全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & % 年 # 月
林 业 科 学
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欧美杨 &%8 杨生长应变与木材解剖特征
和干缩性质之间的关系!
周6亮6刘盛全6刘亚梅6刘6倩
"安徽农业大学林学与园林学院6合肥 $7%%7"$
摘6要!6选取正常生长和偏心生长欧美杨 &%8 杨为研究材料!测试其表面轴向生长应变!并测定应变测试位置处
木材的纤维形态和干缩性质!分析应变与木材性质之间的关系% 结果表明& &$随着生长应变数值的增加!正常生
长立木纤维长度’胞腔径’长宽比’径向全干干缩率’弦向全干干缩率出现微弱的下降趋势!而纤维宽度’双壁厚’壁
腔比’轴向全干干缩率出现微弱的上升趋势!正常生长立木生长应变与所有纤维形态指标和干缩性指标之间的相
关系数均不显著# $$随着生长应变数值的增加!偏心生长立木双壁厚’长宽比’径向全干干缩率’弦向全干干缩率’
轴向全干干缩率出现较快的下降趋势!而纤维宽度’胞腔径同时出现较快的上升趋势!纤维长度出现微弱的上升趋
势!偏心生长立木生长应变与双壁厚’轴向全干干缩率’径向全干干缩率’弦向全干干缩率’壁腔比’弦向全干干缩
率’长宽比的负相关关系显著!与腔径’纤维宽度的正相关关系显著!与纤维长度之间相关系数不显著# 7$对于不
含应拉木正常生长的立木!其生长应力与木材纤维形态和木材干缩性质之间关系较为微弱# 对于含应拉木偏心生
长的立木!由于应拉木材性与正常木之间的差别!其生长应力与多数木材纤维形态指标和木材干缩性质指标之间
关系较为紧密%
关键词&6欧美杨 &%8 杨# 生长应变# 木材性质
中图分类号! ’8<&2$666文献标识码!-666文章编号!&%%& =8!<<#$%&%$%# =%&$! =%"
收稿日期& $%%# =%& =%"# 修回日期& $%%# =%8 =$8%
基金项目& 国家自然科学基金项目"7%"8&"!&$ ’瑞典国际自然科学基金项目"@A!&>> =&$ ’安徽省高校木材科学与技术重点实验室项目
"$%%!%8$ %
!刘盛全为通讯作者%
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SDIT4L43O5’HONLU310EFISHRIEL1FO0ZSD TSOLIE ZLTR3S3OJIE3R!LER NIX3OJ0O4D010FIUL14O043OSI3TLER TDOIEhLF34O043OSI3T
0NZ00R TLJ413X3E3LSD ZDIUD TSOLIE R3S3OJIE3R LO3LZ3O3J3LTHO3R L1T05G31LSI0ETDI4TX3SZ33E FO0ZSD TSOLIE LER
T313US3R Z00R 4O043OSI3TZ3O3R3RHU3R!LER SD3O3TH1STD0ZE& L10EFZISD IEUO3LTIEF0NFO0ZSD TSOLIE!NIX3O13EFSD!OLSI00N
NIX3O13EFSD S0ZIRSD!SLEF3ESIL10V3EYROPTDOIEhLF3LER 10EFISHRIEL10V3EYROPTDOIEhLF30NE0OJL1FO0ZSD SO33R3UO3LTIEF
T1IFDS1P!D0Z3V3O!NIX3OZIRSD!ZIRSD 0NR0HX13U31ZL1!OHEh31OLSI0!OLRIL10V3EYROPTDOIEhLF3IEUO3LTIEFT1IFDS1P5
(0OO31LSI0ETLJ0EFFO0ZSD TSOLIE LER L1T313US3R Z00R 4O043OSI3TZ3O3IETIFEINIULES5-10EFZISD IEUO3LTIEF0NFO0ZSD
TSOLIE!ZIRSD 0NR0HX13U31ZL1!OLSI00NNIX3O13EFSD S0ZIRSD!10EFISHRIEL10V3EYROPTDOIEhLF3!SLEF3ESIL10V3EYROP
TDOIEhLF3!OLRIL10V3EYROPTDOIEhLF30N3UU3ESOIUFO0ZSD SO33R3UO3LTIEFTDLO41P! D0Z3V3O! NIX3OZIRSD! OHEh31OLSI0
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L1T0TIFEINIULES590Z3V3O!L44LO3ESU0OO31LSI0E X3SZ33E FO0ZSD TSOLIE LER NIX3O13EFSD DLV3E0SX33E N0HER5MD3E E0OJL1
FO0ZSD SO33ZDIUD RIR E0SU0ESLIE S3ETI0E Z00R ZLTU0EU3OE3R!O31LSI0ETDI4TX3SZ33E TSOLIE LER NIX3OJ0O4D010FIUL1
4O043OSI3TLER Z00R TDOIEhLF34O043OSI3TZ3O3N33X135MD3E ISULJ3S03UU3ESOIUFO0ZSD SO33ZDIUD U0ESLIE3R S3ETI0E
Z00R!L1J0TSL1O31LSI0ETDI4TX3SZ33E TSOLIE LER NIX3OJ0O4D010FIUL14O043OSI3TLER Z00R TDOIEhLF34O043OSI3TZ3O3SIFDS3O
6第 # 期 周6亮等& 欧美杨 &%8 杨生长应变与木材解剖特征和干缩性质之间的关系
SDLE E0OJL1FO0ZSD SO330ZIEFS0RIN3O3ES4O043OSI3T0NE0OJL1Z00R LER S3ETI0E Z00R5
:); <"(=/&64041LOU10E3&%8# FO0ZSD TSOLIE# Z00R 4O043OSI3T
66生长应力产生于树木次生生长过程中!主要是
树木为了保持其主干和树枝在原有状态下生长而形
成了应力保护机制"-OUD3O!&#<"# (DLN3!#$% 它
的存在对木材加工利用带来了一定的影响!主要是
由于高生长应力和生长应力分布不均导致原木易发
生端裂!制材过程中板材出现开裂’横弯及扭曲等缺
陷!从木材利用角度!严重制约了锯材的出材率和高
附加值实木的利用 "CLEF")%/O! $%%&$% 为了研究
生长应力对木材加工利用的影响!学者们一方面研
究生长应力的大小和分布与制材缺陷之间的关系
"kH1I3E ")%/O!$%%7# ehHPLJL")%/O!$%%!$!另一方面
着手研究生长应力与木材性质之间关系 "(1LIO")
%/5!$%%7X# bL1LE!&#<8# bL1LE ")%/O!&#<8$% 通过这
种关系的研究不仅可以分析生长应力大小对木材性
质的影响!还可以通过它们之间的相互关系对生长
应力或木材性质进行预测% bL1LE 等"&#<8$通过对
正常生长巨桉"-;.%/#D);,0(%124,$研究认为木材性
质与生长应变水平之间没有显著的相关性# 胡继青
等"$%%%$对 7 种正常生长桉树-巨尾桉"-O0(%124,
d-O;(’D9#/% $! 尾 园 桉 " -O;(’D9#/% d -O
)"(")4.’(14,$!粗皮桉"-OD"/4)%$.研究也发现生长应
变与基本密度’生材密度无关# 刘晓丽"$%%>$在正
常生长尾巨桉 "-O;(’D9#/% d-O0(%124,$研究中得
出!生长应变与轴向干缩率有显著正相关关系!而与
基本密度和 be*等性质之间关系较弱# BLEF等
"$%%<$通过对不同倾斜角度下的 )="# 杨"<’D;/;,
2"/)’42,UV5*.H[+3[)Y"#A>>$的研究发现!生长应力
指示值与大多数木材材质指标之间关系显著# (1LIO
等"$%%7X$ 在欧洲板栗"=%,)%1"% ,%)43%$研究中!分
别对含有胶质层纤维的应拉木和正常木的生长应力
指示值与木材物理力学性质之间关系展开研究!发
现了应拉木与正常木所得到的结论存在较大的
不同%
欧美 杨 &%8 杨 " <’D;/;,d";(%5"(4.%1% UV5
1+3VL,$目前在我国华北和黄淮等区域广为栽植!
已经成为我国人工林中较为重要的杨树优良品系之
一"张绮纹等!$%%7$% 前文以欧美杨 &%8 杨为研究
材料!针对正常生长和偏心生长 $ 种不同条件下的
生长应变分布情况展开了论述"周亮等!$%%#$% 在
此基础上!本文将讨论 $ 种生长条件下立木生长应
变与木材性质之间的关系!以期为欧美杨 &%8 杨加
工利用提供必要的理论信息%
&6材料与方法
>D>?试材采集
采集地位于河南省濮阳市白岗乡林场!该林场
位于黄河滩区!为黄河冲积平原!土壤类型为轻沙
壤!偏盐碱!4982< 左右% 按照小班数据进行林地
踏查!挑选 7 株长势良好’干形较为通直的 8 年生欧
美杨 &%8 杨平均木!依次编号为 m&!m$!m7# 从林地
东西向主干渠两旁选择了 7 株具有不同倾斜角度或
弯曲程度的 8 年生欧美杨 &%8 杨!依次编号为 K&!
K$!K7% 样木生长情况如表 & 所示%
表 >?样木生长情况
4-9@>?5("<’,."*=#’#"*/"1/-AB$#*3 ’())/
样木编号
+050NTLJ41IEFSO33
树高
,O33D3IFDSAJ
胸径
@?9AUJ
地径
?LT3RILJ3S3OAUJ
南北冠幅
’U0430NUO0ZNO0J
E0OSD S0T0HSDAJ
东西冠幅
’U0430NUO0ZNO0J
3LTSS0Z3TSAJ
m& &827 $!2$ 7&2& !2< >2$
m$ &82> $<2> 7>27 >2" >28
m7 &82! $"2$ 7728 !28 >2#
K& &82" $72% $<28 >28 >2&
K$ &82" $72% $82% !2! 72%
K7 &"2$ % $!2% >2& !27
>DF?试验方法
&2$2&6立木表面轴向生长应变测试方法6选取
m&!m$ $ 个单株的 &2> J处和m7!K&!K$’K7 ! 个单株
%2>!&2>2$2> J7 个不同高度处进行立木表面生长
应变测定!在树干周向上具体测试位置的选择参见
周亮等" $%%#$% 采用应变片法对相应位置进行立
木表面轴向生长应变的测定"C0TDIRL")%/5!$%%$$
&2$2$6木材纤维形态测定6将应变测试点下方试
块从立木中取出!采用离析法测定树干最外围纤维
长度 "每个试样共测定 >% 根纤维的长度!取平均
>$&
林 业 科 学 !" 卷6
值$!并将试块制作常规木材切片!测定纤维宽度’
双壁厚!并计算胞腔径’长宽比’壁腔比%
&2$276木材干缩性质测定6将测试点下木材制备
成尺寸大小为 & UJd& UJd$ UJ的小试块!然后按
照国家标准"W?$ =&##&$测定木材的轴向全干
干缩率’径向全干干缩率’弦向全干干缩率%
&2$2!6数据分析方法6采用 ’f’’ 软件对数据进行
统计分析%
$6结果与分析
FD>?正常生长立木表面轴向生长应变与木材性质
之间的关系
将正常生长立木各测试点的生长应变值与相对
应试块测定的纤维形态指标和干缩性指标作散点
图!并添加线性趋势线!结果如图 & 所示% 随着生长
应变数值的增加!纤维长度’胞腔径’长宽比’径向全
干干缩率’弦向全干干缩率出现微弱的下降趋势!而
纤维宽度’双壁厚’壁腔比’轴向全干干缩率同时出
现微弱的上升趋势% 反映到生长应力上!则表现为&
随着生长拉应力的增加!纤维长度’胞腔径’长宽比’
径向全干干缩率’弦向全干干缩率减小# 纤维宽度’
双壁厚’壁腔比’轴向全干干缩率增加% 计算各测试
点生长应变与纤维形态指标和干缩性指标之间的相
关系数!结果如表 $ 所示% 生长应变与所有纤维形态
指标和干缩性指标之间的相关系数均不显著% 此外!
反映出来的相关系数方向与散点图得出的结果一样%
从本文研究结果来看!生长应变与所测定木材
性质指标之间关系均不显著!且相关系数也较小!这
说明了正常生长欧美杨 &%8 杨生长应变与木材纤维
形态和干缩性质之间的关系较为微弱% 这一结果与
前人的相关结果基本一致% 纤维形态与应变之间的
关系研究结论与 bL1LE 等 "&#<8$对桉树研究较为
一致!而在干缩性质研究与刘晓丽"$%%>$对桉树的
研究存在不同!本文中各干缩指标与生长应变之间
关系均不显著!这一结论和 (1LIO等"$%%7X$ 对直立
生长的欧洲栗研究结果一致%
图 &6正常生长立木表面生长应变与木材性质之间关系
BIF5&6(0OO31LSI0E X3SZ33E THONLU310EFISHRIEL1FO0ZSD TSOLIE LER Z00R 4O043OSI3T0NE0OJL1FO0ZSD SO33
"$&
6第 # 期 周6亮等& 欧美杨 &%8 杨生长应变与木材解剖特征和干缩性质之间的关系
表 F?正常生长和偏心生长立木木材性质与生长应变之间的相关分析结果!
4-9@F?6)/&$’"1."(()$-’#"*-*-$;/#/9)’<))*<""=B("B)(’#)/-*=/&(1-.)$"*3#’&=#*-$3("<’,/’(-#*
"1*"(A-$3("<’,’())-*=)..)*’(#.3("<’,’())
变量类型 ,P430NVLOILX13
纤维
长度
BIX3O
13EFSD
双壁厚
MIRSD 0N
R0HX13U31
ZL1
胞腔径
@ILJ3S3O0N
1HJ3E
纤维宽度
BIX3OZIRSD
长宽比
GLSI00N
NIX3O13EFSD
S0ZIRSD
壁腔比
GHEh31
OLSI0
轴向全干
干缩率
.0EFISHRIEL1
0V3EYROP
TDOIEhLF3
径向全干
干缩率
GLRIL1
0V3EYROP
TDOIEhLF3
弦向全干
干缩率
,LEF3ESIL1
0V3EYROP
TDOIEhLF3
正常生长立木
生长应变值
WO0ZSD TSOLIE
0NE0OJL1
FO0ZSD SO33
相关系数
f3LOT0E
U0OO31LSI0E
U03NIUI3ES
=%2&&& % %2$"> 8 =%2%78 7 %2&8$ 7 =%2$7% " %2$&" < %2$>7 < =%2%"8 < =%2%>! %
显著性 ’IF5 ET ET ET ET ET ET ET ET ET
自由度 RN !% !% !% !% !% !% !% !% !%
偏心生长立木
生长应变值
WO0ZSD TSOLIE
0N3UU3ESOIU
FO0ZSD SO33
相关系数
f3LOT0E
U0OO31LSI0E
U03NIUI3ES
%2%!% =%2!#7 %2!"$ %27!! =%2$<# =%2>>> =%2><8 =%2!#7 =%27#$
显著性 ’IF2 ET !!! !!! !! ! !!! !!! !!! !!
自由度 RN 8$ 8$ 8$ 8$ 8$ 8$ 8$ 8$ 8$
66!!!!表示在 %2%%& 水平上显著# !!表示在 %2%& 水平上显著# !表示在 %2%> 水平上显著# ET表示不显著% !!!J3LETTIFEINIULESLS%2%%&
13V31!!!J3LETTIFEINIULESLS%2%& 13V31!!J3LETTIFEINIULESLS%2%> 13V31!ETJ3LETIETIFEINIULES5
FDF?偏心生长立木生长应变与相关木材材性之间
的关系
将偏心生长立木各测试点的生长应变值与相对
应试块测定的纤维形态指标和干缩性指标作散点
图!并添加线性趋势线!结果如图 $ 所示% 随着生长
应变数值的增加!双壁厚’长宽比’径向全干干缩率’
弦向全干干缩率’轴向全干干缩率出现较快的下降
趋势!而纤维宽度’胞腔径同时出现较快的上升趋
势!纤维长度出现微弱的上升趋势% 反映到生长应
力上!则表现为& 随着生长拉应力的增加!双壁厚’
长宽比’径向全干干缩率’弦向全干干缩率’轴向全
干干缩率迅速减小# 纤维宽度’胞腔径迅速增加#
纤维长度缓慢增加% 计算各测试点生长应变与纤维
形态指标和干缩性指标之间的相关系数!结果如表
$ 所示% 偏心生长立木表面轴向生长应变与所有纤
维形态指标和干缩性指标之间的相关系数结果显
示& 生长应变与双壁厚’轴向全干干缩率’径向全干
干缩率’弦向全干干缩率’壁腔比的负相关关系在
%2%%& 水平上显著!与胞腔径的正相关关系在 %2%%&
水平上显著!与纤维宽度的正相关关系在 %2%& 水
平!与弦向全干干缩率的负相关关系在 %2%& 水平上
显著!与长宽比的负相关关系在 %2%> 水平上显著!
与纤维长度之间相关系数不显著%
从本文研究结果来看!偏心生长欧美杨 &%8 杨
立木生长应变与多数木材纤维形态和干缩性质指标
之间关系较为紧密!尤其是双壁厚’轴向全干干缩
率’径向全干干缩率’弦向全干干缩率’壁腔比’胞腔
径等材性指标% BLEF等"$%%<$在对 )="# 杨研究
中得出的生长应力指示值与木材性质之间关系结果
与本文所得的研究结果基本一致!主要差别在于弦
向全干干缩’径向全干干缩和纤维长度的研究结果
上% 本文中弦向干缩和径向干缩与应变之间为显著
正相关!而 BLEF在对 )="# 杨研究中得出生长应力
指示值与弦向干缩和径向干缩显著负相关# (1LIO等
"$%%7X$ 对偏心生长欧洲栗研究中得出生长应力指
示值与弦向干缩为显著正相关!与本文结论相同%
本文研究认为偏心生长树干最外层纤维长度与测定
的应变之间关系不显著!BLEF研究得出纤维长度与
生长应力指示值为显著正相关% 上述差异性可能来
源于诸多种因素之间的差异!如研究材料’测试方
法’木材材性测试取材部位等% 此外!关于应拉木和
正常木纤维长度之间的比较结果!不同的学者由于
研究材料和取材方法之间的差异!得出的结论也不
经相同"k0HO3Q")%/O!$%%&# mIJJ3OJLEE &#"!$%
学者们普遍认为多数偏心生长的立木可能在年
轮较宽区域出现应力木!而应力木的存在对生长应
力的影响也得到了诸多证实 "@H ")%/O! $%%8#
MLORO04!&#>"# MLORO04 ")%/O!&#!<$% 一般认为!在
阔叶材应拉木区域表现为拉应力较大!在针叶材应
压木区域表现为拉应力较小或者直接表现为较大的
压应力"?LJX3O$%%&# CLJLJ0S0")%/O!$%%$$% 因此
学者们在研究生长应力与木材性质之间关系时!对
研究材料的选择也大致分成两大类& 一类是正常生
长的木材"通常为直立生长的树干$!另一类是偏心
8$&
林 业 科 学 !" 卷6
图 $6偏心生长立木表面生长应变与木材性质之间关系
BIF5$6(0OO31LSI0E X3SZ33E THONLU310EFISHRIEL1FO0ZSD TSOLIE LER Z00R 4O043OSI3T0N3UU3ESOIUFO0ZSD SO33
生长的木材"通常树干中出现倾斜或者弯曲$% 在
第 $ 类材料中通常会有一定量的应力木存在!而第
& 类材料中应力木含量很少甚至不存在% 由于应力
木与正常木材质之间存在较大的差异!如应拉木中
由于胶质层的存在而形成的细胞壁较厚’腔小
"MLORO04!&#>"# MLORO04 ")%/O!&#!<$!以及 ’& 层在
细胞壁中组成较大而引起的木材干缩性质变化等
"(1LIO")%/O!$%%7L# BLEF")%/O!$%%8$!因此在分析偏
心生长木材材性与生长应力之间关系时!往往是生
长应力水平与应力木存在程度之间相互交织!共同
影响了木材材质%
综合比较本文对正常生长立木和偏心生长立木
$ 种不同材料得出的研究结果!可以发现两者之间
的差异较大% 正常生长的立木其本身在不同树干位
置和不同单株之间的应变数值差异较小!此外!在没
有应力木干扰的情况下!其树干外围材性的变异也
有限!这些因素可能是导致生长应力与木材材性指
标之间关系不明显的原因之一% 然而!偏心生长立
木其本身应变数值在不同单株和不同位置之间差异
较大!而这种差异的变化规律与应拉木存在程度又
紧密相连!再加上应拉木与正常木在木材材性指标
之间的差异!必然导致了生长应变与多数纤维形态
指标和木材干缩性质指标之间关系明显% 因此!本
文认为对于不含应拉木正常生长的立木!其生长应
力与木材纤维形态和木材干缩性质之间关系较为微
弱# 对于含应拉木偏心生长的立木!由于应拉木材
性与正常木之间的差别!其生长应力与与多数木材
纤维形态指标和木材干缩性质指标之间关系较为
紧密%
76结论
随着生长应变数值的增加!正常生长立木纤维
长度’胞腔径’长宽比’径向全干干缩率’弦向全干干
缩率出现微弱的下降趋势!而纤维宽度’双壁厚’壁
腔比’轴向全干干缩率同时出现微弱的上升趋势%
正常生长立木生长应变与所有纤维形态指标和干缩
性指标之间的相关系数均不显著%
随着生长应变数值的增加!偏心生长立木双壁
厚’长宽比’径向全干干缩率’弦向全干干缩率’轴向
全干干缩率出现呈现较快的下降趋势!而纤维宽度’
胞腔径同时出现较快的上升趋势!纤维长度出现微
弱的上升趋势% 偏心生长立木生长应变与双壁厚’
轴向全干干缩率’径向全干干缩率’弦向全干干缩
率’壁腔比的负相关关系在 %2%%& 水平上显著!与胞
腔径的正相关关系在 %2%%& 水平上显著!与纤维宽
度的正相关关系在 %2%& 水平!与弦向全干干缩率的
<$&
6第 # 期 周6亮等& 欧美杨 &%8 杨生长应变与木材解剖特征和干缩性质之间的关系
负相关关系在 %2%& 水平上显著!与长宽比的负相关
关系在 %2%> 水平上显著!与纤维长度之间相关系数
不显著%
对于不含应拉木正常生长的立木!其生长应力
与木材纤维形态和木材干缩性质之间关系较为微
弱# 对于含应拉木偏心生长的立木!由于应拉木材
性与正常木之间的差别!其生长应力与多数木材纤
维形态指标和木材干缩性质指标之间关系较为
紧密%
参 考 文 献
胡继青!姜笑梅!侯祝强!等5$%%%5三种人工林桉树轴向生长应变变
异初探5木材工业!&!""$ & # =&&5
刘晓丽5$%%>5人工林尾巨桉生长应变与木材性质关系及高生长应变
形成机理的研究5中国林业科学研究院博士学位论文5
张绮纹!李金花5$%%75杨树工业用材林新品种5北京& 中国林业出
版社5
周6亮!刘盛全!刘6倩!等5$%%#5欧美杨 &%8 杨立木生长应变分布
规律5林业科学!!>"&$ & &&< =&$!5
-OUD3OGG5&#<"5WO0ZSD TSO3TT3TLER TSOLIETIE SO33T5’4OIEF3O/3O1LF!
?3O1IE5
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!责任编辑6石红青"
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