斧子與柴刀砍切樹木痕跡比較研究

課題組

(1.南京森林警察學(xué)院，江蘇·南京 210023；2.西雙版納州森林公安局，云南·景洪 666000)

斧子與柴刀是林業(yè)生產(chǎn)常用工具。在盜伐、毀壞林木案件現(xiàn)場，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這兩類工具痕跡，尤其在毀林案件中，嫌疑人為了爭奪林地種植高效經(jīng)濟(jì)作物，常采取砍切樹干基部樹皮與部分木質(zhì)部的方法致樹木緩慢死亡，在樹干留下砍切痕跡，作案現(xiàn)場短期內(nèi)不易被發(fā)現(xiàn)，對自然森林資源的破壞力極大。目前此類案件在國內(nèi)一些地區(qū)仍持續(xù)不斷地發(fā)生，在耕地較少的山區(qū)毀壞林木現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，如西雙版納、浙江、安徽等地。柴刀與斧子皆為單刃切削工具，在一定條件下形成的砍切痕跡具有較高相似性，偵查人員難以通過現(xiàn)場砍切痕跡準(zhǔn)確推斷作案工具，嚴(yán)重影響了上述案件的偵破效率。目前這類案件的偵破仍依靠走訪偵查和嫌疑人現(xiàn)場指認(rèn)的方法，缺乏科學(xué)性。為此，本文以西雙版納地區(qū)常見的涉案林木和涉案工具為基礎(chǔ)，結(jié)合其他地區(qū)的相關(guān)情況，通過實(shí)驗(yàn)的方法對柴刀與斧子砍切樹木痕跡進(jìn)行研究，為此類工具痕跡的認(rèn)定提供技術(shù)支持。

一、柴刀、斧子結(jié)構(gòu)和工作原理

柴刀由刀片和刀把構(gòu)成，在刀片一端有筒狀構(gòu)件將刀把與刀片連接成一整體(見圖1)。刀片呈長條形、長約70—80cm、寬約7—8cm，刀把長度一般在20—40cm，刃口的雙面均為平刃側(cè)。砍切時手臂施加的力通過刀把傳遞至刀刃實(shí)施砍切。刀片發(fā)揮劈尖功能，工作時施以劈力將客體分離。

斧子由斧頭、斧柄組成。斧頭外觀似劈形，分別由兩個梯形大面、兩個倒置等腰三角形小面和一個長方形斧頂構(gòu)成(見圖2)。兩個梯形底邊交匯于斧刃，通過小面可以觀察到斧柄安裝孔。斧子刃口的雙面也為平刃側(cè)，寬8—12cm，斧頂5×4cm至6×5cm左右，斧柄長80—90cm左右。用斧子砍切樹木時，施加于斧柄的力傳遞至斧頭后，分解成垂直于斧頭大面的兩個力對木材進(jìn)行作用，把木材劈開。[注]王緯東. 關(guān)于柴刀在荊條、灌木類客體上切削痕跡的研究[J]. 中國人民公安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000，(3).

圖1 柴刀的結(jié)構(gòu)

圖2 斧子的結(jié)構(gòu)

二、實(shí)驗(yàn)

(一)實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

ZEISSV12三維立體顯微鏡、KH-3000三維視頻顯微鏡、LEICAFSC比較顯微鏡、木材硬度測試儀、柴刀、斧子、立地生長的樹木等。

(二)實(shí)驗(yàn)材料選擇與處理

1.選取案件中常見的斧子3把、柴刀3把作為實(shí)驗(yàn)研究的砍切工具。

2.選取10種立地生長的樹木(其中一部分樹木直徑14-20cm，另一部分20-30cm)作為實(shí)驗(yàn)客體。

3.用硬度測試儀分別對所選樹木的木材進(jìn)行硬度測試(見表1)。

(三)實(shí)驗(yàn)方法

用柴刀和斧子同時在每一棵樹干上進(jìn)行砍切，分別獲得每一棵樹的兩種砍切工具痕跡實(shí)驗(yàn)樣本；分別觀察兩種工具在每一種實(shí)驗(yàn)樹木上形成的砍切痕跡特征，分析柴刀、斧子砍切樹木形成的痕跡形態(tài)和刃口特征的反映性；將斧子、柴刀在同一種木材上形成的砍切痕跡進(jìn)行比較，分析兩種工具砍切樹木形成痕跡的相似性和差異性；將實(shí)驗(yàn)獲得的木材樣本置于三維視頻顯微鏡下，觀察比較柴刀和斧子砍切形成樣本表面的木材管孔形態(tài)變化情況；用比較顯微鏡將斧子、柴刀在不同硬度木材上形成的砍切痕跡進(jìn)行比較，分析木材硬度對兩種工具痕跡的影響；將遺留在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的砍切痕跡進(jìn)行編號、掛上防水標(biāo)簽、拍照記錄，分別于砍伐后的20天、30天、2個月、3個月后觀察痕跡的變化，分析自然環(huán)境對砍切痕跡的影響。

表1 實(shí)驗(yàn)樹種木材的硬度測試值 端面硬度(單位kgf/cm2)

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(一)柴刀與斧子砍切痕跡

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納發(fā)現(xiàn)，“痕跡截面特征”是柴刀與斧子砍切樹木的主要痕跡特征。兩種工具有相似的刃口結(jié)構(gòu)和工作原理，砍切樹木時均能在以下幾個部位形成砍切痕跡截面特征。

1.樹干及分離木塊上的砍切痕跡截面特征

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，柴刀與斧子砍切樹木時，第一刀(斧)均在樹干表面留下一道開放性的切口，切口包含兩個半圓形截面，其中一個截面位于切口內(nèi)側(cè)并深陷于樹干，另一個截面位于切口外側(cè)向外傾斜,兩個截面構(gòu)成5-10°夾角，此時很難觀察到兩個截面上痕跡全貌。當(dāng)工具在切口的上方繼續(xù)實(shí)施砍切時，就會形成剝離木塊從樹干上脫落，使當(dāng)次砍切形成的切口兩截面產(chǎn)生分離，首次砍切形成的痕跡面得以在樹干上完整呈現(xiàn)。木塊分離后，外側(cè)截面留在樹干上，截面相對粗糙或伴有裂紋，內(nèi)側(cè)截面隨剝離木塊脫落，截面光滑分布有相互平行的線條痕跡，線條與截面的半圓形直徑垂直。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，分離的木塊上同時承載兩次砍切形成的痕跡截面，其中一個截面平整光滑，另一個截面粗糙同時伴有一定程度變形(見圖3)。因此在勘查破壞樹木的案件現(xiàn)場時，需注意從樹干和剝離木塊上分別尋找和提取柴刀與斧子刃口遺留的痕跡。

木塊上痕跡截面(光滑面)木塊上痕跡截面(粗糙面)樹干上的痕跡截面圖3 柴刀、斧子砍切樹干形成的痕跡截面特征

2.伐樁及分離木塊上的痕跡截面特征

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，柴刀與斧子在第一個切口的基礎(chǔ)上繼續(xù)對切口周圍的木材進(jìn)行橫向逐層切削，直至砍切區(qū)域內(nèi)的所有木質(zhì)部時，樹木被砍倒形成樹樁。在此過程中，柴刀與斧子刃口一側(cè)的切削截面遺留在樹樁上(切削截面中有時伴有反映斧子刃口寬度的“邊界痕”)，此切削截面受刃側(cè)推擠作用向刃的一側(cè)傾斜或翻卷，致使樹樁切削截面上的痕跡線條遭損壞(見圖4)；刃口另一側(cè)的切削截面隨切削木塊與樹干分離，散落在樹樁周圍，此切削面平整且分布有相互平行的線條痕跡(見圖5)。與砍切樹木初始階段不同，砍切樹干時工具刃口與樹干主軸始終保持一定角度，分離的木塊均為樹干邊緣木材。樹樁周圍的剝離木塊，因工具刃口在砍切過程中，有時與樹干主軸呈一定角度，有時與樹干主軸平行，因此有的是樹干邊緣木材、有的是樹干中心部位的木材，以至于被削離木塊中所承載的木材生物組織存在差異。

圖4 樹樁上工具刃口一側(cè)切削截面圖5 樹樁分離木塊上工具刃口另一側(cè)切削截面

(二)柴刀、斧子砍切痕跡比較

1.砍切截面光滑程度及線條痕跡比較

比較柴刀與斧子砍切同一棵樹干獲得的截面痕跡發(fā)現(xiàn)，兩種工具在同一株樹干上砍切形成的截面光滑程度存在差異，總體表現(xiàn)為柴刀砍切形成的截面光滑，斧子砍切形成的截面則相對粗糙。進(jìn)一步用側(cè)光觀察比較發(fā)現(xiàn)，柴刀砍切形成的截面有細(xì)小的木材組織顆粒，線條痕跡凸凹明顯立體感較強(qiáng)。斧子砍切形成痕跡面上的顆粒明顯大于柴刀，分布在表面的痕跡線條突起不明顯、立體感不強(qiáng)(見圖6)。產(chǎn)生上述現(xiàn)象是因?yàn)閮煞N砍切工具雖然都為單刃，但刃口顯微結(jié)構(gòu)存在差異，柴刀刃側(cè)單薄刃口鋒利，砍樹時能直接將木纖維切斷；斧子刃側(cè)厚實(shí)刃口圓鈍，砍伐樹木時斧刃切割木纖維的方式發(fā)生了變化，由單一切割轉(zhuǎn)變?yōu)槔炫c切割共同作用，即圓純的刃口將木纖維拉伸至一定長度后才得以切斷，以至于在截面上出現(xiàn)粗糙、毛刺現(xiàn)象。

2.砍切截面痕跡寬度比較

通過對實(shí)驗(yàn)樣本的比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遭砍切的樹木直徑在14-20cm時，兩種工具砍切形成的截面直徑為4-8cm，剝離木塊外觀形態(tài)和大小有較高相似性(見圖7)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象是因柴刀與斧子刃口長度均大于砍切截面的直徑?？城袠涓傻闹睆皆?0-30cm時，斧子砍切形成的剝離木塊截面、遺留在樹干和樹樁上的砍切痕跡截面直徑一般為10cm左右，與斧子刃口有效砍切寬度相吻合(見圖8)，且木塊被剝離后在樹干或樹樁上留下明顯的“邊界痕”，充分反映斧子刃口的寬度；柴刀砍切形成的痕跡截面直徑9-14cm，在樹干和樹樁上的木塊被剝離處為自然平面，沒有明顯的“邊界痕”(見圖9)，反映柴刀刃口長度遠(yuǎn)大于砍切痕跡截面寬度。

斧子砍切川楝柴刀砍切川楝斧子砍切厚皮香柴刀砍切厚皮香圖6 柴刀、斧子砍切截面線條痕跡反映程度比較

3.砍切截面木材管孔特征顯微形態(tài)變化的比較

樹木總體可分為闊葉和針葉兩大類。在樹干的內(nèi)部分布有許多生命活動所需的管道，闊葉樹樹干內(nèi)部的管道《木材學(xué)》[注]成俊卿.木材學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社，1985.稱之為“導(dǎo)管”，這是樹木從根部吸收養(yǎng)料的通道。在部分針葉樹樹干內(nèi)部也分布有管道(如松科的松屬、云杉屬、落葉松屬等)，《木材學(xué)》稱為“樹脂道”，這類管道是留存樹脂的通道。樹干被橫向或弦向砍切后通過切面可看到管道的孔洞狀截面。將柴刀與斧子砍切形成的木塊放在顯微鏡下觀察比較發(fā)現(xiàn)，管孔形態(tài)因遭砍切擠壓有不同程度的變形。柴刀砍切剝離木塊的截面顯微鏡下觀察管孔形態(tài)變化較小，大多數(shù)木材的管孔能夠保持原有的形態(tài)。斧子砍切形成的木塊截面管孔形態(tài)變化較大，大多數(shù)管孔變成長橢圓形或長條形、有些孔洞被擠壓閉合，還有些孔洞口被周圍的木材組織遮擋難以辨認(rèn)孔洞的形態(tài)(見圖10)。這是因?yàn)闃涓蓛?nèi)部的管道腔存在空隙，抵抗外來擠壓力的能力較弱，當(dāng)施加的外力較小時管道仍能保持原有的形態(tài)或發(fā)生較小的變形，當(dāng)外力超過管道臂的應(yīng)力時，則發(fā)生形變。斧子與柴刀刃口皆為劈形，工作時砍切力均分解為切入木材內(nèi)部的力和對木材進(jìn)行擠壓的力，但斧子劈頂?shù)膶挾冗h(yuǎn)大于柴刀，砍切時產(chǎn)生的沖擊力和對木材的擠壓力也大于柴刀(見表2)。

值得注意的是，木材管道在樹干內(nèi)部呈徑向排列，只有在實(shí)施與樹干軸線一定角度砍切形成的截面上才能夠觀察到管孔，若砍切角度與樹干主軸平行在砍切截面上則無法看到孔洞。

斧子砍刀圖7 砍切直徑16cm樹干剝離木塊的寬度比較

斧子砍刀圖8 砍切直徑25cm樹干剝離木塊寬度比較

斧子(有“邊界痕”)砍刀(無“邊界痕”)圖9 砍切直徑29cm樹木遺留在樹干上的痕跡截面寬度比較

柴刀砍切截面(小果錐)斧子砍切截面(小果錐)圖10 柴刀與斧子砍切截面管孔變形程度比較

表2 柴刀、斧子砍切樹木痕跡比較

(三)影響柴刀、斧子砍切痕跡的因素

1.木材硬度對柴刀與斧子砍切痕跡的影響

木材硬度是指木材抵抗其他鋼體壓入的能力，也包括樹木對切削工具的抵抗力。不同樹種之間木材硬度存在差異，對柴刀與斧子砍切樹木痕跡產(chǎn)生影響。

通過對三把柴刀與斧子砍切不同硬度木材的樹木產(chǎn)生痕跡比較發(fā)現(xiàn)，同一把柴刀與斧子刃口特征在不同硬度值木材上的痕跡反映程度存在差異。主要表現(xiàn)為：在硬度值較高的木材上，痕跡面平整光滑，線條痕跡立體感較強(qiáng)，但細(xì)小線條數(shù)量相對較少。觀察硬度值偏低的木材上形成的痕跡面發(fā)現(xiàn)，痕跡面整體表現(xiàn)粗糙，線條痕跡數(shù)量相對較多，粗大線條明顯可辨，能夠反映工具刃口較大的缺損(見圖11、圖12、表3)。[注]北京林學(xué)院.木材學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社，1991.產(chǎn)生這種現(xiàn)象是因?yàn)?，硬度值不同，木材的?xì)胞結(jié)構(gòu)則有差異，組成木材的細(xì)胞組織比例不同，細(xì)胞壁與孔隙度所占比例也不同。硬度值高細(xì)胞孔隙度小，抵抗鋼體壓入的能力大，反之亦然。

川楝思茅松圖11 同一把斧子砍切不同硬度木材形成線條痕跡的比較

厚皮香西南樺圖12 同一把柴刀砍切不同硬度木材形成線條痕跡比較

2.自然環(huán)境對柴刀與斧子砍切樹木痕跡的影響

通過在砍切后20天、30天、2個月、3個月，對野外樹干、樹樁上的砍切痕跡觀察發(fā)現(xiàn)，隨著時間推移，痕跡表面逐漸發(fā)生變化。主要表現(xiàn)為：觀察實(shí)驗(yàn)初期，截面在原色彩基礎(chǔ)上顏色變暗，此時能看得清痕跡線條、觀察實(shí)驗(yàn)中期，痕跡表面增加小黑點(diǎn)和黑色斑塊，只能看清部分痕跡線條、至觀察實(shí)驗(yàn)后期，黑點(diǎn)和斑塊擴(kuò)展至痕跡面大部分區(qū)域，整個截面顏色變深無法辨識痕跡線條(見圖13)。形成這一現(xiàn)象是因?yàn)樵诳諝庵猩⒉贾罅康恼婢咦樱?dāng)樹木被砍切致使木材內(nèi)部組織外露時，孢子就會利用木材組織內(nèi)部的養(yǎng)料(例如木材纖維素或木質(zhì)素)，在適宜的條件下生長致使木材變色。

表3 實(shí)驗(yàn)樹木材質(zhì)硬度對柴刀、斧子砍切痕跡影響

續(xù)表3 實(shí)驗(yàn)樹木材質(zhì)硬度對柴刀、斧子砍切痕跡影響

注：“﹢”表示痕跡截面線條沒有立體感、痕跡面粗糙；“﹢﹢”表示痕跡截面線條立體感較弱、痕跡面較為粗糙；“﹢﹢﹢”表示痕跡截面線條立體感較強(qiáng)、痕跡面較光滑；“﹢﹢﹢﹢”表示痕跡截面線條立體強(qiáng)、痕跡面光滑

20天30天2個月3個月圖13 西南樺樹干上同一枚砍切痕跡在自然環(huán)境下發(fā)生變化的比較

四、結(jié)論

柴刀與斧子砍切樹木，均能在樹干、被分離的木塊和樹樁上形成兩個對稱的半圓形截面，其中一個截面光滑，另一個截面粗糙，兩個截面均有反映工具刃口特征的線條痕跡 。斧子形成的光滑截面上線條痕跡反映程度和立體感比柴刀形成的截面線條痕跡弱；斧子形成的光滑截面上木材管孔特征變形程度比柴刀形成的截面木材管孔特征變形程度大。當(dāng)砍切直徑20cm以上樹干時，斧子砍切形成的痕跡截面寬度小于柴刀，同時在樹干上或樹樁上留下反映斧子刀刃口寬度的“邊界痕”，柴刀砍切形成的樹干或樹樁截面則沒有此痕跡。樹木材質(zhì)的硬度對截面線條痕跡反映有一定影響，處于自然條件下的截面線條痕跡隨著時間的推移則失去鑒定價值。