全 文 ：西北林学院学报 ２０１２，２７（２）：２４２～２４４
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－７４６１．２０１２．０２．４９
粗皮桉木材气干密度测定方法比较研究
　收稿日期：２０１１－０３－３０　修回日期：２０１１－０５－１８
　基金项目：国家林业公益性行业科研专项（２００９０４０１６）。
　作者简介：赵荣军，女，博士，副研究员，主要从事木材力学与材质评价方面的研究。
＊通讯作者：任海青，男，研究员，研究方向为木材力学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅｎｈｑ＠ｃａｆ．ａｃ．ｃｎ
赵荣军，霍小梅，邢新婷，上官蔚蔚，任海青＊
（中国林业科学研究院 木材工业研究所，北京１０００９１）
摘　要：以我国粗皮桉人工林木材为试验材料，分别采用中国国家标准（ＧＢ／Ｔ　１９３３－２００９）的直接
测量法、Ｘ线密度仪和ＳｉｌｖｉＳｃａｎ木材材性快速测定仪对粗皮桉木材的气干密度进行了测定。结果
表明，采用直接测量法、Ｘ线密度仪和ＳｉｌｖｉＳｃａｎ得到的粗皮桉木材试样的气干密度值之间有很好
的相关性，并用近红外光谱方法对这些木材密度进行了快速预测，预测效果较好。该研究结果可为
将来木材密度快速测定方法的研究和粗皮桉木材的科学合理利用提供依据。
关键词：粗皮桉；木材气干密度；Ｘ射线密度仪；ＳｉｌｖｉＳｃａｎ近红外光谱
中图分类号：Ｓ７９２．３９０．８　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－７４６１（２０１２）０２－０２４２－０３
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ　ｐｅｌｌｉｔａ　Ａｉｒ－ｄｒｙ　Ｄｅｎｓｉｔｙ
ＺＨＡＯ　Ｒｏｎｇ－ｊｕｎ，ＨＵＯ　Ｘｉａｏ－ｍｅｉ，ＸＩＮＧ　Ｘｉｎ－ｔｉｎｇ，ＳＨＡＮＧＧＵＡＮ　Ｗｅｉ－ｗｅｉ，ＲＥＮ　Ｈａｉ－ｑｉｎｇ＊
（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ａｉｒ－ｄｒｉｅｄ　Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓｐｅｌｌｉｔａｗｏｏｄ：ｄｉｒｅｃｔ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｍｅｔｈｏｄ（ＧＢ／Ｔ　１９３３－２００９），Ｘ－ｒａｙ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ　ａｎｄ　Ｓｉｌ－
ｖｉＳｃａｎ．Ｇｏｏｄ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｖａｌｕｅｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ａ－
ｂｏｖｅ．Ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ｔｏ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｔｈｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｕｌｄ　ｓｕｐｐｌｙ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｒａｐｉｄ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｉｒ－ｄｒｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ａｎｄ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅ．ｐｅｌｌｉｔａ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ　ｐｅｌｌｉｔａ；ａｉｒ－ｄｒｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｗｏｏｄ；Ｘ－ｒａｙ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ；ＳｉｌｖｉＳｃａｎ；ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ
（ＮＩＲ）ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
　　木材密度是衡量木材质量和特性的一项重要指
标，也是研究木材用途的一个最有效的指标，木材的
其他性质都受到木材密度的影响，如木材的力学性
质、电学性质和硬度等，因此，研究木材密度具有实
际意义。测定木材密度的方法有很多，一般有直接
测量法、水银容器法、排水法和快速测定法等［１］，其
中直接测量法是常用的测定方法，随着木材科学的
发展，又有一些新的测试方法不断产生，如Ｘ线密
度仪法、Ｘ线图像法、β线检测法、近红外光谱法等，
许多研究者也利用这些方法对木材密度进行了研
究［２－６］，但多数测试样品为破坏性取样，那么通过无
损或准无损方法获取木材试样、探讨一种快速、简便
的方法来测定木材的密度已成为研究者关注的热
点。本研究以我国人工林粗皮桉（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ　ｐｅｌｌ－
ｉｔａ）木材为试验材料，采用Ｘ线密度仪、ＳｉｌｖｉＳｃａｎ－木
材材性快速测定仪和国家标准的直接测量方法测定
其中心条的气干密度，并结合近红外光谱技术对粗
皮桉木材气干密度进行快速预测，为木材密度快速
测定方法的研究和粗皮桉木材的合理利用提供
依据。
１　材料与方法
１．１　试验材料
人工林粗皮桉试验材料采自广东遂溪县城月镇
雷州林业局迈进林场，地理位置是２１°５０′Ｎ、１１０°３０′
Ｅ，海拔２７ｍ。试验林地平整，土壤为沙质砖红壤，
较瘠薄。试验用样木为２８个家系的伐倒木和９５个
生长锥试样，气干密度试样取自伐倒木胸高处（１．３
ｍ）中心条和生长锥试样。
１．２　试验样品
在伐倒树木胸高处（１．３ｍ）截取５ｃｍ厚圆盘，
沿南北向过髓心取宽为２５ｍｍ的径向条，纵向刨光
后厚度为３ｃｍ，加工为试样最终需要尺寸规格。国
标方法所用木材密度的试样尺寸为２０ｍｍ×２０ｍｍ
×２０ｍｍ，Ｘ线和ＳｉｌｖｉＳｃａｎ法用木材密度的试样从
生长锥中加工制作，规格为２ｍｍ（弦向）×７ｍｍ（纵
向）×半径（径向），长为树木直径。试样数量至少
５０个。
１．３　测试仪器
测定木材气干密度所用仪器为南京林业大学
ＤＸ－２０００Ｘ线密度仪、澳大利亚墨尔本林产品研究
所自主研发的ＳｉｌｖｉＳｃａｎ－木材材性快速测定仪和美
国ＡＳＤ公司生产的ＬａｂＳｐｅｃ　Ｐｒｏ近红外光谱仪。
１．４　测试方法
采用国家标准《木材物理力学性质试验方法》
（ＧＢ／Ｔ１９３３－２００９）测定试样的气干密度是在试样各
相对中心位置，分别测出弦向、径向和顺纹方向尺
寸，得出体积，称出试样质量，得出试样气干密度值。
Ｘ线密度仪是在原有的Ｘ线衍射仪基础上，增加一
个密度测试装置，用微机控制步进电机的速度和转
动角度，通过丝杠螺母结构将转动变为匀速平动，使
样品能以一定的速度平动，Ｘ线管发出的射线通过
木材样品，由闪烁计数器接收其强度记录，在微机上
显示齿轮旋转角度与强度扫描曲线，并记录其强度
值。根据吸收强度计算出试样气干密度值。Ｓｉｌ－
ｖｉＳｃａｎ测定系统也是利用Ｘ线照射样品，检测可以
透过的Ｘ线的量，Ｘ线吸收与密度之间的关系符合
比尔定律，计算出试样气干密度值。
表１　粗皮桉木材气干密度统计值
Ｔａｂｌｅ　１　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｅ．ｐｅｌｌｉｔａａｉｒ－ｄｒｉｅｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ
测定方法
试样数量
／个
平均值
／（ｇ·ｃｍ－３）
标准差
Ｘ线密度仪 ５０　 ０．６３９　 ０．０６６
ＳｉｌｖｉＳｃａｎ　 ５０　 ０．６３１　 ０．０６８
国家标准直接测量 ６４　 ０．７４０　 ０．０８１
近红外光谱预测 ６４　 ０．７３９　 ０．０６５
利用近红外光谱技术预测粗皮桉木材的气干密
度，是用杯光源检测器对商用聚四氟乙烯白板进行
空白校准后，再对样品表面在全光谱范围内进行近
红外光谱采集，每次扫描３０次由计算机自动平均为
１个光谱，记录并保存。利用 ＡＳＤ公司开发的Ｉｎ－
ｄｉｏ数据采集和预处理软件完成粗皮桉木材试样的
近红外光谱采集，使用ＣＡＭＯ公司的多变量统计
分析软件Ｕｎｓｃｒａｍｂｌｅｒ９．２对每个试样用偏最小二
乘法（ＰＬＳ）与光谱数据之间建立校正模型并进行预
测（表１）。
２　结果与分析
根据不同方法测得的粗皮桉木材气干密度值进
行相关性分析，采用国家标准直接测量法测定的气
干密度值和采用Ｘ线密度仪测定的气干密度值相
关性如图１。由图１可以看出采用国家标准测定的
气干密度值和采用Ｘ线密度仪测定的气干密度值
有很好的相关性，决定系数达到０．９８，即二者密切
相关。
图１　国家标准测定值和Ｘ线木材密度仪测定值的相关性
Ｆｉｇ．１　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ａｉｒ－ｄｒｉｅｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ｂｙ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ
从图２可以看出，ＳｉｌｖｉＳｃａｎ测定试样的气干密
度值和采用国家标准测定试样的气干密度值有很好
的相关性，决定系数达到０．９２，即二者密切相关。
由图３可知，采用Ｘ线密度仪测定的气干密度
值和利用ＳｉｌｖｉＳｃａｎ测定试样的气干密度值亦具有
很好的相关性，决定系数０．９２。
通常测定木材气干密度是按照国家标准《木材
密度测定方法》（ＧＢ／Ｔ１９３３－２００９）进行测定，这种方
法需要测量试样弦向、径向和顺纹方向尺寸，比较费
时费力而且有时候受到人为因素影响，不能满足现
代林木培育和木材加工业的需求，也不能充分了解
木材密度年轮间和年轮内的详细信息；利用Ｘ线密
度仪测定的气干密度值其测试需要的试样材料少并
小，可以测得很小范围内的木材密度，如０．１ｍｍ、
０．０５ｍｍ和０．０２５ｍｍ等的密度值，也可以通过Ｘ
线木材密度曲线谱，获得年轮宽度和年轮内密度的
各种信息；ＳｉｌｖｉＳｃａｎ材性快速测定仪主要测定样品
的密度等材性指标及其分布情况，可以将木材密度
３４２第２期 赵荣军 等：粗皮桉木材气干密度测定方法比较研究
与细胞分布结合计算出每个年轮的大致范围，同时
根据特定软件还能确定年轮的宽度、幼龄材和成熟
材的密度等。如果需要获得木材密度的实际测量
值，那么就需要用国标方法进行测量，相反，若不需
要知道木材密度的实际值，只要比较不同种源、家系
密度值的高低，使用其他２种方法即可。
近红外光谱技术作为一种无损、简便的技术已
被广泛用在木材科学领域，很多研究者已开展了利
用近红外光谱技术预测木材解剖［７］、物理力学［８－９］和
化学［１０］等性质的研究，但是针对不同的树种，其预
测效果也不一样，目前还未见到近红外方法预测粗
皮桉木材密度的相关报道。本研究通过利用近红外
光谱技术结合ＳｉｌｖｉＳｃａｎ测定方法对粗皮桉木材的
气干密度进行预测（图４）。由图４可知，粗皮桉木
材气干密度的预测值和实测值之间有较好的相关
性，其决定系数为０．８８，表明利用近红外光谱技术
可以实现粗皮桉木芯试样气干密度的快速预测，这
将为多种木材生长锥试样气干密度的研究提供了一
种快速、简便的方法。
图４　气干密度预测值与实测值的相关性
Ｆｉｇ．４　Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ａｉｒ－ｄｒｉｅｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ｂｙ　ＮＩＲ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｔｕａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
３　小结
采用国家标准直接测量法、Ｘ线密度仪和Ｓｉｌ－
ｖｉＳｃａｎ　３种方法比较了不同年轮粗皮桉木材的气干
密度，结果表明，３种方法测得粗皮桉木材气干密度
线性相关性很好，决定系数均大于０．８８，认为这几
种方法均可以准确测试不同年龄粗皮桉木材的气干
密度。当利用生长锥试样测定木材密度时可以选用
Ｘ线和ＳｉｌｖｉＳｃａｎ方法，当试样为从伐倒木获取时，
可以选用国标方法，也可以选用后２种方法。同时
利用近红外光谱方法与ＳｉｌｖｉＳｃａｎ方法测定的生长
锥试样气干密度值进行了回归分析并建立了预测模
型，预测效果较好。
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（下转第２６０页）
４４２ 西北林学院学报 ２７卷　
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ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｉｇｈｔ　ｏｆ　ｃｏｌｅｃｔｉｖｅ　ｆｏｒｅｓｔ　ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗｓ
ｏｆ　ｉｔｓ　ｓｏｃｉａｌ　ｃａｔａｃｈｒｅｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ
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ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ　ｔｅｎｕｒｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ —ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ　ａｒｒａｎｇｅ－
ｍｅｎｔｓ，ｃｈａｎｇｅｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，
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ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ　ｔｅｎｕｒｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ —ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ　ａｒｒａｎｇｅ－
ｍｅｎｔｓ，ｃｈａｎｇｅｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，
２００７（２）：４５－５１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ
櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲櫲
）
（上接第２４４页）
［６］　ＳＣＨＩＭＬＥＣＫ　Ｌ　Ｒ，ＥＶＡＮＳ　Ｒ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｉｒ－ｄｒｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ
ｏｆ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｃｏｒｅｓ　ｂｙ　ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．Ａｐｐｉｔａ
Ｊｏｕｒｎａｌ，２００３，５６（４）：３１２－３１５．
［７］　ＳＣＨＩＭＬＥＣＫ　Ｌ　Ｒ，ＥＶＡＮＳ　Ｒ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｆｉｂｅｒｉａｌ　ａｎ－
ｇｌｅ　ｏｆ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｃｏｒｅｓ　ｂｙ　ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］．ＩＡ－
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０６２ 西北林学院学报 ２７卷