杨木清林材树皮率、密度和含水率的研究

2017-04-17张雪松王硕刘珊杉杨亮庆

林业科技 2017年2期

关键词：百分率树皮木材

张雪松王硕刘珊杉杨亮庆

（黑龙江省木材科学研究所，哈尔滨 150081）

杨木清林材树皮率、密度和含水率的研究

张雪松王硕刘珊杉杨亮庆*

（黑龙江省木材科学研究所，哈尔滨 150081）

以杨木清林材为研究对象，采用树皮率、基本密度和含水率等材性指标对其树皮特性及其影响进行研究。结果表明，树皮体积百分率低于质量百分率，分别为7.73%和10.18%；树皮基本密度明显高于木材部分，分别为0.504 6和0.384 3g/cm3；树皮含水率显著低于木材部分，分别为99%和134%；树株个体对各项指标均产生显著影响，其中对树皮率影响远高于对基本密度和含水率的影响。

清林材；树皮率；基本密度；含水率

树皮是树木的重要组成部分，也是重要的森林资源之一，不同树种的树皮其利用价值也不同，经过加工可以得到许多种重要的林副产品，提高森林资源利用率。目前，针对树皮开展的大量研究主要集中在组分构成分析[1]、成分提取应用[2-3]、功能改良[4]等方面，为树皮的有效利用奠定了理论基础。随着我国木材资源供求矛盾的加剧，清林材等大量以往难以利用的小径级木质类材料引起相关企业的关注，并开始用于单板、细木工板制造等领域[5]。伴随该类材料实木化应用领域不断开发，径级较小、树皮较薄材料带皮加工应用将成为该类材料开发的一个重要方向。从已有相关研究来看，针对树皮尤其是速生杨木树种树皮材性特征的研究尚未见报道。本文以5～8 cm径级速生杨木清林材为研究对象，以树皮率、含水率和基本密度为指标，对树皮相关材性特征及其对木材相关性能的影响进行了研究。

1 试验材料与方法

1.1 材料与设备

试验材料为树龄6年青皮杨，产地为黑龙江省庆安县。截取造段后每根长度2.5 m，选取10根；每根截取3块约1 cm厚度小圆盘，选用精截锯片进行加工以保证小圆盘表面光洁度。

设备有烘箱、电子秤、烧杯、固定架、精截锯。

1.2 基本密度测量方法

由于试件形状不规则，其密度测量采用阿基米德定律（水的浮力法）进行测试。首先选择相对试件径级有一定余量的烧杯并装水，将其放在电子秤上，平稳后清零；将带树皮小圆盘使用自制铁丝针扎住，放入盛水烧杯中使之完全浸没，再用试管固定架固定，此时电子秤称得重量即为试件排除等体积水的重量，换算得出试件的体积；试件取出后去掉树皮，擦拭掉表面水分，按照上述顺序再次获取无皮试件重量，换算得出去皮后试件的体积；前后体积差值即为树皮基本密度计算所需体积。将树皮放入烘箱至绝干，得绝干重，进而计算出树皮基本密度。杨木基本密度亦照此法测定。

1.3 树皮率测定

树皮率分为树皮体积百分率和树皮质量百分率。树皮体积百分率通过测量体积计算，用树皮体积除以所在树干部位树皮与木质部体积之和得出；树皮质量百分率通过称量重量计算，用树皮重量除以所在树干部位树皮与木质部重量之和得出，此为绝干状态时的质量。

式中，V皮、V木分别为带皮和不带皮圆盘体积（mL）；G皮、G木分别为带皮和不带皮圆盘质量（g）。

2 试验结果与分析

2.1 树皮体积百分率

试验结果（图1）表明，不同树株间树皮体积百分比波动较为明显，波动范围在5～11%之间，最大差异达到了100%。这一现象出现的原因可能与试件截取部位树皮形态有关，因为树皮表面并不平整，密布着大大小小的隆起，如试件若处于或邻近枝丫基部，该部位树皮厚度就较正常部位厚度明显增大；也有部位因外界原因或灾害受到损伤致使厚度变薄甚至消失等。因此，试件制取时要避开一些较大的隆起，但一些数量较大、体积相对较小的隆起和凹陷则不需要回避。树皮体积百分率均值约为7.73%左右，与已有的其他树种成熟材相比明显要低，据相关学者对灰木莲[6]、青钩栲[7]、香梓楠[8]和刨花润楠[9]的研究结果，树皮百分率分别达到16.6%、11.4%、15.8%和12.2%，均明显高于本试验对象，而针对杨木类树种树皮率的研究未见报道，有待进一步研究。

图1 不同树株间树皮体积百分率

2.2 树皮质量百分率

不同树株间树皮质量百分比变化情况（图2）显示，体积百分率相比树皮的质量百分率受树株个体影响更为明显，波动范围在7%～16%，最大差异达到了125%。树皮质量百分率均值约为10.18%左右，由于此处均采用绝干质量进行计算，因此可以推测树皮密度要高于木材自身密度，后续计算也验证了这一点。相比体积百分率，杨木清林材的质量百分率则要更高一些，从相关树种的研究来看，这一结论与对灰木莲、香梓楠和刨花润楠、顶果木、山白兰树、擎天树、火力楠和阴香树等树种的研究结果一致[10-14]，其质量百分率分别达到19%、19.7%、13.2%、11.8%、20.4%、20.1%、14.29%和15.2%，均超过体积百分率。但也有一些树种的体积百分率高于质量百分率，如黎素平、周小金等[15-17]在研究青钩栲、降香黄檀、人工林红锥和马占相思树等时就得出其树皮质量百分率低于体积百分率的结果。

图2 不同树株间树皮质量百分率

2.3 树皮对木材含水率的影响

不同树株间木材含水率存在较为明显的波动（图3），带皮试件含水率波动范围在122%～139%，不带皮试件含水率波动范围在125%～146%，最大差异分别达到14%和17%，可见树株个体对含水率存在显著影响。

图3 树皮对木材含水率的影响

树皮的存在明显降低了树株整体的含水率水平。由于树皮占比较小，又能引起含水率的显著下降，可以推测树皮的含水率要远低于木材含水率，试验和计算结果（表1）显示，树皮含水率仅为木材含水率的74%。

表1 树皮及木材的含水率及密度

2.4 树皮对基本密度的影响

不同树株间，木材基本密度存在较为明显的波动（图4），带皮试件基本密度波动范围0.38～0.42 g/cm3，不带皮试件基本密度波动范围0.37～0.40 g/cm3，最大差异分别达到9.8%和6.7%，前者差异较大可能与取材部位构成较为复杂有关，如邻近枝丫基部附近等。可见树株个体对材性指标存在显著影响。

从带皮和不带皮木材基本密度比较来看，前者基本密度明显大于后者，说明树皮密度要明显高于木材部分，试验结果也验证了这一点（表1），树皮密度达到0.5以上，是木材密度的1.3倍。由于清林材径级较小，树皮的存在对该类材料相关性能及后续应用的影响还有待研究。