夏季與秋季鉤梢對5年生毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響

董敦義，李子川，桂仁意* ，俞友明

(1．浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安 311300;2．浙江省安吉縣林業(yè)局，浙江 安吉311300)

毛竹(Phyllostachys pubescens)稈形通直，材性優(yōu)良，是國內(nèi)竹類林地面積最大、生物量最多的優(yōu)質(zhì)材、筍兩用散生竹種［1］。然而，由于毛竹枝繁葉茂，冬季不落葉，因此在遭遇凍雨暴雪等災(zāi)害天氣時，立竹容易彎曲、斷裂和倒伏［2-4］，致使當(dāng)年林分的綜合效益明顯下降并給林分后續(xù)生產(chǎn)力和生態(tài)恢復(fù)帶來影響［5］。2008年1月的大面積雨雪冰凍災(zāi)害波及范圍恰好與毛竹主產(chǎn)區(qū)重疊，導(dǎo)致毛竹林受災(zāi)面積極其嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，全國竹林受災(zāi)面積約400萬hm2，其中80%為毛竹林［6］。其中，安徽黃山地區(qū)各類受損竹比例達(dá)45．8%［5］，福建省建陽市受損竹比例超過52．1%［7］，江西省安?？h毛竹林區(qū)受損竹比例也超過 29．7%［8］。

在浙江西北部區(qū)域，竹農(nóng)一般在白露至小雪期間(九、十月)對毛竹林進(jìn)行鉤梢［9-10］，這一撫育措施產(chǎn)生的梢頭部分被用來制作掃帚，這既增加當(dāng)?shù)刂褶r(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，又有效避免或減少了毛竹林受凍雨冰雪這類災(zāi)害天氣造成的損失。然而，秋季進(jìn)行鉤梢，竹枝已老化發(fā)硬，鉤梢難度大。近年來隨著農(nóng)村勞動力的逐漸減少和勞動力價格不斷上漲，使得秋季鉤梢并從林內(nèi)運出梢頭的成本急劇增加，而若將梢頭留在林內(nèi)，則因不易腐爛而影響竹林生產(chǎn)經(jīng)營活動。為應(yīng)對這一難題，浙江安吉的一些竹農(nóng)開始嘗試在夏季新竹抽枝展葉后進(jìn)行鉤梢，這時竹枝軟嫩易鉤梢，生物量小，且留在林地中容易腐爛入土而不需運出林地，能節(jié)省大量人力。

夏季和秋季鉤梢對毛竹材性的影響一直是竹農(nóng)和竹材制品生產(chǎn)單位關(guān)心的問題。本文以夏季鉤梢、秋季鉤梢和未鉤梢毛竹林的5年生立竹為試材，分析鉤梢尤其夏季鉤梢對毛竹材性的影響，探討夏季鉤梢在毛竹生產(chǎn)上應(yīng)用的可能性。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

2011年10月下旬，在安吉縣選擇立地條件基本一致的毛竹林，在相似坡度和坡向選取5年生、胸徑一致(約9 cm)的夏季鉤梢(6月初，長度為冠層的1/3)、秋季鉤梢(11月，長度同夏季鉤梢)和未鉤梢立竹各5株，共計15株，齊地伐倒后，每株分別從基部、中部和頂部各截取100 cm的竹稈段，并做標(biāo)記，帶回實驗室進(jìn)行濕材試件制作和物理力學(xué)性質(zhì)的測定。

1．2 試驗方法

(1)試件制作。從采集回來的竹材中每組隨機(jī)選取3株，共9株。然后依次量取目標(biāo)試樣段，每段試材自從基部到上部依次按下列順序截取試樣段:密度、干縮率、順紋抗壓強度、順紋抗剪強度、順紋抗拉強度和弦向抗彎強度及彈性模量，將截取好的試樣段剖開，對稱取材，保留試材2個弦面竹青和竹黃的原狀［11］。試件制作按照國家標(biāo)準(zhǔn)“竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法”(GB/T 15780-1995)進(jìn)行。

(2)測定及分析方法。竹材密度、干縮率、順紋抗壓強度、順紋抗剪強度、順紋抗拉強度和弦向抗彎強度等物理力學(xué)性質(zhì)的測定方法和步驟同上。竹材力學(xué)強度應(yīng)用MWD-50微機(jī)控制電子式木材萬能力學(xué)試驗機(jī)(濟(jì)南時代試金儀器有限公司生產(chǎn))進(jìn)行測定。進(jìn)行力學(xué)強度測定之前，試件需放入溫度(20±2)℃、相對濕度(65±5)%條件下的調(diào)濕調(diào)溫箱(愛斯佩克SETH-Z-022R)中，調(diào)整含水率至大約12%時，進(jìn)行相關(guān)力學(xué)強度的測定。

(3)數(shù)據(jù)分析。測試數(shù)據(jù)錄入Microsoft Excel 2007，方差分析和顯著度檢驗由SAS V8軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2．1 夏季與秋季鉤梢對竹材總體物理力學(xué)性質(zhì)的影響

通過合并不同鉤梢處理基部、中部和頂部的各項物理力學(xué)性質(zhì)，分析不同鉤梢處理對毛竹竹材各項物理力學(xué)指標(biāo)的整體影響(表1)。結(jié)果表明，鉤梢毛竹與未鉤梢毛竹相比，竹材的縱向干縮率顯著降低，而竹材的順紋抗拉強度顯著增加，同時弦向抗彎強度較未鉤梢毛竹竹材也有明顯的增加，差異接近顯著水平。夏季鉤梢較秋季鉤梢毛竹和未鉤梢毛竹，竹材的弦向干縮率和徑向干縮率也有接近顯著水平的增加(表1)。以上結(jié)果說明鉤梢處理能夠增加竹材的順紋抗拉強度，降低竹材的縱向干縮率。而鉤梢增加竹材弦向抗彎強度以及夏季鉤梢會增加竹材的弦向干縮率和徑向干縮率有待進(jìn)一步的研究。

表1 鉤梢對毛竹竹材物理力學(xué)性質(zhì)的影響Tab．1 Influence of obtruncation on culms physical and mechanical properties of Phyllostachys pubescens

2．2 鉤梢對毛竹竹材密度的影響

夏季鉤梢、秋季鉤梢和未鉤梢毛竹竹材3種密度值從基部到頂部都呈逐漸增大的趨勢(表1)。其中，夏季鉤梢毛竹林竹材中部3種密度值較基部分別增加3．23%、2．74%和4．35%，頂部竹材較基部分別增加 8．06%、8．22%和 10．14%;秋季鉤梢毛竹林竹材中部較基部分別增加 5．00%、7．25%和 6．06%，頂部較基部分別增加16．67%、17．39%和18．18%;未鉤梢毛竹林竹材中部較基部分別增加12．50%、12．50%和12．90%，頂部較基部分別增加 17．86%、17．19%和 17．74%。

將9種材料(3種毛竹林竹材，3個部位)的3種密度指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，不同類型毛竹林(夏季鉤梢、秋季鉤梢和未鉤梢)竹材的相同部位之間以及同一類型毛竹林竹材不同部位之間，3種密度指標(biāo)均未表現(xiàn)有顯著差異(表1、表2)。說明鉤梢對毛竹竹材密度沒有顯著影響。

表2 鉤梢對毛竹竹材密度的影響Tab．2 Influence of obtruncation on culms densities of Phyllostachys pubescens

表3 鉤梢對毛竹竹材干縮性的影響Tab．3 Influence of obtruncation on culms’shrinkages of Phyllostachys pubescens

2．3 夏季與秋季鉤梢對竹材干縮性的影響

鉤梢毛竹基部竹材的縱向干縮率顯著低于未鉤梢毛竹的，而中部和頂部竹材的縱向干縮率差異均不顯著;夏季鉤梢毛竹基部的徑向干縮率顯著高于秋季鉤梢和未鉤梢毛竹的，中部竹材之間的差異與基部類似，接近顯著水平(表3);不同鉤梢毛竹相同部位之間的弦向干縮率和體積干縮率差異都不顯著。相同鉤梢毛竹不同部位之間進(jìn)行單因素方差分析表明，秋季鉤梢毛竹竹材基部的徑向干縮率顯著低于其頂部的徑向干縮率;3種處理竹材基部的體積干縮率顯著高于各自中部和頂部的體積干縮率，差異達(dá)極顯著水平(表3)。

以上結(jié)果說明，鉤梢顯著降低基部竹材的縱向干縮率，顯著增加了基部竹材徑向干縮率，但對弦向干縮率和體積干縮率沒有顯著影響。

表4 夏季鉤梢與秋季鉤梢毛竹林竹材力學(xué)性質(zhì)Tab．4 Influence of obtruncation on cu lm s’mechanical properties of Phyllostachys pubescens

2．4 夏季與秋季鉤梢對竹材力學(xué)性質(zhì)的影響

鉤梢毛竹基部和頂部竹材的順紋抗拉強度較未鉤梢毛竹有明顯增加，差異接近顯著水平;此外，3種處理毛竹之間相同部位竹材的順紋抗拉強度、順紋抗剪強度、弦向抗彎強度和弦向抗彎彈性模量差異均不顯著(表4)。相同處理毛竹不同部位竹材力學(xué)性質(zhì)的比較表明:5種力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)從基部到頂部都呈逐漸增加的趨勢。夏季鉤梢毛竹基部竹材順紋抗剪強度顯著低于中部和頂部竹材的，秋季鉤梢毛竹竹材3個部位的順紋抗剪強度均呈極顯著差異，未鉤梢毛竹竹材3個部位的順紋抗剪強度之間的差異接近顯著水平;夏季鉤梢毛竹竹材3個部位的順紋抗拉強度和弦向抗彎強度之間的差異也接近顯著水平;夏季鉤梢毛竹竹材3個部位的弦向抗彎彈性模量之間的差異達(dá)到極顯著水平，而秋季鉤梢和未鉤梢毛竹的也達(dá)到顯著水平(表4)。

以上結(jié)果說明，鉤梢能增加竹材的順紋抗拉強度，但尚未達(dá)到顯著水平;竹材的順紋抗剪強度和弦向抗彎彈性模量對竹材供試部位較為敏感，夏季鉤梢毛竹竹材的順紋抗拉強度和弦向抗彎強度對供試竹材所處的部位也較為敏感，但均未達(dá)到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

鉤梢是防止雨雪冰凍等自然災(zāi)害的有效技術(shù)措施。傳統(tǒng)上，人們選擇在秋季鉤梢，因為此時梢頭部分木質(zhì)化充分，鉤下的梢頭可被用來制作掃帚［9-10］，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。但隨著勞動力成本上升，秋季鉤梢技術(shù)措施自身的經(jīng)濟(jì)效益逐漸降低。

通過綜合分析夏季鉤梢、秋季鉤梢和未鉤梢3種不同撫育方式毛竹林5年生立竹竹材(基部、中部和頂部)物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明:鉤梢及夏季或秋季鉤梢對竹材的3種密度指標(biāo)(基本密度、氣干密度和絕干密度)、體積干縮率、順紋抗壓強度、順紋抗剪強度和弦向抗彎彈性模量均沒有顯著影響;鉤梢顯著降低了竹材的縱向干縮率，提高了順紋抗拉強度。

通過分析3種竹材從基部到頂部的物理力學(xué)性質(zhì)的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)竹材的基本密度、氣干密度、絕干密度以及竹材的5種力學(xué)性能指標(biāo)均呈逐漸增大的趨勢，而體積干縮率則呈持續(xù)下降趨勢，這與其它竹種有著相似的變化規(guī)律［11-14］。竹材干縮性在3種竹稈的基部、中部和頂部的變化規(guī)律都表現(xiàn)為徑向干縮率 ＞弦向干縮率 ＞縱向干縮率，這與已有的研究結(jié)果相一致［11，15-16］。通過對比不同類型毛竹林(夏季鉤梢、秋季鉤梢和未鉤梢)竹材相同部位之間的物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉤梢顯著降低竹材基部的縱向干縮率，而夏季鉤梢竹材基部的徑向干縮率顯著高于秋季鉤梢和未鉤梢毛竹。

同樣地，通過對比同一類型毛竹林竹材不同部位之間的物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)秋季鉤梢竹材的徑向干縮率部位效應(yīng)非常顯著，夏季鉤梢和未鉤梢毛竹表現(xiàn)的相對較弱;3種類型竹材的體積干縮率、順紋抗剪強度和弦向抗彎彈性模量的部位效應(yīng)也非常顯著;此外，夏季鉤梢竹材的順紋抗拉強度和弦向抗彎強度的部位效應(yīng)也接近顯著水平，而同時秋季鉤梢和未鉤梢毛竹竹材的這兩項力學(xué)指標(biāo)的部位效應(yīng)要弱很多。

綜上所述，夏季鉤梢的撫育措施毛竹與秋季鉤梢和未鉤梢毛竹相比，并沒有降低毛竹的物理使用價值。因此，夏季鉤梢在生產(chǎn)上也可以作為預(yù)防雨雪冰凍等災(zāi)害天氣的撫育措施加以推廣應(yīng)用。

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