全 文 ：第 37卷 第 12期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37 No.12
2009年 12月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Dec.2009
不同坡位人工林赤松物理力学性质的比较 1)
　　　　　　　　　　　　 金春德　　　　 崔京日
(浙江林学院 ,临安 , 311300)　　　　(延吉市林业局)
　　摘　要　对延吉市帽儿山坡下和坡中的人工林赤松(Pinusdensiflora)的物理力学性质差异进行研究。结果表
明:坡下人工林赤松的弦向 、径向和体积干缩率比坡中小;抗弯强度 、抗弯弹性模量 、顺纹抗拉和抗压强度 、横纹弦
向和径向抗压强度 , 坡中材高于坡下材;气干密度 、弦向和径向抗剪强度 、弦向和径向抗劈力 , 均坡下材高于坡中
材;坡下和坡中人工林赤松的气干密度 、径向和体积干缩率 、顺纹抗压强度 、横纹弦向和径向抗压强度 、弦向和径向
抗剪强度差异达 0.01显著水平 , 抗弯强度 、抗弯弹性模量 、弦向抗劈力差异达 0.05显著水平 , 弦向干缩率 、顺纹抗
拉强度 、径向抗劈力无显著差异。
关键词　赤松;坡位;人工林;物理力学性质
分类号　S781
Physico-mechanicalPropertiesofPinusdensifloraPlantationsonDifferentSlopePositions/JinChunde(Schoolof
Engineering, ZhejiangForestryColege, Lin an311300, P.R.China);CuiJingri(theForestryBureauofYanjiCity)//
JournalofNortheastForestryUniversity.-2009, 37(12).-18 ～ 19, 34Anexperimentwasconductedtostudythediferencesinphysico-mechanicalcharacteristicsofPinusdensifiorawood
fromplantationsonbothlowerslopeandmiddleslopeinMaoerMountainofYanjiCity.Resultsshowedthatthetangential
shrinkagerate, radialshrinkagerate, andvolumeshrinkagerateofP.densiflorawoodonthelowerslopewerelessthan
thoseonthemiddleslope.Themodulusofrupture(MOR), modulusofelasticity(MOE), tensilestrengthparallelto
grain, compressivestrengthparaleltograin, tangentialcompressionstrengthperpendiculartograin, andradialcompres-sionstrengthperpendiculartograinofP.densiflorawoodonthemiddleslopewerehigherthanthoseonthelowerslope.
Theair-drydensity, shearingstrengthintangentialface, shearingstrengthinradialface, tangentialcleavagestrength, and
radicalcleavagestrengthofP.densiflorawoodonthelowerslopewerehigherthanthoseinthemiddleslope.Therewere
extremelysignificantdifferencesinair-drydensity, radialshrinkagerate, volumeshrinkagerate, compressivestrengthpar-aleltograin, tangentialcompressionstrengthperpendiculartograin, radialcompressionstrengthperpendiculartograin,
shearingstrengthintangentialface, andshearingstrengthinradialfaceofP.densiflorawoodfromplantationsonbothlow-
erslopeandmiddleslope, andsignificantdiferencesinMOR, MOE, andtangentialcleavagestrength.Nosignificant
diferenceswerefoundintangentialshrinkagerate, tensilestrengthparaleltograin, andradicalcleavagestrength.
Keywords　Pinusdensiflora;Slopepositions;Juvenilewood;Physico-mechanicalproperties
　　赤松是延边中部盆地丘陵地带 3大山地植物群落(蒙古
栎群落 、石生植物群落和赤松群落)之一。 赤松以适应性强 、
生长速度快 、成林成材期早 、经济效益显著等特点 , 成为延边
的人工造林重要树种。本研究是在不同坡位条件下人工林赤
松木材材性的径向变异 、人工林赤松幼龄材与成熟材力学性
质的比较 、不同坡向人工林赤松材性变异等 [ 1-6]的基础上 , 进
一步研究不同坡位人工林赤松物理力学性质差异的显著程
度 , 为赤松林木定向培育及加工利用提供科学理论依据。
1　材料与方法
试材 10株赤松于 2001年 2月末采自吉林省延吉市林业
局帽儿山林场 20林班 39小班人工林赤松纯林。采样地位于
帽儿山山顶陡坡的天然蒙古栎(Quercusmonglica)次生林下部
的缓坡上 , 坡下与坡中土壤条件相似 , 距离约为 1km。取样
方法按 GB1927— 91《木材物理力学试件采集方法》的规定进
行。表 1和表 2给出了标准地和样地的基本情况。
1)国家自然科学基金资助项目(30060070)。
第一作者简介:金春德 ,男 , 1963年 3月生 ,浙江林学院工程学
院 ,教授。
收稿日期:2009年 8月 5日。
责任编辑:潘　华。
　　在表 2所示的坡下和坡中的 5棵标准样木 ,每株样木中
截取 1.3 ～ 3.3m段 ,并将此段按高度方向依次分成 A、B、C、
D4段 ,其每段尺寸大小如图 1所示。 在 A段的南北方向取
抗弯强度 、抗弯弹性模量 、顺纹抗压强度 、横纹弦向抗压强度 、
横纹径向抗压强度试样;在 B段的南北方向取径向抗劈力和
弦向抗劈力及密度(采用同一个试样测试气干密度 、弦向干
缩率 、径向干缩率 、体积干缩率等物理性质)试样;在 A段和 B
段的东西方向取顺纹抗拉强度试样;在 C段和 D段分别取径
向和弦向抗剪强度试样;木材物理力学性质测试方法 ,按照国
家标准 GB1927— 1943— 91《木材物理力学性质试验方法 》,
分别对人工林赤松坡下材与坡中材的气干密度 、弦向干缩率 、
径向干缩率 、体积干缩率等物理性质和抗弯强度 、抗弯弹性模
量 、顺纹抗拉强度 、顺纹抗压强度 、横纹弦向抗压强度 、横纹径
向抗压强度 、弦向抗剪强度 、径向抗剪强度 、弦向抗劈力 、径向
抗劈力等力学性质进行测试。
表 1　标准地基本情况
标准地
代号
坡度 /
(°) 坡向 坡位
林分
种类
林分
组成
林分密度 /
株· hm2
土壤
类型
1 3 北坡 坡下 人工林 赤松纯林 966.7 暗棕壤
2 11 北坡 坡中 人工林 赤松纯林 1133 暗棕壤
表 2　样木基本情况
标准
地
样木
号
胸径 /
cm
树高 /
m
第 1活
枝高 /m
含水
率 /%
树龄 /
a
1号 1 16.0 12.85 8.00 187.50 35
2 15.5 13.93 9.40 169.44 34
3 16.4 14.52 7.62 200.00 34
4 15.4 13.65 8.75 150.00 35
5 15.9 14.55 8.62 151.22 34
2号 1 16.5 13.90 8.50 158.85 35
2 15.8 14.50 7.80 172.80 35
3 15.7 13.85 8.15 155.64 35
4 15.9 14.95 6.58 169.55 35
5 16.1 13.78 7.32 165.20 35
图 1　树种查询系统结构图
2　结果与讨论
2.1　不同坡位人工林赤松的物理性质比较
物理性质的测试结果及方差分析结果见表 3 ～表 5。 在
气干密度 、弦向干缩率 、径向干缩率 、体积干缩率等 4项物理性
质中:气干密度坡下材略高于坡中材,其差异相对值为 -2.17%,
差异达 0.01显著水平;弦向干缩率 、径向干缩率 、体积干缩率
等 3项物理性质 , 坡中材高于坡下材 , 其差异相对值分别为
6.31%、55.77%、35.18%。其中径向干缩率和体积干缩率差
异达 0.01显著水平 , 弦向干缩率差异不显著。
弦向干缩率 、径向干缩率 、体积干缩率等性质 , 受管胞微
纤丝角变化的影响。其管胞微纤丝角愈小 , 就相应的干缩率
愈大。课题组对本研究的坡下和坡中等人工林赤松木材材性
的径向变异研究结果 [ 1]表明 , 坡中的人工林赤松管胞微纤丝
角明显小于坡下的人工林赤松管胞微纤丝角。因此 , 弦向干
缩率 、径向干缩率 、体积干缩率等 3项物理性质 , 坡中材比坡
下材大是 , 主要由管胞微纤丝角小而引起的结果。
表 3　不同坡位人工林赤松物理性质测试结果
标准
地材
气干密度
平均值 /
g· cm-3
标准差 /
g· cm-3
变异
系数
弦向干缩率
平均值 /
%
标准差 /
%
变异
系数
径向干缩率
平均值 /
%
标准差 /
%
变异
系数
体积干缩率
平均值 /
%
标准差 /
%
变异
系数
1 0.460 0.062 0.135 4.91 0.951 0.194 1.72 0.382 0.222 6.02 0.915 1.152
2 0.450 0.073 0.073 5.23 0.982 0.187 3.05 0.742 0.243 8.59 1.235 0.144
　　注:试样数均为 30株。
表 4　不同坡位材的物理性质差异比较
1、 2号标准
地林分密度
绝干密度 /
g· cm-3
弦向干
缩率 /%
径向干
缩率 /%
纵向干
缩率 /%
平均值 0.46 5.07 2.39 7.31
平均值之差 -0.01 0.32 1.33 2.57
差异相对值 /% -2.17 6.31 55.77 35.18
　　注:平均值之差 =坡中材平均值 -坡下材平均值;差异相对值 =
(平均值之差 ÷平均值)×100%。
表 5　不同坡位人工林赤松物理性质差异的方差分析
物理
性质
离差
来源
自由
度
离差平
方和
均方
差 F值 F0.05 F0.01
气干密 组间 　1 　0.006 9 0.006 9 7.46＊＊ 3.93 6.88
度 组内 108 0.099 3 0.000 9
总计 109 0.106 1
弦向干 组间 1 2.93 2.93 1.05 3.93 6.88
缩率 组内 108 301.18 2.79
总计 109 304.11
径向干 组间 1 48.82 48.82 217.87＊＊ 3.93 6.88
缩率 组内 108 24.20 0.22
总计 109 73.03
体积干 组间 1 183.06 183.06 70.54＊＊ 3.93 6.88
缩率 组内 108 280.28 2.60
总计 109 463.33
　　注:＊为 0.05水平显著;＊＊为 0.01水平显著。
2.2　不同坡位人工林赤松的力学性质
力学性质的测试结果及方差分析结果见表 6 ～表 8。 在
力学性质中抗弯强度 、抗弯弹性模量 、顺纹抗拉强度 、顺纹抗
压强度 、横纹弦向抗压强度 、横纹径向抗压强度 , 均坡中材高
于坡下材 , 其中抗弯强度和抗弯弹性模量差异达 0.05显著水
平 , 其差异相对值分别为 8.19%、6.68%。顺纹抗拉强度差
异不显著。顺纹抗压强度 、横纹弦向抗压强度 、横纹径向抗压
强度差异达 0.01显著水平 , 其差异相对值分别为 23.65%、
46.15%、32.10%。
木材的抗弯强度 、抗弯弹性模量 、顺纹抗拉强度 、顺纹抗
压强度等力学性质 , 与木材细胞壁的微纤丝角有密切关系 , 其
微纤丝角愈小 , 其强度愈高。所以 , 与文献 [ 1]的研究结果相
吻合。
弦向抗剪强度 、径向抗剪强度 、弦向抗劈力 、径向抗劈力 ,
坡下材高于坡中材 , 其中弦向抗剪强度和径向抗剪强度差异
达 0.01显著水平, 其差异相对值分别为 -27.07%、 -38.56%。
弦向抗劈力差异达 0.05显著水平, 其差异相对值为 -14.89%。
径向抗劈力无显著差异。
从木材学知识可知 , 随木材细胞壁微纤丝角的增大 ,弦向
抗剪强度 、径向抗剪强度 、弦向抗劈力 、径向抗劈力等力学性
质也增高。因此 , 坡下材的这些性质高于坡中材也是微纤丝
角的不同所致的结果。 (下转 34页)
19第 12期　　　　　　　　　　　　金春德等:不同坡位人工林赤松物理力学性质的比较　　　　　　　
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(上接 19页)
表 6　不同坡位人工林赤松力学性质测试
性　质
抗弯强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
抗弯弹性模量
试样
数
平均值 /
GPa
标准差 /
GPa
变异
系数
顺纹抗拉强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
顺纹抗压强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
横纹弦向抗压强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
1号标准地 22 86.10 10.262 0.119 2 17 12.52 1.289 0.073 1 19 111.40 20.326 0.182 5 43 38.40 3.985 0.103 8 42 3.50 0.462 0.132 0
2号样地材 22 93.45 13.251 0.156 6 17 13.39 2.381 0.086 5 18 115.00 23.680 0.205 9 43 48.70 4.876 0.100 1 42 5.60 0.642 0.114 6
性　质
横纹径向抗压强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
弦向抗剪强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
径向抗剪强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
弦向抗劈强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
径向抗劈强度
试样
数
平均值 /
MPa
标准差 /
MPa
变异
系数
1号标准地 43 3.40 0.354 0.104 1 25 7.00 2.124 0.303 4 27 8.60 2.264 0.263 3 24 16.95 3.859 0.227 7 29 14.36 2.345 0.163 3
2号样地材 43 4.70 0.482 0.102 5 25 5.33 1.875 0.351 8 27 5.82 1.684 0.289 3 24 14.60 2.856 0.195 6 29 13.00 2.106 0.162 0
表 7　不同坡位木材的力学性质差异比较
1、2号标准地 抗弯强度 /MPa
抗弯弹性
模量 /GPa
顺纹抗拉
强度 /MPa
顺纹抗压
强度 /MPa
横纹弦向抗
压强度 /MPa
横纹径向抗
压强度 /MPa
弦向抗剪
强度 /MPa
径向抗剪
强度 /MPa
弦向抗劈
强度 /MPa
径向抗劈
强度 /MPa
平均值 89.78 12.95 113.20 43.55 4.55 4.05 　6.17 　7.21 15.78 13.68
坡下材与坡中材平均值之差 7.35 0.87 3.60 10.30 2.10 1.30 -1.67 -2.78 -2.35 -1.36
坡下材与坡中材差异相对值 /% 8.19 6.68 3.18 23.65 46.15 32.10 -27.07 -38.56 -14.89 -9.94
　　注:平均值之差=坡中材平均值-坡下材平均值;差异相对值 =(平均值之差 ÷坡下材与坡中材平均值)×100%。
表 8　不同坡位人工林赤松力学性质差异的方差分析
性质 离差来源
自由
度
离差平
方和
均方
差 F值 F0.05 F0.01
抗弯强 组间 1 　　609.770 　609.77 　6.26＊ 4.07 7.28
度 组内 42 4 093.360 97.46
总计 43 4 703.130
抗弯弹 组间 1 8 380.810 8 380.81 4.08＊ 4.07 7.28
性模量 组内 42 86 331.950 2 055.52
总计 43 94 712 757.000
顺纹抗 组间 1 132.460 132.46 0.19 4.11 7.40
拉强度 组内 36 24 552.420 682.01
总计 37 24 684.880
顺纹抗 组间 1 2 248.322 2 248.32 88.61＊＊ 3.95 6.94
压强度 组内 84 2 131.467 25.37
总计 85 4 379.789
弦向横 组间 1 82.780 82.78 145.08＊＊ 3.90 6.79
纹抗压 组内 82 46.790 0.57
强度 总计 83 129.560
径向横 组间 1 37.310 37.31 93.37＊＊ 3.95 6.94
纹抗压 组内 84 33.560 0.40
强度 总计 85 70.870
弦向抗 组间 组间 1.000 34.98 34.98＊＊ 7.37 4.04
剪强度 组内 组内 48.000 227.92 4.75
总计 总计 49.000 262.90
径向抗 组间 1 99.090 99.09 20.70＊＊ 4.03 7.14
剪强度 组内 52 248.960 4.79
总计 53 348.050
弦向抗 组间 1 63.730 63.73 5.08＊ 4.05 7.22
劈强度 组内 46 577.250 12.55
总计 47 640.980
径向抗 组间 1 26.680 26.68 2.58 4.01 7.11
劈强度 组内 56 578.060 10.32
总计 57 604.750
　　注:＊为 0.05水平显著;＊＊为 0.01水平显著。
3　结论
延吉市林业局帽儿山林场 20林班 39小班坡下人工林赤
松气干密度平均值 , 略高于坡中材 ,弦向 、径向和体积干缩率 ,
坡中材大于坡下材。其中 ,气干密度 、径向干缩率 、体积干缩
率差异达 0.01显著水平 , 弦向干缩率差异不显著;抗弯强度 、
抗弯弹性模量 、顺纹抗拉和抗压强度 、横纹弦向和径向抗压强
度 ,坡中材高于坡下材 , 其中顺纹抗压强度 、横纹弦向和径向
抗压强度差异达 0.01显著水平 , 抗弯强度和抗弯弹性模量差
异达 0.05显著水平 , 顺纹抗拉强度差异不显著。弦向和径向
抗剪强度 、弦向和径向抗劈力 ,坡下材高于坡中材 ,其中弦向
和径向抗剪强度差异达 0.01显著水平 , 弦向抗劈力差异达
0.05显著水平 ,径向抗劈力无显著差异。
参　考　文　献
[ 1] 　金春德 ,张美淑 ,文桂蜂 ,等.不同坡位人工林赤松木材材性的
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