邓恩桉生材含水率、年轮宽度及木材密度研究

卢翠香，陈健波，刘 媛，周 维，毛 纯，项东云＊

(1.广西林业科学研究院 国家林业局中南速生材繁育实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；2.广西七坡林场，广西 南宁 530225)

邓恩桉生材含水率、年轮宽度及木材密度研究

卢翠香1，陈健波1，刘 媛1，周 维1，毛 纯2，项东云1＊

(1.广西林业科学研究院 国家林业局中南速生材繁育实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；2.广西七坡林场，广西 南宁 530225)

为了解邓恩桉的木材性质，本研究采用排水法和《GB/T 1930—2009》方法测定邓恩桉的生材含水率、年轮宽度以及木材密度。结果表明：全树生材含水率、年轮宽度、生材密度和基本密度均值分别为114.61%、4.73 mm、1.164 g·cm-3、0.522 g·cm-3。随着树高的增加，年轮宽度、木材密度呈―大―小―大‖趋势，生材含水率呈―小―大―小‖趋势；由髓心向外，木材密度逐渐减小，生材含水率逐渐增大，年轮宽度先增加后减小。4个材性指标在树干径向不同位置间差异极显著，在不同树高间差异不显著(除年轮宽度外)。基本密度与3个材性指标间存在极显著或显著相关。

邓恩桉；生材含水率；年轮宽度；木材密度

木材材性是木材加工和合理利用的基础和前提[1]。木材生材含水率是指树木砍伐后，断面水分未蒸发前的含水率，与树木的构造有关，直接影响木材的物理、力学性质[2]。年轮宽度反映树木生长速度和生长规律[3]。木材密度反映木材细胞壁中物质含量的多少，是木材性质的重要指标。树木的生材含水率、年轮宽度和木材密度因树种不同，树种内不同单株，同株内心、边材，树干不同部位，不同生长季节和不同立地条件都有差别。生材含水率、年轮宽度和木材密度在树干内的分布和变异规律是影响生材干燥和加工利用的重要因数之一。

邓恩桉(Eucalyptus dunnii)为桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)树种，天然分布于澳大利亚昆士兰州东南部和新南威尔士州东北区域[4]。我国于 20世纪80年代末开始引种，目前在广西、福建、云南、湖南、海南等地都有栽培[5]，现已成为我国人工林定向培育的主要树种之一。由于邓恩桉木材易收缩、变形、开裂等原因，致使该种木材未能得到有效的开发利用。近年来，国内外学者对邓恩桉的生长和材性研究逐渐重视。罗建中等[6]研究表明邓恩桉木材密度在种源间差异不显著，在家系间差异显著。任世奇等[7]对邓恩桉不同树干位置的基本密度和干缩率的变异规律进行研究，发现密度与气干弦向干缩存在极显著负相关关系。Roger[8]研究认为与多数桉树相比，邓恩桉具有更高的木材密度和纸浆量。李贤军等[9]也对邓恩桉木材干燥特性进行了研究。为进一步了解邓恩桉的木材性质，本文就柳州沙塘林场邓恩桉为对象，探讨其生材含水率、年轮宽度和木材密度在树干内的分布和变化规律，以期为今后邓恩桉木材的合理加工和高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试材采集地情况

试材采自广西柳州沙塘林场邓恩桉试验林区。该区属南亚热带季风气候区，光照充足，热量丰富，雨热同季、夏湿冬干，干湿季节明显，年均气温20.1℃，年均日照时1 558 h，年均降雨量1 429.7 mm，年均蒸发量1 599.8 mm，相对湿度78%，无霜期长达356.8 d。主要地貌类型为丘陵，最高海拔242.6 m，最低海拔99.1 m。土壤种类主要为砂岩发育成的红壤。林下植被有凤尾蕨(Pteris multifida)、五节芒(Miscanthus floridulus)、白茅(Imperata cylindrica)、铁芒萁(Dicranopteris dichotoma)等。

1.2 试材采集

在广西柳州沙塘林场采集邓恩桉样木5株，编号分别为A、B、C、D、E，树龄22 a，胸径21 ~ 24 cm。依照木材物理力学试材方法[10]进行采集，样木伐倒前先测量树高、胸径，在树高1.3 m处用油漆标记北向。样木伐倒后，每株样木沿树高方向 0.0 m、1.3 m、3.3 m、5.3 m、7.3 m、9.3 m处各取一个约5 cm厚圆盘，标记株号、树木高度及北向，立即置于塑料袋中密封，用于测定木材密度、年轮宽度、含水率等指标。

1.3 木材密度测定

1.3.1 生材密度

每个圆盘过髓心沿北偏东方向划1个弦长2 cm的扇形，用圆台锯锯取扇形。在扇形靠近髓心、中间部分、靠近树皮部分 3个区域分别取长×高为1 cm × 1 cm木样，宽度以扇形宽度为准，每区域至少包括2个年轮。用电子天平称重，精确至0.001 g，记W生，采用排水法测定生材体积，记V生。根据公式ρ生=W生/ V生计算生材密度。

1.3.2 基本密度

用测定生材密度的木样，待测定完生材质量W生和生材体积V生后，把木样置于鼓风干燥箱烘至绝干，称重，记W绝。根据公式ρ基=W绝/ V生计算基本密度。

1.4 生材含水率测定

与密度测定方法、木样相同，根据生材含水率=(W生−W绝)/W绝×100 %公式计算生材含水率。

1.5 年轮宽度测定

年轮宽度测定方法依据《GB/T 1930—2009年轮宽度及晚材率测定方法》进行[11]。刨光锯取扇形后剩下的圆盘，沿圆盘的南北、东西方向过髓心划2条线，数出圆盘的完整年轮个数，用钢尺沿直线测出4个方向每个年轮的宽度，精确至0.1 mm。

1.6 数据分析

本文所有相关数据均采用Excel 2007进行初步整理，采用SPSS 16.0进行差异性检验和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 邓恩桉生材密度变化

邓恩桉生材密度的纵向变化如图1所示，随着树高的增加，生材密度呈―大–小–大‖趋势，树高0.0 m处为最大值，3.3 m处为最小值。全树生材密度均值为1.164 g·cm-3，比符韵林等[12]测量的速生桉结果1.037 g·cm-3稍大，变化范围为1.156 ~ 1.188 g·cm-3，最大值较最小值高0.032 g·cm-3。

邓恩桉生材密度的径向变化如图2所示，由髓心向外，生材密度呈逐渐减小趋势。靠近髓心、中间及靠近边材位置3个部分的生材密度分别为1.176 g·cm-3、1.171 g·cm-3、1.145 g·cm-3，均值为1.164 g·cm-3。

图1 邓恩桉生材密度纵向变化

图2 邓恩桉生材密度径向变化

2.2 邓恩桉基本密度变化

邓恩桉基本密度纵向变化如图3所示，随着树高增加，基本密度呈―大–小–大‖趋势。木材密度沿轴向的变化也有类似Panshin等[13]、苌姗姗[14]的3种类型，由图3可知，邓恩桉属于第2种类型。邓恩桉全树基本密度均值为0.522 g·cm-3，比任世奇等[7]测量的17年生邓恩桉结果0.536 g·cm-3稍小，变化范围为0.519 ~ 0.576 g·cm-3，最小值出现在树高1.3 m处，最大值出现在树高9.3 m处。

图3 邓恩桉基本密度纵向变化

邓恩桉基本密度的径向变化如图4所示，由髓心向外，基本密度逐渐减小。靠近髓心、中间及靠近边材位置3个部分的基本密度分别为0.612 g·cm-3、0.551 g·cm-3、0.491 g·cm-3，均值为0.551 g·cm-3。

图4 邓恩桉基本密度径向变化

2.3 邓恩桉生材含水率变化

邓恩桉生材含水率纵向变化如图5所示，随着树高增加，生材含水率总体先增加、后降低，这与刘盛全等[15]对 69杨树(Populus)生材含水率的研究结果(自树干基部向上逐渐降低)有所差别。全树生材含水率均值为114.61 %，变化范围为104.05 % ~ 133.37 %，树高1.3 m处为最大值，树高9.3 m处为最小值，最大值较最小值高29.32 %。

图5 邓恩桉生材含水率纵向变化

邓恩桉生材含水率径向变化如图 6所示，由髓心向外，生材含水率呈逐渐增大趋势，这与张轶中[2]对杉木(Cunninghamia lanceolata)生材含水率的研究结果一致。靠近髓心、中间及靠近边材位置3个部分的生材含水率分别为92.93 %，114.54 %、137.29 %，靠近边材部分含水率为靠近髓心部分的1.48倍。

图6 邓恩桉生材含水率径向变化

2.4 邓恩桉年轮宽度变化

邓恩桉年轮宽度纵向变化如图7所示，随着树高的增加，年轮宽度变化呈―大–小–大‖趋势。全树年轮宽度均值为4.7 mm，变化范围为4.3 ~ 5.0 mm，树高1.3 m处为最小，树高9.3 m处为最大值。

图7 邓恩桉年轮宽度纵向变化

邓恩桉年轮宽度径向变化如图8所示，由髓心向外，年轮宽度先增加达到峰值后逐渐减小。邓恩桉生长较快，第7 a达到峰值，为6.9 mm，第8 a以后就开始明显下降，但仍保持较高的直径生长，直至第17 a年轮宽度才小于3.5 mm，第22 a为最小值2.6 mm，径向年轮宽度均值为4.5 mm。

图8 邓恩桉年轮宽度径向变化

2.5 4个材性指标在树干径向上差异性分析

从表1的方差分析得知，生材含水率、年轮宽度、基本密度和生材密度4个材性指标在树干径向不同位置间表现均为差异极显著。

表1 4个材性指标在树干径向不同位置的方差分析

2.6 4个材性指标在树干不同高度间差异性分析

从表2的方差分析得知，生材含水率、生材密度和基本密度3个材性指标在树干不同高度间表现为差异不显著，年轮宽度表现为差异极显著。

表2 4个材性指标在树干不同高度的方差分析

2.7 4个材性指标间的相关性分析

从表3可知，木材基本密度与生材含水率、年轮宽度之间存在极显著相关，与生材密度相关性不显著。

表3 基本密度与3个材性的相关系数

3 结论与讨论

邓恩桉全树生材密度均值为1.164 g·cm-3，基本密度均值为0.522 g·cm-3，密度值在纸浆材适宜范围(0.40 ~ 0.60 g·cm-3)内；纵向变化与苌姗姗[14]对尾巨桉木材性质的研究(先减小后增加)相符，径向变化与任世奇等[7]对邓恩桉基本密度研究结果(边材显著大于心材)相反。这是否因为随着树龄增加，木材中的抽提物含量增加而导致心材密度大于边材密度，有待于进一步研究。

邓恩桉全树生材含水率均值为114.61%，靠近边材部分含水率为靠近髓心部分的1.48倍。这说明邓恩桉生材含水率大且在树干上分布不均匀，这可能也是邓恩桉木材在干燥过程中容易出现内裂原因之一。生材含水率包括自由水和吸着水，吸着水在各种木材中含量几乎近似。木材的自由水含量随木材空隙度的增大而增多，空隙度愈大，则容重愈小[3]。邓恩桉生材含水率大，说明木材自由水含量多，木材的空隙度大，则容重不大。这与本试验测得邓恩桉木材基本密度(0.522 g·cm-3)不高是相符的。木材容重是反映木材强度的最佳指标[3]，所以生材含水率也可作为材性的一个参考指标。因此，对邓恩桉木材进行加工利用时，要充分考虑其生材含水率变化的特点，从而对工艺性质加以改进。

邓恩桉年轮宽度值大(均值为4.7 mm)，且第17 a后年轮宽度才小于3.5 mm，这说明邓恩桉生长速度快，后期直径生长表现出较强的趋势，这利于中大径材的培育。

基本密度与2个材性指标间存在极显著相关，可以通过木材基本密度的变化判断生材含水率和年轮宽度的变化。

本文仅研究了邓恩桉的生材含水率、年轮宽度、生材密度和基本密度4个材性指标，未与其生长性状及其它材性指标联合分析，有待进一步完善研究，这样才能对该树种木材性质做出全面的评价。

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Research on M oisture Content of Green Wood, Annual Ring W idth and Wood Density of Eucalyptus dunnii

LU Cui-xiang1, CHEN Jian-bo1, LIU Yuan1, ZHOU Wei1, MAO Chun2, XIANG Dong-yun1
(1. Guangxi Forestry Research Institute, Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry M inistry of China, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 2. Qipo Forest Farm of Guangxi, Nanning 530225, Guangxi, China)

This study investigated the wood properties of Eucalyptus dunnii. Green wood volume was determ ined by the drainage method and the annual ring w idth was determ ined by the GB/T 1930-2009 method so as to study the moisture content, annual ring w idth and wood density of this species. Averages for moisture content, annual ring w idth, green density and basic density were 114.6%, 4.7 mm, 1.16 g·cm-3and 0.52 g·cm-3respectively. With increasing tree height, the annual ring width, green density and basic density showed a trend of "big–small–big". From pith to sapwood, density gradually decreased and moisture content gradually increased. In contrast, annual ring w idth increased at first but then decreased. Moisture content, annual ring w idth, green density and basic density were significantly different between different radial directions but no significant differences were found between stem heights. Basic density showed highly significant correlations w ith the other wood properties assessed.

Eucalyptus dunnii; green wood moisture content; annual ring width; wood basic density

S781.31

A

2014-03-20

广西优良用材林资源培育重点实验室自主课题(12B0101)；广西林业科技项目(桂林科字〔2009〕1号)

卢翠香(1982― )，女，工程师，主要从事木材科学研究.E-mail:nnlucuixiang@126.com

＊通讯作者：项东云(1960― )，男，教授级高工，主要从事林木育种和森林培育研究.E-mail:xiang-dongyun@aliyun.com