速生桉鋸解預處理技術(shù)對鋸材出材率及質(zhì)量的影響

劉 媛 武建云 任世奇 盧翠香 陳健波

（廣西林業(yè)科學研究院廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西 南寧 530002）

桉樹（Eucalyptus robusta）速生豐產(chǎn)，適應性強，在廣西地區(qū)取得了前所未有的發(fā)展，是培育中大徑材極具潛力的樹種[1-2]。廣西自“十五”計劃以來，大力發(fā)展南方速生豐產(chǎn)林工程，重點發(fā)展桉樹人工林，目前是全國桉樹種植面積最大的省區(qū)[3]。高生長應力是低齡速生桉人工林的顯著特征，木材產(chǎn)品以小徑級原木（幼齡材）為主，在采伐和鋸解的過程中，原木中的生長應力會釋放，鋸材出現(xiàn)斷裂、翹曲等缺陷，導致降低出材率和鋸材降等，因此在加工過程中控制并降低桉樹的生長應力，可以減少速生桉木材釋放高生長應力導致的各種加工缺陷和損失[4-5]。近年來，針對桉樹高生長應力的問題，國內(nèi)外學者通過改進育種和營林措施及改善木材加工設(shè)備，取得了一些成功的經(jīng)驗[6]。澳大利亞鋸材廠在桉樹原木鋸解之前采取用水噴淋的措施，提高原木含水率以防止端裂[7]。南非則在采伐前將樹殺死或使其干旱致死的辦法，使鋸解中的開裂顯著降低[5]。在砍伐桉樹活立木之前，采用鉆孔法釋放立木中的生長應力，可以避免對樹木的大沖擊，較少甚至避免發(fā)生端部劈裂[8]。為了控制鋸材變形，在原木截斷前，在鋸口兩側(cè)采用皮帶約束法或者二次截斷法來減輕或消除殘余生長應力的影響[9]。

原木中的殘余生長應力是引起鋸材變形和開裂的主要因素之一，因此在加工利用時對其采取一定的措施，以達到減輕或消除殘余生長應力的影響，措施包括：在造材或制材之后，將原木兩端用密封劑密封，可防止端裂發(fā)生；將活力木的樹皮環(huán)割一圈后，過幾個月再進行砍伐，達到釋放原木生長應力的目的；將砍伐后的原木沉沒在人工貯木池或天然池塘中浸泡，降低原木殘余生長應力。本研究對速生桉采用原木封端法、水存法和環(huán)割法3種預處理技術(shù)，在速生桉原木鋸解前釋放和降低生長應力，達到降低鋸材端裂和其他缺陷，提高鋸材出材率的效果。原木鋸解后，對鋸材進行檢驗評等和測量，探討3種鋸解預處理技術(shù)對速生桉規(guī)格材出材率及質(zhì)量的影響，以期為實現(xiàn)速生桉小徑材的高效制材和實木利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

以5年生尾巨桉無性系26號，采自南寧樹木園新塘橋管理區(qū)居仁站3林班11、12小班第一代萌芽林為實驗材料，木材試件采集方法參照GB/T 1927—2009[10]，選取干形通直的36株平均木，樣木伐倒后，每株樣木從樹干根部沿樹干方向0～2.0、2.0～4.0、4.0～6.0 m處截取3段原木，造材長度2 m，每個木段標記編號，裝至運輸卡車，運輸?shù)綇V西林科院處理。

1.2 原木鋸解前預處理

每個預處理設(shè)置3個重復，每個重復9段原木，樣本數(shù)27段，合計原木108段。原木采伐后，不做任何預處理，運輸至木材加工廠直接鋸解，作為對照（CK）。實驗結(jié)束后，鋸解成板材。

1）原木封端法截斷后原木兩頭端部氣干速度較快，木材在儲存或干燥過程中會發(fā)生不同程度的端裂。在造材或制材之后，將原木兩端涂刷密封劑，防止端裂發(fā)生，也有預防菌蟲害的作用。速生桉活立木采伐截斷后，立即在原木兩端涂刷封端劑（硅基原木寶木材防裂防腐保護劑）。

2）水存法速生桉活立木砍伐截斷后，將試驗木段沉沒在廣西林科院水渠，保存7個月。

3）環(huán)割法挑選9株速生桉活立木，在采伐前距離根部0.5 m左右樹干進行環(huán)形鋸割處理，環(huán)割去掉15～25 cm高的桉樹皮將樹皮進行環(huán)割處理，3個月后單獨采伐?；盍⒛旧L應力不能直接測量，采取測定與生長應力聯(lián)系密切的生長應變數(shù)值，然后根據(jù)彈性模量公式算出生長應力[11-12]。3個月期間，本研究采用鉆孔式軸向生長應變測定 儀（French Tropical Wood Research Centre，法國）定期測定活立木胸高處的表面軸向生長應變數(shù)值，原理為通過鉆孔的機械方法，打破活力木中殘余應力的平衡并釋放，測量變形值，間接計算生長應力值[13]。應變儀所測量的數(shù)據(jù)是沿纖維方向上單孔的尺寸變化量（δ），與軸向生長應變呈一定的比例關(guān)系，按公式（1）計算活力木的軸向生長應變值（αL）

式中：φ為變量，桉樹取值12[11,14]。

1.3 鋸材分級檢驗

依 據(jù)GB/T 4817—2019[15]和GB/T4823—2013[16]，鋸解后鋸材分別編號，測量寬度、長度、厚度，對鋸材的缺陷包括橫彎、順彎、翹彎等進行檢驗評等，按公式（2）～（3）[17]計算原木材積（Q），按公式（4）[18]計算鋸材材積（V鋸材），按公式（5）[19]計算原木出材率（R），分析出材率。

式中：Q4～12為檢尺徑4～12 cm的小徑原木材積，Q14為檢尺徑14 cm以上的原木材積，L為檢尺長，D為檢尺徑，l為鋸材長度，b為鋸材寬度，h為鋸材厚度。

1.4 分析方法

采用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)割后活立木表面軸向生長應變變化

本研究測量了9株速生桉活立木環(huán)割后在83 d中桉樹胸高處南、北向表面軸向生長應變值。由圖1可知，北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，第37天測量的生長應變值南北向差異較大，第62天測量的生長應變值存在應力上升現(xiàn)象。整體上北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，但是存在生長應變值南北向差異較大、后期測定的生長應變值偏高等問題。

圖 1 表面軸向生長應變隨時間變化曲線Fig. 1 Curve of SLGS with time

由表1可知，不同時間對表面軸向生長應變值的影響差異顯著（P＜0.05），不同方向?qū)Ρ砻孑S向生長應變值的影響差異不顯著。

2.2 不同預處理技術(shù)對R的影響

由表2可知，不同預處理的R為環(huán)割法＞CK＞封端法＞水存法。未進行預處理的CK，R為52.66%，水存法和封端法預處理的原木出材率都低于CK，只有環(huán)割法預處理的R為55.51%，高于CK2.85%，此預處理技術(shù)提高了R。環(huán)割法預處理對活力木使樹木在采伐前的生長期不再增加生長應力，對緩釋樹皮下樹木中部分生長應力有一定的作用，降低了原木端裂程度，提高了R；水存法和封端法對緩解桉樹原木應力釋放效果不明顯。由表3可知，鋸解前采用不同預處理技術(shù)對R的影響差異不顯著。

表 1 時間及方向與表面軸向生長應變值方差分析Table 1 Analyses of variance for SLGS both time and orientations

表 2 不同預處理技術(shù)與RTable 2 Different pretreatment methods and lumber recovery

表 3 不同預處理技術(shù)與R影響的方差分析Table 3 Variance analysis of the influence of different pretreatment methods and lumber recovery

2.3 不同預處理技術(shù)對規(guī)格材等級及出材率的影響

由表4可知，3種預處理技術(shù)處理速生桉鋸解后，等級所占比例方面，封端法、環(huán)割法和CK均為特等材所占比例最高，三等材所占比例最小，其中封端法處理的特等材所占比例最高；而水存法處理后特等材所占比例最低，二等材所占比例最高。在等級鋸材出材率方面，封端法優(yōu)質(zhì)板材（包括特等材和一等材）出材率＞環(huán)割法優(yōu)質(zhì)板材出材率＞CK優(yōu)質(zhì)板材出材率＞水存法優(yōu)質(zhì)板材出材率。由表5可知，不同預處理技術(shù)對規(guī)格材出材率的影響差異顯著（P＜0.05），鋸材等級對規(guī)格材出材率的影響差異極顯著（P＜0.01），預處理技術(shù)與鋸材等級交互作用對規(guī)格材出材率沒有顯著影響。

表 4 不同預處理技術(shù)與等級規(guī)格材出材率及所占比例Table 4 Lumber recovery and proportion of grade specifications with different pretreatment methods

表 5 不同預處理技術(shù)與等級規(guī)格材出材率影響的方差分析Table 5 Variance analysis on the influence of different pretreatment techniques on the lumber recovery of grade specifications

3 結(jié)論與討論

高生長應力是速生桉樹的顯著特征，人工林小徑材尤其明顯，造成原木伐倒后容易產(chǎn)生端裂，直接影響木材的加工性能，限制了桉樹木材的應用范圍和高附加值實木化應用[20-21]。本研究采取原木封端法、水存法和環(huán)割法3種預處理技術(shù)，在原木鋸解前采取一定措施釋放和降低生長應力，以期達到提高鋸材出材率的效果。

對速生桉活力木采取環(huán)割處理后，采用鉆孔式軸向生長應變測定儀測定南、北向表面軸向生長應變值。整體上北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，但是存在生長應變值南北向差異較大、后期測定的生長應變值偏高等問題。法國軸向生長應變儀法有其局限性，一方面測定應變值需要從兩螺釘中間鉆孔而使應力重新分布，所測得應變值可能偏大；另一方面所測樹干干形不規(guī)則，應變儀與樹干表明接觸不完全，也會對測試精度產(chǎn)生影響；另外測定人員每次鉆孔力度不均勻，當天風速過大對應變值精度也會產(chǎn)生影響。

預處理后桉樹原木鋸解成板材，不同預處理的R為環(huán)割法＞CK＞封端法＞水存法。采用水存法和封端法預處理的R低于CK，而采用環(huán)割法預處理的R高于CK 2.85%。方差分析結(jié)果顯示，不同預處理技術(shù)對R的影響差異不顯著，在等級規(guī)格材出材率方面，封端法優(yōu)質(zhì)板材（包括特等材和一等材）＞環(huán)割法優(yōu)質(zhì)板材＞CK優(yōu)質(zhì)板材＞水存法優(yōu)質(zhì)板材。方差分析結(jié)果顯示，不同預處理技術(shù)對規(guī)格材出材率的影響差異顯著；鋸材等級對規(guī)格材出材率的影響差異極顯著；預處理技術(shù)與鋸材等級交互作用對規(guī)格材出材率沒有顯著影響。

采用封端法和環(huán)割法預處理的速生桉鋸材與CK相比，提高了優(yōu)質(zhì)板材的出材率，這兩種預處理技術(shù)一定程度上緩解了原木殘余應力。而水存法處理的速生桉鋸材與CK相比，反而降低了優(yōu)質(zhì)板材的出材率，估計木材在水中存放7個月，木材中水分達飽和，從水中撈出地面后堆放于鋸木廠鋸解存在時間差，由于夏季天氣炎熱，水分蒸發(fā)速度快，反而加劇了規(guī)格材端裂程度，造成出材率降低。綜合R和等級規(guī)格材出材率兩個指標數(shù)據(jù)，環(huán)割法鋸解預處理技術(shù)適合速生桉木材。