全 文 ：1 9 92年 第 1 期 中南林业调查规划 总第3 9期
颤杨的某些力学性质与树龄的关系
〔美 〕 K e n ne t h D。 Ro o s 等
摘要 通过对 12 袜成熟颤杨木性质的龄期效应的调研 , 确 定幼龄材对材杆比重 、 强
度和硬度 的影响 。 从 每根 原木的粗端锯取径向截面 , 以提供材料密度分布 图和微弯
试验试件 。 则 定的裂断模量 ( M O R ) 和弹性模量 ( M O E ) 为颤杨的力学性质。 应
用分段回 归分析和 图析估 计从 幼龄材到 成熟点的过 渡龄期 , 如同所测 定的力学性质
反映的那样 。 幼龄期 的持续时间 约 为16 年 。 成熟点 在30 年龄期 处 , 这 与所调研 的特
征相 符合 。
许多树种的某些力学性质 与树龄的关系 一般不超过 5 年 。
注往反映出林产工业的重大课 题 。 S e fn t 和 颤杨在蜷片板和定向纤维板的生产中已
B e n d 、 s e n 为幼龄材对板材 、 析架 、 层积 梁 和 成 一了重要的商用树种 。 因为以往认为颤杨是
指形接 合材的不刊影响提 洪了资料 。 P e a s e , “ 无用 ” 树种 , 故有关颤杨木质的变化就成
K e il o g g和 Z o b e l e 、 a l论述了如比重 ( S G ) 了有用的一点资料 。 这项研究着手确定颤杨
等木材性 质变化对木浆产出率和木浆产 .钻数 树龄和比重 、 强度 、 硬度的关系 , 从木髓到
脸的影响 。 然而 , 正如 M a 10 n e y 所发现的 , 树皮 , 使幼龄材和成热材 的分离以及幼龄材
幼龄材对评估重新构成板材的 影响 非 常 有 和成熟材之间的潜在差异分析得有可能 。
限。 试验步骤
付木生 长早期形成的木材一般称之为幼 从位于 M i l l i n oc k e t , M ia n e 附近的北
龄材 , 而生 反后期产生的木材则称之为成熟 方造纸大公司境内挑选了 12 根颤杨原木 。 这
材 。 幼龄材生理上不同于成熟材 , 且不如成熟 些树出 自 1 9 3 0年大火后出现的颤杨 和大齿杨
材那样合乎需要 。 育人提议 , 同一树中的幼 的广阔林区 。 在这些林木中出现的造林经营
龄材带和成热材带应作为两种性质不同的总 不为人所知 。 这些是按尺寸大小 、 形态挑选
体对待 。 的 , 不存在腐朽现象 。 其尺寸标准是胸高直
尽管 有许多调研报告显示 , 木材性质随 径在 10 时以上 , 以确保选出35 一 50 年树龄的
树龄龄期变化而显著 , 但很难给这样的龄期 树木 , 使树木中包含有幼龄和成熟的两种木
精确地下个定义 , 即在此龄期幼龄材形成实 质组织 。
际上停止 , 只产生具 有成熟材特征的木质组 从何株树取出一段 6 一 8 时 长 的 根 段
织。 这通过采 用微弯试验试件多少能得出一 材 , 运送到M a ien 制材厂厂办大学 。 再 从每
些鉴别 。 对很小弯 曲试件的评定 , 往往只包含 根根段材上锯下 2 时厚的径 向毛方 , 又从每
单个的年轮 , 使树内木材力学性质的仿形得 根毛方上锯出 2 时长没有腐朽和节疤的截面
有可能 。 这些力学性质的统 计和图析 , 提供 板 。 木髓两面的辐射状部分保持均匀一致 ,
了幼龄期和成熟点的估计持续时间 , 其间隔 使 应拉木的倾角减至最小值 , 以确保木纹的
本文 于 1 9 9 1年 5 月 8 日收 J ,l 。
直线性 。 从每一块截面板的端部取样 , 以测
出树的比重 ( S G ) 分布图 。 将母一 块 截面
板的剩余部分力口工至音时厚 , 并不j J书J粤,也研
究中阐述的工艺技术从经过加工的截而板上
切割出微弯试件 。
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用于评定力学性质的微弯试件 , 一于一
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, 旦在试件宽度范围少于一 ;丁一圈 一到
年轮 , 某些正在树皮内侧获得的具有两圈年
轮的试件除外 。 这些试件始终如一地由木髓
到树皮进行切取 ,并在 3 0分钟 以内作试验 。 试
件的测定在未干燥情况下 (含水量为 4 5% 或
更高 ) 进行 ,使用 4 2 0 2型 lI s t r 。 二 试验机 。 所
用的支承装置是为微弯试验没汁胃 , 文 点距
、 。 1 3 、 一 卜 ,二 、 、 * 。 , , , , · - , 一为立一兰时 , 支点距与高度之比为 14 : 1 ,
4 4
终端支承不旋转 。 中心点施加的荷载通过一
个矗时半径 的十弓: 头 , 以o · 。 2时 / ` 分的速度
旋转 。 应作特殊评定的力学性质为裂断模量
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( M O R ) 和弹性模量 (M O E ) 。
从树一侧的树皮通过木髓到另一侧的树皮 , 作 出每株选用树木 的 比 重 ( s G ) 与树 竹卜 · 挤妙魏龄的关系分布图 。 这些试件是从上述的径 向 一
截面板上凿取的 , 为鱼时宽
4
, 沿木纹方向为 _
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1时长 , 每一纵切面 试 件 有 2 圈或 3 圈 年
轮 。 比重 (S G ) 计 算在未 干 燥 基 拙 上 迸
行 , 从每株树上平均凿取 30 块纵切而试件 。
分析程序
树龄龄期与作用的力学性质 之 间 的 关
系 , 幼龄材与成熟材存在差异 。 这表明在树
种和木材试件中从幼龄材到成熟材的过渡时
期的变化 , 具有相应的木材性质 。 某些材种
幼龄期的终止是突变的 , 但大多数树种幼龄
期的终止 是 逐 渐 过渡到成 熟 材 的 情况 ,
当这一点的木材性质开始展示出成熟材的特
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征时, 称为 “ 过 渡 l叔” ( T P ) , 而 当这一
汽的木材性质显著地展示出成熟 材 的 特 征
时, 称为 “ 成熟 点 ” ( P O M ) 。 因 此 认为
衬木生长反映了三个性质不同的时期 , 即幼
龄时期、 过渡时期和成熟时期 。
分段回归分析一般用于表现两个变量 的
辉特征 , 这两个变量是某些显而易见的点
的变化最 。 为确定每一木材性质 的 过 渡 点
(TP ) 和成熟点 ( P O M ) , 有两根回归 线
香合于树龄龄期与木材性质的关系 。 分段回
娜全析采用 S 八 5 N L I N程序进行 。
众所周知 , 因 为树龄龄期对每一时期的
木材力学性质有不同的影响 , 故描述统 汁可
铭l对树木幼龄期和成熟期进行评定 。 根据
分段回归分析结果 , 分类的微弯试件不是代
羡幼龄材和过渡材 , 就是代表成熟材 。
结果与讨论
确定木材性质过渡点 ( T P ) 和成 熟点
(POM ) 多少带有一些主观性 。 关 于 确 定
过渡点和成熟点的实用定量方法在调查研究
中存在一些分歧 。 据报导 , 没有令人满意的
有效定量方法能准确判断出特殊的过渡点和
咸熟点。 石其他研究中 , 成功地运用了非线
性回归技术 。 在这项分析中 , 也证明非线性
回归技术是有用的 。
分段回归程序为幼龄期和经试验了的方
法的最低剩余平方和提供 了重要的回归 系数
(P < 。 . 0 5 ) 。 利用每一木材性 质的两根 分
.没回归线的交 点 确 定 成 熟 点 ( P O M ) 。
过渡点 ( T P ) 由树龄龄期确定 , 在这个龄期
内, 所研究的木材性质第一次超越了成熟恒
定值 (图 1一图 3) 。 表 1所列为过渡 点和成熟
点的龄期。 F e n d t S 。 n 和 S e n ft 指出 , 杨木
怕毛杨类 . P o p u l u s S p p . ) 比重和力学
性质的过渡点与颤杨非 , 常接 近 , 为 17 一 18
年。 在现行研究中所得到的成熟点树龄儿乎
摄同, 比重 ( S G ) 的成熟点龄期为 30 年 ,
`黝模量 ( M O R ) 的成熟点龄期为 2 9 年 ,
表 l 颤杨比重 、 裂断模 t 和弹性模 t 的
过渡点和成熟点
比 重
裂断模量
弹性模量
过渡点 成熟点
· · · · · · · · … … (年 ) , · · · · 二 · · · … …
1 5 3 0
1 6 2 9
1 6 2 8
弹性模量 ( M O E ) 的成熟点龄期 为 28 年 。
由于显示出成熟的组织构造特征 , 较早达到
成熟点的力学性质不是出乎意料的 , 如纤维
一长短和微纤维角度 , 就可造成裂断模量 和弹
性模量的成熟期早于比重的成熟期 。
幼龄材和成熟材之间的性质变化度 , 据
报导 , 针叶树明显大于硬 木 。 B e n dt s e n 发
现 , 在所选用针叶树的幼龄材和成熟材之间
的强度性能差异达到 50 % 。 尽管硬木或许不
会展示大的变化度 , 但变化是实际存在而不
可忽略的 。 B e n d t s e n 和 S e n f t指出 , 根 据 成
熟材的加权值 , 杨木 (毛白杨类 ) 在幼龄材
和成熟材性质之间所显示的变化 , 比重约为
10 %
, 裂断模量为 21 % , 弹性模量 38 % 。
颤杨幼龄材和成熟材性质的平均值 , 幼
龄材和成熟材的相对差异表示为成熟材平均
值的百分率 , 都在表 2 中一一列出 。 幼龄材
和成熟材之间的最大弹性模量差为 31 % 。 幼
龄材的裂断模量比成 熟 材 的 裂 断模 量 小
18 %
。 两种类型材之间最小的比 重 差 异 为
15 %
。 这 一与以往研究的许多针叶树和硬木之
(下转 4 8页 )
表 2 颇 杨微弯试件的幼龄材和成熟材比
重 、 裂断模 , 和弹性模 t 的平均值
以及幼龄材和成熟材值的差异裹示
为成熟材平均值的百分率
性 质 幼龄材 成熟材 差异百分率
比 重 。 . 3 7 7 0 . 4 5 5 1 5
裂断模 量 (磅 /时 , ) 5今3 5 6 6 19 1 8
弹性模 量 (磅 /时 , ) 魂 9 9 0 5 , 了2了5 7及 从
俐一脚 `一 尹本` 田 ` ` ~ ` ~ 一
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一
图 二 林分 密 度控制图
M =M ,:
·
D / D
另一种是本文提出的系数加权法 : 分别
由 ( H , N ) 和 ( D , N ) 查得M : 、和 M 。 , 再
利用式 ( 2 ) 中 a 值加权 :
M 二 a M H + ( 1 一 a ) M 。
经检验 , 用系数加权法修正的蓄积 , 其
相关系数为 0 . 9 9 0 7 , 相对距离为5 . 4 4% ; 而
胸径 比修正法的相关系数为 0 . 98 4 5 , 相对距
(上接封三 )
间的关系相类似 。 然而 , 比重的小变化观测
值并不足 以解释力学性质的大差异观测值 。
随着树龄增加的力学性质大变化 , 也许反映
出比重和细胞尺寸增大以及再生细胞壁中微
纤维角度的增大等综合的影响因索 。
结 论
根据比重和微弯试件测定所得结果 , 颤
杨龄期持续时间对比重 (S G ) 、 裂断 模 量
离为 7 . 36 % 。 因此建议采用系数加权法提高
蓄积估计精度 , 能取得较满意的结果 。
主要 参考文献
( 1 ) 尹 泰龙 。 林分密度控制 图 。 中国林业
出版社 , 19 8 4 。
( 3) ( 日 ) 森下四 郎 ( 王永安 等译 ) 。 林
分 密度管理图产量预估 表的编制 , 森
林经理文集 (第一集 ) 。
( M O R ) 和弹性模量 ( M O E ) 看来显得一
致 。 所有测定木材性质的成熟点近似地达到
了同样的树龄 。 作为大规棋研究的一部分 ,
以探讨幼龄材对 固体 和组合木材产品性质的
影响 , 将导致对幼龄材和成熟材材料进一步
研究 , 使这种材料的松散分离成为现实 。
邓健生 译 邢 素 校
《 F o r e s t P r ( ) d u e t s J o u r n a l 》
1 9 9 0年 7 一 8 月刊