洪小龍

(福建省東山赤山國有防護(hù)林場，福建 東山 363400)

木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)是木材性能的基礎(chǔ)指標(biāo)，反映了木材的纖維特性、可加工利用的潛力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能等，其中木材密度是一項(xiàng)非常重要的木材物理性質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)木材密度可以大致推測木材力學(xué)強(qiáng)度[1]。木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)能夠評估木材品質(zhì)，為木材品質(zhì)的改良、定向培育和樹種篩選等工作提供重要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。大花序桉(Eucalyptuscloeziana)原產(chǎn)于澳大利亞[2]，后廣泛引種至亞洲水熱條件較好的區(qū)域。引種后大花序桉能較好地適應(yīng)地理環(huán)境，樹形通直，具有硬度高、材質(zhì)較為均勻等特點(diǎn)，常用于建筑和家具制造等方面。有學(xué)者對我國現(xiàn)有的大花序桉木材密度、纖維形態(tài)和化學(xué)組分進(jìn)行分析，證明大花序桉是一種優(yōu)良的造紙樹種[3]。大花序桉隨著年齡和種源的變化，其木材性能也產(chǎn)生一定的變化。大花序桉的木材密度隨著年齡增加呈逐漸上升的趨勢[4-5]。不同種源的大花序桉的木材密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)均具有一定差別[6]，造成差異可能與植物本身的遺傳特性和植物的生長環(huán)境息息相關(guān)。較多的學(xué)者通過比較同一區(qū)域的不同物種，以揭示物種間的木材物理力學(xué)性質(zhì)的差異，為木材合理利用提供參考。大花序桉引種至福建漳州后，長勢良好，但其在漳州的木材物理力學(xué)性質(zhì)尚未有研究。因此，本研究以漳州市龍海九龍嶺國有林場12年生的大花序桉人工林為研究對象，并以鄉(xiāng)土樹種23年生的火力楠(Micheliamacclurei)人工林為對照，對大花序桉和火力楠的木材物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較，以期為大花序桉和火力楠木材的合理利用、林分科學(xué)經(jīng)營提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地位于福建省漳州市龍海九龍嶺國有林場(117°37′30″—117°45′E、24°20′—24°75′N)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。年均氣溫21.4 ℃左右，年最高氣溫為38℃(7月)，年最低氣溫為0 ℃(1月)，每年霜期較短，年均降水量約1450 mm。林場海拔150～350 m，坡度一般在20°～30°，土壤層厚度通常為40～100 cm左右，腐殖質(zhì)層相對較薄，以磚紅壤性紅壤為主要土壤類型。

2 研究方法

2.1 樣品采集

于2014年在大花序桉、火力楠人工林中不同坡位選取5處，設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地，選擇平均木10株作為樣木，將樣木貼地伐倒后，在伐根處查看年輪數(shù)，測量全樹高、枝下高、胸徑(表1)。第1段0～1.3 m，之后按每段2 m做試材。

表1 標(biāo)準(zhǔn)木情況

2.2 木材物理性質(zhì)測定方法

依據(jù)GB/T 1929—2009 木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法[8]測定大花序桉和火力楠的物理性質(zhì)：木材氣干密度、全干密度、全干時(shí)干縮率、氣干時(shí)干縮率、氣干時(shí)濕脹性、吸水后濕脹性。將原木逐段鋸解，取1.3～2.3、2.3～3.3 m為1段，3.3 m以上按每2 m為1段做試材。將每個(gè)木段沿長度方向鋸解成端面為25 mm×25 mm的方條(無樹皮)，大花序桉、火力楠的每段木材分別取方條5根、3根，1個(gè)試件共30根方條，并將方條捆好、標(biāo)記和晾干處理。

2.3 木材力學(xué)性質(zhì)測定方法

大花序桉和火力楠各選取5株樣木，每株樣木選取3段木段，鋸成板坯后在室內(nèi)進(jìn)行氣干處理。依據(jù)GB/T 1928—2009木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法總則[9]進(jìn)行加工，將每個(gè)木段沿長度方向鋸解成端面為25 mm×25 mm，長度為1000 mm的方條(無樹皮)，每段木材各選取方條4根。力學(xué)性質(zhì)測定前將試樣置于恒溫箱，溫度(20±2) ℃，相對濕度(65±3)%，確保試樣的含水率在12%左右。通過木材萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(Amsler 4 t)測定大花序桉和火力楠的順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度以及端面、徑面和弦面的木材硬度，有效樣本數(shù)30個(gè)以上。

2.4 綜合評分

參考曾華浩等[7]對樹種木材物理力學(xué)的加權(quán)綜合評價(jià)方法，將氣干密度、全干密度、抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度、端面的硬度、弦面的硬度、徑面的硬度作為評價(jià)指標(biāo)，權(quán)重設(shè)定為等權(quán)重，即權(quán)重值取1/7。

2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel 2013 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。運(yùn)用SPSS 19.0對大花序桉和火力楠的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的差異性進(jìn)行配對T檢驗(yàn)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 物理性能

由表2可知，大花序桉木材的氣干密度為(0.78±0.08) g·cm-3，火力楠木材的氣干密度為(0.58±0.03) g·cm-3。大花序桉弦向的全干時(shí)干縮率為(8.8±1.3)%，徑向的全干時(shí)干縮率為(6.4±0.7)%；弦向的氣干時(shí)干縮率為(5.1±1.5)%，徑向的氣干時(shí)干縮率為(3.7±1.6)%；弦向的氣干時(shí)濕漲性為(4.0±1.1)%，徑向的氣干時(shí)濕漲性為(2.9±0.8)%；弦向的吸水后濕漲性為(9.7±1.6)%，徑向的吸水后濕漲性為6.8%?；鹆﹂蚁虻娜蓵r(shí)干縮率為(6.8±1.2)%，徑向的全干時(shí)干縮率為(5.1±1.1)%；弦向的氣干時(shí)干縮率為(3.9±1.1)%；徑向的氣干時(shí)干縮率為(2.8±1.2)%；弦向的氣干時(shí)濕漲性為(3.2±0.8)%，徑向的氣干時(shí)濕漲性為(2.5±1.2)%；弦向的吸水后濕漲性為(7.3±1.2)%，徑向的吸水后濕漲性為(5.4±1.9)%。大花序桉的氣干、全干密度均顯著高于火力楠(P<0.05)，而2個(gè)樹種徑向的氣干時(shí)濕脹性之間沒有顯著差異。

表2 大花序桉和火力楠人工林木材物理性質(zhì)

3.2 力學(xué)性質(zhì)

由表3可知，大花序桉的順紋抗壓強(qiáng)度為(67.8±8.76) MPa，抗彎強(qiáng)度為(135.9±9.74) MPa，木材的綜合強(qiáng)度為203.7 MPa；大花序桉的端面、徑面、弦面的木材硬度分別為(8750±621.3) N、(6430±578.4) N、(6800±428.1) N?；鹆﹂捻樇y抗壓強(qiáng)度為(52.6±7.28) MPa，抗彎強(qiáng)度為(102.0±6.98) MPa，木材綜合強(qiáng)度為154.6 MPa；火力楠的端面、徑面、弦面的木材硬度分別為(5420±486.3) N、(3560±361.5) N、(3740±281.1) N。

表3 大花序桉和火力楠人工林木材力學(xué)性質(zhì)

3.3 與其他樹種物理力學(xué)性質(zhì)的比較

將大花序桉、火力楠與福建省主要造林樹種(油杉[7]、馬尾松[8]、濕地松[8]、杉木[9]、禿杉[9])的木材物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較，并根據(jù)其木材物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合評分(表4)。通過綜合評分可知，大花序桉和火力楠的綜合評分高于其它樹種，其順紋抗壓強(qiáng)度明顯高于其它樹種。此外，大花序桉的氣干密度和全干密度也高于其它樹種。

表4 大花序桉、火力楠與其它樹種木材物理力學(xué)性質(zhì)比較

4 討論與結(jié)論

大花序桉生長速度快，而且木材物理力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良。根據(jù)氣干密度進(jìn)行劃分等級[10]，大花序桉木材氣干密度屬Ⅳ級(0.751～0.95 g·cm-3)，火力楠木材氣干密度屬Ⅲ級(0.551～0.75 g·cm-3)，說明大花序桉木材結(jié)構(gòu)偏硬，密度相對較高，而火力楠木材密度屬于中等水平。

木材的干縮率和濕脹性是木材的固有性質(zhì)[13]。干縮率和濕脹性的變化越低，木材發(fā)生干燥開裂的情況就越小，表明木材的尺寸穩(wěn)定較高[14]。相對于大花序桉，火力楠木材全干時(shí)干縮率和氣干時(shí)干縮率更低，表明火力楠木材干縮性小，具有較好的尺寸穩(wěn)定性，不易變形，這一結(jié)果與韋鵬練等[1]的研究結(jié)果一致。而大花序桉木材的干縮率和濕脹性均顯著高于火力楠，在尺寸的穩(wěn)定性上相對較弱一點(diǎn)。

木材的強(qiáng)度采用綜合強(qiáng)度進(jìn)行衡量，為順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度之和[14]。本研究中，大花序桉木材的綜合強(qiáng)度為203.7 MPa，而火力楠木材的綜合強(qiáng)度為154.6 MPa。根據(jù)木材材性的綜合強(qiáng)度的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分[15]，大花序桉木材的綜合強(qiáng)度屬中上水平，火力楠木材的綜合強(qiáng)度屬于中等水平，即大花序桉和火力楠均較適宜家具和室內(nèi)裝飾的用途。這2個(gè)樹種的木材物理力學(xué)性質(zhì)的差異可能與樹種的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征差異有關(guān)[16]。

大花序桉和火力楠作為福建林業(yè)重要的用材樹種，適應(yīng)性強(qiáng)，用途廣泛。通過與福建省主要造林樹種的材性對比發(fā)現(xiàn)，大花序桉和火力楠的綜合評分相對較高，即二者的木材材性方面具有較大的潛力和應(yīng)用價(jià)值。本研究通過比較2個(gè)樹種的木材物理力學(xué)性質(zhì)的差異，可以從木材性能的角度為大花序桉和火力楠的推廣提供參考。