間伐對油松木材密度與力學性能的影響

程利娟 王夢蕾 孫照斌

（1.隆化國有林場管理處十八里汰林場，河北 隆化 068150；2.河北農業大學林學院，河北 保定 071000）

隨著世界性天然林資源的枯竭和國家天然林保護工程的實施，木材資源正經歷著從主要來自天然林到人工林的巨大轉變[1]，人工林木材的大量利用已成為解決木材供需矛盾的重要途徑[3]。油松（Pinus tabuliformis）是河北省北部山區主要造林樹種，具有生長快，材質好，適應性強等特點，張曉文[4]等對不同樹齡油松材性研究發現：油松材性處于中等或較高級別,可滿足建筑用材的需要。

撫育間伐[7]是指在人工林的幼齡林至成熟林期間，每隔一段時間伐除林區內的部分林木，提供更適宜的人工林生長環境，使其有助于剩余林木的生長和發育，從而實現人工定向培育的目標，滿足日后使用需要。撫育間伐是一項重要的森林經營管理措施，能夠調整林分密度和林分結構[8]，減少林木間的競爭，同時還會改變林內環境，影響群落結構及生物多樣性[9]等。目前大部分學者對油松的研究多集中在撫育間伐樹木生長[10]、碳儲量[11]、土壤性質[12]等方面，對間伐后油松木材材性的研究較少。

本研究選取河北省冀北山區大力推廣的油松人工林進行密度和力學特性的研究，分析密度與力學特性之間的相關性，為油松人工林的定向培育以及木質改良提供理論依據，同時為油松加工利用提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料取自河北省承德市茅荊壩林場。在相同立地條件的油松人工林林分中，分別在經過撫育間伐、未經過撫育間伐的林地中設置標準地，標準地面積為50 m×50 m，間伐時間在2008 年，每塊標準地選取3 棵平均木作為樣木（表1）。原木運回實驗室進行試材加工。

1.2 試樣制取

在伐倒的樣木上截取兩段長為1.3 m 的原木作為試材。第一段自伐根0.7m 處以上部位截取，第二段自枝下高以下部位截取，并量出各段的小頭直徑。木段的鋸截方法：按照《GB/T 1929-2009 試材鋸解及試樣截取方法》中4.3 的規定。

密度與力學性能測定 參照國家標準GB/T 1929-2009《木材物理力學試件鋸解及試樣截取方法》中規定制取試樣，木材密度根據《GB/T 1933-2009 木材密度測定方法》進行測定，木材抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度、橫紋全部抗壓強度、橫紋局部抗壓強度、硬度依據國家標準GB/T1935~1941-2009《木材物理力學試驗方法》進行測定。

1.3 數據處理與分析方法

采用Excel2007 軟件、SPSS20.0 等軟件進行數據處理、方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 木材密度和力學特性

2.1.1 密 度

由圖1 可知，無論間伐與未間伐油松的樹干下部的氣干密度、絕干密度和基本密度均高于上部；間伐后，油松上部和下部的氣干密度、絕干密度和基本密度均高于未間伐油松。由表2 可知，間伐油松的氣干密度、絕干密度和基本密度均高于非間伐油松。其中間伐油松和非間伐油松的氣干密度分別是0.55、0.50 g/cm3，基本密度分別是0.45、0.42 g/cm3。按木材材性分級規定為Ⅱ級[13-15]。木材造紙要求[16]密度適宜范圍為0.40~0.60 g/cm3，間伐與未間伐油松均符合要求。由方差分析可知，間伐與未間伐油松的氣干密度差異顯著（P＜0.05），全干密度和基本密度差異不顯著。

圖1 間伐與未間伐油松木材密度

2.1.2 力學特性

由圖2 可知，隨著樹干部位的增高，不論是間伐還是未間伐油松，抗彎強度變小；相同部位間伐油松抗彎強度大于未間伐油松。不論是間伐還是未間伐油松，下部抗彎彈性模量均大于上部，其中間伐油松抗彎彈性模量大于非間伐油松。相同部位的間伐油松比非間伐油松的順紋抗壓強度大。相同部位，徑弦向的對比發現不論間伐還是未間伐油松，弦向橫紋全部抗壓強度均小于徑向橫紋全部抗壓強度。相同部位的間伐油松比未間伐油松的弦向橫紋局部抗壓強度大，徑向橫紋局部抗壓強度也大。不論是間伐還是未間伐油松，其表面硬度端面均大于弦面和徑面。樹干高度上不同部位間硬度比較，不論弦面、徑面還是端面，表面硬度最大的都是樹干下部,最小的是樹干上部。

圖2 間伐與未間伐油松不同部位木材力學強度

由表2 可知，不論是抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度、橫紋全部抗壓強度、橫紋局部抗壓強度和硬度，間伐油松均大于未間伐。間伐油松的抗彎強度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強度比未間伐分別高1.57%、2.73%、32.30%；對于橫紋抗壓強度，間伐油松徑向橫紋抗壓強度比未間伐高15.04%；弦向橫紋抗壓強度比未間伐高22.19%。徑向橫紋局部抗壓強度間伐比未間伐高32.04%，弦向橫紋局部抗壓強度間伐比未間伐高26.67%；對于硬度而言，間伐比未間伐油松的弦面硬度、徑面硬度和端面硬度分別高49.80%、59.77%和38.48%。

由方差分析可知，間伐與未間伐油松順紋抗壓強度與弦向橫紋局部抗壓強度呈顯著差異（P＜0.05），抗彎強度、抗彎彈性模量和硬度均呈極顯著差異（P＜0.001），其余力學指標差異不顯著。綜上，間伐對順紋抗壓強度、橫紋抗壓強度、硬度等指標影響較大，對抗彎強度和抗彎彈性模量影響較小。

2.2 相關性分析

由表3 可知，間伐與未間伐油松的基本密度與抗彎強度呈顯著正相關，相關性系數分別為0.352和0.130；其中間伐油松的基本密度與橫紋弦向全部抗壓強度和橫紋弦向局部抗壓強度呈極顯著負相關，相關性系數分別為-0.483 和-0.476；與徑向硬度呈顯著正相關，相關性系數為0.297。而未間伐油松的基本密度與橫紋弦向局部抗壓強度呈極顯著正相關，相關性系數為0.481。間伐與未間伐油松的基本密度與其他力學指標呈不顯著相關。

表3 油松木材基本密度與力學特性之間的相關性分析

2.3 油松較其他松木樹種比較

由表4 可知，根據木材物理力學指標分級標準[17-20]，通過與落葉松、樟子松和紅松進行對比，間伐油松、未間伐油松、樟子松、紅松氣干密度和基本密度為Ⅱ級，落葉松為Ⅲ級；抗彎強度和抗彎彈性模量樟子松、紅松為Ⅱ級，間伐與未間伐油松和落葉松為Ⅲ級；順紋抗壓強度：未間伐油松、樟子松、紅松為Ⅱ級，間伐油松為Ⅲ級，落葉松為Ⅳ級。冀北油松木材的氣干密度、基本密度、抗彎強度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強度均處于中等偏上，僅次于落葉松。而橫紋抗壓強度在徑向上的表現最好，優于其他三種樹種，在弦向上僅次于落葉松。鑒于油松力學性能較好，可作建筑、造船等用材，且間伐油松優于未間伐。

表4 油松和不同樹種松木木材物理力學性質比較

3 結 論

無論間伐與未間伐油松樹干下部的氣干密度、絕干密度和基本密度均高于上部；間伐油松的氣干密度、絕干密度和基本密度均高于非間伐油松。間伐與未間伐油松的樹干下部力學性能均高于上部；間伐油松的力學性能均大于未間伐；間伐對順紋抗壓強度、橫紋抗壓強度、硬度等指標影響較大；對抗彎強度和抗彎彈性模量影響較小。油松力學性能較好，可作建筑、造船等用材。間伐與未間伐油松的基本密度與抗彎強度、橫紋局部抗壓強度相關性較大，與其他力學指標相關性較小。