黃菠蘿天然原料林材質徑向變異規(guī)律★

朱熙嶺 郭明輝*

(1.大興安嶺地區(qū)林業(yè)管理局阿木爾林業(yè)局，黑龍江漠河 165302;2.東北林業(yè)大學材料科學與工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

黃菠蘿是我國的珍貴樹種，主要以天然林為主，其木材材質堅硬，邊材顏色較淺，呈現(xiàn)淡黃色，心材呈黃褐色，紋理美觀，是優(yōu)良的建筑和表面裝飾材料［1］。對木材材質材性變異規(guī)律的研究，可以更好地掌握木材材質特性，充分做到材盡其用，還可以為木材營林培育提供有利的依據(jù)［2，3］，為幼齡材和成熟材的界定和木材材質的早期預測技術的研究提供理論基礎［4］。本文主要從木材生長輪寬度和密度等物理性質入手，研究了天然林黃菠蘿材質的徑向變異規(guī)律。

1 試驗材料與測試方法

1)試材采集:黃菠蘿(Phellodendron amurense Rupr.)試材采自興隆林業(yè)局太平經(jīng)營所林場試驗基地，根據(jù)國家標準GB 1927-91木材物理力學試材采集方法的規(guī)定進行。

2)生長輪寬度:采用X射線微密度計測量黃菠蘿試樣的生長輪密度，并利用微密度掃描儀測得的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)密度變異特點，判定生長輪界限，并計算各分界限內(nèi)的點數(shù)，根據(jù)每點間的距離為0.01 mm，求得生長輪寬度。X射線微密度計測量所用試樣含水率為12%左右的氣干材，尺寸為2.5 cm寬、3 mm厚、長度為半徑方向長的薄，表面光滑。掃描速率為1.6 cm/min，取樣間隔為0.01 mm。

3)密度:從試材髓心至樹皮沿徑向分別選取7塊試樣，并根據(jù)國家標準GB/T 1933-2009測定試樣的基本密度、氣干密度和全干密度。

2 結果與分析

2.1 生長輪寬度

黃菠蘿生長輪寬度隨生長輪齡變化如圖1所示，生長輪寬度在1.0 mm～2.3 mm之間呈現(xiàn)間隔為2個～4個生長輪，并具有一定幅度的上下波動，第25年后波動范圍變小，變化相對平緩、趨于穩(wěn)定。根據(jù)測定結果，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，得到黃菠蘿生長輪寬度的回歸方程為 y=-0.000 3x2+0.018 3x+1.434 7，相關系數(shù)R在0.215 4左右，回歸結果不理想，不能擬合出生長輪寬度的周期性變化。生長輪寬度的測定結果如表1所示，成熟材的生長輪寬度平均值略高于幼齡材，變異程度遠大于幼齡材，數(shù)值分布較幼齡材分散。成熟材和幼齡材生長輪寬度的方差分析結果如表 2 所示，幼齡材和成熟材在 F0.01，F(xiàn)0.05和 F0.10水平上均無顯著差異，即在黃菠蘿沿木材徑向的不同位置取樣，對生長輪寬度的測定結果沒有顯著影響，表明從髓心至樹皮，生長輪寬度變化不顯著。

表1 黃菠蘿生長輪寬度測定結果

表2 黃菠蘿生長輪寬度方差分析

圖1 黃菠蘿生長輪寬度徑向變異

2.2 密度

黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度的徑向變異規(guī)律相似，如圖2所示，總體趨勢是緩慢增加的。第1塊～3塊試件處于靠近髓心的心材，其密度較靠近樹皮的第5塊～第7塊邊材要低。從髓心至樹皮整體增大幅度較小，在第7塊時，密度出現(xiàn)最大值。根據(jù)測定結果，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，得到黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度回歸方程，如表3所示。回歸方程均滿足y=ax2+bx+c，相關系數(shù)R在0.987 1～0.997 2之間，回歸結果比較好。

圖2 黃菠蘿密度徑向變異

表3 黃菠蘿基本密度、氣干密度和全干密度回歸方程 g/cm3

黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度和含水率的測定結果如表4所示，黃菠蘿邊材的基本密度、氣干密度和全干密度平均值高于心材，除全干密度外，邊材變異程度大于心材，數(shù)值分布較心材分散。由于木材的干燥梯度影響，邊材含水率低于心材，變異程度小于心材，數(shù)值分布較心材集中。

如表5所示的方差分析結果可以看出黃菠蘿沿木材徑向的不同位置取樣，對基本密度的測定結果有非常顯著影響，達到0.01水平;對氣干密度和全干密度的測定結果沒有顯著影響;對含水率的測定結果沒有顯著影響。從髓心至樹皮，木材基本密度變化非常顯著，而氣干密度、全干密度和含水率卻沒有顯著變化，說明心材和邊材在保水狀態(tài)下，木材的吸水膨脹度不盡相同導致。同時也說明木材在生長的過程中形成的材質不均勻，在營林培育及加工利用時應給予重點考慮。

表4 黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度與含水率測定結果

表5 黃菠蘿基本密度、氣干密度、全干密度和含水率方差分析

3 結語

黃菠蘿生長輪寬度表現(xiàn)出隨生長輪齡的增長呈現(xiàn)上下波動，到第25年后波動范圍變小，變化趨于穩(wěn)定;成熟材的生長輪寬度平均值略高于幼齡材;方差分析中，幼齡材和成熟材的生長輪寬度沒有顯著性差異。黃菠蘿木材基本密度、氣干密度和全干密度總體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢;其邊材密度平均值高于心材;沿木材徑向的不同位置取樣，對氣干密度、全干密度和含水率均沒有顯著影響，但對基本密度具有非常顯著的影響。各物理性質指標的變化規(guī)律均滿足回歸方程y=ax2+bx+c形式，密度具有較好的相關性。

［1］管 寧.木材及材性變異［M］.北京:中國科學技術出版社，2001.

［2］江澤慧.木材結構與其品質特性的相關性［M］.北京:科學出版社，2011.

［3］鮑甫成.中國主要人工林樹種幼齡材與成熟材及人工林與天然林木材性質比較研究［J］.林業(yè)科學，1998，34(2):63-76.

［4］費本華.人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術在木材科學中的應用［J］.木材加工機械，2009(6):34-37.