鄧恩桉生材含水率、年輪寬度及木材密度研究

盧翠香，陳健波，劉 媛，周 維，毛 純，項東云＊

(1.廣西林業(yè)科學研究院 國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西七坡林場，廣西 南寧 530225)

鄧恩桉生材含水率、年輪寬度及木材密度研究

盧翠香1，陳健波1，劉 媛1，周 維1，毛 純2，項東云1＊

(1.廣西林業(yè)科學研究院 國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西七坡林場，廣西 南寧 530225)

為了解鄧恩桉的木材性質(zhì)，本研究采用排水法和《GB/T 1930—2009》方法測定鄧恩桉的生材含水率、年輪寬度以及木材密度。結(jié)果表明：全樹生材含水率、年輪寬度、生材密度和基本密度均值分別為114.61%、4.73 mm、1.164 g·cm-3、0.522 g·cm-3。隨著樹高的增加，年輪寬度、木材密度呈―大―小―大‖趨勢，生材含水率呈―小―大―小‖趨勢；由髓心向外，木材密度逐漸減小，生材含水率逐漸增大，年輪寬度先增加后減小。4個材性指標在樹干徑向不同位置間差異極顯著，在不同樹高間差異不顯著(除年輪寬度外)。基本密度與3個材性指標間存在極顯著或顯著相關。

鄧恩桉；生材含水率；年輪寬度；木材密度

木材材性是木材加工和合理利用的基礎和前提[1]。木材生材含水率是指樹木砍伐后，斷面水分未蒸發(fā)前的含水率，與樹木的構造有關，直接影響木材的物理、力學性質(zhì)[2]。年輪寬度反映樹木生長速度和生長規(guī)律[3]。木材密度反映木材細胞壁中物質(zhì)含量的多少，是木材性質(zhì)的重要指標。樹木的生材含水率、年輪寬度和木材密度因樹種不同，樹種內(nèi)不同單株，同株內(nèi)心、邊材，樹干不同部位，不同生長季節(jié)和不同立地條件都有差別。生材含水率、年輪寬度和木材密度在樹干內(nèi)的分布和變異規(guī)律是影響生材干燥和加工利用的重要因數(shù)之一。

鄧恩桉(Eucalyptus dunnii)為桃金娘科(Myrtaceae)桉樹屬(Eucalyptus)樹種，天然分布于澳大利亞昆士蘭州東南部和新南威爾士州東北區(qū)域[4]。我國于 20世紀80年代末開始引種，目前在廣西、福建、云南、湖南、海南等地都有栽培[5]，現(xiàn)已成為我國人工林定向培育的主要樹種之一。由于鄧恩桉木材易收縮、變形、開裂等原因，致使該種木材未能得到有效的開發(fā)利用。近年來，國內(nèi)外學者對鄧恩桉的生長和材性研究逐漸重視。羅建中等[6]研究表明鄧恩桉木材密度在種源間差異不顯著，在家系間差異顯著。任世奇等[7]對鄧恩桉不同樹干位置的基本密度和干縮率的變異規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)密度與氣干弦向干縮存在極顯著負相關關系。Roger[8]研究認為與多數(shù)桉樹相比，鄧恩桉具有更高的木材密度和紙漿量。李賢軍等[9]也對鄧恩桉木材干燥特性進行了研究。為進一步了解鄧恩桉的木材性質(zhì)，本文就柳州沙塘林場鄧恩桉為對象，探討其生材含水率、年輪寬度和木材密度在樹干內(nèi)的分布和變化規(guī)律，以期為今后鄧恩桉木材的合理加工和高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試材采集地情況

試材采自廣西柳州沙塘林場鄧恩桉試驗林區(qū)。該區(qū)屬南亞熱帶季風氣候區(qū)，光照充足，熱量豐富，雨熱同季、夏濕冬干，干濕季節(jié)明顯，年均氣溫20.1℃，年均日照時1 558 h，年均降雨量1 429.7 mm，年均蒸發(fā)量1 599.8 mm，相對濕度78%，無霜期長達356.8 d。主要地貌類型為丘陵，最高海拔242.6 m，最低海拔99.1 m。土壤種類主要為砂巖發(fā)育成的紅壤。林下植被有鳳尾蕨(Pteris multifida)、五節(jié)芒(Miscanthus floridulus)、白茅(Imperata cylindrica)、鐵芒萁(Dicranopteris dichotoma)等。

1.2 試材采集

在廣西柳州沙塘林場采集鄧恩桉樣木5株，編號分別為A、B、C、D、E，樹齡22 a，胸徑21 ~ 24 cm。依照木材物理力學試材方法[10]進行采集，樣木伐倒前先測量樹高、胸徑，在樹高1.3 m處用油漆標記北向。樣木伐倒后，每株樣木沿樹高方向 0.0 m、1.3 m、3.3 m、5.3 m、7.3 m、9.3 m處各取一個約5 cm厚圓盤，標記株號、樹木高度及北向，立即置于塑料袋中密封，用于測定木材密度、年輪寬度、含水率等指標。

1.3 木材密度測定

1.3.1 生材密度

每個圓盤過髓心沿北偏東方向劃1個弦長2 cm的扇形，用圓臺鋸鋸取扇形。在扇形靠近髓心、中間部分、靠近樹皮部分 3個區(qū)域分別取長×高為1 cm × 1 cm木樣，寬度以扇形寬度為準，每區(qū)域至少包括2個年輪。用電子天平稱重，精確至0.001 g，記W生，采用排水法測定生材體積，記V生。根據(jù)公式ρ生=W生/ V生計算生材密度。

1.3.2 基本密度

用測定生材密度的木樣，待測定完生材質(zhì)量W生和生材體積V生后，把木樣置于鼓風干燥箱烘至絕干，稱重，記W絕。根據(jù)公式ρ基=W絕/ V生計算基本密度。

1.4 生材含水率測定

與密度測定方法、木樣相同，根據(jù)生材含水率=(W生?W絕)/W絕×100 %公式計算生材含水率。

1.5 年輪寬度測定

年輪寬度測定方法依據(jù)《GB/T 1930—2009年輪寬度及晚材率測定方法》進行[11]。刨光鋸取扇形后剩下的圓盤，沿圓盤的南北、東西方向過髓心劃2條線，數(shù)出圓盤的完整年輪個數(shù)，用鋼尺沿直線測出4個方向每個年輪的寬度，精確至0.1 mm。

1.6 數(shù)據(jù)分析

本文所有相關數(shù)據(jù)均采用Excel 2007進行初步整理，采用SPSS 16.0進行差異性檢驗和相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄧恩桉生材密度變化

鄧恩桉生材密度的縱向變化如圖1所示，隨著樹高的增加，生材密度呈―大–小–大‖趨勢，樹高0.0 m處為最大值，3.3 m處為最小值。全樹生材密度均值為1.164 g·cm-3，比符韻林等[12]測量的速生桉結(jié)果1.037 g·cm-3稍大，變化范圍為1.156 ~ 1.188 g·cm-3，最大值較最小值高0.032 g·cm-3。

鄧恩桉生材密度的徑向變化如圖2所示，由髓心向外，生材密度呈逐漸減小趨勢?？拷栊?、中間及靠近邊材位置3個部分的生材密度分別為1.176 g·cm-3、1.171 g·cm-3、1.145 g·cm-3，均值為1.164 g·cm-3。

圖1 鄧恩桉生材密度縱向變化

圖2 鄧恩桉生材密度徑向變化

2.2 鄧恩桉基本密度變化

鄧恩桉基本密度縱向變化如圖3所示，隨著樹高增加，基本密度呈―大–小–大‖趨勢。木材密度沿軸向的變化也有類似Panshin等[13]、萇姍姍[14]的3種類型，由圖3可知，鄧恩桉屬于第2種類型。鄧恩桉全樹基本密度均值為0.522 g·cm-3，比任世奇等[7]測量的17年生鄧恩桉結(jié)果0.536 g·cm-3稍小，變化范圍為0.519 ~ 0.576 g·cm-3，最小值出現(xiàn)在樹高1.3 m處，最大值出現(xiàn)在樹高9.3 m處。

圖3 鄧恩桉基本密度縱向變化

鄧恩桉基本密度的徑向變化如圖4所示，由髓心向外，基本密度逐漸減小。靠近髓心、中間及靠近邊材位置3個部分的基本密度分別為0.612 g·cm-3、0.551 g·cm-3、0.491 g·cm-3，均值為0.551 g·cm-3。

圖4 鄧恩桉基本密度徑向變化

2.3 鄧恩桉生材含水率變化

鄧恩桉生材含水率縱向變化如圖5所示，隨著樹高增加，生材含水率總體先增加、后降低，這與劉盛全等[15]對 69楊樹(Populus)生材含水率的研究結(jié)果(自樹干基部向上逐漸降低)有所差別。全樹生材含水率均值為114.61 %，變化范圍為104.05 % ~ 133.37 %，樹高1.3 m處為最大值，樹高9.3 m處為最小值，最大值較最小值高29.32 %。

圖5 鄧恩桉生材含水率縱向變化

鄧恩桉生材含水率徑向變化如圖 6所示，由髓心向外，生材含水率呈逐漸增大趨勢，這與張軼中[2]對杉木(Cunninghamia lanceolata)生材含水率的研究結(jié)果一致。靠近髓心、中間及靠近邊材位置3個部分的生材含水率分別為92.93 %，114.54 %、137.29 %，靠近邊材部分含水率為靠近髓心部分的1.48倍。

圖6 鄧恩桉生材含水率徑向變化

2.4 鄧恩桉年輪寬度變化

鄧恩桉年輪寬度縱向變化如圖7所示，隨著樹高的增加，年輪寬度變化呈―大–小–大‖趨勢。全樹年輪寬度均值為4.7 mm，變化范圍為4.3 ~ 5.0 mm，樹高1.3 m處為最小，樹高9.3 m處為最大值。

圖7 鄧恩桉年輪寬度縱向變化

鄧恩桉年輪寬度徑向變化如圖8所示，由髓心向外，年輪寬度先增加達到峰值后逐漸減小。鄧恩桉生長較快，第7 a達到峰值，為6.9 mm，第8 a以后就開始明顯下降，但仍保持較高的直徑生長，直至第17 a年輪寬度才小于3.5 mm，第22 a為最小值2.6 mm，徑向年輪寬度均值為4.5 mm。

圖8 鄧恩桉年輪寬度徑向變化

2.5 4個材性指標在樹干徑向上差異性分析

從表1的方差分析得知，生材含水率、年輪寬度、基本密度和生材密度4個材性指標在樹干徑向不同位置間表現(xiàn)均為差異極顯著。

表1 4個材性指標在樹干徑向不同位置的方差分析

2.6 4個材性指標在樹干不同高度間差異性分析

從表2的方差分析得知，生材含水率、生材密度和基本密度3個材性指標在樹干不同高度間表現(xiàn)為差異不顯著，年輪寬度表現(xiàn)為差異極顯著。

表2 4個材性指標在樹干不同高度的方差分析

2.7 4個材性指標間的相關性分析

從表3可知，木材基本密度與生材含水率、年輪寬度之間存在極顯著相關，與生材密度相關性不顯著。

表3 基本密度與3個材性的相關系數(shù)

3 結(jié)論與討論

鄧恩桉全樹生材密度均值為1.164 g·cm-3，基本密度均值為0.522 g·cm-3，密度值在紙漿材適宜范圍(0.40 ~ 0.60 g·cm-3)內(nèi)；縱向變化與萇姍姍[14]對尾巨桉木材性質(zhì)的研究(先減小后增加)相符，徑向變化與任世奇等[7]對鄧恩桉基本密度研究結(jié)果(邊材顯著大于心材)相反。這是否因為隨著樹齡增加，木材中的抽提物含量增加而導致心材密度大于邊材密度，有待于進一步研究。

鄧恩桉全樹生材含水率均值為114.61%，靠近邊材部分含水率為靠近髓心部分的1.48倍。這說明鄧恩桉生材含水率大且在樹干上分布不均勻，這可能也是鄧恩桉木材在干燥過程中容易出現(xiàn)內(nèi)裂原因之一。生材含水率包括自由水和吸著水，吸著水在各種木材中含量幾乎近似。木材的自由水含量隨木材空隙度的增大而增多，空隙度愈大，則容重愈小[3]。鄧恩桉生材含水率大，說明木材自由水含量多，木材的空隙度大，則容重不大。這與本試驗測得鄧恩桉木材基本密度(0.522 g·cm-3)不高是相符的。木材容重是反映木材強度的最佳指標[3]，所以生材含水率也可作為材性的一個參考指標。因此，對鄧恩桉木材進行加工利用時，要充分考慮其生材含水率變化的特點，從而對工藝性質(zhì)加以改進。

鄧恩桉年輪寬度值大(均值為4.7 mm)，且第17 a后年輪寬度才小于3.5 mm，這說明鄧恩桉生長速度快，后期直徑生長表現(xiàn)出較強的趨勢，這利于中大徑材的培育。

基本密度與2個材性指標間存在極顯著相關，可以通過木材基本密度的變化判斷生材含水率和年輪寬度的變化。

本文僅研究了鄧恩桉的生材含水率、年輪寬度、生材密度和基本密度4個材性指標，未與其生長性狀及其它材性指標聯(lián)合分析，有待進一步完善研究，這樣才能對該樹種木材性質(zhì)做出全面的評價。

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Research on M oisture Content of Green Wood, Annual Ring W idth and Wood Density of Eucalyptus dunnii

LU Cui-xiang1, CHEN Jian-bo1, LIU Yuan1, ZHOU Wei1, MAO Chun2, XIANG Dong-yun1
(1. Guangxi Forestry Research Institute, Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry M inistry of China, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 2. Qipo Forest Farm of Guangxi, Nanning 530225, Guangxi, China)

This study investigated the wood properties of Eucalyptus dunnii. Green wood volume was determ ined by the drainage method and the annual ring w idth was determ ined by the GB/T 1930-2009 method so as to study the moisture content, annual ring w idth and wood density of this species. Averages for moisture content, annual ring w idth, green density and basic density were 114.6%, 4.7 mm, 1.16 g·cm-3and 0.52 g·cm-3respectively. With increasing tree height, the annual ring width, green density and basic density showed a trend of "big–small–big". From pith to sapwood, density gradually decreased and moisture content gradually increased. In contrast, annual ring w idth increased at first but then decreased. Moisture content, annual ring w idth, green density and basic density were significantly different between different radial directions but no significant differences were found between stem heights. Basic density showed highly significant correlations w ith the other wood properties assessed.

Eucalyptus dunnii; green wood moisture content; annual ring width; wood basic density

S781.31

A

2014-03-20

廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室自主課題(12B0101)；廣西林業(yè)科技項目(桂林科字〔2009〕1號)

盧翠香(1982― )，女，工程師，主要從事木材科學研究.E-mail:nnlucuixiang@126.com

＊通訊作者：項東云(1960― )，男，教授級高工，主要從事林木育種和森林培育研究.E-mail:xiang-dongyun@aliyun.com