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Influence of Obtruncation on Physical and Mechanical Properties of 5 Years Old Culms of Phyllostachys edulis

钩梢对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响


As a kind of management, obtruncation, which is widely used in the northern area of Zhejiang province, can avoid or lessen snow disaster on bamboo plantation. In order to know the influence of obtruncation on physical and mechanical properties of 5 years old culms of Phyllostachys edulis, we compared the density, shrinkage, compressive strength parallel to grain, shear strength parallel to grain, tensile strength parallel to grain, tangential bending strength, and elastic modulus of the three parts (bottom, middle and top) of culms, obtruncated and not obtruncated. Results showed that there was no significant difference of physical and mechanical properties between the two types of culms, while great difference exists in different parts of the two types of culms, which indicated that the management of obtruncation had no significant impact on the physical and mechanical properties of culms.


全 文 :第 !" 卷 第 # 期
$ % & & 年 # 月
林 业 科 学
’()*+,)- ’)./-* ’)+)(-*
/012!"!+02#
3456!$ % & &
钩梢对 > 年生毛竹竹材物理力学性质的影响!
桂仁意&7邵继锋&7俞友明$7朱永军87董墩义!7方7伟&
"&2浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地7临安 8&&8%%# $2浙江农林大学工程学院7临安 8&&8%%#
82临安市林业局7临安 8&&8%%# !2安吉县林业局7安吉 8&88%%$
关键词&7毛竹# 钩梢# 竹材# 物理力学性质
中图分类号! ’"C&2$?777文献标识码!-777文章编号!&%%& B"!CC#$%&&$%# B%&?! B%>
收稿日期& $%%? B%C B%!# 修回日期& $%&% B%# B&$%
基金项目& 浙江省科技厅重大项目,竹林自然灾害防控及快速恢复重建技术集成研究与应用示范- "$%%C(&$%#"X&$ %
!方伟为通讯作者%
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是利用范围最广(经济价值最大的竹种"刘亚迪等!
$%%C$# 但同时因毛竹秆高大(枝叶繁茂!是受风雪
灾害影响较大的林种之一"肖本权!$%%8$% $%%C 年
初!我国南方遭受了严重的雨雪冰冻灾害!涉及湖
南(安徽(浙江(江西等 &? 个省"区(市$!受灾森林
面积& C#%万 @A$ "祝列克!$%%C$!受灾中心区域为
毛竹的主分布区!占我国毛竹林面积的 "%d以上%
据统计!全国竹林受灾面积约 !%% 万 @A$!其中 C%d
为毛竹林"李潇晓!$%%C$%
在竹林培育中!为应对雨雪冰冻灾害!人们在秋
季对毛竹进行钩梢% 这一抚育措施在浙江北部得到
较为广泛的运用!可有效避免或减少竹子受冰冻雪
压的损失"尹维万!$%%># 何虎!$%%"$# 同时!调查
发现!在此区域!每个梢头的市场价格为 $ j8 元!钩
下的梢头还可作为副产品增加收人%
竹材是竹林培育最重要的目标产品!其材性受
到人们的广泛关注"n4 #3&.6! $%%C# m9AM4II9A95 #3
&.6! $%%C$% 然而!作为一种抚育措施!钩梢对竹材
材性的影响如何!目前还尚未有研究报道% 本文以
钩梢和未钩梢的 > 年生毛竹"此年龄竹材已可采伐
利用$为研究对象!研究钩梢对竹材材性的影响!为
钩梢的合理应用提供理论依据%
@A材料与方法
&2&7试验材料7$%%C 年 && 月!在浙江省临安市太
阳镇(潜川镇(玲珑镇和安吉县天荒坪镇选择立地条
件一致的毛竹林!在同一坡向选取 > 年生(胸径一致
"? NA$的钩梢和未钩梢的毛竹各 ! 株!共 8$ 株!齐
地伐倒后!每株分别从基部(中部和顶部各截取 &%%
NA的竹竿段!并做标记!带回实验室进行竹材物理
力学性质的测定%
7第 # 期 桂仁意等& 钩梢对 > 年生毛竹竹材物理力学性质的影响
&2$7试验方法7&$ 试件准备7将圆筒剖开!对称
取材!保留试材 $ 个弦面竹青与竹黄的原状% 每一
段试材自基部至上部依次按下列顺序截取试件& 密
度(干缩率(顺纹抗压强度(顺纹抗剪强度(顺纹抗拉
强度和弦向抗弯强度及其弹性模量% 每个测试项目
做 &$ 个试件% 试件加工按照国家标准 WRe,&>"C%
B&??>2竹材物理力学性质试验方法3进行%
$$ 测定与分析方法7竹材的密度(干缩率(顺
纹抗压强度(顺纹抗剪强度(顺纹抗拉强度和弦向抗
弯强度等物理力学性质的测定方法和步骤按照国家
标准 WRe,&>"C%)&??>2竹材物理力学性质试验方
法3进行% 顺纹抗压强度(顺纹抗剪强度(顺纹抗拉
强度和弦向抗弯强度及其弹性模量应用 =Z X^>%
微机控制电子式木材万能力学试验机"济南时代试
金仪器有限公司生产$进行测定% 进行力学强度测
试时!将试件放入温度"$% t$$c(相对湿度 #>d t
>d条件下的恒温恒湿箱中!调整试件含水率至
&$d时进行测定% 应用=FNM0;0L<*YND1$%%8 和 ’_’’
&86% 进行数据统计分析!其中毛竹秆不同部位"基
部(中部(顶部$的竹材物理力学性质比较使用 .’^
法!钩梢对竹材物理力学性质的影响应用 3检验
分析%
>A结果与分析
$2&7钩梢对竹材物理性质的影响7密度和干缩率
都是毛竹竹材重要的物理性质% 竹材的密度是指单
位体积竹材的质量!质量常指绝干或气干质量!体积
指生材(气干或绝干体积!由此得到的密度是绝干密
度(气干密度和基本密度% 干缩率则依据考察对象
不同!分为径向(弦向(纵向和体积干缩率%
表 & 是钩梢和未钩梢毛竹竹秆不同部位竹材物
理性质指标的检测结果以及每种竹秆不同部位之间
的单因素方差分析结果% 表 $ 是钩梢对竹材物理性
质影响的 3检验结果%
表 @A钩梢和未钩梢毛竹不同部位竹材物理性质比较!
C%1D@AQ4<(’8%.$&"$,&0’,("*89.#("10&9)8%0,5%)5)"0"10&9)8%0,5"*!"#$%&’()"#&,81$/&
指标 )5:FND;
钩梢竹秆 (41A;0K基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O 基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O
基本密度 R9;FN:D5;F"H’NAB8 $
%2>C" t%6%88- %2#C! t%6%$$R %2"!8 t%6%!"( %2#&% t%6%>&- %2"%% t%6%>>R %2"#$ t%6%#&(
气干密度 -FMX:MQ:D5;F"H’NAB8 $
%2#C? t%6%!%- %2"?? t%6%>&R %2C#C t%6%">( %2"%C t%6%>?- %2C&" t%6%>CR %2C?> t%6%#!(
绝干密度 \TDM:MQ
:D5;F%2#># t%6%8?- %2"#% t%6%>%R %2C$# t%6%!C( %2#"$ t%6%>C- %2""& t%6%>?R %2C!& t%6%#&(
径向干缩 ]9:F91
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弦向干缩 ,95HD5;@MF5‘9HD"d$
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纵向干缩 .05HF<4:F591
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%2%$& t%6%%!- %2%&> t%6%%8R %2%&8 t%6%%$R %2%$% t%6%%!- %2%&> t%6%%!R %2%&! t%6%%&R
体积干缩 /014AD
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%2%#$ t%6%&> %2%>> t%6%&! %2%#> t%6%&" %2%>C t%6%&# %2%>? t%6%&# %2%#> t%6%$"
77"不同小写字母表示达到显著水平 ")h%2%> $ !不同大写字母表示达到极显著水平 ")h%2%& $ % 下同% F^LDMD5<;A911D;FH5FLFN95<:FLDMD5ND9<)h%2%>! :FLDMD5表 >A钩梢对毛竹竹材物理性质影响的 ’检验!
C%1D>A’N0,(0"*"10&98%0’")")$4<(’8%.$&"$,&0’,("*89.#("*!"#$%&’()"#&,81$/&
指标
)5:FND;
基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O
3 ) 3 ) 3 )
基本密度 R9;FN:D5;F%? > %2&!& # B&2%#! " %2$?> > B%2??% $ %288% %
气干密度 -FMX:MQ:D5;F C %28#" & B&2&$& # %2$"% ?
绝干密度 \TDM:MQ:D5;F% " %28!? 8 B%2#$& & %2>8? $ B%2C%# > %2!$# 8
径向干缩 ]9:F91;@MF5‘9HD &2!>$ % %2&># ? &2$!# $ %2$$$ 8 B%2%?% ? %2?$C $
弦向干缩 ,95HD5
纵向干缩 .05HF<4:F591;@MF5‘9HD &2%%# & %28$$ ! B%2$!$ % %2C&% ! B%2"%8 ! %2!C" 8
体积干缩 /014AD;@MF5‘9HD %2C%? > %2!$! # B%2"!> 8 %2!#& ? %2%&% > %2??& "
77" 3为检验统计值!)为置信值% 下同% 3MDOMD;D5<;<@D77&$ 钩梢对毛竹竹材密度的影响7竹材密度受 环境(立地条件(年龄(竹秆部位等因子的影响 "李
>?&
林 业 科 学 !" 卷7
源哲等!&?C#$!与竹材的机械加工(化学处理等有
十分密切的关系!直接影响竹材加工处理工艺的合
理性(有效性和经济性%
表 & 表明& 未钩梢毛竹基部(中部和顶部竹材
基本(气干和绝干密度均较钩梢毛竹大!说明钩梢降
低了竹材密度!但降低幅度不大!在 B&2!d "中部
绝干密度$ jB82Cd"基部基本密度$之间% 从 3检
验结果"表 $$上看& )值在%2&!& # j%2>8? $之间!
均大于 %2%>!说明钩梢和未钩梢毛竹各部位竹材的
基本密度(气干密度和绝干密度指标之间均无显著
差异%
表 & 结果还表明& 钩梢和未钩梢毛竹竹材密度
从基部到顶部都逐渐增大!这与马灵飞等"&??"$的
研究结果相一致% 其中!钩梢毛竹中部竹材 8 种密
度值较基部分别增加 >d!%d和 &>2?d!顶
部较基部分别增加 $#2#d!$#2%d和 $>2?d# 未钩
梢毛竹中部竹材 8 种密度值较基部分别增加
&!2Cd!&>2!d和 &!2"d!顶部较基部分别增加
$!2?d!$#2!d和 $>2&d% 单因素方差分析表明&
无论是钩梢还是未钩梢毛竹!其不同部位竹材 8 种
密度值之间均存在极显著差异%
$$ 钩梢对毛竹竹材干缩性的影响7竹材是属
于毛细管多孔有限膨胀胶体!表面积大!孔隙率高!
具有一定的吸着性 "周芳纯!&?C&$!其干缩性能直
接影响竹材和竹制品的尺寸(形状(结构的稳定性%
表 & 结果表明& 钩梢对毛竹竹材干缩性影响不
大% 钩梢毛竹各部位竹材干缩性指标值较未钩梢毛
竹相比!变化幅度在 B&%2%d "中部竹材弦向干缩
率$ j&828d"基部竹材径向干缩率$之间% 3检验
结果"表 $$表明& )值在%2&># ? j%2??& "之间!均
大于 %2%>!说明钩梢和未钩梢毛竹基部(中部和顶
部竹材径向(弦向(纵向(体积干缩率均无显著差异%
表 & 结果还表明! 竹材径向干缩率从基部到顶
部都逐渐增大& 钩梢毛竹中部和顶部竹材径向干缩
率指标值较基部分别增加 &"2!d和 $&2"d# 未钩
梢的分别增加 $$2$d和 8"2?d% 弦向和纵向干缩
率变化趋与径向干缩率相反!从基部到顶部都逐渐
降低& 钩梢毛竹中部和顶部竹材弦向干缩率指标值
较基部分别降低 &!28d和 $82Cd!纵向干缩降低
$C2#d和 8C2&d# 未钩梢毛竹的弦向干缩率指标值
分别降低 !2Cd和 $C2#d!纵向干缩降低 $>2%d和
8%2%d% 而不同部位体积干缩率指标值变化趋势则
不明显!在 B&&28d "钩梢中部较基部 $ j&$2&d
"未钩梢项部较基部$之间% 单因素方差分析结果
表明& 除体积干缩率外!钩梢或未钩梢毛竹基部竹
材和顶部竹材的径向(弦向和纵向干缩率指标值之
间均存在显著或极显著差异!说明竹秆部位对竹材
干缩性影响很大# 同时可以看出!毛竹的径向干缩
率普遍大于弦向干缩率和纵向干缩率!与王建和
"&??8$研究结果相一致%
$2$7钩梢对毛竹竹材力学性质的影响7毛竹竹材
力学性质主要包括顺纹抗压强度(顺纹抗剪强度(顺
纹抗拉强度(弦向抗弯强度及其弹性模量等!与含水
率(竹秆部位(竹龄(立地条件等有关!且差异较大
"鲁顺宝等!$%%>$% 黄金水等"$%%>$研究表明& 与
正常毛竹相比较!受竹笋象危害断梢毛竹竹材抗弯
强度(抗弯弹性模量和顺纹抗拉强度的差异显著!指
标分别下降了 !82"?d! 8?2%&d! $?2$Cd# 而竹腔
注药防治后这 8 个指标下降了 &82C"d! &%2?>d!
?2%&d!但差异不显著%
表 8 是钩梢和未钩梢毛竹竹秆不同部位竹材的
力学性质指标的检测结果!以及每种竹秆不同部位
之间的单因素方差分析结果% 表 ! 是钩梢对竹材力
学性质影响的 3检验结果%
表 BA钩梢和未钩梢毛竹不同部分的竹材力学性质比较
C%1DBA3,84%)’8%.$&"$,&0’,("*89.#("10&9)8%0,5%)5)"0"10&9)8%0,5"*!"#$%&’()"#&,81$/& =_9
指标 )5:FND;
钩梢竹秆 (41A;0K基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O 基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O
顺纹抗压强度 (0AOMD;;FTD
;##2" t!6C- "C2! t>6!R C82" t!68( #"2! t"6"- "C2C t"6#R C>2? t>6C(
顺纹抗剪强度 ’@D9M
;&>2# t&6"- &?2& t$68R $&2! t&6"(  t&6#- $%2% t&6#R $$2& t&6"(
顺纹抗拉强度,D5;F1D
;&!#2$ t$&6!- &C?2> t$%6"R $C t&C6#( &>&2! t$"6&- &C&28 t&"6?R $&828 t$#6>(
弦向抗弯强度,95HD5KD5:F5H;&%82# t&&6!- $C t$!6"R $">2C t&?6&( &%?2? t&C6#- &??2% t&?6&R $C>2# t&?6&(
弦向抗弯弹性模量*19;A0:414;0LKD5:F5H;> #??2" t?8&6"- &# 8>?2# t$ ?>>6#R 88 >?!2$ t> >$86? ( # >C"2" t$ 8#86"- &C >"C28 t8 "8>6!R 8$ $&&2" t? %&?6$(
#?&
7第 # 期 桂仁意等& 钩梢对 > 年生毛竹竹材物理力学性质的影响
表 KA钩梢对毛竹竹材力学性质影响的 ’检验
C%1DKA’N0,(0"*"10&98%0’")")#,84%)’8%.$&"$,&0’,("*89.#("*!"#$%&’()"#&,81$/&
指标
)5:FND;
基部 R0<0A 中部 =F::1D 顶部 ,0O
3 ) 3 ) 3 )
顺纹抗压强度 (0AOMD;;FTD;? $ B%2&"> % %2C#$ 8 B&2$>C & %2$&C &
顺纹抗剪强度 ’@D9M;
顺纹抗拉强度 ,D5;F1D;$$ ? %2#%! ? B&2C#8 $ %2%"$ 8 %2%!> # %2?#8 ?
弦向抗弯强度 ,95HD5 %2>>& 8 &2&?? ? %2$8? # %28"! $ %2"&% ?
弦向抗弯弹性模量 *19;& 8 %2$>C " B&2"#$ C %2%CC & B%2C!% C %2!%" &
77&$ 钩梢对毛竹竹材顺纹抗压强度的影响7竹
材的顺纹抗压强度是指沿试件顺纹方向以匀速度对
试件施加压力直至试件破坏达到的压力!或顺着竹
材纹理竹材对外切作用力的抵抗能力%
表 8 结果表明& 钩梢毛竹竹材较未钩梢竹材顺
纹抗压强度略有降低!基部(中部(顶部分别降低了
&2%d!%2>d和 $2#d% 3检验结果"表 !$表明& 其
)值均大于 %2%>!说明钩梢和未钩梢毛竹各部位竹
材顺纹抗压强度指标之间并无显著差异%
表 8 结果还表明& 钩梢和未钩梢毛竹竹材的顺
纹抗压强度从基部到顶部竹材都逐渐增强!其中!钩
梢竹材中部和顶部顺纹抗压强度分别比基部增加
&"2>d和 $>2>d!未钩梢竹材中部和顶部顺纹抗拉
强度分别比基部增加 ?d和 $"2!d% 单因素方
差分析表明& 不同部位的顺纹抗压强度存在极显著
差异%
$$ 钩梢对毛竹竹材顺纹抗剪强度的影响7抗
剪强度是竹材力学的一个重要指标!竹材在竹结构
连接中可能因顺纹剪切而破坏!竹结构中最常见的
是竹材径面的顺纹抗剪!它更好地反映了竹材的
材质%
表 8 结果表明& 钩梢毛竹竹材较未钩梢竹材顺
纹抗剪强度略有降低!基部(中部(顶部分别降低了
!28d!!2>d和 82$d% 3检验结果"表 !$表明& 其
)值均大于 %2%>!说明钩梢和未钩梢毛竹各部位竹
材顺纹抗剪强度之间并无显著差异%
表 8 结果还表明& 钩梢和未钩梢毛竹竹材顺纹
抗剪强度从基部到顶部都逐渐增强!其中!钩梢竹材
中部和顶部顺纹抗剪强度分别比基部增加 $$2!d
和 8"2$d!未钩梢竹材中部和顶部顺纹抗剪强度分
别比基部增加 $$2"d和 8>2#d% 单因素方差分析
表明& 不同部位的顺纹抗压强度存在极显著差异%
8$ 钩梢对毛竹竹材顺纹抗拉强度的影响7竹
材的抗拉强度是竹材最基本的力学性质指标!其大
小除取决于竹种遗传特性外!还要受立地条件等环
境因子的影响"鲁顺宝等!$%%>$%
表 8 结果表明& 钩梢降低了基部竹材的顺纹抗
拉强度" B82!d$!提高了中部和顶部竹材的顺纹
抗拉强度 "!2>d和 &2#d$% 3检验结果 "表 !$表
明& 其 )值均大于 %2%>!说明钩梢和未钩梢毛竹各
部位竹材顺纹抗拉强度指标之间并无显著差异%
表 8 结果还表明& 钩梢和未钩梢毛竹竹材顺纹
抗拉强度从基部到顶部抗拉强度逐渐增强!其中!钩
梢竹材中部和顶部顺纹抗拉强度分别比基部增加
$?2#d和 !C28d!未钩梢竹材中部和顶部顺纹抗拉
强度分别比基部增加 &?2"d和 !%2?d% 单因素方
差分析表明& 不同部位之间存在着极显著差异%
!$ 钩梢对毛竹竹材弦向抗弯强度及其弹性模
量的影响7抗弯强度也叫抗折强度(支撑强度!竹材
受静力载荷作用时所产生的最大弯曲应力!或竹材
对外力折或弯的抵抗能力% 竹材的抗弯强度和抗弯
弹性模量对结构材来说是最重要的力学性质"鲁顺
宝等!$%%>$%
表 8 结果表明& 钩梢提高了中部竹材弦向抗弯
强度和顶部弦向抗弯强度弹性模量 " C2?d 和
!28d$!降低了基部竹材弦向抗弯强度及其弹性模
量 " B>2"d 和 B&82>d$( 中部竹材弹性模量
" B&&2?d$和顶部竹材弦向抗弯强度 " B82!d$%
3检验结果"表 !$表明& 其 )值均大于 %2%>!说明钩
梢和未钩梢毛竹各部位竹材弦向抗弯强度及其弹性
模量之间并无显著差异%
表 8 结果还表明& 钩梢和未钩梢毛竹竹材弦向
抗弯强度及其弹性模量从基部到顶部都逐渐增强!
其中!钩梢竹材中部弦向抗弯强度和其弹性模量分
别比基部增加 &%?28d和 &C"2%d!顶部比基部增加
&##2$d和 !C?2!d# 未钩梢竹材中部比基部增加
C&2&d和 &C$2%d!顶部比基部增加 &>?2?d 和
8C?2%d% 单因素方差分析表明& 不同部位之间存
在着极显著差异%
BA结论与讨论
本文测定了钩梢和未钩梢 > 年生毛竹基部(中
部(顶部竹材的密度(干缩率(顺纹抗压强度(顺纹抗
剪强度(顺纹抗拉强度和弦向抗弯强度及其弹性模
"?&
林 业 科 学 !" 卷7
量等物理力学性质指标!3检验结果表明& 钩梢毛竹
和未钩梢毛竹竹材的基部(中部(顶部物理力学性质
均没有显著差异!说明钩梢对毛竹的材性没有显著
影响%
同时!通过分别比较 > 年生钩梢毛竹以及未钩
梢毛竹竹材不同部位之间的物理力学性质发现!除
体积干缩率变化不明显外!基部和顶部的各项物理
力学性质指标之间均存在显著差异!其中!基本密
度(气干密度(绝干密度(径向干缩率和各力学性质
指标从基部到顶部都逐渐增大!而弦向干缩率和纵
向干缩率则逐渐减少!说明毛竹竹材的部位效应明
显! 与 红 壳 竹 " )"0.+73&-"07%*%:#’7-#’7$( 雷 竹
")"0.+73&-"07E*&#-+L$(灰竹")"0.+73&-"07’=:&$等
竹材相类似"於琼花等!$%%!# 林金国等!$%%$# 俞
友明等!$%%&# 杨云芳等!&??C# 马灵飞等!&??"$%
因此!就毛竹竹材材性而言!钩梢抚育措施对其
无明显影响!而不同部位的差异则较为显著!说明钩
梢不会降低毛竹的物理使用价值!在生产中可为做
防雪灾的抚育措施加以推广应用% 但钩梢减少了毛
竹梢部枝条!降低了毛竹单株光合作用面积!其对竹
林群体生产力的影响有待进一步研究%
参 考 文 献
何7虎6$%%"6毛竹雪灾受损特点与钩梢减灾技术6湖南林业科技!
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黄金水! 朱建华! 叶剑雄! 等6$%%>6竹笋象危害对竹材物理力学性
质的影响6竹子研究汇刊! $!"!$ & &! B&"6
李源哲! 张寿槐! 白同仁! 等6&?C#6中国七种竹材的物理力学性
质6中国林业科学研究院木材工业研究所研究报告! 木工! !
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李潇晓6$%%C6雨雪冰冻灾后毛竹林恢复与重建技术6栽培技术!
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竹子研究汇刊! $&"&$ & ## B#"6
刘亚迪! 桂仁意! 俞友明! 等6$%%C6毛竹不同种源竹材物理力学性
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