全 文 ：云南 w种典型材用丛生竹宏观解剖结构
与主要物理力学性质的关系 3
张宏健 杜 凡 张福兴
k西南林学院 昆明 yxsuuwl
摘 要 } 对云南 w种典型的材用丛生竹k龙竹 ∆ενδροχαλαµ υσ γιγαντευσ , 甜龙竹 ∆ενδροχαλαµ υσβρανδισιι ,黄
竹 ∆ενδροχαλαµ υσ µε µ βραναχευσ ,油勒竹 Βαµ βυσα λαπιδεαl的维管束密度 !纤维比量 !密度 !含水率 !干缩率 !
顺纹抗压强度和弦向抗弯强度的检测结果认为 }w种竹材之间和同一竹种内径向 !弦向和纵向上的结构和物
理力学性质的分布存在着较大的差异 ∀对结构指标与主要物理力学性质之间关系的分析结果认为 }纤维比
量比维管束密度与竹材物理力学性质的关系更为密切 ~w种竹材的纤维比量与密度 !弦向抗弯强度和顺纹抗
压强度呈正比关系 o与饱湿含水率呈反比关系 ∀
关键词 } 竹材 o结构 o维管束密度 o纤维比量 o物理性质 o力学性质
收稿时间 }t||{2su2uv ∀
3本文受云南省中青年学术技术带头人专项经费和云南省应用基础研究基金资助 ∀
Ρ ΕΛΑΤΙΟΝΣΗΙΠΣ ΒΕΤ ΩΕΕΝ ΤΗΕ ΤΕΞΤΥΡΕΣ ΑΝ∆ ΜΑΙΝ ΠΗΨΣΙΧΑΛ ΑΝ∆
ΜΕΧΗΑΝΙΧΑΛ ΠΡ ΟΠΕΡΤΙΕΣ ΟΦ ΦΟΥΡ ΤΨΠΙΧΑΛ ΤΗΙΧΚ2Γ Ρ ΟΩΙΝΓ
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( Σουτηωεστ Φορεστρψ Χολλεγε Κυν µινγyxsuuw)
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¥¤°¥²²¶¬± ≠∏±±¤±o ∆ενδρονχαλαµ υσ γιγαντευσ, ∆ . βρανδισιι , ∆ . µε µ βραναχευσ ¤±§ Βαµ βυσα λαπι2
δεαo¤µ¨ ∏´¬·¨ §¬©©¨ µ¨±·©µ²° ±²·²±¯ ¼ ¤°²±ª·«¨ ¶³¨¦¬¨¶¥∏·¤¯¶²·«¨ ³²¶¬·¬²±¶º¬·«¬± ¤¥¤°¥²² ³²¯¨¤¯²±ª
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Κεψ ωορδσ: …¤°¥²²o× ¬¨·∏µ¨ o ∂¤¶¦∏¯¤µ¥∏±§¯¨§¨ ±¶¬·¼ oƒ¬¥¨µ¦²√ µ¨¤ª¨ o°«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶o  ¦¨«¤±¬2
¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
云南极其丰富的大型丛生竹资源有待于开发利用 ∀因此 o选取其中的典型竹种 o对它们的宏观解
剖结构k如维管束密度和纤维比量l和主要物理性质及力学强度进行检测 o了解其随竹种和秆高部位的
不同而存在着的差异 o确立其结构指标与物理 !力学性质之间的相关关系 o对于掌握云南材用丛生竹的
第 vx卷 第 w期t | | |年 z 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤ „∞
∂ ²¯1vx o ‘²1w
∏¯ qot | | |
材性和云南丛生竹的工业化开发利用 o具有重要的理论意义和实际应用意义 ∀
竹材的维管束密度是反映竹材结构的最为主要的指标k李正理 ot|yt ~温太辉 ot|{w ~t|{x ~方伟 o
t|{|l ∀由于竹材的维管束密度与竹材最为重要的 !与其它性能密切相关的物理指标 ) ) ) 密度 o在竹杆
和竹壁不同位置上的差异具有一定程度上的趋同性k方伟 ot|{|l o因此 o维管束密度往往被用以联系竹
材结构与物理力学性质的关系k冼可娟 ot||s ~周芳纯 ot||t ~腰希申 ot||ul ∀然而 o由于维管束密度只
是反映了竹壁单位横截面积上含有竹材纤维细胞的维管束的分布密度 o而不可能全面反映出提供竹材
主要物理力学性质的纤维细胞的数量 o因此就很难作为结构指标来准确反映竹材结构与物理力学性质
的关系 ∀为此 o本研究试图以竹材的另一个结构指标 ) ) ) 纤维比量 o即竹壁单位横截面积上纤维细胞
的数量k‹¤°§¤±o ‹∏¶¤¬±ot||ul o来确立竹材结构与竹材主要物理力学性质的关系 ∀
t 试验方法
111 试验材料
本试验以云南的 w种典型材用丛生竹 }龙竹k ∆ενδροχαλαµ υσ γιγαντευσ) !甜龙竹( ∆ενδροχαλαµ υσ
βρανδισιι) !黄竹( ∆ενδροχαλαµ υσ µε µ βραναχευσ)和油勒竹( Βαµ βυσαλαπιδεα)为研究对象 ∀试竹按 Š…r
× txz{s p t||x5中华人民共和国国家标准 ) ) ) 竹材物理力学性质试验方法6规定的方法和株数 o采自
于云南省的主要产竹区西双版纳及思茅地区 ∀试竹为立地条件适中 !有代表性的 v年生成熟竹株 ~平
均胸径分别为 }龙竹 tv{ °° !甜龙竹 twz °° o黄竹 yv °° o油勒竹 zx °° ∀每株在其基部k离地面约 t°
处l取第 t段 o在中部k离地面约 y °处l取第 u段 o在上部k离地面约 ts °处l取第 v段 ~每段长度不少
于 t ° o且保留 v ∗ w个完好的节间 ~分段编号 !称量 !记录 !包装 !运回实验室 o置通风干燥处气干 ∀
112 测试方法
t1u1t 结构指标的设定和测试方法 本试验设定的竹材结构指标是维管束密度和纤维比量 ∀在每株
试竹的下 !中 !上 v段中分别取 u个气干试件 o在其横切面上沿竹黄到竹青的半径上均距设定 „t !„u !
„v !„w !„x x个观察点k竹壁较薄者设 „t !„v !„x v个点l }其中 o„t和 „x点的视野圆周分别与竹黄端
和竹青端相切 ∀以每个点为圆心 o在体视显微镜的圆形视野k直径为 v1uu °°l下计每个视野中维管束
的数目 o除以视野面积 o即为该视野中的维管束密度 o单位为/个r¦°u0 ∀每个视野测计 v次 o取其均值 o
作为竹材的维管束密度计量指标 ∀
纤维比量用试件横切壁上纤维细胞所覆盖的面积百分比来表示 ∀在每个视野中选取 v个有代表
性的维管束 o用测微尺分别测算其面积 o同时采用拼补法 o分别求出每个维管束中纤维细胞所占的面积
比 o以其算术平均值乘以该视野中的维管束数目再除以该视野面积 o取百分比 o即可得纤维比量k h l ∀
t1u1u 主要物理力学性质的测试指标和方法 本研究所测试的竹材的物理性质指标是全干 !基本 !饱
湿和气干密度 o饱湿和气干含水率 o全干和气干干缩率 ~所测试的力学性质指标是顺纹抗压强度和弦向
抗弯强度 ∀试件的制作 !上述指标的测试和试验数据的分析均按 Š…r× txz{s p t||x5中华人民共和国
国家标准 ) ) ) 竹材物理力学性质试验方法6规定的方法执行 ∀试验结果列为表 t ∀
113 试验用主要仪器设备
本试验所用的主要仪器设备为 w·木材万能力学试验机 !恒温干燥箱 !光电分析天平 !扭力天平 !油
标卡尺 !光学显微镜 !体视显微镜等 ∀
u 结果与讨论
211 结构指标与物理性质的关系
u1t1t 结构指标与密度的关系 从表 t !图 t和图 u可以清楚地看出 o不同的竹种或同一竹种的不同
部位当然地具有不同的维管束密度和不同的纤维比量 o即不同的竹种或同一竹种的不同部位当然地具
有不同的结构 ~同时可以看出 o不同的竹种或同一竹种的不同部位具有不同的全干密度 ∀
图 t表明 o除黄竹出现异常以外 o龙竹 !甜龙竹和油勒竹的维管束密度均分别与其全干密度呈正相
zy v期 张宏健等 }云南 w种典型材用丛生竹宏观解剖结构与主要物理力学性质的关系
关关系 o从而可以认为 o维管束密度可基本反映出同一竹种内不同竹秆高度的竹材的全干密度 ∀然而 o
若不考虑竹种因素 o维管束密度与全干密度的关系却远不如纤维比量与全干密度的关系密切k图 ul ∀
图 t中各竹种的维管束密度与全干密度的关系较为松散k相关系数 Ρ = s1uz l o而图 u中各竹种的纤
维比量与全干密度的关系却几乎在一条直线上k相关系数 Ρ = s1|x l ∀这种情况表明 o由于构成竹材
密度的物质基础是纤维 o因此 o竹材的密度更为直接地取决于用纤维比量来表示的纤维细胞的多少 o而
不是维管束密度的多少 ∀例如 o虽然甜龙竹的维管束密度较龙竹低k图 tl o但由于其纤维比量较高k图
ul o因此其全干密度就较龙竹高k图 t !图 ul ∀
表 1 云南 4 种典型材用丛生竹的主要解剖结构指标和物理力学性质的测定值 ≠
Ταβ .1 Τηε µαιν τεξτυρεινδεξεσ, πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ τηε φουρ τψπιχαλτηιχκ2γροωινγ βαµ βοοσιν Ψυνναν
竹
种
≥³¨¦q
竹杆
部位
²¦¤
结构指标
ר ¬·∏µ¨ ¬±§¨¬¨¶
物理性质
°«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
力学性质
 ¦¨«¤±¬°µ²³¨µ·¬¨¶
维管束密度
∂¤¶¦∏¯¤µ¥∏±§¯¨ §¨±¶¬·¼
k¥∏±§¯ ¶¨r¦°ul
纤维比量
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k h l
密度
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kªr¦°vl
含水率
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k h l
全干干缩率
„ q§µ¬¨§¶«µ¬±®¤ª¨
k h l
强度
≥·µ¨±ª·«
k³¤l
青端
° ’∏·
黄端
° Œ±±
平均
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青端
° ’∏·
黄端
° Œ±±
平均
„√¨ µ
全干
⁄µ¬¨§
基本
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饱湿
≥¤·∏µ
气干
„ q§µ¬¨§
饱湿
≥¤·∏µ
气干
„ q§µ¬¨§
弦向
青端
ג°
弦向
黄端
׌°
弦向
平均
ׄ√
径向
•¤§¬
弦向
抗弯
ׅ≥
顺纹
抗
≤≥
龙
竹
ڻ
甜
龙
竹
⁄¥
黄
竹
⁄°
油
勒
竹
…t
下 … wzv qs ttx qs t{z qs xt qs uz q| v{ q| s qw|{ s qwv{ t qsuy s qxuu tvw qtt | qyv z quu v q|s x qx{ y qxy tzw qx z{ q|
中  w|u qx tyx qx uyu qz xu q| vu qy wu qs s qyt{ s qxxt t qs{s s qyxw |z qvx ts qsx y q{y ws qu x qu{ x q{v uuv qs yz q{
上 × w|t qs ut| qx vuu qv xu qw vx qt wv qy s qyvu s qxyt t qtsx s qyyz tss qys | q|s y qz{ v qzt x qtv y qxu uzs qx zw qx
均 „√ w{x qx tyy qz uxz qx xu qt vt q| wt qx s qx{v s qxtz t qszs s qytw tts qy{ | q{y y q|x v q{z x qvv y qvs uuu qz zv qz
下 … wsy q{ |x q{ tyu qx x{ qy uv q{ ws q| s qxzt s qxtv t qsus s qyss |{ qzw | qyv y quy w qsy x qut x qt| tz| qx y| q|
中  wvs qv tsx q{ t|| qw ys qz vs qt wx qv s qy{z s qyty t qsyz s qzt{ zv qtw | qus y qz| v q{z x quu x qvu uvy qt zz qw
上 × wtz qx twt qx uwt q{ ys q{ vy qx w{ qs s qzuv s qyw| t qtsy s qzx| zs qw| | qxu y qyw v q{| x qxv x qsz u|y qx |u qy
均 „√ wt{ qu ttw qw ust qu ys qy vs qt ww qz s qyys s qx|v t qsyw s qy|u {s qz| | qwx y qyw v q{| x qvu x qt| uvz qw {s qs
下 … ytz qx txz qs uyy qs y{ qx v{ qu xv qu s q||{ s q{{y t quwx t qsvx ws qzx | qu{ z qsv w qvt x q{v x qyy t|y qz ys qu
中  xsw qs tzz qs vss qz ys qu wu qw xt qy s q|ty s q{tt t qust s q|ys w{ qvs ts qxw y qz{ w qwy x q|t x qy{ uzy q| zv qw
上 × xtu qx uuz qx vvy q{ x| qw wu qt xu qu s q|vz s q{vw t quus s q||x wy qut ts qzz y qzz w qwx x qyu x qxw
均 „√ xww qz t{z qu vst qu yu qz ws q| xu qv s q|xs s q{ww t quuu s q||z wx qs| ts qus y q{y w qwt x qz| x qyv
下 … xu| qs tus qs uuw qt xz qv uy qw wt qv s qywz s qxwx t qtty s qyzt tsw q|{ | q|t { qv| x qz| z qt{ | qtt t|u q| yz qu
中  xwx qs txy qs u{x qv xy qv vv qu wv q{ s qzts s qx|w t qtuu s qzvx {| qx{ | qzx { qvw y qut z q{u | qus
上 × x|w qs uyu qx v{| qw xv qv v{ qz wy qv s qzv| s qyus t qtvx s qzyz {v qwz | q{x { qwu y qvy z qwu | quv
均 „√ xxy qs tz| qx u|| qy xx qy vu q{ wv q{ s qy|| s qx{y t qtuw s qzuw |u qy{ | q{w { qv{ y qtu z qwz | qt{
≠表中维管束密度和纤维比量的/平均0为 „t !„u !„v !„w和 „x点的均值 ~因篇幅有限 ow种竹材横切面上 „u !„v !„w点的维管束
密度和纤维比量及各段气干干缩率和体积干缩率未列入本表 ∀
⁄ª€ ∆ενδροχαλαµ υσ γιγαντευσ , ⁄¥€ ∆ενδροχαλαµ υσ βρανδισιι , ⁄° € ∆ενδροχαλαµ υσ µε µ βραναχευσ, …¯ € Βαµ βυσα λαπιδεα , …€
…²··²° o  € ¬§§¯¨o× € ײ³o  ¦¨«¤±¬°µ²³€  ¦¨«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶o≥³¨ ¶€ ≥³¨ ¦¬¨¶o²¦¤€ ²¦¤·¬²±o° ’∏·€ ׫¨ ³¤µ·±¨ ¤µ·«¨ ²∏·¨µ¶®¬±o
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表 t数据表明 ow种竹杆维管束密度和纤维比量与基本密度 !饱湿密度 !气干密度的关系与它们对
应于全干密度的关系相似 ∀
明显的是 o由于纤维比量从竹秆下部往上而逐渐增大 o因此 o全干密度也就从竹秆下部往上而逐渐
增大k图 ul ∀
u1t1u 结构指标与含水率的关系 图 v !图 w反映了竹材维管束密度和纤维比量与其饱湿含水率的关
系 ∀和维管束密度 !纤维比量与全干密度的关系一样 o图 v !图 w一方面反映了竹种间饱湿含水率的显
著差异 o另一方面 o若剔除竹种因素 o维管束密度与饱湿含水率的关系k相关系数 Ρ = s .tz) 也远不如
纤维比量与饱湿含水率的关系(相关系数 Ρ = s1|w)密切 ∀由于竹材的饱湿含水率相当程度上取决于
竹材的孔隙度 o而竹材的孔隙度又受制于胞腔较小的纤维细胞的数量 o因此 o纤维比量越高 o其饱湿含
水率就越低 ∀
{y 林 业 科 学 vx卷
图 t 维管束密度与全干密度的关系
ƒ¬ªqt • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± √¤¶¦∏¯¤µ¥∏±§¯¨§¨ ±¶¬·¼
¤±§§¨ ±¶¬·¼ k¤¥¶²¯∏·¨¯ ¼ §µ¬¨§l
图 u 纤维比量与全干密度的关系
ƒ¬ªqt • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± ©¬¥µ¨ ¦²√ µ¨¤ª¨
¤±§§¨ ±¶¬·¼ k¤¥¶²¯∏·¨¯ ¼ §µ¬¨§l
由于竹材在气干状态下所含的水分主要是部分吸附水 o因此 o竹材的维管束密度和纤维比量与竹
材的气干含水率没有明显的关系 ~不同竹种 !竹段的气干含水率十分接近k表 tl ∀
与全干密度相反的是 o竹材的饱湿含水率随竹秆部位的增高而降低k图 v !图 wl ∀
图 v 维管束密度与饱湿含水率的关系
ƒ¬ªqv • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± √¤¶¦∏¯¤µ¥∏±§¯¨§¨ ±¶¬·¼
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图 w 纤维比量与饱湿含水率的关系
ƒ¬ªqw • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± ©¬¥µ¨ ¦²√ µ¨¤ª¨
¤±§©∏¯¯ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·
u1t1v 结构指标与干缩率的关系 表 t数据表明 o各竹种间的弦向干缩率存在着一定的差异 o尤其是
油勒竹与其它 v种竹子的差异为显著 ∀同时 o从表 t数据可以看出 o竹材竹青端的弦向干缩率显著大
于竹黄端的弦向干缩率 o各竹种青端弦向干缩率的均值是黄端的 t1y倍 ∀显然 o这是因为竹材竹青端
的维管束密度和纤维比量显著高于竹黄端的缘故 ∀但是 o从数据分布情况来看 o却很难区分这种差异
究竟来自于竹材青黄端维管束密度大小的差异还是来自于青黄端纤维比量大小的差异 ∀
从表 t可知 o在秆高方向上 o竹材青端 !黄端和青黄端平均弦向干缩率与维管束密度和纤维比量亦
呈现出不确定关系 ~竹材的弦向干缩率并不因竹段部位的升高而显著增大 ∀
竹种间的径向干缩率亦呈现出较大的差异 ~其中 o油勒竹的径向干缩率显著高于其它竹种的径向
干缩率 ∀w种竹材的径向干缩率与弦向平均干缩率的关系不确切 ~但其径向干缩率小于青端弦向干缩
率k除油勒竹外l而大于黄端弦向干缩率 ∀竹材的径向干缩率亦未随竹段部位的升高而增大k表 tl ∀
竹材的纵向干缩率极小 o本文忽略不计 ∀
212 结构指标与力学性质的关系
从表 t和图 x !图 y可以看出 o不同竹种存在着力学性质的差异 ~同时 o同一竹种的不同部位也存在
|y v期 张宏健等 }云南 w种典型材用丛生竹宏观解剖结构与主要物理力学性质的关系
着力学性质的差异 ∀
图 x 维管束密度与力学性质的关系
ƒ¬ªqx • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± √¤¶¦∏¯¤µ¥∏±§¯¨§¨ ±¶¬·¼
¤±§ ° ¦¨«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
ω弦向抗弯强度 פ±ª¨ ±·¬¤¯ ¥¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«
ϖ顺纹抗压强度 ²±ª¬·∏§¬±¤¯ ¦²°³µ¨¶¶¬√¨¶·µ¨±ª·«
图 y 纤维比量与力学性质的关系
ƒ¬ªqy • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± ©¬¥µ¨ ¦²√ µ¨¤ª¨
¤±§ ° ¦¨«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
ω弦向抗弯强度 פ±ª¨ ±·¬¤¯ ¥¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«
ϖ顺纹抗压强度 ²±ª¬·∏§¬±¤¯ ¦²°³µ¨¶¶¬√¨¶·µ¨±ª·«
图 x表明竹材维管束密度与竹材弦向抗弯强度和顺纹抗压强度的关系并不密切k相关系数分别为
Ρ = s1w|和 Ρ = s1sssu l ∀
由于有了竹材纤维比量与其密度的关系k表 t !图 ul o根据木材学关于木材力学性质与密度关系的
基本原理 o竹材的纤维比量与力学性质就必然呈现出图 x所示的关系k黄竹例外 o油勒竹的数据不全l ∀
由图 y可见 o除了黄竹出现异常以外 o竹材纤维比量与竹材弦向抗弯强度的关系为正相关关系k相关系
数 Ρ = s1{t l o即竹材的抗弯强度随着纤维比量的增加而增大 o同时也表现为随着竹段部位的升高而
增大 ∀然而 o竹材纤维比量与竹材顺纹抗压强度之间却呈现出不确定关系k相关系数 Ρ = s1wv l ∀
竹材弦向抗弯强度与顺纹抗压强度的关系不确切k相关系数 Ρ = s1vw l ∀
v 结论
云南 w种典型材用丛生竹k龙竹 !甜龙竹 !黄竹和油勒竹l的结构和物理力学性质是径向 !弦向和纵
向不均匀的 ∀较之于维管束密度 o云南 w种典型材用丛生竹的纤维比量与其物理力学性质的关系更为
确切 ∀云南 w种典型材用丛生竹的纤维比量与其密度呈正相关关系 ∀云南 w种典型材用丛生竹的饱
湿含水率与其纤维比量呈负相关关系 ∀云南 w种典型材用丛生竹的青端弦向干缩率显著大于黄端弦
向干缩率 ~其径向干缩率小于青端弦向干缩率k除油勒竹外l o但大于黄端弦向干缩率 ∀w种竹的弦向和
径向干缩率与秆高无关 ∀除黄竹以外 o龙竹和甜龙竹的弦向抗弯强度与其纤维比量呈正相关关系 ∀
参 考 文 献
方 伟等 1 部分国产竹材的比较解剖研究k二l1 竹子研究汇刊 ot|{| o{kwl }t ∗ tt
葛罗逊 o里 斯 1 关于亚洲竹类的解剖及其维管束 1 竹子研究汇刊 ot|{u otktl }tsx ∗ tu|
李正理 o靳紫宸 1ts种国产竹材比较解剖观察 1 植物学报 ot|yt o|ktl }zy ∗ |z
温太辉 o周文伟 1 中国竹类维管束解剖形态的研究k一l1 竹子研究汇刊 ot|{w ovktl }t ∗ ut
温太辉 o周文伟 1 中国竹类维管束解剖形态的研究k二l1 竹子研究汇刊 ot|{x owktl }u{ ∗ wv
冼可绢等 1 竹材的微观结构及其与力学性能的关系 1 竹子研究汇刊 1t||s o|kvl }ts ∗ uv
腰希申等 1 中国主要竹种微观结构 1 大连 }大连出版社 ot||u
周芳纯 1 竹材构造和性质研究报告 1 竹类研究 ot||t ottkul }{
‹¤°§¤± ‹∏¶¤¬±o¤·¬©  ²«°²§q∞©©¨ ¦·¶²© °«¼¶¬¦²2„±¤·²°¬¦¤¯ ≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²± ¤¦«¬±¬±ª °µ²³¨µ·¬¨¶²©  ¤¯¤¼¶¬¤± …¤°¥²²¶q…¤°¥²²²∏µ2
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sz 林 业 科 学 vx卷