全 文 ：不同生态条件对人工林杨树木材物理力学
性质的影响*
查朝生 王嘉楠 方 宇 刘盛全* *
(安徽农业大学林学与园林学院, 合肥 230036)
摘要 在施肥与未施肥、淹水与未淹水两种生态条件下,以杨树人工林木材 I69 杨为对象,对木材年轮
宽度、基本密度、干缩性质、主要力学性质进行了测试, 并对数据进行了统计、对比和分析. 结果表明, 施肥
处理后,木材年轮宽度、静态抗弯弹性模量和顺纹抗压强度分别增大 0 99%、2 73%和 106% ; 全干时和
气干时的径向、弦向、体积全干干缩率分别降低了 4 2%、77%、6 6%、15 6%、63%和 11 1% ; 木材密
度、抗弯强度、动态抗弯弹性模量则分别降低了 2%、179%、8 13% .与未淹水相比, 季节性淹水对 I69 杨
木材密度、木材干缩率和力学性质的影响较大,二者差异显著( P < 0 05) . 其中木材密度、全干时和气干时
的径向、弦向、体积干缩率、抗弯强度、抗弯弹性模量以及顺纹抗压强度分别降低了 55%、11 1%、92%、
9 6% 、167%、10 9%、85%、24 29%、18 18%和 1681% .
关键词 施肥处理 季节性淹水 I69 杨 物理力学性质 木材变异
文章编号 1001- 9332( 2005) 11- 2012- 07 中图分类号 S781 29 文献标识码 A
Physicomechanical properties of plantation poplar wood under different ecoenvironments. ZHA Chaosheng ,
WANG Jianan, FANG Yu, LIU Shengquan( College of For estry and Gardening, A nhui Agricultural Universi
ty , H ef ei 230036, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 11) : 2012~ 2018.
The measurement of the physicomechanical properties of 9 plantation poplar I69( Populus deltoides CV. I69/
55) w oods under fert ilization and seasonal flooding show ed that compared with no fer tilization, fertilization in
creased the r ing w idth, static modulus of elasticity, and compressiv e strength par allel to the grain by 0 99% ( P>
0 05) , 2 73% ( P < 0 05) and 1 06% ( P < 0 05) , w hile decreased the airdry radial, tangential, volumetric
shrinkage, ovendry radial, tangential, v olumetric shr inkage, basic density, MOR, and dynamic modulus of elast ici
ty by 4 2% , 7 7% , 6 6% , 156% , 6 3% , 111% , 2% , 179% and 8 13% , respectively . Seasonal flooding de
creased the basic density, airdry r adial, tangential, volumetric shrinkage, ovendry r adial, tangential, volumetric
shrinkage, MOR, MOE, and compressive strengt h parallel to the gr ain by 5 5% , 111% , 92% , 96% ,
167% , 10 9% , 8 5% , 24 29% , 18 18% and 16 81% , respectively , in compar ing with nonflooding .
Key words Fer tilization, Seasonal flooding, Poplar I69, Physicomechanical properties, Wood var iation.
* 国家科技部中法合作先进项目( PRABT0004)、瑞典国际科学基
金组织国际科学基金项目( IFSD/ 27782F)、安徽省自然科学基金项
目( 01011104)和安徽省优秀青年科技基金资助项目.
* * 通讯联系人.
2005- 01- 25收稿, 2005- 05- 31接受.
1 引 言
杨树( Populus spp. )因其生长快、适应性强、繁
殖容易、木材用途广而引起世界各国的关注, 成为人
工林中的一种优良速生树种, 是我国重要的速生丰
产林和短周期工业用材林首选树种,也是世界人工
林发展的重要三大速生树种之一. 1995 年我国杨树
营造面积为666 ! 106 hm2,超过了世界其它国家杨
树人工林面积的总和[ 16] . 施肥是人工林速生丰产的
关键技术措施之一, 能增加土壤养分,加速林木的生
长,特别是早材细胞的生长.过去的许多研究已证明
了施肥对人工林的速生丰产效应.但是对于人工用
材林而言,光考虑速生丰产还不够,还必须考虑木材
的性能和质量, 只有优质高产才是人工用材林经营
的完整目标.
近年来关于施肥对人工林材性影响的研究也取
得了一定的进展. Gray[ 6]研究表明, 对红松进行施肥
处理,可增加早材细胞壁厚度,相对降低晚材细胞壁
厚度,而使木材结构趋于均匀. 罗建举[ 9]发现,施肥
处理使尾叶桉木材纤维宽度显著增大, 木材密度显
著降低.柴修武等[ 1, 2]曾对混合肥料和单一肥料的
施肥处理对杨树材性影响的进行了研究. 李飞云
等[ 8]发现,施肥对杉木材性的改善作用不明显. 施
肥处理对杨树人工林木材的性能和质量的影响, 国
内研究报道较少, 并且结论不一致.
关于淹水对杨树的影响, 已有的研究更多地侧
重于 对 杨 树 生长 量 等 生 长 性 状 影响 的 研
应 用 生 态 学 报 2005 年 11 月 第 16 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Nov . 2005, 16( 11)∀2012~ 2018
究[ 14, 20~ 22, 24] . 研究表明, 淹水时间在 3 个月以内,
且淹水深度在 3 m以下, 使用杨树大苗造林, 不影响
林木成活,但生长受到影响;水淹在 45 d以内, 水深
在15 m 以下, 对杨树生长不仅没有影响, 反而有
利,这说明淹水对杨树生长有一定程度的影响[ 7] .
淹水对杨树木材性质的影响研究甚少, 且主要集中
在对解剖特征[ 9]的研究上.
本文通过比较和分析施肥处理以及淹水条件对
I69杨木材主要物理力学性质的影响, 旨在为滩地
I69杨速生丰产高质的营林模式以及木材的合理加
工利用,提供科学的理论依据和指导.
2 研究地区与研究方法
21 研究地区概况
试材采集地位于安徽省天长市.该市位于安徽省江淮丘
陵的东部,与江苏苏北的扬州、仪征等毗邻, 东接高邮湖, 是
典型的平原水网地区.气候为北亚热带季风气候:阳光充足、
气候温和、雨量适中. 年平均气温 14 8 # , 1 月均温 117
# , 7 月均温 27 6 # , 降水量 1 041 mm, 日照时数 2 197 6
h, 无霜期 220 d. 林地于 1991 年开始造林,种植密度为 4 m
! 5 m.施肥处理地从第 4年开始施肥, 1 hm2施 120 kg的钾
肥, 600 kg N 和 P 混合肥. 其中钾肥为氯化钾, 有效成分按
56%K 2O 计; 氮肥为尿素, 有效成分按 46% N 计; 磷肥为钙
镁磷肥,有效成分按 14% P2O5 计.试验地属高邮湖畔红草湖
滩地,由于内圩的影响, 有季节性淹水的特点,部分地区每年
淹水 2个月左右,淹水深度 1 m 左右. 样地自然条件及林分
生长情况见表 1.
表 1 人工林杨树样木基本情况
Table 1 Outdoors records of samples of plantation poplar
编号
Number
处理条件
T reatment
树龄
Age
( yr)
胸高直径
DBH
( cm)
树高
Height
(m )
枝下高
Branch height
( m)
6901 K120+ T 12 24 5 145 78
6902 12 24 6 150 82
6903 12 23 5 135 64
6904 未施肥 12 24 1 140 72
6905 U nfertilization 12 23 9 138 67
6906 12 23 7 142 75
6907 12 23 4 126 62
6908 淹水 Flooding 12 21 9 112 58
6909 12 22 1 130 65
K 120:钾肥 120 kg∃hm- 2 Means 120 kg K fert ilizers per hm2; T: (氮肥+ 磷肥 )
600 kg∃hm- 2Means 600 kg nit rog en fer tilizer and phosphate fert ilizer per hm 2;
采集时间为 2003年 12月, 地形为湖滩,土壤为粘壤土、有机质含量中,年平均
日照 1 800~ 2 500 h, 年均温度 154~ 166 # ,年降水量 1 041 mm , 无霜期
220~ 240 d T he time of sample collection was in December, 2003; geolog ical t ype
is lakebeach; soil t ype is sticky and o f middle org anism ; the year average sunlight is
1 800~ 2 500 h; the year average t emperature is 154~ 166 # ; t he year precipi
t ation is 1 041 mm; the frostless seasons is 220~ 240 d.
试材采集按照国家标准%木材物理力学试材采集方法&
( GB192797) [ 4] , 共采集 9 株, 分别采自 3 块相邻的试验地,
其中样木标号 6901~ 6903 的试材进行了施肥处理, 6904~
6906的试材既未施肥, 又未被淹水, 6907 和 6908 的试材每
年有 2 个月左右的水淹.样木除施肥处理外, 其他因素都尽
量控制在同一水平, 以便进行不同条件下的材性对比研究.
2 2 研究方法
将每株伐倒样木距树基部 13 m 处向上的木段, 沿南北
方向通过髓心锯解成中心板, 气干后按照 GB192939 [ 4]木材
物理力学试材锯解试样截取方法加工成木材基本密度、顺纹
抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量试样, 然后按 GB1930
3391、GB1935361、2的测试方法,分别测定木材生长轮宽
度、含水率、干缩率、基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗
弯弹性模量.
原始数据用 Excel软件进行方差分析、回归分析和相关
分析.
3 结果与分析
31 施肥处理对 I69杨物理力学性质的影响
311 年轮宽度 年轮的宽窄是生长率的标志.年轮
宽度是林木生长量的主要指标,其大小反映了树木生
长速度的快慢, 直接影响木材材积和年生长量. 探讨
年轮宽度的径向变异,对培育速生、丰产优质木材意
义重大.柴修武等[ 1, 2]对杨树年轮宽度研究表明,肥料
明显促进杨树生长. 由表 2可见, 未施肥处理的年轮
宽度均值为 101 mm,施肥处理的年轮宽度均值为
102 mm,比未施肥处理大 099%. 可见肥料对杨树
生长有促进作用,与柴修武等的结论相符.
图 1为 2种施肥处理条件下年轮宽度的径向变
异曲线. 由图 1可见, 1~ 3年 2种处理条件下的年
轮宽度基本相近; 4~ 5年,未施肥的年轮宽度上升
较快,大于施肥处理; 5年以后施肥处理的年轮宽度
大于未施肥处理. 究其原因,是由于施肥处理地是从
第 4年开始施肥的, 前 3 年生长相近, 4~ 5年肥料
还未表现效应,第 5 年以后肥料对杨树生长才起到
明显的促进效应. 由图 1还可以看出,施肥与未施肥
条件下年轮宽度径向变异总体趋势基本相似,由髓
心向外呈增大的趋势. 这种趋势可能与所取 12年生
杨树仍处于生长期,生长还较旺盛有关.
312 木材的基本密度 施肥条件下的 I69杨的基
本密度为 0378 g∃cm- 3,比未施肥条件下的基本密
度 0386 g∃cm- 3小 2% .施肥促进了树木的生长,但
同时使木材密度有所降低. 这主要是由于施肥后,树
木形成层原始细胞分裂加快,形成层后作用减小,导
管比量增加,木纤维比量减小, 使得木材密度减小,
这与罗建举等[ 10]、徐永吉等[ 22]的研究结果相似,即
木材密度与树木生长速度之间存在负相关性.施肥
和未施肥条件下木材密度的径向变异规律相似(图
2) , 均为从髓心到树皮在波动中缓慢增加. Panshin
201311 期 查朝生等: 不同生态条件对人工林杨树木材物理力学性质的影响
表 2 施肥与未施肥条件下杨树木材材性
Table 2 Wood properties of poplar in different fertilizations
施肥处理
Fert ilizat ion
施 肥 Fertilized
6901 6902 6903
平均值
Average
未施肥 Unfert ilized
6904 6905 6906
平均值
Average
总平均值
Average
年轮宽度 Annual ring width( mm) 114 108 88 102 103 92 110 101 101
变异系数 CV( % ) 5195 5633 4959 5287 3861 4239 3083 3689 4531
基本密度 Basic density( g∃cm- 3) 038 038 038 038 039 038 039 039 038
变异系数 CV( % ) 110 187 87 133 91 113 102 100 119
图 1 施肥与未施肥条件下年轮宽度的径向变异
Fig. 1 Radial variation of annual ring w idth in different fert ilizat ion.
∋ 施肥 Fert iliz er; ( 未施肥Un fert ilizer.下同 The same below .
图 2 施肥与未施肥条件下基本密度的径向变异
Fig. 2 Radial variation of density in diff erent fert ilizat ions.
图 3 施肥与未施肥条件下基本密度的轴向变异
Fig. 3 Longitude variat ion of density in diff erent fert ilizat ions.
等[ 12]在总结大量变异规律的基础上将木材密度径
向变异划分为 3种类型: ∋.自髓心向外递增; (. 自
髓心向外,最初递减,然后向外层再增加; ). 髓心附
近密度高于树皮附近密度, 密度自髓心到树皮以直
线或曲线形式降低. 结果表明,施肥与未施肥条件下
密度的径向变异,均符合 Pashin∋的变异规律.轴向
变异也呈现相近的变异规律(图 3) : 从树干基部向
上逐渐减小,在 13 m 处达到最小值,以后随着高度
的增加又逐渐增大.
313 木材干缩率 木材作为一种有机材料,在空
气中受气温和湿度等自然因子的影响, 发生干缩和
湿胀,改变原有尺寸和形状,影响木材及其制品的使
用.对干缩性质变异的研究, 可以为杨树木材的干
燥、加工利用提供科学依据.
施肥对 I69杨的干缩性质的影响明显. 从表 3
可以看出, 各项干缩指标都有不同程度的降低. 其
中,径向全干干缩率和弦向全干干缩率分别下降
42%和 79% ;径向气干干缩率和弦向气干干缩率
分别下降 156%和 63%; 体积全干干缩率和体积
气干干缩率则分别下降 66%和 111%; 说明施肥
处理使杨树木材的干缩性能有了一定程度的改善,
即木材干燥时会减少变形、开裂,提高了木材尺寸的
稳定性. 对 2种条件下各干缩率指标径向变异规律
的研究(表 3)发现, 施肥与未施肥条件下表现出相
似的规律:径向全干干缩率从髓心到树皮呈递减趋
势;弦向全干干缩率先增大后减小, 以 7~ 9轮处最
大;径向气干干缩率先减小后增大, 以 7~ 9轮处为
最小;弦向气干干缩率从髓心到树皮呈递增趋势.
314 木材力学性质的差异 施肥与未施肥条件下
的杨树木材力学性质见表 4. 其中抗弯强度和动态
弹性模量未施肥材大于施肥材, 差异相对值为
179%和 813%,而静态弹性模量和顺纹抗压强度
施肥材大于未施肥材, 差异相对值为 273% 和
106% .这是由于施肥处理改变了木材的结构或使
斜纹理倾斜的角度增大, 或是由于施肥导致木材密
度减小,而力学性质又与密度成正相关. 这与 Gray
等[ 13]研究结论(施肥提高红松木材抗弯弹性模量)
相似,而与方文彬等[ 5]的研究结果相反, 与柴修武
等[ 2]发现的肥料对杨木材性的负效性, 亦不完全一
致.因此,施肥方式、施肥时间、施肥种类以及施肥量
对针叶树材和阔叶树材材性的影响, 是正效应还是
负效应,还有待于进一步研究.
对 2种条件下 I69杨木材抗弯强度、弹性模量
和顺纹抗压强度等 3项主要力学性质与基本密度的
相关性分别进行了一元线性回归分析(表5) .结果
2014 应 用 生 态 学 报 16 卷
表 3 2种条件下 I69杨木材干缩性质的比较
Table 3 Comparison of wood shrinkage in different fertili zations
测定项目
Item
措施
Fertilizat ion
计数
Number
均值
Average
最大值
Maximum
最小值
Minimum
变异系数
CV( % )
标准偏差
Standard deviat ion
全干干缩率 径向 F 41 388 597 303 160 062
Shrin kage in Radial UF 33 405 735 300 242 098
ovendry( % ) 总计 Total 74 394 735 300 203 080
弦向 F 41 767 899 320 143 110
Tangential UF 33 833 1115 469 131 109
总计 Total 74 796 1115 320 142 113
体积 F 41 1152 1297 689 98 113
Volumetric UF 33 1234 1449 1001 83 102
总计 Total 74 1188 1449 689 96 114
气干干缩率 径向 F 41 189 397 064 275 052
Shrin kage in Radial UF 33 224 465 156 326 073
airdry( % ) 总计 Total 74 203 465 064 325 066
弦向 F 41 488 610 283 193 094
Tangential UF 33 521 753 140 226 118
总计 Total 74 502 753 140 209 105
体积 F 41 735 1211 361 245 18
Volumetric UF 33 827 145 311 273 226
总计 Total 74 774 145 218 267 207
F:施肥 Fertilization; UF:未施肥 Unfert ilization.下同 The same bellow
表 4 人工林 I69杨木材的力学性质
Table 4 Wood mechanical properties of poplar
测定项目
Item
措施
Fert ilizat ion
计数
Number
均值
Average
最大值
Maximum
最小值
Minimum
标准偏差
Standard deviat ion
变异系数
CV( % )
抗弯强度 F 41 7483 9061 4992 942 126
Modulus of rupture( MPa) UF 33 7619 9480 6167 861 113
总计 t otal 74 7544 9480 4992 903 120
静态抗弯弹性模量 F 41 6 66673 10 81203 3 88412 1 58007 237
S tat ic modulus of elasticity( MPa) UF 33 6 64690 9 38296 4 37799 1 24432 187
总计T otal 74 6 65789 10 81203 3 88412 1 43067 215
动态抗弯弹性模量 F 82 976112 131355 644956 164776 169
Dynamic modulus of elast icity( MPa) UF 50 10 62512 1277910 7 92779 9815 92
总计 t otal 132 10 08839 13 13553 6 44956 1 48867 148
顺纹抗压强度 F 20 4231 4962 3641 363 86
Compressive st rength parallel to the grain( MPa) UF 10 4186 4638 3608 318 76
总计 t otal 30 4216 4962 3608 343 81
实验室温度为 20 ∗ 2 # T he tem perature is 20 ∗ 2 # ;实验室相对湿度为 65% ∗ 5% T he humidity is 65% ∗ 5% .
表明, 3项力学性质与密度都存在较高的相关性, 抗
弯强度与密度、抗弯弹性模量与密度的相关性在未
施肥材中不如在施肥材中表现显著,而顺纹抗压强
度则相反. 究其原因, 施肥后木材的早材管胞壁增
厚,晚材管胞壁变薄, 使得木材的早材率增加, 而晚
材率降低,因而木材的结构比较均匀.施肥处理对林
木生长的影响机理、木材形成内在影响机理与未施
肥对照处理的不同, 还有待于进一步研究.
32 淹水对 I69杨物理力学性质的影响
淹水与未淹水条件下 I69杨的主要物理性质
见表 6. 由表 6可见,在淹水条件下生长的杨树主要
物理力学性质均比未淹水的小.与未淹水相比,淹水
后木材的基本密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹
抗压强度分别下降 55%、2429%、1818% 和
1681%,全干和气干时的径向、弦向和体积干缩率
则分别降低 111%、92%、96%、167%、109%
和 85% .
季节性淹水系灾害水位, 对 I69杨木材物理力
学性质影响较大. 方差分析 (表 7)表明, 所有的指
标,仅径向全干干缩率在 005 水平下差异不显著,
其中体积全干干缩率、基本密度、抗弯强度、抗弯弹
性模量以及顺纹抗压在 0001水平下差异显著.
表 5 人工林杨树木材力学性质与基本密度的相关关系
Table 5 Relationship between the densi ty and the mechanical properties
of poplar
相关关系
Relationship
施肥条件下
Fertilized
样本数
Number
相关系数
Correlation
coefficient
未施肥条件下
Unfertilized
样本数
Number
相关系数
Correlation
coefficient
施肥+ 未施肥
Total
样本数
Number
相关系数
Correlation
coefficient
抗弯强度与密度
MOR/ density
33 0677* * 33 049* * 66 059* *
抗弯弹性模量与密度
MOE/ density
33 054* * 33 016 66 038*
顺纹抗压强度与密度
Compressive strength
parallel to the
grain/ density
17 040* * 10 057* * 27 045* *
* P< 0 05; * * P < 0 01.
201511 期 查朝生等: 不同生态条件对人工林杨树木材物理力学性质的影响
表 6 淹水与未淹水条件下 I69杨的主要物理力学性质
Table 6 Main physicomechanical properties of poplar in flooding and drying condi tion
物理力学性质
Physicomechanical properties 未淹水Drying 淹水Flooding 物理力学性质Physicomechanical propert ies 未淹水Drying 淹水Flooding
全干干缩率 径向 Radial 4049 557 3600 056 基本密度 Basic density( g∃cm- 3) 0389 596 0368 169
Shrin kage in 弦向 Tangential 8331 906 7565 371 MOR Modulus of rupture(M Pa) 76194 49 57686 85
ovendry( % ) 体积 Volumet ric 12341 46 11156 68 MOE Modulus of elast icity( M Pa) 8255 086 6754 311
气干干缩率 径向 Radial 2237 028 1863 444 顺纹抗压强度 41855 25 34819 38
Shrin kage in 弦向 Tangential 5206 955 4639 397 Compressive st rength parallel
airdry( % ) 体积 Volumet ric 8087 753 7400 294 to the T angent ial grarin( M Pa)
表 7 淹水与未淹水条件下 I69杨主要物理力学性质的方差分析
Table 7 Variance analysis of main physicomechanical properties of poplar in flooding and drying condi tion
物理力学性质
Physicomechanical properties 差异源Source SS 自由度df MS F F 临界值F crit
全干干缩率径向 径向 组间 Inter group 3333 841 1 3333 841 3869 452 3990 92
Shrin kage in Radial 组内 Int ra group 5514 109 64 086 158
ovendry( % ) 弦向 组间 Inter group 9695 012 1 9695 012 9018 768* * 7048 243
Tangential 组内 Int ra group 68798 84 64 1074 982
体积 组间 Inter group 23161 13 1 23161 13 24267 63* * * 11896 19
Volumet ric 组内 Int ra group 61081 87 64 0954 404
气干干缩率 径向 组间 Inter group 2302 818 1 2302 818 5135 629* 3990 92
Shrin kage in Radial 组内 Int ra group 28697 63 64 0448 4
airdry( % ) 弦向 组间 Inter group 5315 016 1 5315 016 4256 156* 3990 92
Tangential 组内 Int ra group 79922 13 64 1248 783
体积 组间 Inter group 7797 899 1 7797 899 5910 333* 3990 92
Volumet ric 组内 Int ra group 84439 49 64 1319 367
基本密度 组间 Inter group 0007 576 1 0007 576 20571 24* * * 11896 19
Basic density(g∃cm - 3) 组内 Int ra group 0023 57 64 0000 368
MOR 组间 Inter group 5 651791 1 5 651791 96903 28* * * 11896 19
Modulus of rupture( MPa) 组内 Int ra group 3 732739 64 58324 05
MOE 组间 Inter group 37163 35 1 37163 35 13923 87* * * 11896 19
Modulus of elast icity(M Pa) 组内 Int ra group 170818 5 64 2669 04
顺纹抗压强度 Compressive 组间 Inter group 247517 2 1 247517 2 28934 67* * * 15379 56
st rength parallel to the grarin( MPa) 组内 Int ra group 153978 3 18 8554 347
* P< 05; * * P< 001; * * * P < 0001.
木材密度是木材性质的一项重要指标, 是影响
木材质量、木浆产量的重要因子,据此可以判断木材
的工艺性质和物理力学性质(强度、硬度、干缩及湿
胀等) [ 3, 12, 11] . 季节性淹水使 I69 杨木材基本密度
降低 55%, 经检验, 0001水平下差异显著.
由表 6可以看出,淹水后的杨树干缩率都有所
降低,其降幅分别为径向全干干缩率 111%、弦向
全干干缩率 92%、体积全干干缩率 96%、径向气
干干缩率 167%、弦向气干干缩率 109%、体积气
干干缩率 85%. 究其原因, 可能是季节性淹水, 使
得木材的晚材率降低, 淹水后木材所含的浸提物较
多,导致木材干缩性变小;也有可能是因为淹水使木
质素含量上升, 由于木质素占据木材细胞壁之间的
吸水空间,对木材尺寸具有一定的稳定性,因此木材
的干缩性变小. 这与汪佑宏[ 18]研究淹水后枫杨的干
缩率有相同的结果.一定程度的淹水反而有利于 I
69杨木材尺寸的稳定.
由表 6可以看出,淹水的木材各项力学指标也
均有降低, 降低的幅度从顺纹抗压强度的 1681%
到抗弯强度的 2429%不等. 影响木材力学性质的
主要因素,除与木材构造之外, 还与木材中的水分、
密度和纹理等因素有关. 木材强度随吸着水的增加
而下降[ 23] ,而淹水使得木材的吸着水含量增大, 故
力学强度下降.一般而言, 木材密度较大, 其抗弯强
度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度、冲击韧性等力学
性质也较大.淹水使木材的基本密度下降,致使其抗
弯强度、抗弯弹性模量以及顺纹抗压强度也随之下
降.这也与汪佑宏等[ 17]、陶仁中[ 14]等研究结果一
致.
对两种条件下 I69杨木材抗弯强度、弹性模量
和顺纹抗压强度等 3项主要力学性质与基本密度的
相关性分别进行了一元线性回归分析(表 8) . 结果
表明, 3项力学性质与密度都存在较高的相关性.但
淹水使得各项力学指标与密度间相关性减小,这主
要是由于较长时间的淹水改变了木材结构,改变了
木材密度、浸提物及吸着水含量, 而且细胞排列方
向、胞壁率、组织比量等变异增大的缘故.
2016 应 用 生 态 学 报 16 卷
表 8 木材力学性质与基本密度的相关关系
Table 8 Correlations between mechanical properties and basic density of
wood
力学性质
M echanical properties
N 回归方程
Regression equations
R
M OR 32 y= 7 2292 x+ 830540 05721*
M odulus of rupture( MPa) 32 y= 3 8034 x+ 628802 04611*
M OE 32 y= 0 7873 x+ 79872 0764 2*
M odulus of elasticity( MPa) 32 y= 0 6817 x+ 65352 06775*
顺纹抗压Compressive strength 32 y= 3 2645 x+ 407950 05348*
parallel to the grarin( M Pa) 32 y= 2 8738 x+ 339373 04336*
* 方程回归显著 Significant regression.
33 两种生态条件下材质等级的评价
木材是一类自然长成的物质. 性质是用来描述
物质的,即反映它们的本质.从木材利用角度来说,
木材品质因子是指对木材使用价值有影响的那部分
木材性质,并且它们在木材间还有差异,这样才能构
成对木材质量的影响.木材是用途广泛的材料,一般
用影响木材产品质量的一些木材性质指标来衡量木
材品质,但对尚未肯定其最终用途的木材,只得采用
几个对多种用途均有影响的因子, 主要包括木材的
密度、强度、天然耐腐性、尺寸稳定性和易裂状况[ 24]
等.因此, 本文以木材密度、抗弯强度、抗弯弹性模
量、顺纹抗压强度等作为施肥与未施肥杨树材质的
评估因子,评价木材品质的好坏[ 3, 17, 23] .
由表 9可见, 两组木材(施肥与未施肥, 淹水与
未淹水)的各项指标基本上均属于+中等,偏下, 虽然
施肥处理或淹水条件对木材的基本密度、抗弯强度、
抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均有影响, 但不影响
木材等级的划分, 并且力学强度并不因为施肥处理
或淹水而在等级上有所降低.从木材利用强度指标
的角度而言,施肥处理在速生的同时,对+质,产生的
+不良影响,还是可以忽略的.同时虽然淹水对木材
力学性质造成的影响比施肥处理的影响大,但同样
也不会使杨树木材的使用范围降低.
表 9 材质等级及评估
Table 9 Grade of wood quali ty and evaluation
项目 Item 级 别Rank
基本密度 甚轻 轻 中 重 甚重
Basic density Very light L ight M iddle Heavy Very heavy
< 035 0351~ 0550* /* * / * * * 05511~ 0750 0751~ 0950 > 0950
抗弯强度( MPa) 甚低 低 中 高 甚高
Modulus of rupture Very low Low Middle High Very high
< 50 50~ 80* / * * / * * * 81~ 120 121~ 170 > 170
抗弯弹性模量( GPa) 甚低 低 中 高 甚高
Modulus of elast icity Very low Low Middle High Very high
< 9* / * * /* * * 91~ 118 119~ 147 148~ 186 > 187
顺纹抗压强度( MPa) 甚低 低 中 高 甚高
Compressive st rength Very low Low Middle High Very high
parallel to the grarin < 245 246~ 343 344~ 549* / * * /* * * 550~ 824 > 824
含水率均为 12% Moisture= 12% ; * / * * / * * * 分别代表施肥、未施肥、淹水 3种条件物理力学性质所在的级别 T he rank of the physical and
m echanical properties.
4 结 论
41 施肥处理对杨树生长有促进作用. 施肥处理
后,木材的静态抗弯弹性模量和顺纹抗压强度有所
增大,但木材密度、抗弯强度、动态抗弯弹性模量及
木材干缩性质均降低.
42 淹水对 I69 杨木材物理力学性质影响较大,
与未淹水相比, 所有力学指标均有所下降.方差分析
表明,除径向全干干缩率外,其他均差异显著, 其中
体积全干干缩率、基本密度、抗弯强度、抗弯弹性模
量以及顺纹抗压在 0001水平下差异显著.
43 两组条件下的木材各项指标基本上均属于中
等偏下.虽然施肥处理使静态抗弯弹性模量和顺纹
抗压强度有所增大,抗弯强度和动态抗弯弹性模量
有所降低,淹水使得所有的指标都下降,但不影响木
材等级的划分, 各种指标仍在同一个等级.
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作者简介 查朝生, 男, 1978 年生,博士生. 主要从事木材科
学、木材材质改良等方面的研究. T el: 13965059799; Email:
zhacs@ 163. com, zhacs@ ahau. edu. cn
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