全 文 ：木材工业　Ｗｏｏｄ　ｌｎｄｕｓｔｒｙ
６４　 ＦＯＲＥＳＴ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
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辐照剂量对青皮竹竹材性能影响的研究＊
王英飒１，田雅洁１，张瑞峰２，何　静１，余道坚
（１．北京林业大学材料科学与技术学院，北京　１０００８３；２．天津出入境检验检疫局，天津　３００４５７；
３．深圳出入境检验检疫局动植中心，广东　深圳　５１８０４５）
摘要：研究了辐照剂量对青皮竹（Ｂａｍｂｕｓａ　ｔｅｘｔｉｌｉｓ）竹材性能的影响。采用不同的 Ｃｏ６０射线（２０、３０、４０、５０、６０、８０Ｇｙ）处
理青皮竹，通过力学测定和光谱分析对辐照前后的青皮竹进行研究。结果表明：结合抑虫率实验结果，力学性能试验和
光谱分析均表明青皮竹竹材发生了降解，５０～６０Ｇｙ降解不明显，８０Ｇｙ以上降解显著。
关键词：青皮竹；辐照剂量；青皮竹性能
中图分类号：Ｓ７９５　　　　　　　　　　　文献标识号：Ａ 文章编号：１６７１—４９３８（２０１６）０８—００６４—０５
ＤＯＩ：１０．１３４５６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｋｔ．２０１６．０８．０２２
　　我国竹子资源丰富，常见于现代生活中的各类产
品。竹材中含有较高的纤维素、糖类等有机物质，因
＊质检公益性行业科技专项：竹木及水果等植物检验处理装备与
技术研究－熏蒸处理对竹木制品材料理化性状影响的研究（２０１４１００５４
－０４）。
作者简介：王英飒（１９９１－ ），硕士，主要研究方向：林产精细化工，
地址：北京林业大学材料学院。
通讯作者简介：何静，教授，主要研究方向：林产精细化工。余道
坚，研究员，主要研究方向：昆虫检疫鉴定与除害处理研究。
而易被虫蛀［１－３］。为了消除竹制品可传代的竹长蠹等
多种危险性有害生物，竹材及其制品进行检疫处理显
得尤为重要。竹材的质检处理的几种方法具体有：熏
蒸处理、水浸灭虫处理、射频处理、辐照处理、热处理
和停运、退回或销毁处理等方法［４－５］。其中辐照检疫
是一种容易操控、成本低廉且能够保障竹材本身材性
不发生较大变化的高效处理方法，满足了环境友好的
基本要求。
是掘菇后残留的菇坑并未复士掩平，致使地下菌丝体
暴露在空气中枯死。如果松茸地下菌丝分布浅的话，
其地下菌丝的被破坏程度就更为严重，有序的地下菌
丝难以恢复，必然使该盛产区的松茸陷于无源之水、
竭泽而鱼的境地。１０年前吉林省延边州的松茸年产
量超过３００ｔ，现在已经减少到１２０ｔ左右，最低时还不
到２０ｔ，丰欠周期由２ａ延长到４ａ，且欠多丰少。松茸
的采摘面积在扩大的同时原始森林面积逐年减少、且
单位产量在不断降低，使松茸资源急剧减少，有些产地
甚至已到枯竭的境地。据我们这几年的调查表明，在原
有分布名录中的甘肃、青海和新疆等地已基本看不到松
茸。因此如何保护松茸资源，以及实现松茸资源可持续
发展，已成为当前我国生物多样性保护的重要内容。
综合以上调查分析，我们得出了松茸资源量与立
地环境和气候因子的主要宏观信息点。人为地改变
一些自然条件和因子，适时控制出菇时期并适时采
收［７］，是达到保护资源且创造林农最高经济价值目标
的有效途径。在调查了与松茸生长、产量与分布的相
关因子，进而建立回归或模型关系，建立封山育茸、改
善林分条件，适当清理林地覆盖物、科学采集以及采
后保护等一整套技术体系，将有助于我国松茸资源的
有效保护和持续利用。
参考文献：
［１］　Ｄｅｎｇ　Ｈｕｉ，Ｙａｏ　Ｙｉｊｉａｎ，ＰＥＧＬＥＲ　Ｄ　Ｎ．Ａｎ　Ａｎｎｏｔａｔｅｄ　Ｃｈｅｃｋ－
ｌｉｓｔ　ｏｆ　Ｔｒｉｃｈｏｌｏｍａ　ｆｒｏｍ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．菌物研究，２００４，２（１）：１－
１８．
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［３］　刘培贵，袁明生，王向华，等 ．松茸群生物资源及其合理
利用与有效保护［Ｊ］．自然资源学报，１９９９，１４（３）：
２４５－２５０．
［４］　孙刚，王振堂 ．松茸发生地植被特征及功能分区［Ｊ］．吉
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［５］　李维国，赵永光 ．适于松茸生长的生态条件［Ｊ］．微生物
学杂志２０００，２０（３）：５２－５４．
［６］　许广波，傅伟杰，魏铁铮，等 ．长白山区松茸产地的土壤
生态［Ｊ］．吉林农业大学学报，１９９６，１８（３）：５３－５７．
［７］　段福文，闫尔葵 ．楚雄地区４种野生菌子实体生长过程
调查报告［Ｊ］．中国食用菌，２０１５，３４（１）：３４－３６．★
（栏目责任编辑　蒋旭东）
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辐照检疫处理通过射线或电子加速器产生的高能电
子的强穿透力，从而达到对进出口的竹木制品进行检
疫处理的目的［６］。由于高能射线以及由它激发的高
度活性中间物无残留物、环保并且能耗低，所以辐照
检疫处理被认为是一种干净的加工技术［７］。但在辐
照处理过程中，竹木材的性能会发生变化，尤其是材
料的力学性能等的变化，而力学性能作为竹材的一个
重要的物理性能，辐照处理中辐照剂量对竹材性能变
化有明显的影响［８－１０］。本文将对辐照剂量对青皮竹
竹材性质影响进行研究分析，同时结合竹材材料质检
疫抑虫率的要求，为辐照检疫处理提供了一定的技术
支持。
１　材料与方法
１．１　实验材料
青皮竹（Ｂａｍｂｕｓａ　ｔｅｘｔｉｌｉｓ），产自于广东清远，一
年生，直径约３～６ｃｍ，厚度约０．５～２．５ｃｍ，切割成约
３０ｃｍ的竹筒，室温条件下避阳存放。
１．２　主要仪器
辐照仪：清华大学核能与新能源技术研究院辐照
中心提供；万能力学实验机：ＭＷＤ－１０Ｂ型（济南华
新公司）；多晶Ｘ射线衍射仪：Ｄ８－ＡＤＶＡＮＣＥ型（德
国Ｂｒｕｋｅｒ－ＡＸＳ公司）；傅立叶变换显微红外光谱仪：
Ｎｉｃｏｌｅｔ　ｉＮ１０型（海力晶科学仪器有限公司）；扫描电
子显微镜：Ｓ－３４００Ｎ型（株式会社日立高新技术事业
所）；核磁共振仪：Ｍｅｒｃｕｒｙ３００ＭＨＺ型（美国 Ｖａｒｉａｎ
公司）。
２　实验方法
用字母给各实验处理条件编号，字母Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎ、
Ｏ、Ｐ、Ｑ分别代表辐照条件为ＣＫ（空白）、２０、３０、４０、
５０、６０Ｇｙ和８０Ｇｙ。
２．１　辐照检疫处理实验
射线辐照装置如图１所示，采用Ｃｏ６０为辐照源处
理，该辐照源中心剂量率为９．６５Ｇｙ／ｍｉｎ。将青皮竹
试件固定于辐照源中心７０ｃｍ处，青皮竹试件吸收剂
量分别达２０、３０、４０、５０、６０Ｇｙ和８０Ｇｙ的时间分别为
１２４、１８６、２４９、３１１、３７３ｓ和４９７ｓ。当达到辐照处理时
间后，将青皮竹试件取出备用。
２．２　竹绿虎天牛抑虫率实验
将青皮竹加工成一定横截面的小块，密封于自封
袋中。辐照处理完成后，将青皮竹块置于阴凉处２５
℃下，一周后进行竹绿虎天牛幼虫死亡率的分离计
数。将竹块切成细条放在盛有蒸馏水的分离器中，在
２５℃下静置２４ｈ后，镜检青皮竹块中活虫数量，统计
图１　６０Ｃｏ－γ射线辐照装置
和计算竹绿虎天牛的死亡率。竹绿虎天牛抑虫率 Ｘ
用下面的式（１）计算：
Ｘ＝
ｘ２
ｍ２×
ｍ１－ｘ１
ｘ ×１００％
（１）
　　显微镜下计数被检疫处理竹块中竹绿虎天牛活虫数量为
ｘ１，被处理竹块烘干后计算其干重为 ｍ１，此时活虫死虫总共虫
量为ｘ。对照竹块中竹绿虎天牛活虫数量为ｘ２，烘干后计算其
干重为ｍ２。
２．３　竹材力学性能试验
青皮竹的力学性质测定试验参照国家标准ＧＢ／Ｔ
１５７８０－１９９５《竹材物理力学性质实验方法》进行测
量。每种字母编号各取八个加工成型的试件，用作平
行试验。
２．４　Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）分析
Ｘ－射线衍射分析结晶度实验中所用的青皮竹竹
粉制备：将竹筒劈条，置于粉碎机中粉碎过筛，取４０～
６０目备用。
实验采用Ｘ射线衍射仪对青皮竹竹粉进行检测，
Ｃｕ靶辐射源，Ｎｉ滤波，管压、管流分别为４０ｋＶ 和
４０ｍＡ，积分时间为０．２ｓ，扫描速度为５°／ｍｉｎ，扫描范
围介于５～４５°。根据Ｓｅｇａｌ公式［１１－１２］计算相对结
晶度：
Ｉｃｒ＝ （Ｉ００２－Ｉａｍ）／Ｉ００２×１００％ （２）
式中：Ｉｃｒ—相对结晶度；Ｉ００２—００２面衍射峰的极大强度，２θ＝
２２．５０°；Ｉａｍ—无定形区的衍射强度，２θ＝１８°。
２．５　扫描电子显微镜（ＳＥＭ）成像
样品处理：将试样水煮软化后用刀片切成１ｍｍ
厚的薄片，长宽度约为１ｃｍ，充分干燥备用。
采用扫描电子显微镜观察试样的表面形态结构
并拍照。
２．６　青皮竹试样红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）
样品处理：红外实验所用的青皮竹试样为青皮竹
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中提取的木素，具体提取方法测定按国家标准 ＧＢ／
Ｔ２６７７．８－９４《造纸原料酸不溶木素含量的测定》中提
取木素的方法进行。
实验采用红外光谱仪对辐照检疫处理前后的青
皮竹试样进行红外光谱分析，在傅里叶变换红外光谱
仪上进行分析测试，扫描范围４００～４　０００／ｃｍ，分辨率
为２／ｃｍ。
２．７　核磁共振波谱（１３Ｃ－ＮＭＲ）分析
实验中所用的青皮竹成分为从青皮竹细胞壁中提
取的纤维素，具体的提取方法按国家标准ＧＢ／Ｔ　７４４－
１９８９《纸浆α－纤维素的测定》中规定提取纤维素。
采用核磁共振仪对检疫处理前后的青皮竹成分
进行实验，测试采用ＣＰ脉冲程序，２ｍｓ的接触时间，
２ｓ推迟，扭转速率为５ｋＨｚ。
３　结果与讨论
３．１　辐照检疫处理抑虫率
由深圳出入境检验检疫局和天津出入境检验检
疫局提供的辐照检疫处理后抑虫率的实验结果：辐照
剂量达到５０Ｇｙ时，竹绿虎天牛幼虫试虫死亡率、化
蛹率和羽化率分别为８６．４％、１５．４％和８８．８％；辐射
剂量达６０Ｇｙ及以上时，能１００％ 阻止竹绿虎天牛幼
虫化蛹和羽化；采用ＳＰＳＳ和ＰｏｌｏＰｌｕｓ软件对经辐照
处理的辐照剂量与死亡率之间的关系进行数据分析
和几机率值分析，推算出辐照处理后竹绿虎天牛幼虫
死亡率达到９９．９９６８％的最低吸收剂量为８５．７Ｇｙ，８０
Ｇｙ时竹绿虎天牛幼虫死亡率能到９９％以上。
３．２　竹材力学性能与辐照计量之间的关系
经过各剂量辐射处理的青皮竹的力学性能如表１
所示。与未辐射处理的青皮竹相比，在５０Ｇｙ的照射
剂量下，青皮竹的抗弯强度、抗弯弹性模量没有显著
变化；而辐射剂量增加到６０Ｇｙ时，这些力学强度均
增加，其中抗弯强度增加了１０．７％，抗弯弹性模量增
加了５．３％，抗剪强度增加了１６．５％，抗拉强度基本持
平；辐射剂量继续增加到８０Ｇｙ时，以上力学性能大
幅下降，抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度、抗拉强
度分别下降了４６．５％、３７．６％、１９．５％和３３．９％。
引起竹材力学性能改变的原因在于材料结构的
变化。细胞壁的化学组分及其相互之间的作用和加
载过程中的分子形变都会引起细胞壁力学性能的改
变，进而影响材料宏观力学性能［１３］。辐照初期力学强
度增加，是由于竹材细胞壁主要成分纤维素发生聚合
作用，使横向和轴向的力学强度都有所增加。辐射剂
量进一步加大时，细胞壁大分子的降解反应加剧，竹
表１　辐照剂量对竹材力学性质的影响
静曲强度
／ＭＰａ
抗弯弹性
模量／ＭＰａ
顺纹抗剪
强度／ＭＰａ
顺纹抗拉
强度／ＭＰａ
顺纹抗压
强度／ＭＰａ
Ｊ　 １５４．９９　 １３　９６２　 ９．８３　 ２７９．８５　 ９９．６８
Ｋ　 １４０．１７　 １２　８８９　 １０．０８　 ２８０．５１　 ９６．７８
Ｍ　 １６０．３３　 １４　４５８　 １０．３２　 ３０１．７０　 ９６．１０
Ｎ　 １５５．６６　 １４　３６７　 １０．３４　 ２９９．３９　 １０１．２４
Ｏ　 １５４．１４　 １３　８４２　 １０．８５　 ２８８．５４　 ９９．６１
Ｐ　 １６７．８８　 １３　９６４　 １１．８６　 ２８３．８７　 １１０．４６
Ｑ　 ８２．５４　 ８　７０９　 ７．９１　 １８５．０１　 ５２．２０
　　注：Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ分别代表ＣＫ、２０、３０、４０、５０、６０、８０Ｇｙ。
材的力学性能下降，与文献结论一致［１４］。
３．３　辐照检疫处理前后试样Ｘ射线衍射图谱
所得各辐照剂量下试样 Ｘ－衍射图谱如图２所
示。由Ｘ－射线衍射曲线分别计算纤维素结晶度，所
得各辐照剂量下试样的纤维素结晶度如表２所示。
（Ｊ）ＣＫ（Ｋ）２０Ｇｙ（Ｏ）５０Ｇｙ（Ｑ）８０Ｇｙ
图２　辐照检疫处理前后试样Ｘ－衍射图谱
表２　各辐照剂量下试样的纤维素结晶度
竹材／辐照 Ｊ　 Ｋ　 Ｏ　 Ｑ
结晶度／％ ３７．２　 ４０．２　 ３９　 ３６．９
　　注：Ｊ、Ｋ、Ｏ、Ｑ分别代表ＣＫ、２０Ｇｙ、５０Ｇｙ、８０Ｇｙ。
结合图２和表２可以看出，随着辐照剂量的增大，
纤维素的衍射峰强度显著地先上升后下降，其结晶度
值明显高于空白对照组。这种现象表明，初期辐照检
疫处理条件较低的时并没有打破纤维素分子内和分
子间的氢键，没有损坏纤维素的晶型，由于初期水分
的消耗程度较大导致纤维素含量上升，当辐照剂量强
度增大后，纤维素的衍射峰强度下降，纤维素发生部
分降解，导致纤维素结晶度下降。
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（Ｊ）ＣＫ（Ｋ）２０Ｇｙ（Ｏ）５０Ｇｙ（Ｑ）８０Ｇｙ
图３　辐照检疫处理前后青皮竹试样ＳＥＭ电镜
３．４　辐照检疫处理前后的ＳＥＭ电镜图
辐照检疫处理前后青皮竹试样的ＳＥＭ 电镜图如
图３所示。
从扫描电子显微镜观察青皮竹试样可看出青皮竹
在辐照检疫处理过程中细致的内部结构的变化，随着辐
照剂量的逐渐升高，竹材内部薄壁组织胞壁撕裂程度越
来越严重，竹材变脆，这与物理力学的测量结果相符。
３．５　青皮竹试样红外（ＦＴ－ＩＲ）谱图
辐照检疫处理后，各辐照剂量下青皮竹试样的红
外光谱图如图４所示。
如图４中的（Ｊ）、（Ｋ）、（Ｏ）、（Ｑ）所示，在３　４００／ｃｍ
左右处的宽吸收峰为－ＯＨ基团的伸缩振动峰，辐照
检疫处理后竹材的羟基吸收峰强度显著下降，说明青
皮竹竹材中的羟基数量减少；２　９２０／ｃｍ、２　８５０／ｃｍ处
的吸收峰为甲基、亚甲基Ｃ－Ｈ 的伸缩振动峰，辐照
剂量在８０Ｇｙ时有尖锐峰，说明木素分子发生降解从
而使甲基、亚甲基含量增多。在１　７５０／ｃｍ～１　６８０／ｃｍ
处出现的吸收峰为非共轭醌式结构Ｃ＝Ｏ伸缩振动，
峰变宽，说明在辐照检疫处理过程中木素醌式结构发
生变化。在１　１２０／ｃｍ附近出现了较宽的Ｃ－Ｏ甲氧
基吸收带，甲氧基是木质素最有特征的功能基。随着
辐照检疫处理强度的增大，甲氧基的峰值出现了蓝移，
即峰位置向高波数方向移动，波长减小，能量增大。
３．６　核磁共振波谱（１３Ｃ－ＮＭＲ）分析
辐照检疫处理前后青皮竹试样中提取的纤维素
进行检测得到的核磁图谱如图５、６所示，化学位移的
具体归属如表３所示。
从图５、６中可以看出８０Ｇｙ辐照剂量条件下的核
磁谱图中Ｃ４的吸收峰变小，说明在８０Ｇｙ辐照剂量
条件下Ｃ４上化学键发生断裂，纤维素结晶区部分被
破坏。经过γ射线照射后，青皮竹吸收高能辐射，体
系内会产生 ＨＯ·自由基，很容易和其他物质发生
反应。
４　结论
在６０　Ｇｏ－γ辐射剂量为６０Ｇｙ时，结晶度略有增
加，因而力学性能有所增强；当辐射剂量增加到８０Ｇｙ
表３　纤维素１３Ｃ－ＮＭＲ谱图中吸收信号对应的碳原子
化学位移／ｐｐｍ 归属
６０～７０ Ｃ６
７０～８１ Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５
８１～９３ Ｃ４
１０２～１０８ Ｃ１
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（Ｊ）ＣＫ（Ｋ）２０Ｇｙ（Ｏ）５０Ｇｙ（Ｑ）８０Ｇｙ
图４　各辐照剂量下的红外光谱
图５　辐照检疫处理前青皮竹试样纤维素１３Ｃ－ＮＭＲ谱
图６　８０Ｇｙ辐照检疫处理后青皮竹试样纤维素１３Ｃ－ＮＭＲ谱
时，竹绿虎天牛幼虫死亡率能达到９９％以上，取得更
好的抑虫效果，此时纤维素结晶结构被破坏，青皮竹
细胞壁主要化学成分纤维素、木素的化学键发生部分
断裂，纤维素大分子链发生了部分降解，使得竹材的
力学性能下降。由ＳＥＭ 电镜图可知，随着辐照剂量
逐渐升高，竹材内部薄壁组织的胞壁撕裂程度越来越
严重。
参考文献：
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Ｄａｃｔｙｌｏｐｉｕｓ　ｃｏｃｃｕｓ　Ｃｏｓｔａ生物学特征的影响［Ｊ］．核农学
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［９］　刘秀清，章 铁，张双燕，等．６０　Ｃｏ－γ射线辐照处理对毛竹
防霉性能和尺寸稳定性的影响［Ｊ］．中国农学通报，２０１０，
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［１０］　王洁瑛，赵广杰．γ射线辐射对木材构造和材性的影响
［Ｊ］．北京林业大学学报，２０１１，２３（５）：５２－５６．
［１１］　杨淑敏，江泽慧，任海青，等 ．利用Ｘ－射线衍射法测定
竹材纤维素结晶度［Ｊ］．东北林业大学学报，２０１０，３８
（８）：７５－７７．
［１２］　 梁永信，马永轩，王德洪．Ｘ－射线衍射研究木材纤维结
晶度［Ｊ］．东北林业大学学报，１９８６，１４（增刊）：１２－１５．
［１３］　江泽慧 ．世界竹藤［Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术出版
社，２００２．
［１４］　江泽慧，于文吉，余养伦 ．竹材化学成分分析和表面性
能表征［Ｊ］．东北林业大学学报，２００６，３４（４）：１－２，６．★
（栏目责任编辑　蒋旭东）