赤水多種竹材的天然耐腐防霉性能分析

冉騰偉，趙永菊，任何琴，羅忠友，陳 慶

（1.貴州大學 林學院，貴州 貴陽550025；2.貴州新錦竹木制品有限公司，貴州 赤水564700）

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，木材資源已極度匱乏，竹材作為一種生長快、產(chǎn)量高、成材早、力學性能佳的木材材料，可作為木材的主要替代品，開發(fā)利用竹材是緩解木材供需矛盾的有效途徑。全世界的竹類約有1 500種，而我國就有竹類40多屬，752種，竹林面積為641萬hm2，是竹資源最豐富的國家，被譽為第二森林資源，其中經(jīng)濟利用價值較高的毛竹面積占72%以上，竹材產(chǎn)量雄踞世界首位，被廣泛地用于建筑、交通、家具、造紙、工藝品編織等諸多領(lǐng)域[1-5]。貴州省赤水市是國家林業(yè)部首批命名的全國十大竹鄉(xiāng)之一，截至2017年，全市現(xiàn)有竹子25屬300余種，竹林面積8.85萬hm2，其中毛竹3.43萬hm2，蓄積量約1億株，年采伐量可達1 200萬株；雜竹5.42萬hm2，蓄積量300萬t，年采伐量達75萬株以上，竹林總面積、人均占有竹林面積均位居全國縣級行政區(qū)域前列[6]。竹材和木材主要化學成分相同，但由于竹材中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和水分，使其在加工、運輸和使用過程中很容易發(fā)生腐朽、霉變和蟲蛀，長期使用其硬度、強度嚴重損失，很大程度上縮短了竹材的使用壽命和限制了竹材的應(yīng)用范圍[7]。對7種赤水生長的常用、常見竹材進行天然耐腐防霉性進行了研究，旨在了解赤水竹材天然耐腐防霉性能，為后期竹材的合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)，更好推動貴州省竹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 竹材

此次試驗選擇7種竹材，均取自貴州省赤水市丙安鄉(xiāng)，是當?shù)爻Ｒ姷闹癫?，生長年齡都在3年左右。此次試驗所選用的竹材均來自相同的地方，去除了地域差異導致的竹材防腐、防霉性能不同的問題；也選用了年份大體相同的竹材，避免幼竹防腐、防霉能力差的問題。

竹材的詳細信息見表1。

表1 竹材的詳細信息

進行耐腐性測試的竹塊尺寸為20 mm（順紋方向）×20 mm×10 mm，進行防霉性測試的竹塊尺寸為50 mm（順紋方向）×20 mm×5 mm，每組18塊。所有竹塊均要去青、去黃，并且無蟲蛀、變色和腐朽，對于厚度達不到10 mm的竹材，以去青去黃后的實際厚度進行試驗。

1.1.2 菌種

腐朽菌采用綿腐臥孔菌（Poria plaoenta（Fr）.Cooke）和密粘褶菌（Gloeophyllum trabeum（Pets.ex Fr）.Mu）r；霉菌采用黑曲霉（Aspergillus niger V.Tiegh）和綠色木霉（Trichoderma viride Pers.ex Fr），以上菌種均來自貴州大學林學院實驗室。

1.2 試驗方法

1.2.1 耐腐試驗

參照GB/T 13942.1—2009[8]木材耐久性能第1部分：天然耐腐性實驗室試驗方法，所有竹塊在溫度為40℃的鼓風干燥烘箱中，干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量記為W1。試樣接菌培養(yǎng)12周后，將竹塊表面的菌落用刷子輕輕地從表面清除干凈，然后放入烘箱中烘干（40℃烘至恒質(zhì)量），稱質(zhì)量得W2，并根據(jù)下式計算出竹塊的質(zhì)量損失率。

式中：W1——腐朽前竹塊質(zhì)量，g；

W2——腐朽后竹塊質(zhì)量，g。

耐腐性能按質(zhì)量損失率分為4個等級，等級越高，說明耐腐性能越差。

耐腐性等級見表2。

表2 耐腐性等級

1.2.2 防霉試驗

參照GB/T 18261—2013[9]防霉劑對木材霉菌及變色菌防治效力的試驗方法。試樣接菌培養(yǎng)4周后，檢查試樣表面霉變程度，測量試樣被霉菌感染的面積。被害值越大，說明竹材的防霉性越差。對每塊試樣的被害值進行記錄。

試樣被害值見表3。

表3 試樣被害值

2 結(jié)果與分析

2.1 竹材的天然耐腐性能

由于竹種不同，其化學結(jié)構(gòu)和化學成分有所差異，因此不同竹種的天然耐腐性差異也較大。

經(jīng)木腐菌腐朽后竹材的質(zhì)量損失率比較和耐腐等級見表4。

表4 經(jīng)木腐菌腐朽后竹材的質(zhì)量損失率比較和耐腐等級

密粘褶菌對不同竹材進行侵蝕后，竹材表面呈黑褐色，各種竹材的質(zhì)量損失率比較分析結(jié)果表明，綿慈竹和菜竹與其他5種竹材有顯著差異（p＜0.05）；其中，苦竹和毛竹的質(zhì)量損失率較低，為10%以下，竹塊基本保持原來的基本外形；綿慈竹的耐腐性能最差，質(zhì)量損失率達到了43.54%，稍微用力捏便會捏碎，各種竹材對密粘褶菌的耐腐性強弱排列順序為苦竹＞毛竹＞斑竹＞撐綠竹＞硬頭黃竹＞菜竹＞綿慈竹，其中毛竹、苦竹對密粘褶菌的天然耐腐等級為Ⅰ級，撐綠竹、硬頭黃竹和斑竹對密粘褶菌的天然耐腐等級為Ⅱ級，菜竹和綿慈竹對密粘褶菌的天然耐腐等級為Ⅲ級。

經(jīng)綿腐臥孔菌侵蝕后，綿慈竹與其他6種竹材的質(zhì)量損失率有顯著差異，且質(zhì)量損失率最高，為19.62%。各種竹材對綿腐臥孔菌的耐腐性強弱排列順序為毛竹＞菜竹＞斑竹＞撐綠竹＞硬頭黃竹＞苦竹＞綿慈竹，其中毛竹、菜竹、斑竹的質(zhì)量損失率略小于10%，對綿腐臥孔菌的天然耐腐等級為Ⅰ級，撐綠竹、硬頭黃竹、苦竹及綿慈竹對綿腐臥孔菌的天然耐腐等級為Ⅱ級。

不同腐朽菌對同種竹材的侵蝕所造成的質(zhì)量損失率也是不同的。從表4可知，除了苦竹以外，其他6種竹子被密粘褶菌腐朽后的質(zhì)量損失率比被綿腐臥孔菌腐朽后的質(zhì)量損失率高，尤其是菜竹和綿慈竹的質(zhì)量損失率相差較大，說明這6種竹子對綿腐臥孔菌的抗性比對密粘褶菌強。

2.2 防霉試驗結(jié)果及分析

經(jīng)過4周木霉菌的侵染后，所有的木塊上都長滿了2種霉菌。

竹塊在綠色木霉中的感染面積見表5，被2種木霉感染后竹塊的狀態(tài)見圖1。

表5 竹塊在綠色木霉中的感染面積

圖1 被2種木霉感染后竹塊的狀態(tài)

根據(jù)圖1和表5可以看出，綠色木霉和黑曲霉對這幾種天然竹材感染面積都達75%以上，被害值都是4，所以可以推斷這幾種竹材的天然防霉性能都很差。相對來說，毛竹對綠色木霉的抗霉效果要稍好一點，侵染面積為80%，毛竹具有一定抗霉性的原因可能是由于竹材基質(zhì)對竹材霉變的影響[10]。硬頭黃竹和菜竹被綠色木霉侵染面積為90%，其他竹材被綠色木霉侵染面積都達到了100%。雖然，毛竹、硬頭黃竹和菜竹雖然經(jīng)過綠色木霉4周的侵染并沒有完全被侵染，但估計再過1～2周侵染面積就將達到100%。黑曲霉相對于綠色木霉來說感染力更強，生長更迅速，繁衍更快。在黑曲霉侵蝕試驗中，每種竹材被侵染的面積都是100%。所有竹材的天然防霉性均不佳的原因可能是因為竹材中糖類、蛋白質(zhì)、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)含量較多[11-13]，這些物質(zhì)本身就容易滋生霉菌。研究發(fā)現(xiàn)，霉菌生長的最佳濕度是80%以上，因此竹材在日常生活及加工利用和貯藏中要做好防潮的工作，保證竹材所在環(huán)境干燥透氣，可在一定程度上減輕竹材的發(fā)霉。

3 結(jié)論

通過對7種竹材的天然耐腐、防霉試驗可知，不同竹材對不同菌種的耐腐、防霉性能是不同的，且差異較為顯著。耐腐試驗中，在密粘褶菌的侵蝕下，竹材的耐腐性能排列順序為苦竹＞毛竹＞斑竹＞撐綠竹＞硬頭黃竹＞菜竹＞綿慈竹；在綿腐臥孔菌侵蝕下，竹材的耐腐性能排列順序為毛竹＞菜竹＞斑竹＞撐綠竹＞硬頭黃竹＞苦竹＞綿慈竹。在防霉試驗中，綠色木霉和黑曲霉所感染的竹塊，感染面積均超過3/4，多為100%，其中毛竹在綠色木霉中感染面積相對較低，為80%。相較而言，在7種竹材中，毛竹的天然耐腐及防霉性能最好。