全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (6) : 862～866
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0620862205
闽楠天然林与人工林木材物理力学性质研究
江香梅 , 肖复明 , 龚　斌 , 叶金山
(江西省林业科学院 ,江西省植物生物技术重点实验室 ,江西 南昌　330032)
摘要 :对闽楠人工林和天然林木材物理和力学性质进行了测定和比较分析 ,结果表明 :闽楠天然林木材气干密度和
全干密度分别为 0. 721 g·cm - 3和 0. 680 g·cm - 3 ,人工林木材气干密度和全干密度分别为 0. 572 g·cm - 3和
0. 535 g·cm - 3 ,闽楠天然林木材密度大于人工林且差异达到极显著水平 ,但人工林木材密度变异系数却小于天然
林。闽楠人工林和天然林木材气干状态下体积干缩率分别为 4. 935%和 6. 439% ,全干状态下分别为 9. 330%和
11. 376% ,闽楠人工林木材的尺寸稳定性稍差于天然林 ,但从木材的差异干缩来看 ,闽楠天然林和人工林相近 ,分别
为 1. 75和 1. 76。闽楠天然林木材端面、径面和弦面硬度分别为 7 583 N、6 183 N和 6 625 N,稍大于人工林 ,但差异
不显著。闽楠天然林与人工林旋切板背面裂隙率分别为 53%和 67% ,单板厚度的偏差人工林和天然林分别为 0. 08
mm和 0. 09 mm。由此可知 ,发展闽楠人工林可以得到质量与闽楠天然林相近的板材。
关键词 :闽楠 ; 人工林 ; 天然林 ; 木材物理性质 ; 木材力学性质
中图分类号 : S781　　　　　文献标识码 : A
收稿日期 : 2006209205
基金项目 : 江西省科技攻关重大专项“闽楠、红楠单板材定向培育及遗传改良技术研究”和江西省林业厅学科带头人项目“楠属、润楠
属主要种遗传多样性分析及发展利用研究”资助
作者简介 : 江香梅 (1962—) ,女 ,江西南昌人 ,研究员 ,主要从事森林资源培育和林木遗传改良研究.
Study on Physica l and M echan ica l Properties of Phoebe bou rnei W ood
from Plan ta tion and Na tura l Forest
J IANG X iang2m ei, X IAO Fu2m ing, GONG B in, YE J in2shan
(J iangxi Academy of Forestry, Key Laboratory of Plant B iotechnology, J iangxi Province, Nanchang　330032, J iangxi, China)
Abstract:Based on studying the physical and mechanical p roperties of Phoebe bournei wood from p lantation and
natural forest, the results showed that the air2dry density and oven2dry density of P. bournei wood from natural forest
were 0. 721 g·cm - 3 and 0. 680 g·cm - 3 , that from p lantation were 0. 572 g·cm - 3 and 0. 535 g·cm - 3. The
difference of wood density between natural forest and p lantation was extremely significant, but the wood density
variation coefficient of p lantation was less than that of natural forest. The wood volume shrinkage ratio of P. bou rnei
p lantation and natural forest under air2drying condition were 4. 935% and 6. 439% , while under oven2dry
condition, they were 9. 330% and 11. 376% respectively, which meant that the dimensional stability of wood from
P. bournei p lantation was poorer than that from natural forest, but their ratios of tangential to radial direction were
1. 75 and 1. 76. The rigidities of P. bournei wood from natural forest in surface, radial and tangential directions
were 7 583 N , 6 183 N and 6 625 N respectively, which was higher than that from p lantation. P. bou rnei natural
and p lantation wood veneer rotary cutting back cracking rate were 53% and 67% and their veneer thickness
deviation were 0. 09 mm and 0. 08 mm. It was p roved that the p roperties and quality of P. bournei wood from
p lantation and natural forest were sim ilar.
Key words: Phoebe bournei; p lantation; natural forest; wood physical p roperty; wood mechanical p roperty
第 6期 江香梅等 :闽楠天然林与人工林木材物理力学性质研究
　　闽楠 ( Phoebe bournei (Hem sl. ) Yang)是我国珍
贵用材与优良观赏树种 ,为我国特有的国家三级珍稀
濒危树种 ,素以材质优良而闻名 ,其干形通直 ,材质致
密坚韧 ,木材呈淡黄色而有香气 ,耐腐而不易反翘开
裂 ,加工容易 ,削面光滑 ,纹理美观 ,为上等建筑、家
具、造船及工艺雕刻等之良材 [ 1 ] ,成俊卿对天然林中
闽楠木材性质与利用有过专门研究 [ 2 - 3 ]。近年来 ,随
着对闽楠在用材与园林绿化等方面价值认识的不断
深入 ,闽楠人工造林已引起人们的极大兴趣与关注。
但迄今为止 , 对闽楠人工林木材物理力学性质方面
的研究尚未见报道 ,而随着木材利用途径的不断扩
大 ,研究木材物理力学性质对木材加工、利用等都有
着重要意义 [ 4 ]。本研究拟对闽楠天然林和人工林木
材物理力学性质进行比较研究 ,旨在为闽楠木材的合
理利用和今后进行人工林培育提供理论依据。
1　材料和方法
1. 1　试验地概况
试材采自江西省吉安市青原区闽楠天然林和人
工林林分 ,试验地属典型的亚热带季风湿润气候 ,年
平均气温 18 ℃,极端最高气温 38 ℃,最低气温
- 7 ℃, ≥10 ℃的年积温 5 802. 1 ℃,年降水量
1 843 mm,相对湿度 86% ,年日照时数 1 813. 7 h,土
壤为山地红壤 ,土层深厚。天然林林龄约 40 a,平均
胸径、树高分别为 25. 2 cm和 23 m;人工林林龄为
20 a,平均胸径、树高分别为 14. 2 cm和 15. 5 m。
1. 2　试件制作及试验方法
试材样木的选择按林分平均胸径和平均树高选
取标准木 2株伐倒 (由于闽楠为我国特有的国家三级
珍稀濒危树种 ,因此只伐 2株平均木 ) ,将每株伐倒样
木距树基部 1. 3 m处向上截取 60 cm长原木一段制
作各力学强度试材 ,试材的采集按照国家标准《木材
物理力学性质试验方法》GB1927243291所规定的方法
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、硬度试样 ,然后按上述国家标准测试方法 ,
分别测定木材含水率、干缩率、基本密度、顺纹抗压强
度、抗弯强度、抗弯弹性模量及硬度等。
单板厚度的变化是检测单板质量的一个重要指
标。单板厚度偏差检测是在木段旋切成圆形后重新
进刀 ,在旋切完 10圈后 ,每 10圈等距离截取一块
1 000 mm ×80 mm的单板 ,作为单板厚度测量的试
件。检测方法是用螺旋测微器对所截取的单板条分
别测定 3个点的厚度 , 3个点是指距单板条两端 100
mm处各 1个 ,单板条中心点 1个。
单板背面裂隙率检测试件是从旋切好的
1. 1 mm厚的单板中 ,自木芯向外每隔 10圈顺序截
取 1个 1 000 mm ×50 mm的单板条 ,用于测定单板
的背面裂隙率。测计方法是在截取的单板条上距两
端各 300 mm的单板的背面 ,均匀地涂布炭素墨水
带 ,待墨水全干后用刀片切开墨水带处 ,再用带有刻
度的 10倍放大镜测定单板背面裂隙条数和裂隙深
度 (从切开的端面上测计 )。单板背面裂隙率是各
裂隙深度和单板厚度之比的平均值。
2　结果与分析
2. 1　闽楠人工林与天然林木材物理性质的差异
比较
　　对闽楠人工林与天然林木材物理性状测定与统
计结果见表 1,各性状测定结果分述如下 :
2. 1. 1　闽楠木材密度 　由表 1可知 ,闽楠天然林与
人工林含水率为 12%时的气干密度分别为 0. 721
g·cm - 3和 0. 572 g·cm - 3 ,属中等 (0. 56～0. 75 g·
cm
- 3 ) [ 2 ] , 全干密度分别为 0. 680 g · cm - 3 和
0. 535 g·cm - 3。差异显著性 t检验结果表明 :闽楠
人工林和天然林木材密度差异达到极显著水平 ,其
中 ,气干密度的 t值 = 9. 77,全干密度的 t值 =
28. 90 ( t0. 01 (5) = 3. 71)。由表 1还可看出 ,各性状
均值准确指数基本小于 5% ,因此认为试验结果较
可靠。天然林气干和全干密度均大于人工林 ,这可
能受两方面原因的影响 ,一是闽楠人工林组织结构
比天然林稍疏松 ,二是由于人工林试样取自 20年生
林分 ,有可能此林龄的闽楠木材密度还没有达到稳
定值 [ 5 - 6 ]。但人工林气干密度变异系数小于天然
林 ,表明闽楠人工林木材密度较天然林均匀 ,人工林
木材比天然林更易于加工。
2. 1. 2　闽楠木材干缩性 　由表 1可知 ,闽楠人工林
和天然林木材气干状态下体积干缩率分别为
4. 935%和 6. 439% ,全干状态下分别为 9. 330%和
11. 376% ,属中等 [ 7 ] ,且气干、全干两种状态下体积
干缩率的变异系数均相近。
木材干缩系数是反映木材在干燥过程中收缩程
度的一个指标 [ 3 - 4 ] ,在气干和全干状态下 ,闽楠人工
林木材径向、弦向、体积干缩率均小于天然林木材
(表 1) ,差异显著性 t检验表明 ,两者之间的差异均
达到极显著水平 ,说明闽楠人工林木材的尺寸稳定
性较天然林好。
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
表 1　闽楠天然林与人工林木材物理力学性质均值及变异统计
试验项目
平均值
天然林 人工林
标准差
天然林 人工林
标准误
天然林 人工林
变异系数 /%
天然林 人工林
准确指数 /%
天然林 人工林
气干密度 / ( g·cm - 3 ) 0. 721 0. 572 0. 016 0. 006 0. 007 0. 002 9 2. 15 1. 99 0. 97 0. 51
全干密度 / ( g·cm - 3 ) 0. 68 0. 535 0. 014 0. 006 0. 006 0. 002 8 1. 12 1. 17 0. 88 0. 52
干缩率 /% 弦向 4. 255 3. 249 0. 301 3. 249 0. 134 0. 127 7. 06 8. 73 3. 15 3. 91
(气干 ) 径向 2. 21 1. 697 0. 252 1. 697 0. 113 0. 064 11. 39 8. 5 5. 11 3. 77
体积 6. 439 4. 935 0. 487 4. 935 0. 218 0. 174 7. 57 7. 9 3. 39 3. 53
干缩率 /% 弦向 7. 298 5. 965 0. 205 0. 112 0. 092 0. 05 2. 81 1. 88 1. 26 0. 84
(全干 ) 径向 4. 164 3. 384 0. 166 0. 142 0. 074 0. 064 3. 99 4. 2 1. 78 1. 89
体积 11. 376 9. 33 0. 25 0. 225 0. 112 0. 100 6 2. 2 2. 41 0. 98 1. 08
体积干缩系数 /% 0. 503 0. 414 0. 046 0. 005 0. 021 0. 002 9. 11 1. 12 4. 17 0. 48
硬度 /N 端面 7 583 7 625 175. 59 375 101. 38 216. 51 2. 31 0. 05 1. 34 2. 84
弦面 6 625 5 275 25 425 14. 43 245. 37 0. 38 0. 08 0. 22 4. 65
径面 6 183 5 375 381. 88 475 220. 48 274. 24 6. 18 0. 09 3. 57 5. 1
顺纹抗压强度 /MPa 51. 2 42. 3 3. 947 2. 5 1. 396 0. 7 7. 71 5. 9 2. 73 1. 65
抗弯强度 /MPa 125. 6 88. 4 10. 543 3. 5 3. 728 1. 1 8. 39 3. 9 2. 97 1. 24
抗弯弹性模量 /MPa 9 992 8 241 1 471. 847 834. 8 520. 377 251. 7 14. 73 10. 1 5. 21 3. 05
　　注 :试验样本数 n = 10
　　为比较径向和弦向 2个方向木材干缩的差异程
度 ,常用弦向干缩和径向干缩之比值 ———差异干缩
D 来表示 ,从表 1可以计算出闽楠天然林与人工林
气干状态下差异干缩分别为 1. 93和 1. 91,全干状态
下闽楠天然林与人工林差异干缩分别为 1. 75和
1. 76,差异干缩属中等 ,与优良阔叶树种水曲柳
( F raxinus m andschu rica Rup r. )十分相近 [ 8 ]。
2. 1. 3　闽楠木材主要力学性质 　闽楠天然林木材
端面、径面和弦面硬度分别为 7 583、6 183、6 625 N,
端面强度分别为径面和弦面的 1. 14倍和 1. 22倍。
闽楠人工林端面、径面和弦面硬度分别为 7 625、
5 375、5 27 5 N ,端面强度分别为径面和弦面的 1. 46
倍和 1. 42倍。对于木材硬度指标来说 ,针、阔叶材
均以端面硬度比侧面硬度高 [ 9 ] ,本次试验也证实了
这一点。另外 ,从闽楠人工林和天然林木材硬度的
差异显著性 t检验结果表明 :两者端面、径面和弦面
硬度之间差异不显著 ,说明从木材硬度来看 ,闽楠天
然林与人工林没有显著差异。
闽楠天然林木材顺纹抗压强度、抗弯强度及
抗弯弹性模量分别为 51. 2、125. 6、9 992 M Pa,分
别是人工林的 1. 2、1. 4、1. 2倍 ,差异显著性 t检
验表明 ,两者之间的差异均达到极显著水平 ,说
明闽楠天然林木材顺纹抗压强度、抗弯强度及抗
弯弹性模量要优于人工林 ,这可能与试材年龄差
异有关。
2. 2　闽楠与其他树种木材物理力学性状的比较
将闽楠天然林、人工林木材物理力学性状与香
椿 ( Toona sinensis ( A. Juss. ) Roem. ) [ 10 ]、杉木
(Cunningham ia lanceola ta (Lamb. ) Hook. ) [ 8 ]、南方
红豆杉 ( Taxus ch inensis ( Pilg. ) Rehd. var. m airnei
(Lenee et Lévl. ) Cheng et L. K. Fu) [ 8 ]、突脉青冈
(Cycloba lanopsis eleva ticosta ta Q. F. Zhen) [ 11 ]、福建
柏 ( Fokien ia hodg insii ( Dunn ) Henry et Thom2
as) [ 12 - 13 ]、水曲柳 [ 8 ]等树种木材物理性状的对比情
况列于表 2,闽楠天然林木材的气干密度和基本密
度分别为 0. 721 g·cm - 3和 0. 58 g·cm - 3 ,与突脉青
冈相近 ,分别是杉木、福建柏、南方红豆杉、香椿、突
脉青冈和水曲柳的 1. 93、1. 63、1. 06、1. 17、0. 98、
1. 14倍以上。闽楠人工林木材气干密度和基本密度
分别为 0. 572 g·cm - 3和 0. 475 g·cm - 3 ,与香椿相
近 ,分别是杉木、福建柏、南方红豆杉、香椿、突脉青
冈和水曲柳的 1. 58、1. 33、0. 87、0. 96、0. 80、0. 89倍
以上。
从木材的干缩性来看 ,闽楠天然林木材体积干
缩系数为 0. 503% ,分别是杉木、福建柏、南方红豆
杉、香椿和突脉青冈的 1. 31、1. 30、1. 65、1. 21、1. 17
倍 ,闽楠人工林木材体积干缩系数为 0. 414% ,分别
是杉木、福建柏、南方红豆杉、香椿和突脉青冈的
1. 08、1. 07、1. 36、1. 00、0. 96倍 ;从木材的差异干缩
来看 ,闽楠天然林和人工林为 1. 75和 1. 76,和福建
柏、香椿、水曲柳相似 ,优于杉木和突脉青冈 ,而比南
方红豆杉稍差。
从木材硬度来看 ,闽楠天然林和人工林木材的
端面和侧面硬度差异不显著 ,因此以人工林木材硬
度和其他树种相比较可知 ,闽楠人工林木材端面和
侧面硬度分别为 7 625 N和 5 325 N,与突脉青冈相
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第 6期 江香梅等 :闽楠天然林与人工林木材物理力学性质研究
当 ,端面硬度分别是杉木、福建柏、南方红豆杉、香椿
和水曲柳的 2. 72、1. 80、1. 26、1. 48、1. 30倍 ,侧面硬
度分别是杉木、福建柏、南方红豆杉、香椿和水曲柳
的 3. 85、2. 03、0. 99、1. 31、0. 91倍。从木材顺纹抗
压强度、抗弯强度及抗弯弹性模量来看 ,天然林木材
与突脉青冈和水曲柳相当 ,而人工林则与香椿和南
方红豆杉相当。
采用加权法 (其中气干密度、基本密度、弦向干
缩率、径向干缩率、体积干缩系数、端面硬度、侧面硬
度、木材顺纹抗压强度、抗弯强度及抗弯弹性模量的
比重分别为 0. 1) ,综合评价闽楠木材的物理力学性
质和工艺性质优于杉木和福建柏 ,与优良的家具和
室内装饰用材树种突脉青冈、水曲柳、香椿、南方红
豆杉等相似。
表 2　闽楠木材物理性质与其他树种比较
试验项目
闽楠
天然林 人工林 杉木 福建柏 南方红豆杉 香椿 突脉青冈 水曲柳
气干密度 / ( g·cm - 3 ) 0. 721 0. 572 0. 36 0. 419 0. 659 0. 561 0. 719 0. 64
基本密度 / ( g·cm - 3 ) 0. 58 0. 475 0. 3 0. 356 0. 548 0. 494 0. 594 0. 51
干缩率 /% 　　弦向 7. 298 5. 965 4. 95 3. 858 5. 22 3. 9 9. 61 4. 8
(全干 ) 　　　径向 4. 164 3. 384 2. 25 2. 153 3. 81 2. 1 3. 14 2. 6
　　　　　差异干缩 1. 75 1. 76 2. 2 1. 79 1. 37 1. 86 3. 08 1. 85
体积干缩系数 /% 0. 503 0. 414 0. 384 0. 388 0. 305 0. 415 0. 43 -
硬度 /N　　　端面 7 583 7 625 2 803 4 234 6 052 5 146 7 071 5 874
　　　　　　侧面 6 404 5 325 1 382 2 622 5 392 4 066. 5 5 181. 5 5 845
顺纹抗压强度 /MPa 51. 2 42. 3 37 33. 6 44. 5 43. 9 51. 6 49. 5
抗弯强度 /MPa 125. 6 88. 4 62. 5 75. 3 85 91. 4 113. 3 106. 7
抗弯弹性模量 /Pa 9 992 8 241 9 400 9 020 9 000 9 900 13 400 12 700
(综合评价 ) 2 416. 9 2 133. 3 1 369. 3 1 599. 2 2 058. 4 1 925. 5 2 583. 2 2 458. 4
2. 3　闽楠单板旋切特性
从表 3可知 ,闽楠天然林与人工林 1. 1 mm旋切
板背面裂隙率频率分布基本上在 40%以上 ,并且
50% ～60%的频率最高。闽楠单板人工林和天然林
背面裂隙率分别为 55%和 56% ,并且基本上由里向
外不同位置 ,单板的各种裂隙频度的总体趋势是 :接
近髓心部分的单板背面裂隙率和每厘米长度的裂隙
条数逐渐减少。
另外 ,从闽楠单板旋切厚度的偏差来看 ,人工林
和天然林分别为 0. 08 mm和 0. 09 mm,并且人工林
单板旋切厚度的偏差变异系数要略小于天然林 ,这
可能与闽楠人工林木材密度较天然林均匀有关 ,这
也一定程度上说明人工林木材比天然林木材更易于
加工。
表 3　闽楠单板厚度偏差和背面裂隙率
材料来源 位置 单板厚 /mm 变异系数 /% 背面裂隙条数 背面裂隙率 /% 变异系数 /%
人工林 外 1. 188 0. 02 21 52. 85 18. 07
中 1. 173 0. 17 21 57. 27 34. 17
内 1. 187 0. 05 20 57. 64 21. 65
(平均 ) 1. 183 0. 08 21 55. 92 24. 63
天然林 外 1. 196 0. 114 22 53. 66 22. 1
中 1. 185 0. 095 21 58. 34 28. 2
内 1. 207 0. 090 21 52. 25 17. 5
(平均 ) 1. 196 0. 010 21 54. 75 22. 6
3　结论
(1)闽楠天然林木材气干密度和全干密度分别
为 0. 721 g·cm - 3和 0. 680 g·cm - 3 ,与突脉青冈相
近 ,闽楠人工林木材气干密度和全干密度分别为
0. 572 g·cm - 3和 0. 535 g·cm - 3 ,与香椿相近。闽
楠天然林气干密度、全干密度和基本密度均大于人
工林 , 差异达到极显著水平 ,但人工林木材密度变
异系数却小于天然林。
(2)闽楠人工林和天然林木材气干状态下体积
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
干缩率分别为 4. 935%和 6. 439% ,全干状态下分别
为 9. 330%和 11. 376% ,属中等。但从干缩性数据
可知闽楠人工林木材的尺寸稳定性稍差于天然林。
从木材的差异干缩来看 ,闽楠天然林和人工林为
1. 75和 1. 76,和福建柏、香椿、水曲柳相似 ,优于杉
木和突脉青冈 ,而比南方红豆杉稍差。
(3)闽楠天然林木材端面、径面和弦面硬度分
别为 7 583、6 183、6 625 N ,闽楠人工林端面、径面和
弦面硬度分别为 7 625、5 375、5 275 N ,天然林稍大
于人工林 ,但差异不显著。闽楠天然林木材顺纹抗
压强度、抗弯强度及抗弯弹性模量分别为 51. 2、
125. 6、9 992 MPa,分别是人工林的 1. 2、1. 4、1. 2
倍 ,两者之间的差异均达到极显著水平。
(4)闽楠天然林与人工林 1. 1 mm旋切板单板
厚度的偏差分别为 0. 09 mm和 0. 08 mm,背面裂隙
率分别为 56%和 55% ,并且 ,原木由里向外接近髓
心部分的单板背面裂隙率和每厘米长度的裂隙条数
逐渐减少。
(5)综合木材物理和力学性质来看 ,闽楠的物
理力学性质和工艺性质优于杉木和福建柏 ,与突脉
青冈、水曲柳、香椿、南方红豆杉等相似。
参考文献 :
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