魏 鵬，賈 晨，周永麗，辜云杰，羅建勛

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 61000，2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081)

中國鵝掌楸(Liriodendronchinense)又叫馬褂木、雙飄樹，我國特有樹種，是我國Ⅱ級珍稀瀕危保護植物。其花大而鮮艷，葉似馬褂且秋季金黃色，是珍貴的行道樹和庭園觀賞樹種；木材淡紅褐色，紋理直、結(jié)構(gòu)細，是建筑及制作家具的上好木材。木材的物理力學(xué)性質(zhì)是木材質(zhì)量和使用性能的重要指標，研究某樹種材性，是合理充分利用該樹種木材的重要基礎(chǔ)。曹文等研究認為筆羅子木材密度、順紋抗拉抗壓強度屬于中級水平，是一種比較適合加工利用的樹種[1]。陳奕良等對伯樂樹木材研究認為該樹種木材材性屬中等[2]。國內(nèi)已有對雜種馬褂木的材性、北美鵝掌楸材性及鵝掌楸遺傳變異的研究和報道[3～5]，但關(guān)于中國鵝掌楸天然林木的材性研究報道極少。對鵝掌楸天然林木材性物理力學(xué)性質(zhì)進行了測試與分析，為鵝掌楸材性改良與合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地概況

研究地位于巴中市通江縣董溪鄉(xiāng)海鷹寺國有林場。通江縣位于巴中市東北部，米倉山東段南麓大巴山缺口處，北緯31°39′～32°33′，東經(jīng)106°59′～107°46′之間。氣候為亞熱帶季風(fēng)氣候，春暖秋爽，夏熱冬冷，降水集中，雨熱同季，四季分明。年平均降雨量為1 250 mm；多年平均氣溫13.9℃，≥0℃的積溫為 5 136℃，≥10℃的積溫為 4 644℃；日照較充足，年平均日照時數(shù)為 2 405.2 h，無霜期210.7 d。土壤為山地黃棕壤。該林場中有鵝掌楸天然林分布，面積約6.67 hm2，平均年齡在30 a左右，平均樹高18.5 m，平均胸徑24.2 cm。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

試驗材料來源于通江縣海鷹林場中的鵝掌楸天然林分中，根據(jù)林分的生長情況，設(shè)定了3個20 m×20 m的臨時樣地，對樣地的鵝掌楸進行每木檢尺，各選取1株生長正常的平均木，作為重復(fù)樣本伐倒(鵝掌楸為國家二級保護植物)，編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。樣木的基本情況見表1。采集方法參照GB/T1927-2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》進行。在1.3 m～3.3 m、5.3 m～7.3 m與9.3 m～11.3 m處，各鋸取2 m長作為標準木段，測定鵝掌楸天然林木材的物理力學(xué)性質(zhì)。

表1 樣木的生長基本情況

2.2 試驗方法

試驗試件制取按照國家標準GB/T 1929—2009《木材物理力學(xué)試件鋸解及試樣截取方法》中的規(guī)定。木材的各項物理力學(xué)指標的測試依據(jù)國家標準GB/T1932～942-2009《木材物理力學(xué)試驗方法》進行。物理性質(zhì)測定指標主要是基本密度、氣干密度、全干密度、濕脹率與干縮性；力學(xué)性能測試指標包括抗彎強度、抗彎彈性模量、木材硬度和順紋抗壓強度。其中抗彎強度、抗彎彈性模量和硬度測試是在SANS萬能試驗機上進行。所有試件均在高低交變濕熱試驗箱中調(diào)整至12%含水率后測試，以免木材含水率對其物理力學(xué)性質(zhì)造成較大影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 鵝掌楸木材的物理性質(zhì)

3.1.1 木材密度

木材密度是木材的一項重要指標，反映了木材的致密程度，與其自身生長特性以及外界生長環(huán)境(氣候、林分密度、地理因素等)存在密切相關(guān)性。通過對鵝掌楸天然林木材的密度測定分析，由表2可知，鵝掌楸天然林木的木材的基本密度為0.352 g·cm-3，變異系數(shù)為10..74%；全干密度為0.396 g·cm-3，變異系數(shù)為11.70%；氣干密度為0.558 g·cm-3，變異系數(shù)為32.47%。其中基本密度和全干密度的變異較小，而氣干密度的變異較大。鵝掌楸木材的基本密度和氣干密度均小于同科植物樂東擬單性木蘭(基本密度為0.579 g·cm-3、氣干密度為0.708 g·cm-3)[6]，也低于閩楠天然林(氣干密度為0.721 g·cm-3)[7]，同時小于貴州省鵝掌楸天然林(基本密度為0.453 g·cm-3、氣干密度為0.557 g·cm-3)[8]。根據(jù)木材材性分級標準規(guī)定可知，鵝掌楸木材屬于輕度(基本密度0.31 g·cm-3～0.45 g·cm-3)至中等密度水平(氣干密度0.55 g·cm-3～0.75 g·cm-3)，但氣干密度的變異系數(shù)較大，說明該木材的密度分散程度較大，均勻性降低，木材加工難度有所增加。

3.1.2 木材干縮性與濕脹性

干縮濕脹是木材的固有性質(zhì)，是木材利用的中一大缺陷。干縮濕脹的發(fā)生會引起木材尺寸的變化，而當(dāng)沿各方向的干縮或濕脹不均勻時，就會引起開裂和變形的產(chǎn)生，從而影響木材制品的利用。了解木材的干縮濕脹性及其規(guī)律，在木材加工、利用上有很重要的意義。木材干縮濕脹的大小一般通過干縮率和濕脹率來表示。

通過對木材的干縮性和濕脹性的統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，木材徑向、弦向和體積的氣干干縮率分別是2.88 %、4.12%和7.21 %，體積氣干干縮率的變異系數(shù)為25.03%；其全干干縮率分別為5.12 %、7.03%和12.54 %，體積全干干縮率的變異系數(shù)為15.73%。從全干狀態(tài)到氣干狀態(tài)，木材的徑向、弦向和體積濕脹率分別為1.83%、2.58%和4.54%；從氣干狀態(tài)到吸水飽和狀態(tài)時，木材的徑向、弦向和體積濕脹率分別為4.65 %、6.93%和12.41%。表明鵝掌楸木材的濕脹性從全干狀態(tài)到氣干狀態(tài)表現(xiàn)較好，而從氣干到吸水飽和時表現(xiàn)較差。 鵝掌楸天然林木材的干縮濕脹性比觀光木人工林要大[9]，說明鵝掌楸木材穩(wěn)定性不如觀光木。

表2 鵝掌楸木材物理性質(zhì)均值及變異統(tǒng)計結(jié)果

3.1.3 鵝掌楸木材物理性質(zhì)的垂直變異

通過對鵝掌楸樹干上、中、下三個部位的木材密度和干縮濕脹性測定分析，結(jié)果表明木材的氣干密度、全干密度與基本密度在垂直方向均存在上部>中部>下部的特性(見表3)。木材徑向的氣干干縮率與全干干縮率在樹干垂直方向有中部>上部>下部的規(guī)律，而木材弦向干縮率與體積干縮率同時存在上部>下部>中部的規(guī)律(見表4)；木材徑向、弦向與體積濕脹率由全干到氣干狀態(tài)時，同時存在上部>中部>下部的特性；而木材當(dāng)由氣干狀態(tài)到吸水飽和時，徑向濕脹率存在中部>上部>下部，弦向濕脹率存在上部>下部>中部，體積濕脹率存在上部>中部>下部的規(guī)律(見表4)。

對木材的密度、干縮性和濕脹性在樹干垂直方向上的差異顯著性F檢驗，結(jié)果表明木材的氣干密度、全干密度、基本密度、體積全干干縮率、體積濕脹率在樹干垂直方向上(上部、中部、下部)存在極顯著差異(p<0.01)，體積氣干干縮率在垂直方向上達到顯著差異(p<0.05)，說明鵝掌楸木材的物理性質(zhì)在樹干垂直方向上有顯著差異。

表3 鵝掌楸木材密度性質(zhì)垂直變異統(tǒng)計結(jié)果

表4鵝掌楸木材干縮性與濕脹性的垂直變異統(tǒng)計表

性狀部位試樣數(shù)氣干干縮率(%)全干干縮率(%)氣干濕脹率(%)吸水飽和時濕脹率(%)上902．8475．2482．0334．832徑向中903．4965．7842．0285．517下902．5164．5481．4823．902上904．3297．6442．8467．662弦向中903．5676．0322．6236．035下904．2657．0742．2966．777上907．54213．3415．03413．571體積中906．77611．6954．81311．738下907．17112．2993．85511．689

3.2 鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)

3.2.1 鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)

作為建筑和結(jié)構(gòu)用材，木材的抗壓強度是重要的力學(xué)性能之一，而順紋抗壓強度通常作為選擇受壓木材構(gòu)件的依據(jù)。根據(jù)對鵝掌楸木材的力學(xué)性質(zhì)的測定分析，由表5可知，鵝掌楸木材的順紋抗壓強度、抗彎強度和抗彎彈性模量分別為34.7 MPa、53.22 MPa和5895.0 MPa，各性狀的變異系數(shù)分別為14.19%、18.48%和16.44%，說明木材抗壓性和抗彎性存在較大的變異。根據(jù)我國木材物理力學(xué)性質(zhì)分級表，可知鵝掌楸木材順紋抗壓強度屬于2級(29.1 MPaMPa～44.0 MPa)，抗彎強度和抗彎彈性模量屬于1級(抗彎強度≤54.0 MPa，抗彎彈性模量≤7.4 GPa)。

鵝掌楸木材的橫面硬度、弦面硬度和徑面硬度分別為3.49 kN，弦面2.55 kN和2.45 kN，橫面硬度>弦面硬度>徑面硬度；根據(jù)木材物理力學(xué)5級標準，可知鵝掌楸木材的橫面硬度屬于2級(2.57 kN～4.00 kN)。鵝掌楸天然林木材的硬度低于閩楠天然林和人工林的硬度，同時也低于筆羅子木材的硬度[1-2]。鵝掌楸天然林木材屬于硬度柔軟，適于加工生產(chǎn)的原材料。

表5 鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)測定結(jié)果

3.2.2 鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)垂直變異

鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)垂直方向的測定結(jié)果表明(見表6)，木材的順紋抗壓強度、抗彎強度、橫面硬度和徑面硬度在樹干垂直方向表現(xiàn)出上部>中部>下部的規(guī)律；木材抗彎彈性模量在垂直方向存在中部>上部>下部的規(guī)律；木材弦面硬度在垂直方向存在上部≥下部>中部的特點。差異顯著性F值檢驗結(jié)果表明，木材的抗壓性、抗彎性和橫面硬度在樹干上、中、下垂直方向上的差異性均達到極顯著水平(P<0.001)，說明各性狀在不同部位的表現(xiàn)存在顯著差異；而弦面硬度和徑面硬度在樹干垂直方向的差異性不顯著(見表7)。

表6 鵝掌楸木材力學(xué)性質(zhì)垂直變異統(tǒng)計表

表7 鵝掌楸木材物理力學(xué)性質(zhì)方差分析

4 結(jié)論

鵝掌楸天然林木材密度屬于輕量至中等水平，木材的基本密度為0.352 g·cm-3，全干密度為0.396 g·cm-3，氣干密度為0.558 g·cm-3。木材徑向、弦向和體積的氣干干縮率分別是2.88 %、4.12%和7.21 %，全干干縮率分別為5.12 %、7.03%和12.54 %。從全干狀態(tài)到氣干狀態(tài)，木材的徑向、弦向和體積濕脹率分別為1.83%、2.58%和4.54%；從氣干狀態(tài)到吸水飽和狀態(tài)時，其值分別為4.65 %、6.93%和12.41%。木材干燥過程較易發(fā)生干裂，其尺寸穩(wěn)定性一般。

鵝掌楸天然林木材的氣干密度、全干密度與基本密度在垂直方向均存在上部>中部>下部；體積干縮率同時存在上部>下部>中部的規(guī)律；木材體積濕脹率均存在上部>中部>下部的規(guī)律。

鵝掌楸天然林木材的順紋抗壓強度、抗彎強度和抗彎彈性模量分別為34.7 MPa、53.22 MPa和5895.0 MPa；其木材的橫面、弦面和徑面硬度分別為3.49 kN，弦面2.55 kN和2.45 kN。鵝掌楸的綜合強度和硬度均屬一般水平。木材的順紋抗壓強度、抗彎強度、橫面硬度和徑面硬度在樹干垂直方向表現(xiàn)出上部>中部>下部的規(guī)律。綜合鵝掌楸木材的物理力學(xué)特性結(jié)果認為，鵝掌楸木質(zhì)柔軟、易于切削加工，干燥過程易發(fā)生變形，可用于細木裝飾用材、膠合板原材料及建筑用材。

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