全 文 ：　　收稿日期:2010-04-16
资助项目:“十一五 ”国家科技支撑计划课题 (课题编号:2006BAD19B04)
作者简介:徐金梅(1983-),女,博士研究生。
通讯作者:赵荣军博士 ,副研究员 ,研究方向:木竹材性质基础研究。 E-mail:rongjun@caf.ac.cn
利用 SilvilScan-3测定瓜多竹气干密度
徐金梅1　赵荣军 1＊　吕建雄 1　任海青 1
RobertEvans2　JunliYang2
(1.中国林业科学研究院 木材工业研究所 ,北京 100091;
2.CSIROMaterialsScienceandEngineering, PrivateBag10, ClaytonSouth, Victoria3169, Australia)
摘　要　利用 SilviScan-3测定了瓜多竹竹材的气干密度 ,并与常规方法的测定值进行了比较分析 ,以揭
示瓜多竹气干密度的变异规律。 SilviScan-3和常规方法测定值差异不显著 , 也具有较强的线性相关性 ,
决定系数(R2)为 0.90。 SilviScan-3测定的瓜多竹气干密度平均值为 0.520 g· cm-3 , 分布范围为 0.239
～ 1.165 g· cm-3;常规方法测定的平均值为 0.604g· cm-3 ,分布范围为 0.450 ～ 0.983g· cm-3。与常
规方法相比 , SilviScan-3能连续 、快速测定 , 更适合用于研究竹材气干密度的径向变化。按 SilviScan-3方
法测定结果 , 瓜多竹气干密度纵向变化规律为:基部小于中部 , 中部小于稍部;从竹壁内壁到竹壁厚度
1/3处 ,气干密度缓慢增加 , 自竹壁厚度 1/3处至竹壁外壁 ,气干密度增加幅度较大。
关键词　瓜多竹 , 气干密度 , SilviScan-3, 变异规律
Air-dryDensityofGuaduaamplexifoliBamboo
MeasuredbySilvilScan-3
JinmeiXu1　RongjunZhao1＊　JianxiongLu1　HaiqingReng1　RobertEvans2　JunliYang2
(1.ResearchInstituteofWoodIndustry, ChineseAcademyofForestry, Beijing100091, China;
2.CSIROMaterialsScienceandEngineering, PrivateBag10, ClaytonSouth, Victoria3169, Australia)
Abstract　 Toinvestigatetheair-drydensityvariationwithrespecttopositionsalong
longitudinaldirection(botom, middleandtopofculm)andradialdirection(frominnerpart
toouterpartofculmwal)ofG.amplexifolia, air-drydensitywasmeasuredbySilviScan-3and
normalmethod.Therewasnosignificantdiferencebetweenair-drydensitymeasuredby
SilviScan-3andnormalmethod.Diterminationcoeficientofcorelationwas0.90.Theaverage
air-drydensitymeasuredbySilviScan-3andnormalmethodwere0.520 g·cm-3 and0.604 g
· cm-3 respectively, andvariedfrom0.239 g· cm-3 to1.165 g· cm-3 andfrom0.450 to
0.983g· cm-3.Comparedwithnormalmethod, SilviScan-3 providedacontinuousandmore
rapidmethodfordeterminingair-drydensityvariationinbambooculm.Accordingtoresultsof
SilviScan-3, air-drydensityinbotomwaslowerthanthatofinmiddlewhichwaslowerthanthat
ofintopofculm;air-drydensityincreasedgradualyfrominnerlatertoonethirdofclumwal
thicknessandthenincreasedrapidlytoouterlayer.
Keywords　Guaduaamplexifolia;Air-drydensity;SilviScan-3;Variation
第 29卷　第 3期
2 0 1 0年 8月 　 　 　 　 　 　 　
竹　子　研　究　汇　刊
JOURNALOFBAMBOORESEARCH　 　 　 　 　 　
Vol.29, No.3
Aug., 2 0 1 0
　　瓜多竹 (Guaduaamplexifolia)隶属于瓜多
竹属(Guadua),丛生 ,是南美洲主要栽培竹种
之一 ,广泛分布于哥伦比亚 、厄瓜多尔 、巴西 、阿
根廷等国 ,竹材基部实心 ,高 25 m,径 15 cm左
右 ,是较好的建筑用原料 ,耐短期零度低温 ,适
应我国热带 、南亚热带或中亚热带与南亚热带
过渡区的气候条件[ 1] 。我国于 2002年从厄瓜
多尔引进了此竹种 ,在福建 、广州 、广西等地栽
种 ,生长情况良好 。
密度是衡量竹材性质的一个重要指标 ,它
和微纤丝角是决定竹材弹性模量的两个主要因
素 , 密度越大 , 微纤丝角越小 , 弹性模量越
大 [ 2] 。不同竹种的竹材密度差异很大 [ 3 ～ 4] ,同
一竹材从竹青到竹黄的密度也有很大的差异 ,
王朝晖 [ 5]采用软 X射线探讨了毛竹气干密度
的径向变化 ,其径向变异基本符合二次抛物线
曲线 ,据此提出了竹材分级利用的设想 ,但此后
未见利用 X射线探讨竹材密度径向变化报道 。
SilvilScan-3澳大利亚联邦科学与工业组织
(CSIRO)自主开发的木材性质快速测定仪(Sil-
viScan-3)除了具有 X射线密度仪相同的功能 ,
其主要特点在于能从试样一端到另一端以很高
的精度自动 、连续地测定 ,大大降低了设备的测
定误差 [ 6 ～ 8] 。本文利用 SilvilScan-3的 X射线
密度仪测定了瓜多竹竹材的气干密度 ,旨在揭
示瓜多竹气干密度的变异规律 ,尤其是径向变
异规律 ,以期为该引种竹的培育和加工利用提
供基础数据 。
1　材料和方法
1.1　材料
瓜多竹竹材于 2006年 10月采集于福建华
安竹种园 ,由于该竹为引种竹 ,采样时仅有 1年
生和 2年生竹 ,因此选择胸径一致 ,竹秆通直 ,
无虫害 2年生竹作为样竹 ,自距地面 50 cm高
处锯倒 。为便于运输 ,将竹秆在竹节处锯为约
2 m长的竹段 ,运回实验室气干 。本研究取 3
株样竹作为研究对象 , 在每株的第 3节 (基
部)、10节(中部)、16节(稍部)的节间中部取
2个尺寸为 20 mm(L)×10 mm(T)×t(竹壁
厚)的竹块 ,之后将每个竹块从竹壁内壁到外
壁依次取厚约 1 mm的竹片 ,去掉毛刺 ,利用常
规方法测定每一竹片的气干密度。同时 ,将另
一个竹块制作为 7mm(L)×2mm(T)×t(竹壁
厚)的试样并保证竹材纤维方向与水平面垂
直 ,用于 SilviScan-3测定。在密度测定前 ,将所
有试样置于恒温恒湿箱中调至平衡含水率。
1.2　设备和方法
SilviScan为澳大利亚联邦科学与工业研究
组织(CSIRO)自主开发的一种木材性质快速测
定仪 ,由图像分析仪 、X射线密度仪和 X射线
衍射仪三个测试系统组成。经过多年的升级改
造 , SilviScan-3能以很高的精度 ,测定一个试样
从髓芯到树皮的生长轮宽度 、各种木材细胞直
径 、木材密度 、微纤丝角及弹性模量等 。本文利
用 SilviScan-3的 X射线密度仪测定了瓜多竹的
气干密度 。测定条件为室内温度 20℃,相对湿
度 40%,管电压 -35kV,管电流 20mA,测定精
度 0.01 mm,也就是在长度为 1 mm的竹材试
样上可测得 100个密度值 。利用常规方法测定
时 ,由于试样制作的限制 ,在厚度为 10 mm竹
壁上最多只能得到 10个密度值。为了比较分
析 SilviScan-3与常规方法的测定结果 ,将取自
同一部位的试样 ,根据常规方法得到的试样个
数和距离 ,把 SilviScan-3的测定值分段平均后
与常规方法的测定值进行比较。利用 Sigma-
plot8.0绘制气干密度的径向变化图 ,并采用多
项式进行拟合 。
2　结果与讨论
2.1　SilviScan-3测定值与常规方法测定值的
比较分析
　　根据同一试样利用常规方法在径向得到的
密度值个数 ,将 SilviScan-3获得的数据分段平
均后归纳入表 1中 。从表 1可知 ,利用常规方
法测定的瓜多竹气干密度平均值为 0.604 g·
cm-3 ,分布范围为 0.450 ～ 0.983 g· cm-3。
SilviScan-3测定值比常规方法测定值偏小 ,平均
值为 0.520 g· cm-3 ,分布范围为 0.320 ～ 0.850
g·cm-3 ,其偏差范围为 0.010 ～ 0.194 g· cm-3
之间。方差分析表明二者差异不显著(P=
0.071)。从二者简单线性相关分析来看(如
53　第 3期 徐金梅等　　利用 SilvilScan-3测定瓜多竹气干密度 　　　　
表 1　不同方法测定的气干密度值
Tab.1　Air-drydensitymeasuredbydiferentmethods (g· cm-3)
编号
No.
方法
Method
距竹壁外壁的距离(竹壁内壁 -外壁)/mm
Distancetoinnerculmwal(innerlayer-outerlayer)/mm
1 2 3 4 5 6
均值
Mean
3 常规方法(NM) 0.457 0.460 0.500 0.527 0.747 0.983 0.612
SilviScan-3 0.360 0.407 0.423 0.490 0.553 0.807 0.507
10 绝对偏差(AD) 0.097 0.053 0.077 0.037 0.194 0.176 0.106
常规方法(NM) 0.450 0.453 0.520 0.653 0.923 - 0.600
SilviScan-3 0.320 0.417 0.443 0.523 0.840 - 0.509
16 绝对偏差(AD) 0.130 0.036 0.077 0.130 0.083 - 0.091
常规方法(NM) 0.470 0.450 0.557 0.923 - - 0.600
SilviScan-3 0.380 0.440 0.513 0.850 - - 0.546
绝对偏差(AD) 0.09 0.010 0.044 0.073 - - 0.054
图 1),二者所测定的气干密度值具有很强的线
性相关性 ,决定系数(R2)为 0.90(P<0.001)。
图 1　利用常规方法和 SilviScan-3所测定的
气干密度的相关图
Fig.1　Thecorelationofair-drydensitymeasuredby
conventionalmethodandSilviScan-3
2.2　气干密度的变异规律
图 2为竹杆不同高度处竹材气干密度的径
向变异图 ,从图 2中可以看出 ,纵向上 ,基部 、中
部和稍部的气干密度值从竹壁内壁到 3mm(如
图中竖直虚线所示)处差异不大;自 3 mm至竹
壁外壁 ,竹杆基部处的气干密度值小于中部 ,中
部小于稍部 。径向上 ,无论在竹杆任何部位 ,从
竹壁内壁到外壁 ,其变化趋势相似 ,但也略有差
异 。基部 、中部和稍部的气干密度值从竹壁内
壁到 3 mm处为缓慢增加 ,自 3 mm至外壁 ,增
加幅度变大 ,但基部处增加幅度比中部和稍部
处小。 Liese等 [ 3]认为竹材的气干密度为 0.3
～ 0.8 g· cm-3。本文利用 SilviScan-3测定的
瓜多竹气干密度平均值 (0.520 g· cm-3)在
0.3 ～ 0.8 g· cm-3范围内 ,但分布范围(0.239
～ 1.165 g· cm-3)大大超过了 0.3 ～ 0.8 g·
cm-3的范围。从图 2可知 ,小于 0.3 g· cm-3
从非常少 ,几乎可忽略。靠近竹壁外壁处的气
干密度多大于 0.8 g· cm-3 ,尤其是稍部处约
占到竹壁厚度的 1/3,说明平均密度掩盖了竹
材密度的真实变化 ,采用 SilviScan-3连续测定
能精确揭示竹材密度自竹黄到竹青的变化。
图 2　不同高度处气干密度从竹壁内壁到外壁的变化
Fig.2　Variationofair-drydensityatdiferentheightsof
culmfrominnerlayertoouterlayer
为了更直观的描述不同高度处瓜多竹气干
密度的径向变化模式 ,利用 3次多项式拟合不
同高度处的气干密度变化 ,如图 3、图 4和图 5
所示 。从 3个图中可以看出 , 3次多项式对 3
个高度处气干密度拟合效果都较好 ,其中 ,对稍
54　　　　 竹 子 研 究 汇 刊 第 29卷
部处的气干密度拟合得最好 (拟合优度 R2 =
0.86)。从三个高度的拟合曲线来看 ,基部处
气干密度从竹壁内壁到外壁的增加幅度比中部
和稍部处都小 ,稍部处的最小值不是在竹壁的
内壁 , 而在距竹壁内壁 1.5 mm处 。与王朝
辉 [ 9]认为毛竹密度径向变化符合抛物线的结
果不完全一致 ,这可能是不同竹种的竹材 ,其细
胞结构不同所至 ,毛竹微管束从竹黄到竹青均
为开放性 [ 10] ,瓜多竹维管束从开放性逐渐转变
为半开放性 [ 11] ,半开放型中的纤维细胞比在开
放型中多[ 3] ,厚壁细胞的比例较大 ,细胞壁物
质多 ,这可能是瓜多竹气干密度从竹壁内壁到
外壁增加幅度越来越大的原因之一。
3　结　论
SilviScan-3和常规方法测定值差异不显
著 ,也具有较强的线性相关性 ,决定系数(R2)
为 0.90。 SilviScan-3测定的瓜多竹气干密度平
均值为 0.520 g· cm-3 ,分布范围为 0.239 ～
1.165 g· cm-3;常规方法测定的平均值为
0.604 g·cm-3 ,分布范围为 0.450 ～ 0.983 g·
cm-3。与常规方法相比 , SilviScan-3能连续 、快
速测定 ,更适合用于研究竹材气干密度的径向
变化 。按 SilviScan-3方法测定结果 ,瓜多竹气
干密度纵向变化规律为:基部大小于部 ,中部小
于稍部;从竹壁内壁到竹壁厚度 1/3处 ,气干密
度缓慢增加 ,自竹壁厚度 1/3处至竹壁外壁 ,气
干密度增加幅度较大。
致谢:感谢福建华安竹种园邹跃国工程师
在本研究野外采样中的大力支持 。
参 考 文 献
[ 1] 邹跃国 , Guaduaamplexifolia适生性和幼林结构调控技术
[ J].竹子研究汇刊 , 2007, 35(3):18 ～ 21
[ 2] 余观夏 ,江泽慧 ,阮锡根等.竹材的动切变模量与密度及
纤丝角的关系 [ J] .南京林业大学学报 , 2005, 26(3):5～ 9
[ 3] LieseW.Theanatomyofbambooculms[M] .Technicalre-
port.1998, 159～ 160
[ 4] 杜复元.竹材密度的研究 [ J] .竹子研究汇刊 , 1992, 11
(1):50～ 58
[ 5] 王朝晖 ,江泽慧 , 阮锡根.X射线直接扫描法研究毛竹材
密度的径向变异规律[ J].林业科学, 2004, 40(3):111～
116
[ 6] EvansR.VariationapproachtotheX-raydifractometryesti-
mationofmicrofibrilangleinwood[ J] .Appita, 1999, 52:
55　第 3期 徐金梅等　　利用 SilvilScan-3测定瓜多竹气干密度 　　　　
283～ 294
[ 7] EvansR, IlicJ.Rapidpredictionofwoodstifnessfrommi-
crofibrilangleanddensity[ J].ForProdJ, 2001, 51(3):53
～ 57
[ 8] SchimleckLR, EvansR, JonesPD, etal.Estimationofmi-
crofibrilangleandstifnessbynearinfraredspectroscopyu-
singsamplesetshavinglimitedwooddensityvariation[ J] .
IAWAJournal, 2005, 26, 2:175 ～ 187
[ 9] 王朝晖.竹材材性变异规律与加工利用研究.中国林业
科学研究院博士论文[ D] , 2001:76～ 86
[ 10] 腰希申.中国主要竹材微观构造 [ M] .大连:大连出版
社.1992
[ 11] 徐金梅.实心瓜多竹材性及其变异规律的研究 [ D] .中
国林业科学研究院 , 2008:37 ～ 38
(上接第 51页)
参 考 文 献
[ 1] 莫冬次.Lyocel纤维纺丝工艺概述 [ J] .广西化纤通讯.
2002, (1), 25～ 29
[ 2] 孟志芬 ,章潭莉.绿色 Lyocel纤维的工艺研究 [ J] .化学
世界 , 1998, 12:621 ～ 623
[ 3] 唐人成 ,杨旭红 , 等.纺织用天然竹纤维的结构和性能
[ J] .林产业化学与工业 , 2004, 24(1):43 ～ 47
[ 4] 顾广新 ,沈弋弋 ,等.纤维素 /NMMO溶液溶解方法及其溶
液的表征 [ J] .东华大学学报 , 2001, (5):127 ～ 131
[ 5] 邵惠丽.Lyocel纤维国产化技术的研究开发 [ D].2004
化纤论坛论文集 , 127 ～ 133
[ 6] 吴琪琳 ,潘　鼎 ,等.Lyocell纤维与国产粘胶纤维的对比
研究 [ J] .高分子材料科学与工程 , 2001, 17(4):78～ 81
[ 7] 李庆春 ,黄知清,等.Lyocel纤维适用浆粕的研究 [ J] .人
造纤维 , 2001, (5), 4～ 7
[ 8] 隋淑英 ,李汝勤.竹纤维的结构与性能研究 [ J].纺织学
报 , 24(6):27 ～ 28
[ 9] 孙宝芬 ,隋淑英.新型再生纤维素纤维———竹纤维 [ J] .山
东纺织科技 , 2003, (2):46 ～ 47
[ 10] 汪奎宏.中国毛竹 [ M] .浙江科学技术出版社 , 1996
[ 11] 邬义明.植物纤维化学 [ M] .中国轻工业出版社 , 1997
[ 12] 原纺织部标准[ S] .FZ/T50010.3-1998
[ 13] DienerA.Continuousdissolutionprocessofcelulosein
NMMO[ J] .ChemicalFibersInternational, 1999, 49:40
～ 42
[ 14] HuangK.S-speedspinningofcelulouseindirectsolvent
process[ J].ChemicalFibersInternational, 1999, 49:43
～ 46
56　　　　 竹 子 研 究 汇 刊 第 29卷