森林培育措施對(duì)人工林紅松木材力學(xué)性質(zhì)影響

對(duì)間伐與未間伐人工林紅松(pinuskoraisensis)木材材質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定、統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明:間伐對(duì)木材材質(zhì)有很大的影響,間伐林的管胞長(zhǎng)度、管胞直徑、纖絲角、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)輪寬度、順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度、抗劈力和沖擊韌性大于未間伐林;間伐林木材晚材率、生長(zhǎng)輪密度、壁厚、壁腔比、抗彎強(qiáng)度和局部抗壓強(qiáng)度小于未間伐林。其中管胞直徑、生長(zhǎng)輪寬度、壁厚、壁腔比、抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度、橫紋局部抗壓強(qiáng)度的差異達(dá)到顯著水平,表明間伐能顯著地提高木材力學(xué)性能。采用綜合坐標(biāo)法,對(duì)間伐與未間伐人工林紅松木材材質(zhì)進(jìn)行評(píng)定,其材質(zhì)的綜合性能和紙漿材性能未間伐林好于間伐林,建筑材性能間伐林好于未間伐林

前紅松木材解剖研究

人工林紅松木材及木制品碳素儲(chǔ)存的研究

本文根據(jù)人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度變異特點(diǎn)，采用時(shí)間序列分析法，建立了人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)木材生長(zhǎng)輪度進(jìn)行近期預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果良好，此研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了木材生長(zhǎng)輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測(cè)，為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)。

本文根據(jù)人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度變異特點(diǎn),采用時(shí)間序列分析法,建立了人工林紅松木材生長(zhǎng)輪密度的動(dòng)態(tài)模型,對(duì)木材生長(zhǎng)輪密度進(jìn)行近期預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果良好。此研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了木材生長(zhǎng)輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測(cè),為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)

【目的】對(duì)人工林紅松木材碳素儲(chǔ)存量與物理特征的徑向變異進(jìn)行研究,以彌補(bǔ)我國(guó)木材碳素儲(chǔ)存研究的不足,為提高木材碳素儲(chǔ)存量、高效合理地定向培育人工林紅松提供理論基礎(chǔ)?！痉椒ā渴紫葴y(cè)定和計(jì)算紅松木材的各項(xiàng)物理特征及其碳素儲(chǔ)存量,再采用回歸分析和相關(guān)分析方法對(duì)木材碳素儲(chǔ)存量分別與生長(zhǎng)輪密度、生長(zhǎng)輪寬度、晚材率和生長(zhǎng)速率的徑向變異規(guī)律進(jìn)行分析,最后得到它們之間的徑向變異規(guī)律圖、擬合圖以及回歸方程等?！窘Y(jié)果】木材碳素儲(chǔ)存量在徑向變異上先略微減小,接著隨樹(shù)木的不斷生長(zhǎng)呈增大趨勢(shì),而在樹(shù)木成熟后又逐漸減小至平穩(wěn)狀態(tài),且波動(dòng)較大,并與各項(xiàng)物理特征的徑向變異趨勢(shì)在第18年左右有一個(gè)峰值。木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)輪密度的徑向變異趨勢(shì)相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.757,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)輪寬度在前期的徑向變化相似,而中期和后期的徑向變異不一致,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.301,相關(guān)性較弱;木材碳素儲(chǔ)存量與晚材率在中期和后期的徑向變化相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.656,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲(chǔ)存量與生長(zhǎng)速率在前期和中期的徑向變異趨勢(shì)都不同,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.268,相關(guān)性不顯著。【結(jié)論】人工林紅松木材的碳素儲(chǔ)存量與各項(xiàng)物理特征指標(biāo)之間均有一定的相關(guān)關(guān)系,而氣候因子、生長(zhǎng)環(huán)境、遺傳因素等是不可忽略的影響因素,有待進(jìn)一步研究。可以通過(guò)對(duì)林木的合理經(jīng)營(yíng)和發(fā)展,增強(qiáng)人工林的碳素儲(chǔ)存功能,直接抑制co2向大氣中排放,從而改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室效應(yīng)。

對(duì)修枝與未修枝的紅松人工林林木生長(zhǎng)和木材力學(xué)性質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試和分析,結(jié)果表明:紅松人工林生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)輪寬度、晚材率都是修枝林分大于未修枝林分,其中只有晚材率差異顯著;主要力學(xué)指標(biāo)中除順紋抗壓強(qiáng)度,均是修枝林分大于未修枝林分,其中只有抗彎強(qiáng)度差異達(dá)顯著水平

研究了不同培育措施(初植密度、間伐強(qiáng)度、坡向、坡位)對(duì)人工林樟子松(pinussylvestrisvar.mongolica)木材的密度和力學(xué)性質(zhì)(橫紋抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、端面硬度)的影響。初植密度(1.5m×1.0m,1.5m×2.0m和1.5m×2.5m)對(duì)木材密度和抗彎彈性模量有顯著的影響。初植密度為1.5m×1.0m時(shí),木材主要力學(xué)指標(biāo)值最大。適當(dāng)間伐可提高木材的抗彎彈性模量和順紋抗壓強(qiáng)度,但重度間伐則會(huì)降低木材的力學(xué)強(qiáng)度。坡向(陽(yáng)坡和陰坡)對(duì)木材的抗彎彈性模量影響顯著,陽(yáng)坡高于陰坡。坡位(上坡位和下坡位)對(duì)除端面硬度外的木材力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)影響都顯著,各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)值均是坡下高于坡上。表5參9。

通過(guò)應(yīng)力波測(cè)試儀對(duì)紅松木材試件進(jìn)行的檢測(cè)試驗(yàn),研究了木材軸向孔洞的分布、數(shù)量和端部孔洞的分布對(duì)應(yīng)力波傳播時(shí)間、傳播速度的影響,并對(duì)孔徑大小與應(yīng)力波傳播參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行回歸分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)力波傳播時(shí)間與孔徑大小、數(shù)量呈正相關(guān),而應(yīng)力波傳播速度與孔徑大小、數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。端部孔洞對(duì)應(yīng)力波傳播參數(shù)沒(méi)有顯著影響。

運(yùn)用協(xié)整分析對(duì)我國(guó)東北地區(qū)人工林紅松木材密度與氣候變化的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,紅松木材密度與氣候因素之間存在長(zhǎng)期均衡的協(xié)整關(guān)系和顯著的短期動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。在1973～1997年,2、3月平均日照時(shí)間的延長(zhǎng)有利于提高早材密度,而7月份的日照時(shí)間延長(zhǎng)卻不利于提高早材密度;2月氣溫升高,不利于提高整個(gè)生長(zhǎng)輪密度平均值;誤差修正模型和格蘭杰檢驗(yàn)證實(shí),2月氣溫短期內(nèi)對(duì)生長(zhǎng)輪密度的影響存在2～3年的滯后期。人工林紅松的優(yōu)質(zhì)培育需要充分考慮氣候變化的影響。

采用監(jiān)測(cè)表面顏色和光澤度變化的方法，對(duì)紅松木醇酸樹(shù)脂清漆，硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后的易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚所酯漆居中，醇酸制酯漆最好，建議在使用時(shí)添加紫外線(xiàn)吸收劑，提高漆膜的耐光性。

采用監(jiān)測(cè)表面顏色和光澤壓變化的方法，對(duì)紅松木材醇酸樹(shù)脂清漆、硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后均易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚氨酯漆（pu）居中，醇酸樹(shù)酯漆最好．建議在使用時(shí)添加紫外線(xiàn)吸收劑，提高漆膜的耐光性。

對(duì)福建省引種的24年生巒大杉的木材物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明:巒大杉木材的氣干密度為0.344g/cm3、弦向全干干縮率6.020%、弦向濕脹性6.440%、吸水性237.810%、順紋抗壓強(qiáng)度6.004mpa、抗彎彈性模量7250.810mpa、抗彎強(qiáng)度59.840mpa、順紋抗拉強(qiáng)度62.800mpa;巒大杉的材質(zhì)與杉木相近,應(yīng)用方面可參考杉木,在木構(gòu)件加工時(shí),其安全系數(shù)可使用杉木的量值。

為分析應(yīng)力波在木材中傳播的影響因素,研究應(yīng)力波傳播規(guī)律,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),采用arbotom應(yīng)力波測(cè)試儀測(cè)試60個(gè)紅松無(wú)疵小試件在不同含水率(從絕干到飽濕)和不同溫度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的應(yīng)力波傳播速度。在此基礎(chǔ)上,分別分析應(yīng)力波傳播速度隨含水率或溫度變化的規(guī)律,探討導(dǎo)致應(yīng)力波傳播速度變化的原因,并建立三者之間的回歸模型。結(jié)果表明:含水率和溫度是影響木材中應(yīng)力波傳播速度的2個(gè)重要因素。應(yīng)力波傳播速度隨含水率增加或溫度升高均呈逐漸下降趨勢(shì)。在含水率32%(纖維飽和點(diǎn)附近)以下,傳播速度隨含水率增加下降幅度較大,反之則較小;當(dāng)含水率低于50%時(shí),傳播速度隨溫度升高呈線(xiàn)性下降趨勢(shì);當(dāng)含水率高于50%時(shí),傳播速度在0℃上下有一明顯的跳躍。含水率、溫度與應(yīng)力波傳播速度之間的二元線(xiàn)性回歸模型擬合優(yōu)度較高,決定系數(shù)r2均高于0.95。

我國(guó)南方五省區(qū)濕地松木材的密度、晚材率和各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度,隨緯度的增加,呈遞減狀態(tài)。緯度與氣干容重之間的直線(xiàn)回歸方程為:g=1.28—0.027l,相關(guān)系數(shù)r=0.984.產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是,木材的管胞寬度和厚度隨著緯度的增加逐漸變窄、變薄。產(chǎn)地的年平均氣溫和年降水量對(duì)濕地松樹(shù)木的年輪寬度和晚材帶寬度影響較大;年輪和晚材帶的平均寬度隨產(chǎn)地自北向南依次增加,隨著山地海拔的升高而減小。

為研究樹(shù)干傾斜角度對(duì)應(yīng)壓木木材細(xì)胞壁形成過(guò)程的影響,以7年生紅松苗木為研究對(duì)象,對(duì)其莖干進(jìn)行不同角度的傾斜處理。先后測(cè)定苗木的樹(shù)高和胸徑、木材形成組織中的木質(zhì)素和纖維素含量、傅里葉紅外變化光譜和極性代謝產(chǎn)物。結(jié)果表明:傾斜角度對(duì)高生長(zhǎng)的抑制作用非常顯著,對(duì)直徑生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。傾斜后木質(zhì)素含量增加,纖維素含量降低;傾斜角度對(duì)木質(zhì)素和纖維素含量均有顯著影響。不同傾斜角度f(wàn)tir吸收峰強(qiáng)度也有明顯差異。糖類(lèi)、脂類(lèi)、氨基酸、含氮化合物、有機(jī)酸等代謝物隨傾斜角度呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。因此,紅松苗木50°傾斜處理形成典型的應(yīng)壓木結(jié)構(gòu)。代謝物相對(duì)含量的變化規(guī)律與形成的木材宏觀性質(zhì)相吻合。代謝物的變化也反映了樹(shù)木對(duì)應(yīng)力刺激的響應(yīng)機(jī)制。

運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法(pls),對(duì)所采集光譜進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)處理,并對(duì)未處理原始光譜、一階導(dǎo)數(shù)處理光譜和二階導(dǎo)數(shù)處理光譜分別在7個(gè)不同波段范圍內(nèi)建立紅松含水率預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明紅松樣本近紅外光譜經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)處理,波段在1000~2100nm范圍內(nèi)所建模型最優(yōu),其校正集相關(guān)性系數(shù)為0.9925,校正標(biāo)準(zhǔn)偏差和校正均方根誤差分別為0.0259和0.0257,驗(yàn)證集相關(guān)系數(shù)為0.9917,預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)誤差與預(yù)測(cè)均方根誤差分別為0.0318和0.0317。研究表明,結(jié)合樣本特性選取特定光譜波段范圍建立預(yù)測(cè)模型可大幅度減少建模時(shí)間、降低建模成本,同時(shí)可以提高模型的預(yù)測(cè)精度。

對(duì)紅松人工林７株解析木的生長(zhǎng)及１８株樣木木芯樣品木材的基本密度進(jìn)行了分析，以確定紅松早期選擇的最佳年齡和測(cè)量木材密度的取樣方法。研究表明，紅松人工林早期選擇的適宜年齡為２５年；木材基本密度的變異，主要存在于單株之間及單株內(nèi)的水平方向之間，林分間及胸高處不同方位間的差異都沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)計(jì)上的顯著水平；在胸高處某一半徑方向上所取樣品的密度值，基本上可以代表胸高處的密度值；木材密度自髓心向外的水平方向上有明顯差異，變異方式是密度值先增大，２５年左右時(shí)達(dá)到最大值，然后開(kāi)始降低

對(duì)閩楠人工林和天然林木材物理和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定和比較分析,結(jié)果表明:閩楠天然林木材氣干密度和全干密度分別為0.721g.cm-3和0.680g.cm-3,人工林木材氣干密度和全干密度分別為0.572g.cm-3和0.535g.cm-3,閩楠天然林木材密度大于人工林且差異達(dá)到極顯著水平,但人工林木材密度變異系數(shù)卻小于天然林。閩楠人工林和天然林木材氣干狀態(tài)下體積干縮率分別為4.935%和6.439%,全干狀態(tài)下分別為9.330%和11.376%,閩楠人工林木材的尺寸穩(wěn)定性稍差于天然林,但從木材的差異干縮來(lái)看,閩楠天然林和人工林相近,分別為1.75和1.76。閩楠天然林木材端面、徑面和弦面硬度分別為7583n、6183n和6625n,稍大于人工林,但差異不顯著。閩楠天然林與人工林旋切板背面裂隙率分別為53%和67%,單板厚度的偏差人工林和天然林分別為0.08mm和0.09mm。由此可知,發(fā)展閩楠人工林可以得到質(zhì)量與閩楠天然林相近的板材。

以采自東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)老山生態(tài)站的紅松人工林內(nèi)的試材為例,分析和探索了紅松人工林木材解剖特征的徑向變異模式。結(jié)果表明:①管胞長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、胞壁率的徑向變異模式為y=a+blnx,該模型具有典型的生物學(xué)意義。②管胞徑、弦向直徑和壁厚的徑向變異為略呈增加趨勢(shì),徑向直徑是早材大于晚材,弦向直徑是晚材大于早材;管胞徑、弦向壁厚均為晚材大于早材。③管胞徑、弦向壁腔比的徑向變化規(guī)律不明顯

為了研究樹(shù)木南北向與徑向位置的變化對(duì)人工林木材力學(xué)性質(zhì)與氣干密度的影響,該文通過(guò)對(duì)紅錐、西南樺人工林木材南北向、近髓心和近樹(shù)皮2個(gè)不同徑向位置的力學(xué)性質(zhì)以及氣干密度進(jìn)行測(cè)定,分析了南北向和不同徑向位置2個(gè)因素對(duì)兩種木材力學(xué)性質(zhì)和氣干密度的影響,以及木材密度與抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性.結(jié)果表明:南北向的不同對(duì)紅錐和西南樺人工林木材的大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目和氣干密度無(wú)顯著影響,僅有紅錐的弦面順紋抗剪強(qiáng)度、徑向握釘力和西南樺3個(gè)面的表面硬度表現(xiàn)為南北向差異顯著.近髓心和近樹(shù)皮徑向位置的不同對(duì)紅錐的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度和氣干密度無(wú)顯著影響,但對(duì)西南樺的影響則全部達(dá)到差異顯著水平.兩個(gè)樹(shù)種木材的氣干密度與木材力學(xué)性質(zhì)均表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)關(guān)系.

對(duì)不同坡向的樟子松（pinussylvestrisvar.mongolica）人工林木材主要的解剖特征、物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試與分析。結(jié)果表明：不同坡向?qū)φ磷铀扇斯ち值慕馄侍卣?、物理力學(xué)性能均有一定的影響，管胞長(zhǎng)度、管胞直徑、長(zhǎng)寬比均有顯著性差異。