林木植入磁条对树干生长和木材加工的影响

刘全仁，陵军成

（1.甘肃祁连山国家级自然保护区管理局哈溪保护站，甘肃 天祝 733206；2.甘肃省天祝县林业工作站，甘肃 天祝 733299）

在森林野外观察，科学研究和林木采伐、运输中都需要对树体和林木进行标记，传统的标记方法是树体挂牌、喷漆和利用号锤打号。这些方法形成的标记都处在树体外表和林木表层，随着时间的推移和延长，标记容易受风吹、日晒和雨淋侵蚀变得模糊不清，且部分标记还会受到人为破坏，给森林野外观察，科学研究，林木采伐和运输监督检查带来诸多不便。磁条是由钴、镍、铁、硅、硼等金属材料在高温下熔合而成，磁条具有很高的导磁性，靠近磁场（感应器）时，磁条被磁化，产生多次谐波，感应器接受谐波后可发出声频信号［1］。目前，磁条报警防盗技术已被广泛应用到超市、书店等领域各类商品防盗检测中［2］。本试验借鉴图书馆、书店磁条防盗技术，在林木中植入磁条作为标记，研究了磁条对信号感应、林木生长和木材加工的影响，为林木科学、持久、隐蔽标记提供了一定技术参考，在林木调查、检测、防盗和执法取证等活动中具有一定的应用前景。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省天祝县哈溪镇古城村，该地位于祁连山东端北麓，为河谷盆地，海拔2280m，属于大陆性高原季风气候，年平均气温5℃，年平均降水量400mm，土壤类型为林灌草甸土。试验地临近哈溪河，河滩上长有大面积青杨（Populus davidiana Dode）人工林，林地内侧是农田和村庄。

1.2 试验材料

试验用磁条及感应器（检测仪器）均由龙口市伍洋电子有限公司生产，磁条钉子形，长3cm，直径3mm。试验用林木为试验地青杨植株，胸径≥30cm，生长健壮，树干基部光滑无分枝。磁条植入工具为装潢用GZ25型空压机汽钉枪，由广州江城空压机厂生产。

1.3 试验方法

1.3.1 植入磁条对信号感应的影响 2014年1月15日用GZ25型空压机汽钉枪将磁条射入青杨树干，每株树干射入磁条数量分别为1个、2个、3个和4个，射入深度分别为3cm、6cm、9cm和12cm，每个磁条数量和射入深度组合随机处理30株，重复3次，磁条在树干上的射入部位随机选择。处理完成后用磁条感应器（检测仪器）贴近树干表皮上下移动检测磁条，感应器（检测仪器）发出报警声音并显示声音大小分贝值（dB），统计不同处理声音大小分贝值（dB）。2014年—2017年每年12月31日对每株树干射入磁条数量3个，射入深度3cm处理用感应器（检测仪器）测定报警声音大小分贝值（dB）。

1.3.2 植入磁条对树干生长的影响 2014年-2017年每年12月31日随机抽取10株测定每株树干射入磁条数量3个，射入深度3cm处理树皮射入磁条时在树皮上留下的损伤孔直径（mm），沿射入磁条将树干锯开，测定磁条周围心材褐化面积（cm2），并肉眼观察射入磁条时在树皮上留下的疤痕，用有和无进行评价。

1.3.3 植入磁条对木材加工的影响 2017年12月31日随机抽取10株，每株树干射入磁条数量3个，射入深度3cm处理，将其采伐后截成长2m圆木，用MJ-3210型带锯（郑州科农机械设备有限公司生产）锯成厚3cm木板，并在BC6030型刨床（山东宇诚工矿设备有限公司生产）上将其板材两面刨光，加工成长2m，宽20cm的板材。加工完成后观察和测定带锯锯齿损伤程度和刨床刀片损伤程度，并肉眼观察板材外观。

所有数据求平均值，测定完成后利用Excel2003和DPS9.05软件对实验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 植入磁条对信号感应的影响

表1 植入磁条数量和深度对声音信号强度（dB）的影响

由表1可以看出，青杨树干植入磁条后，在植入相同数量磁条处理下，磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值随着植入深度的增加而减弱；在相同植入深度处理下，磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值随着植入磁条数量的增加而增加。人耳可清晰辨别80～100dB之间声音大小，过高的声音比较刺耳，损伤听力，过低的声音难以辨别［3］。以此判断，在每株青杨树干植入3个磁条后，在不同植入深度3cm、6cm、9cm和12cm处理下，报警器发出的声音大小分贝值分别为102.89dB、95.82dB、90.37dB 和 86.12dB，在人耳清晰可辨声音范围80～100dB之内。所以，可将每株青杨树干植入3个磁条作为各类用途植入磁条数量参考值。

表2 磁条植入年限对声音信号强度（dB）的影响

由表2可以看出，每株青杨树干植入3个磁条，植入深度3cm处理下，磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值随着植入年限的增加而减弱，植入后第1年（当年）年底、第2年年底、第3年年底和第4年年底磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值分别为102.06dB、99.65dB、98.52dB和96.24dB，第1年-第4年降幅为5.82dB。青杨树干植入磁条后，可能随着年限的增加，生长量不断增加，年轮向外不断扩展，磁条逐渐被包裹在树干里面，植入深度相对增加，磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值随着植入年限的增加而减弱。在青杨树干植入磁条时，为了降低年轮向外扩展致使磁条植入深度相对增加和磁条感应（检测）后报警器发出的声音大小分贝值随之减弱的不足，在植入磁条时应尽量贴近树皮表面，降低植入深度。

2.2 植入磁条对树干生长的影响

表3 植入磁条对树干生长的影响

由表3可以看出，青杨树干植入磁条后，在树皮上留下损伤孔，但随着植入年限的增加，树皮生长，损伤孔逐渐愈合，损伤孔疤痕逐渐消失。磁条植入后第1年和第2年年底损伤孔直径分别为2.92mm和1.57mm，损伤孔疤痕清晰可见，第3年后损伤孔愈合，直径为0，损伤孔疤痕消失，难以辨认。青杨树干植入磁条后，磁条在树干内部对心材的影响是磁条周围木材褐化，随着磁条植入年限的增加，磁条周围褐化面积逐渐增加，磁条植入后第1年、第2年、第3年和第4年年底的褐化面积分别为 2.75cm2、3.41cm2、4.02cm2和 5.35cm2，第1年～第4年增幅为2.60cm2。植入磁条后造成心材褐化的原因可能是磁条受到木质部水分和矿质离子的侵蚀，产生褐色物质，褐色物质渗透到木材中染色和腐蚀木材。

2.3 植入磁条对木材加工的影响

表4 植入磁条对木材加工的影响

由表4可以看出，植入磁条的青杨树干采伐后在加工成板材的过程中，用带锯切割时锯齿碰撞到磁条发出刺耳的撞击声，带锯锯齿上有磁条轻微的划痕，但不影响带锯的正常使用。用刨床刨光时，刨床刀刃遇到磁条也发出刺耳的撞击声，在刨床每个刀片上留下4处豁口，豁口宽度2.0～3.5mm，有豁口的刨床刀片能继续使用，但刨面上留下很多线型裂纹，平整和刨光效果变差。加工后的板材在不同平面有人眼状褐色磁条疤痕，在视觉上影响板材的美观性。

3 结论与建议

本试验结果表明，在青杨树干植入磁条后，磁条感应（检测）后发出报警声，声音大小分贝值与植入磁条数量正相关，与植入深度和植入年限负相关。每株树干植入3个磁条，植入深度3cm时能用感应器（检测仪器）检测到清晰的声音信号。植入磁条后，树皮上留下的损伤孔随着树木的生长，逐渐变小，磁条植入后第3年损伤孔愈合，疤痕消失，已无法辨认磁条的植入点。但青杨树干植入磁条后，磁条周围心材褐化，加工时磁条对加工工具带锯锯齿和刨床刀片有一定的损伤，且在加工的板材上有磁条疤痕。用树干植入磁条的方法来标记林木，其标记方法由树体外表转向树体内部，其标记地点随机，不可辨认，具有一定的隐蔽性，其检测工具也比较专一，标记后很难被肉眼看到和遭受人为破坏，在林木野外观察、科学研究和采伐运输管理中具有一定的应用价值，甚至在破坏林木的执法过程中可利用磁条标记来调查取证。本试验应用的仅仅是磁条的初级防盗技术，磁条检测获得的信号仅是简单的声频信号，获得的信息仅是磁条标记的有无。随着磁条技术的不断发展，普通磁条已向智能磁条转变，智能磁条已有存储信息的功能，与计算机、无线网络相结合可达到接收、存储、处理信息的功能［4］。如应用智能磁条植入树干来标记林木，可为林木制作一张微型“身份证”，其存储林木信息量和功用将进一步扩大。所以，有待进一步研究林木智能标记磁条的生产、安装和检测技术。