樹木內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征研究探討

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摘 要：隨著社會對生態(tài)環(huán)境保護中的全面協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌規(guī)劃，避免出現(xiàn)未來森林資源的枯竭，使得人們意識的逐步加深，同時這不僅是對于木材自身的需求，作為中國東北部地區(qū)森林主要樹種其占據(jù)大部分區(qū)域，也是野生動物的首要棲息地。如何合理利用樹木的生態(tài)效應(yīng)和自身的經(jīng)濟效益是對于樹木整體和局部兩個方向的研究主題。森林作為地球生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)里一個重要的有機體，自身具有一定的生長周期和生長規(guī)格。要遵循事物的發(fā)展規(guī)律，不能因為短暫的經(jīng)濟利益去砍伐，也不應(yīng)該打破生態(tài)自身的平衡。

關(guān)鍵詞：樹木內(nèi)部結(jié)構(gòu)；特征分析；研究意義

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近幾年來，國外對于心材邊材在不同種類樹木的生長特征及其內(nèi)部基本密度的變化研究比較多，對于多樹種樹干內(nèi)部心邊和邊材的生長特征、物理作用和特性都已有初步的概括和總結(jié)。年輪寬度不再簡單的建立在樹干徑向的增長方面，從樹干半徑或年輪寬度來斷定樹木的收獲時間存在不確定性。有專家在不同立地條件下進行方差分析和Scheffe檢驗后得出的結(jié)果表明，邊材和心材比例在不同的立地條件下存在顯著性差異。經(jīng)過半個多世紀的探索發(fā)展，林業(yè)科學(xué)得以在數(shù)學(xué)建模和工程測量等方面有了較深入的探究。

國內(nèi)對于心材邊材的研究主要開始于上世紀90年代后期，基于樹干的呼吸作用對邊材及內(nèi)部其他性質(zhì)的結(jié)構(gòu)都有一定初步的總結(jié)和論述，主要工作還局限于傳統(tǒng)的解剖、物理化學(xué)性質(zhì)及力學(xué)方法，比較木材徑向和縱向上不同位置的解剖特性、化學(xué)成分和物理性質(zhì)。對木材徑向年輪數(shù)和年輪寬度，纖維形態(tài)的變異，色度學(xué)特征，木材材質(zhì)的滲透性，木材的基本密度與干縮性，彈性模量的建立，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等化學(xué)成分的確定，木材提取物等方面的變化進程等，為國內(nèi)木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本密度的研究奠定了基礎(chǔ)，并提供了有效的數(shù)據(jù)參考。

2 樹干結(jié)構(gòu)

2.1 樹皮

樹皮是樹干的表層可以防止樹干內(nèi)部水分的流失同時對樹木本身起到保護作用防止外來病蟲的侵害，是木質(zhì)植物最外面的保護組織。樹皮由外向內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成可分為外表皮層、木栓層、木栓形成層和栓內(nèi)層組成的周皮以及內(nèi)里的韌皮部。多數(shù)情況下認為樹皮的組成包括韌皮部。外表皮是樹木最外部的角質(zhì)化死細胞形成的組織。木栓是樹皮外層的主要成分，能隔絕水分和氣體通過，對樹木有保護作用。木栓形成層通常只有一層或兩層細胞，是分生生長木栓的組織，向外生長成木栓層，向內(nèi)形成栓內(nèi)層，但在根部的木栓形成層變化不同是有中柱鞘轉(zhuǎn)變的。栓內(nèi)層是木栓形成層向內(nèi)部分化的一層細胞。韌皮部在樹皮最內(nèi)層與木質(zhì)部相接，是樹皮內(nèi)部輸送營養(yǎng)的部分。而樹皮作為樹干最外部的組織，其基本作用就是保護木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)以減少傷害，確保樹木的生長。

2.2 心材與邊材的性質(zhì)和用途

心材是由邊材轉(zhuǎn)化而來的，隨著形成層的增長，靠近形成層的生長輪具有較高的細胞活性，而向髓心處延伸的生長輪因喪失輸導(dǎo)水分和營養(yǎng)物質(zhì)的功能逐漸變成色澤較深的區(qū)域。邊材就是樹干木質(zhì)部的外圍活動層，其細胞的功能是將水分及礦物質(zhì)運送到樹冠，邊材沒有色素的沉積，顏色較淺。心材與邊材由于各自的組成成分不盡相同，其各自的經(jīng)濟利用價值也有著較大的差異。心材在機械強度表現(xiàn)上要明顯好于邊材，而邊材構(gòu)成的纖維體所含色素膠質(zhì)較少，很容易對此部分進行加工處理，如造紙業(yè)盡可能選擇心材較少的邊材或是無心材的樹木進行優(yōu)質(zhì)紙張的加工。心材作為市場最有價值的組成部分一直沒有與傳統(tǒng)經(jīng)濟增長研究。其體積的增長預(yù)期上升速度較胸徑增長量要快。研究展現(xiàn)的就是心材增長趨勢隨著時間的推移對于樹木生長新陳代謝起到一定的指向作用。多數(shù)闊葉樹樹種的心材率要大于針葉樹種，這也是導(dǎo)致闊葉木材市場經(jīng)濟價值要普遍高于針葉樹種木材的因素之一。

2.2 心材與邊材生長特征

邊材和心材在生理結(jié)構(gòu)和物理特性上有著本質(zhì)的不同，同時邊材年輪數(shù)的變化比較復(fù)雜。邊材斷面積與樹木的水分運輸密切相關(guān)。各個樹種生物結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造差異導(dǎo)致邊材同形成層年數(shù)的變化趨勢達成一致。心材和邊材年輪數(shù)的變化特征直接反應(yīng)了邊材向心材轉(zhuǎn)化的過程。按照正常的生長規(guī)律樹干的橫切面應(yīng)當(dāng)呈規(guī)則圓形或橢球形，這樣樹木在各個方向上承受的力才會均勻，生長才會更加符合自然擬態(tài)。可是自然界的樹木其樹干切面并不是呈現(xiàn)理論上的標(biāo)準形狀，而是有著多種形狀，經(jīng)觀察總結(jié)得出這一變化的差異是由于多種因素導(dǎo)致的。

2.3 木材的生長輪寬度

生長輪寬度反映了樹木每年生長的快慢，是林木生長量的重要指標(biāo)。各樹種生長輪寬度在徑向上的變化都反映其自身的生長規(guī)律。在影響生長輪形成的外部因素中，光照、氣溫、降雨量及礦物質(zhì)成分等因素。如光照周期為18h的洋槐，無論氣溫高低，均產(chǎn)生大量早材分子。若日照較短的情況下（一般為8h左右），則產(chǎn)生少量較小的細胞。在松類植物中，木材管胞直徑的變化往往也與日照時間有關(guān)。同時與氣溫的變化有直接關(guān)系。生長季節(jié)中，如果遇到降雨量甚少或氣溫干熱的外界因素，不僅影響樹木的生長，而且還限制了形成層的活動，造成了狹窄的木材生長輪。

樹輪是由早材和晚材所組成的，早材的形成期在春季與秋季之間。其構(gòu)成是由大量的管狀軸薄壁組織，而晚材在冬季形成色澤較深的層，基本上是由較少的管狀軸向薄壁形成的纖維區(qū)。早材和晚材的密度與拉伸強度是有明顯差異的，晚材的機械強度要高于早材這一規(guī)律表現(xiàn)在絕大多數(shù)的木材中。

2.4 木材的基本密度

木材密度是木質(zhì)材性的一項重要指標(biāo)，其變異規(guī)律對木材品質(zhì)的選擇、林木培育的方向、紙漿選材的可利用度、實木加工及改良木材自身的材性對生產(chǎn)和合理應(yīng)用各類用途的木材具有極其重要的指導(dǎo)性。

木材根據(jù)自身的材質(zhì)性質(zhì)不同分為硬木和軟木。硬木木材一般密度值較高，具有較高的機械強度，硬木和軟木的實際硬度差異很大。能夠通過密度檢測來分析樹種在質(zhì)地方面的差異，是衡量木材性質(zhì)的一項重要指標(biāo)。

木材密度大小直接影響到木材的物理和力學(xué)性質(zhì)。木材密度與木材的許多性質(zhì)都存在著一定相關(guān)性。如木材密度與微纖絲角存在一定的相互關(guān)系，并與木材強度和硬度密切相關(guān)。木材密度和年輪寬度有著負向的關(guān)系，這些關(guān)系決定了木材的彈性模量和機械阻力。通過對木材密度變異的研究，可以進一步了解樹木的生長機理和木材的物理特性。目前木材密度已成為林產(chǎn)品加工業(yè)和紙漿造紙業(yè)木材質(zhì)量評價的一個重要指標(biāo)。國內(nèi)外許多專家學(xué)者研究了木材密度在株內(nèi)、株間、種源、家系及無性系間的變異，立地條件和經(jīng)營措施對木材密度的影響。研究結(jié)果表明：木材密度存在著較大的變異，不同樹種、同一樹種的不同個體間、種源間、無性系間及同株不同部位均存在著明顯的差異。

3 結(jié)束語

影響木材質(zhì)量的一個重要因素就是水分在木材中的比率，水作為生命體組成部分最為重要的成分之一。其含量的多少直接決定物質(zhì)的比重分部。所以能夠了解不同樹種木材中所含水分的比例，可以更好的從多個角度去研究水對于木材質(zhì)量的影響。包括樹種所在地的降雨情況，樹木自身細胞內(nèi)貯藏水的比例大小及樹木結(jié)構(gòu)是否更能明顯的表現(xiàn)出水對其構(gòu)造的影響。木材的質(zhì)量決定木材的應(yīng)用價值。木材結(jié)構(gòu)情況是木材的一大特征，了解木材結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在各層次上的變異規(guī)律，對于控制變異、合理生產(chǎn)和有效利用木材非常重要。

參考文獻

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