树木内部结构特征研究探讨

张天雄

摘 要：随着社会对生态环境保护中的全面协调、统筹规划，避免出现未来森林资源的枯竭，使得人们意识的逐步加深，同时这不仅是对于木材自身的需求，作为中国东北部地区森林主要树种其占据大部分区域，也是野生动物的首要栖息地。如何合理利用树木的生态效应和自身的经济效益是对于树木整体和局部两个方向的研究主题。森林作为地球生态循环系统里一个重要的有机体，自身具有一定的生长周期和生长规格。要遵循事物的发展规律，不能因为短暂的经济利益去砍伐，也不应该打破生态自身的平衡。

关键词：树木内部结构；特征分析；研究意义

1 国内外研究现状

近几年来，国外对于心材边材在不同种类树木的生长特征及其内部基本密度的变化研究比较多，对于多树种树干内部心边和边材的生长特征、物理作用和特性都已有初步的概括和总结。年轮宽度不再简单的建立在树干径向的增长方面，从树干半径或年轮宽度来断定树木的收获时间存在不确定性。有专家在不同立地条件下进行方差分析和Scheffe检验后得出的结果表明，边材和心材比例在不同的立地条件下存在显著性差异。经过半个多世纪的探索发展，林业科学得以在数学建模和工程测量等方面有了较深入的探究。

国内对于心材边材的研究主要开始于上世纪90年代后期，基于树干的呼吸作用对边材及内部其他性质的结构都有一定初步的总结和论述，主要工作还局限于传统的解剖、物理化学性质及力学方法，比较木材径向和纵向上不同位置的解剖特性、化学成分和物理性质。对木材径向年轮数和年轮宽度，纤维形态的变异，色度学特征，木材材质的渗透性，木材的基本密度与干缩性，弹性模量的建立，纤维素、半纤维素和木质素等化学成分的确定，木材提取物等方面的变化进程等，为国内木材内部结构和基本密度的研究奠定了基础，并提供了有效的数据参考。

2 树干结构

2.1 树皮

树皮是树干的表层可以防止树干内部水分的流失同时对树木本身起到保护作用防止外来病虫的侵害，是木质植物最外面的保护组织。树皮由外向内的结构组成可分为外表皮层、木栓层、木栓形成层和栓内层组成的周皮以及内里的韧皮部。多数情况下认为树皮的组成包括韧皮部。外表皮是树木最外部的角质化死细胞形成的组织。木栓是树皮外层的主要成分，能隔绝水分和气体通过，对树木有保护作用。木栓形成层通常只有一层或两层细胞，是分生生长木栓的组织，向外生长成木栓层，向内形成栓内层，但在根部的木栓形成层变化不同是有中柱鞘转变的。栓内层是木栓形成层向内部分化的一层细胞。韧皮部在树皮最内层与木质部相接，是树皮内部输送营养的部分。而树皮作为树干最外部的组织，其基本作用就是保护木材内部结构以减少伤害，确保树木的生长。

2.2 心材与边材的性质和用途

心材是由边材转化而来的，随着形成层的增长，靠近形成层的生长轮具有较高的细胞活性，而向髓心处延伸的生长轮因丧失输导水分和营养物质的功能逐渐变成色泽较深的区域。边材就是树干木质部的外围活动层，其细胞的功能是将水分及矿物质运送到树冠，边材没有色素的沉积，颜色较浅。心材与边材由于各自的组成成分不尽相同，其各自的经济利用价值也有着较大的差异。心材在机械强度表现上要明显好于边材，而边材构成的纤维体所含色素胶质较少，很容易对此部分进行加工处理，如造纸业尽可能选择心材较少的边材或是无心材的树木进行优质纸张的加工。心材作为市场最有价值的组成部分一直没有与传统经济增长研究。其体积的增长预期上升速度较胸径增长量要快。研究展现的就是心材增长趋势随着时间的推移对于树木生长新陈代谢起到一定的指向作用。多数阔叶树树种的心材率要大于针叶树种，这也是导致阔叶木材市场经济价值要普遍高于针叶树种木材的因素之一。

2.2 心材与边材生长特征

边材和心材在生理结构和物理特性上有着本质的不同，同时边材年轮数的变化比较复杂。边材断面积与树木的水分运输密切相关。各个树种生物结构上的构造差异导致边材同形成层年数的变化趋势达成一致。心材和边材年轮数的变化特征直接反应了边材向心材转化的过程。按照正常的生长规律树干的横切面应当呈规则圆形或椭球形，这样树木在各个方向上承受的力才会均匀，生长才会更加符合自然拟态。可是自然界的树木其树干切面并不是呈现理论上的标准形状，而是有着多种形状，经观察总结得出这一变化的差异是由于多种因素导致的。

2.3 木材的生长轮宽度

生长轮宽度反映了树木每年生长的快慢，是林木生长量的重要指标。各树种生长轮宽度在径向上的变化都反映其自身的生长规律。在影响生长轮形成的外部因素中，光照、气温、降雨量及矿物质成分等因素。如光照周期为18h的洋槐，无论气温高低，均产生大量早材分子。若日照较短的情况下（一般为8h左右），则产生少量较小的细胞。在松类植物中，木材管胞直径的变化往往也与日照时间有关。同时与气温的变化有直接关系。生长季节中，如果遇到降雨量甚少或气温干热的外界因素，不仅影响树木的生长，而且还限制了形成层的活动，造成了狭窄的木材生长轮。

树轮是由早材和晚材所组成的，早材的形成期在春季与秋季之间。其构成是由大量的管状轴薄壁组织，而晚材在冬季形成色泽较深的层，基本上是由较少的管状轴向薄壁形成的纤维区。早材和晚材的密度与拉伸强度是有明显差异的，晚材的机械强度要高于早材这一规律表现在绝大多数的木材中。

2.4 木材的基本密度

木材密度是木质材性的一项重要指标，其变异规律对木材品质的选择、林木培育的方向、纸浆选材的可利用度、实木加工及改良木材自身的材性对生产和合理应用各类用途的木材具有极其重要的指导性。

木材根据自身的材质性质不同分为硬木和软木。硬木木材一般密度值较高，具有较高的机械强度，硬木和软木的实际硬度差异很大。能够通过密度检测来分析树种在质地方面的差异，是衡量木材性质的一项重要指标。

木材密度大小直接影响到木材的物理和力学性质。木材密度与木材的许多性质都存在着一定相关性。如木材密度与微纤丝角存在一定的相互关系，并与木材强度和硬度密切相关。木材密度和年轮宽度有着负向的关系，这些关系决定了木材的弹性模量和机械阻力。通过对木材密度变异的研究，可以进一步了解树木的生长机理和木材的物理特性。目前木材密度已成为林产品加工业和纸浆造纸业木材质量评价的一个重要指标。国内外许多专家学者研究了木材密度在株内、株间、种源、家系及无性系间的变异，立地条件和经营措施对木材密度的影响。研究结果表明：木材密度存在着较大的变异，不同树种、同一树种的不同个体间、种源间、无性系间及同株不同部位均存在着明显的差异。

3 结束语

影响木材质量的一个重要因素就是水分在木材中的比率，水作为生命体组成部分最为重要的成分之一。其含量的多少直接决定物质的比重分部。所以能够了解不同树种木材中所含水分的比例，可以更好的从多个角度去研究水对于木材质量的影响。包括树种所在地的降雨情况，树木自身细胞内贮藏水的比例大小及树木结构是否更能明显的表现出水对其构造的影响。木材的质量决定木材的应用价值。木材结构情况是木材的一大特征，了解木材结构和性质在各层次上的变异规律，对于控制变异、合理生产和有效利用木材非常重要。

参考文献

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