人工林與天然林紅松木材力學(xué)性質(zhì)的差異

人工林紅松木材及木制品碳素儲(chǔ)存的研究

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。

通過應(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。

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(陽坡和陰坡)對(duì)木材的抗彎彈性模量影響顯著,陽坡高于陰坡。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。

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性回歸模型擬合優(yōu)度較高,決定系數(shù)r2均高于0.95。

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。

采用時(shí)間序列分析法,分析了人工林落葉松木材生長(zhǎng)輪密度的變異規(guī)律,并選擇建模方法和模型參數(shù)估計(jì),建立了變異規(guī)律模型和預(yù)測(cè)模型,經(jīng)過殘差分析表明:短期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值非常吻合;長(zhǎng)期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值存在差異,但實(shí)測(cè)值仍在可信區(qū)間內(nèi)。

為了研究樹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,該文通過對(duì)紅錐、西南樺人工林木材南北向、近髓心和近樹皮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)樂昌含笑人工林和天然林木材纖維形態(tài)的測(cè)定表明:(1)10年生樂昌含笑天然林木材的木纖維長(zhǎng)度在1-4年間屬短,在5-10年間屬中等;木纖維長(zhǎng)寬比在1-3年間較小,在4-10年間>45,較大;(2)10年生樂昌含笑人工林木材的木纖維長(zhǎng)度在1-5年間屬短,在6-10年間屬中等;木纖維長(zhǎng)寬比在1-5年間較小,在6-10年間木纖維長(zhǎng)寬比>45。從木纖維的長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比綜合來看,樂昌含笑天然林木材纖維質(zhì)量略優(yōu)于人工林。

對(duì)采自廣西南丹縣山口林場(chǎng)8年生、14年生和28年生的禿杉taiwaniaflousiana和杉木cunninghamialanceolata人工林木材進(jìn)行了主要物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定和比較。結(jié)果表明:禿杉和杉木的木材密度及主要力學(xué)強(qiáng)度均隨樹齡增加而增大。禿杉木材的氣干密度(含水率為12%)、基本密度、徑向干縮系數(shù)、弦向干縮系數(shù)、體積干縮系數(shù)、弦面硬度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度、徑面抗剪強(qiáng)度和弦面抗剪強(qiáng)度的平均值與杉木相比分別低2.3%,4.4%,1.6%,2.6%,1.5%,3.6%,3.8%,3.4%,17.5%和14.4%,但其端面硬度、徑面硬度、抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、徑面抗劈力和弦面抗劈力的平均值與杉木相比則分別高6.6%,6.1%,3.4%,2.3%,15.0%和16.3%。差異顯著性t檢驗(yàn)表明,禿杉與杉木人工林的木材密度、硬度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎彈性模量、抗彎強(qiáng)度、順紋抗剪強(qiáng)度和抗劈強(qiáng)度均差異顯著或極顯著,但干縮系數(shù)和沖擊韌性均差異不顯著。圖2表3參12

以人工林班克松的木材解剖性質(zhì)為研究對(duì)象,分析研究其株內(nèi)木材材質(zhì)徑向變異模式,對(duì)其幼齡材和成熟材進(jìn)行初步界定。結(jié)果表明:早材管胞徑弦向直徑和晚材胞壁率的變化符合panshinⅰ模型,早材胞壁率的變化符合panshinⅲ模型;回歸分析中早材擬合度較晚材好;幼齡材和成熟材的初步界定年限為9～11a。

以人工林杉木為試材,分別用空氣和菜子油為介質(zhì),在溫度為180,200和220℃對(duì)其分別熱處理1,3和5h,研究試材的抗彎強(qiáng)度(mor)、抗彎彈性模量(moe)、順紋抗壓強(qiáng)度、表面硬度對(duì)高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件變化的響應(yīng),同時(shí)對(duì)處理材的主要化學(xué)成分進(jìn)行分析,用掃描電鏡對(duì)處理材橫切面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。結(jié)果表明:人工林杉木試材的4種主要力學(xué)性質(zhì)對(duì)不同條件熱處理的響應(yīng)程度不同。無論是空氣熱處理還是油熱處理,試材的mor,moe,順紋抗壓強(qiáng)度與對(duì)照比有不同程度的降低,且隨處理溫度升高、時(shí)間延長(zhǎng),下降幅度增大,相比于時(shí)間,溫度的影響更顯著;180℃熱處理1,3和5h時(shí),試材的mor,moe與對(duì)照比未發(fā)生明顯變化(降幅在3%以內(nèi)),而順紋抗壓強(qiáng)度則明顯低于對(duì)照,兩介質(zhì)中降低幅度分別在3.29%～9.58%和3.89%～7.18%;200℃以上處理時(shí),不同時(shí)間處理的3種主要力學(xué)性質(zhì)不僅顯著或極顯著低于對(duì)照,且各性質(zhì)間的差異也達(dá)顯著或極顯著水平;對(duì)硬度的測(cè)試結(jié)果表明:180℃熱處理時(shí),試件的徑面硬度和弦面硬度均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大;200℃熱處理3h時(shí),試件的硬度達(dá)最大,與對(duì)照差異達(dá)顯著水平;隨后熱處理試件的硬度開始降低,220℃熱處理5h后試件的硬度又明顯低于對(duì)照。在隔氧的油介質(zhì)中進(jìn)行熱處理,4種主要力學(xué)性質(zhì)的變化程度低于空氣介質(zhì)處理材,當(dāng)溫度高于200℃時(shí),兩介質(zhì)處理間的差異達(dá)顯著水平。而熱處理過程中木材主要化學(xué)組成與橫切面微觀結(jié)構(gòu)變化的差異,反映了4種主要力學(xué)性質(zhì)對(duì)不同條件熱處理時(shí)表現(xiàn)出的響應(yīng)差異。

為研究樹干傾斜角度對(duì)應(yīng)壓木木材細(xì)胞壁形成過程的影響,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ftir吸收峰強(qiáng)度也有明顯差異。糖類、脂類、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木對(duì)應(yīng)力刺激的響應(yīng)機(jī)制。

紅松為撫順山區(qū)重要的用材林、觀賞林、水土保持林及經(jīng)濟(jì)林樹種。在撫順山區(qū)作為用材林和果材兼用林有著重要的地位。如何提高紅松人工林綜合經(jīng)濟(jì)效益,尤其提高木材和紅松籽的產(chǎn)量問題,引起林業(yè)廣泛重視。文章從人工紅松林改造成果材兼用林的密度和撫育措施兩個(gè)方面進(jìn)行探討和研究。

word文檔可自由復(fù)制編輯 實(shí)驗(yàn)十木材力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定（一） 一、目的與要求 掌握測(cè)定木材強(qiáng)度的方法、試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算并熟悉木材力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造、性能、 操作方法及注意事項(xiàng)。 二、儀器與設(shè)備 萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（四噸）、游標(biāo)卡尺、天平、秒表、千分表等。 三、試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和原理 （一）試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造 試驗(yàn)機(jī)的類型很多，其中油壓式較為普遍，油壓試驗(yàn)機(jī)的具體構(gòu)造雖因各制造工 廠的不同而有所差異，但其基本結(jié)構(gòu)卻大同小異。 我院木材力學(xué)試驗(yàn)室所用的試驗(yàn)機(jī)是日本島津制作所出產(chǎn)的阿姆期拉（amsler） 四噸萬能試驗(yàn)機(jī)。所謂萬能試驗(yàn)機(jī)是對(duì)壓力試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)等單一動(dòng)作和性能 的試驗(yàn)機(jī)的相對(duì)說法。 一般的萬能試驗(yàn)機(jī)，可以進(jìn)行木材的壓縮(compression)、拉伸(tension)、剪切 (shearing)、靜曲(bending)、劈開(cleavage)和沖擊(toughness

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)

對(duì)不同林分結(jié)構(gòu)（純林、混交林和三株一叢）的人工林紅松（ｐｉｎｎｓｋｏｒａｉｓｅｎｓｉｓ）木材材質(zhì)進(jìn)行測(cè)試和分析．結(jié)果表明：紅松木材生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)輪寬度、晚材率差異不顯著．紅松木材的管胞長(zhǎng)度、纖絲角、生長(zhǎng)輪密度、干縮率和差異干縮、絕大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)差異顯著。采用綜合坐標(biāo)法。對(duì)不同林分結(jié)構(gòu)的林分木材材質(zhì)進(jìn)行品質(zhì)評(píng)定，綜合性能和建筑材評(píng)定的優(yōu)劣順序?yàn)榛旖涣?、純林、三株一叢的林分；紙漿材的優(yōu)劣順序?yàn)榛旖涣?、三株一叢、純林的林分?/p>

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

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)添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。