基于IAWA的3种简易木材识别方法探究

王 宪 沈华杰 于清琳 邱 坚

( 西南林业大学材料科学与工程学院，云南 昆明 650233)

随着中国经济的发展，我国已成为世界第1大进口国和第2大木材消耗国[1]，而木材识别的方法发展至今已有很多种。早期的树种识别主要靠人的经验和知识，根据宏观和微观特征并结合物理和化学方法进行辅助识别[2-5]，随着科技的不断发展与进步，木材识别技术有了新的突破，出现了DNA标记技术并在鉴定中已经得到了应用[6-8]、红外光谱分析技术[9-12]、GC-MS分析技术[13]、荧光光谱分析技术[14]及计算机辅助识别[15-16]等。这些技术的涌现无疑提高了木材识别的精准度，但大多技术局限于实验室进行运用，对于户外或消费者并不适用。并且往往在实际识别过程中经常是在几个相近树种之前进行区分，因此相比上述方法而言简易的识别方法有很大的运用空间。

国际木材解剖学家协会（IAWA）手册举例3种简易鉴定材种方法，分别为泡沫测试、铬天青-S测试、燃烧灰烬测试[17]。虽然这3种方法已经被提出，但却鲜有运用与记载，全球最大的阔叶木材解剖特征数据库“INSIDE WOOD”中对于木材这3类测试结果的记录也极为少见。本研究通过对13个科36个属56个树种进行3种化学鉴别特征的研究，得出56个树种对应的3种鉴别特征，为木材识别缩小范围并提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本次试材共13个科36个属56个树种（如表1），均取自西南林业大学木材标本馆中，均为树干心材取材。

表1 56个树种基本情况Table 1 Basic information of 56 species

续表1

1.2 实验方法

本次实验所用方法均按照参考文献[17]中的特征值215-221进行。

1.2.1 泡沫测试

用刀在所测试木材的心材部分削取大小约1 mm×1 mm×0.3 mm的刨花，所削的刨花要尽可能薄。将削好的刨花放入样品瓶内，覆盖20 mm×70 mm样品瓶底部。以pH值为6.86的蒸馏水为缓冲剂浸泡刨花达到约20 mm（约5 mL）的深度。盖上瓶盖，用力摇晃10 s，静置1 min，然后观察现象并记录。1 min后，泡沫仍然完全覆盖在溶液的表面，测试结果为阳性，记为“+”；1 min后，如果还有泡沫残留在小瓶的边缘，形成1圈泡沫，但不覆盖整个表面，测试结果为弱阳性，记为“+-”；如果泡沫在1 min内消失，测试结果为阴性，记为“-”。

1.2.2 铬天青-S测试

用100 mL的量筒量取80 mL蒸馏水倒入烧杯中，分别称取0.5 g的铬天青-S粉末和5 g的醋酸钠倒入烧杯中溶解，溶解完全后再量取20 mL的蒸馏水倒入烧杯，用玻璃棒搅拌均匀，制成0.5%的铬天青-S溶液，再将制备好的试剂移至广口试剂瓶中备用。用毛笔蘸取0.5%的铬天青-S溶液涂在干燥的木材样品新切面上并计时。观察切面是否显蓝色及显蓝色所需的时间，并记录，如无反应则记为“-”。

1.2.3 燃烧灰烬测试

从气干的木材样品取心材部位的尺寸大小为2 mm×2 mm×50 mm的木条，用镊子将其直立并点燃。当木条在燃烧时，将它转为水平放置并慢慢转动。如果火焰在小木条完全燃烧之前就熄灭，燃烧可以通过将小木条轻轻地返回到垂直的位置，然后在回到水平方向。在火焰熄灭后，观察并记录燃烧灰烬的状态及颜色。该测试评价指标如表2。

表2 燃烧灰烬测试的评价指标Table 2 Evaluation index of burning ash test

2 结果与分析

2.1 泡沫测试与观察结果

由表3可知，泡沫呈阴性的树种最多，呈弱阳性的次之，呈阳性的是最少的。其中蝶形花科、芸香科测试树种均呈阴性，山茶科测试树种均呈阳性。同属不同种显示不同特征属性的有壳斗科的栎属、楝科的香椿属、桃金娘科的桉属和蒲桃属、杨柳科的杨属、山矾科的山矾属、羞草科的合欢属，8个属。其中含羞草科合欢属树种具有阳性、弱阳性、阴性3种特征属性，其余皆仅具有弱阳性、阴性2种特征属性。可见，同个科的树种泡沫测试不一定只有1种泡沫测试反应，但一般很少会有跨越3个反应特征，大多都是跨越2个反应特征，说明同个科中各树种发泡物质的含量是相似的。同时根据阴性树种占比，可以看出在阔叶材中大部分树种的木质部中不存在发泡物质。

表3 56种树种测试观察结果Table 3 Test results of 56 species

2.2 铬天青-S测试与观察结果

由表3可知，出现显色反应的树种占比很低。其中仅山龙眼科和山矾科树种中出现了显色反应。其中山龙眼科树种均发生显色反应。山矾科山矾属树种中厚皮灰木和微毛山矾出现颜色特征反应。柔毛山矾和铁山矾没有出现颜色反应。山龙眼科不同属不同树种出现显色反应所需的时间有较大差异，最快的2 min内即能显色，最慢的则需要30 min以上才能显色。同时山矾科山矾属内出现显色反应的时间虽然一致，但同属中树种并不都会出现显色反应。可见，由于铬天青-S主要是Al3+的显色指示剂[18-19]，因此大部分木材中，Al3+含量较低。且根据实验结果表明出现蓝色特征反应的6中树种来自于山龙眼科与山矾科2个科，山龙眼科的4个树种都出现蓝色特征反应，但反应时间不同，在山矾科中，反应时间相同，说明2个树种对Al3+的吸收是相似的，但在山龙眼科的4个树种中吸收的Al3+含量存在差异。

2.3 燃烧灰烬测试与观察结果

不同科的木材燃烧灰烬的性状存在很大的差异。由表3可知，燃烧剩余物全是炭的树种是最少的，燃烧剩余物只有部分灰烬的树种是相对较多的。其余3种燃烧剩余物特征占比相差不大。可见，各个树种之间燃烧灰烬性状存在较大差异，同属和不同属的树种燃烧灰烬性状都存在相同或不相同的情况，无规律可言。同时也说明了致使燃烧灰烬出现不同性状的无机物含量在各个树种之间存在较大差异，且应当这种无机物成分多样且含量不同才造成了多种燃烧灰烬性状。

2.4 综合比较测试结果

在所测试树种范围内，铬天青-S测试显色反应仅在少数树种内出现，且效果较为明显，因此可以首先对木材进行铬天青-S测试，如出现显色反应可根据显色反应的情况，初步判定所测试木材为山矾科或山龙眼科某个树种，再根据泡沫测试和燃烧灰烬测试结果，针对所测试树种可以100%的判定木材的树种。如未发生显色反应，依据泡沫测试和燃烧灰烬测试，在能判定该树种的科的情况下，可以区分92.86%的树种，如可以判定该树种的属的情况下能够100%的区分树种。在无法判断该树种科的情况下鉴别情况如图1所示，可以看出虽准确区分各个树种但也能缩小很大的范围。

图1 燃烧灰烬测试及泡沫测试综合分析Fig. 1 Comprehensive analysis of tree species with burning ashes test and foaming test

3 结论与讨论

在实际应用过程中可以结合传统的宏观特征识别的方法对待鉴定木材进行初步分类，之后再运用3种简易鉴定方法进行进一步测试可以在短时间内有效的对木材进行更为精准的鉴定。通过之后对各树种测试结果的完善，该方法更适用于近似树种的鉴定。

泡沫测试同一科测试结果大多跨越2个反应特征，同时根据阴性树种占比较大说明大部分树种木质部中不存在发泡物质。铬天青-S测试在山龙眼科和山矾科的识别起着重要的作用，在所测试的大部分树种中不会出现任何反应。燃烧测试在任何一个科中没有出现结果一致的情况，且能直接识别桃金娘科的树种是否是乌墨。

3种鉴定方法较通常使用的鉴定方法截然不同，其简易型和可操作性极佳，3种鉴定方法的组合使用在能判定到科的情况下能够较为准确的判定木材的种属，在不能判定到科的情况下，能够明显的缩小范围，给鉴定提供参考。因此是一种有效的辅助鉴定的方法。目前仅楝科的山楝和麻楝、蝶形花科思茅黄檀和榄绿红豆、杨柳科钻天杨和山杨、山茶科长尾毛蕊茶和西南木荷无法进行区分。

对于3种鉴定方法的原理暂时没有任何参考资料，其中泡沫测试中使水产生泡沫的物质可能是由于天然皂苷的存在造成的，探究该物质是否是天然皂苷及其产生阳性、弱阳性、阴性的该物质含量的区分点的是非常有意义的。同时燃烧测试中灰烬颜色的差异可能有与木材中金属粒子的含量有关，不同颜色的产生机理有待进一步进行探索。