪寬度的測定結(jié)果沒有顯著影響，表明從髓心至樹皮，生長輪寬度變化不顯著。

表1 黃菠蘿生長輪寬度測定結(jié)果

表2 黃菠蘿生長輪寬度方差分析

圖1 黃菠蘿生長輪寬度徑向變異

2.2 密度

黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度的徑向變異規(guī)律相似，如圖2所示，總體趨勢是緩慢增加的。第1塊～3塊試件處于靠近髓心的心材，其密度較靠近樹皮的第5塊～第7塊邊材要低。從髓心至樹皮整體增大幅度較小，在第7塊時(shí)，密度出現(xiàn)最大值。根據(jù)測定結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，得到黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度回歸方程，如表3所示?；貧w方程均滿足y=ax2+bx+c，相關(guān)系數(shù)R在0.987 1～0.997 2之間，回歸結(jié)果比較好。

圖2 黃菠蘿密度徑向變異

表3 黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度回歸方程 g/cm3

黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度和含水率的測定結(jié)果如表4所示，黃菠蘿邊材的基本密度、氣干密度和全干密度平均值高于心材，除全干密度外，邊材變異程度大于心材，數(shù)值分布較心材分散。由于木材的干燥梯度影響，邊材含水率低于心材，變異程度小于心材，數(shù)值分布較心材集中。

如表5所示的方差分析結(jié)果可以看出黃菠蘿沿木材徑向的不同位置取樣，對基本密度的測定結(jié)果有非常顯著影響，達(dá)到0.01水平;對氣干密度和全干密度的測定結(jié)果沒有顯著影響;對含水率的測定結(jié)果沒有顯著影響。從髓心至樹皮，木材基本密度變化非常顯著，而氣干密度、全干密度和含水率卻沒有顯著變化，說明心材和邊材在保水狀態(tài)下，木材的吸水膨脹度不盡相同導(dǎo)致。同時(shí)也說明木材在生長的過程中形成的材質(zhì)不均勻，在營林培育及加工利用時(shí)應(yīng)給予重點(diǎn)考慮。

表4 黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度與含水率測定結(jié)果

表5 黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度和含水率方差分析

3 結(jié)語

黃菠蘿生長輪寬度表現(xiàn)出隨生長輪齡的增長呈現(xiàn)上下波動，到第25年后波動范圍變小，變化趨于穩(wěn)定;成熟材的生長輪寬度平均值略高于幼齡材;方差分析中，幼齡材和成熟材的生長輪寬度沒有顯著性差異。黃菠蘿木材基本密度、氣干密度和全干密度總體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢;其邊材密度平均值高于心材;沿木材徑向的不同位置取樣，對氣干密度、全干密度和含水率均沒有顯著影響，但對基本密度具有非常顯著的影響。各物理性質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律均滿足回歸方程y=ax2+bx+c形式，密度具有較好的相關(guān)性。

［1］管 寧.木材及材性變異［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［2］江澤慧.木材結(jié)構(gòu)與其品質(zhì)特性的相關(guān)性［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.

［3］鮑甫成.中國主要人工林樹種幼齡材與成熟材及人工林與天然林木材性質(zhì)比較研究［J］.林業(yè)科學(xué)，1998，34(2):63-76.

［4］費(fèi)本華.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在木材科學(xué)中的應(yīng)用［J］.木材加工機(jī)械，2009(6):34-37.