斧子与柴刀砍切树木痕迹比较研究

课题组

(1.南京森林警察学院，江苏·南京 210023；2.西双版纳州森林公安局，云南·景洪 666000)

斧子与柴刀是林业生产常用工具。在盗伐、毁坏林木案件现场，经常发现这两类工具痕迹，尤其在毁林案件中，嫌疑人为了争夺林地种植高效经济作物，常采取砍切树干基部树皮与部分木质部的方法致树木缓慢死亡，在树干留下砍切痕迹，作案现场短期内不易被发现，对自然森林资源的破坏力极大。目前此类案件在国内一些地区仍持续不断地发生，在耕地较少的山区毁坏林木现象尤为严重，如西双版纳、浙江、安徽等地。柴刀与斧子皆为单刃切削工具，在一定条件下形成的砍切痕迹具有较高相似性，侦查人员难以通过现场砍切痕迹准确推断作案工具，严重影响了上述案件的侦破效率。目前这类案件的侦破仍依靠走访侦查和嫌疑人现场指认的方法，缺乏科学性。为此，本文以西双版纳地区常见的涉案林木和涉案工具为基础，结合其他地区的相关情况，通过实验的方法对柴刀与斧子砍切树木痕迹进行研究，为此类工具痕迹的认定提供技术支持。

一、柴刀、斧子结构和工作原理

柴刀由刀片和刀把构成，在刀片一端有筒状构件将刀把与刀片连接成一整体(见图1)。刀片呈长条形、长约70—80cm、宽约7—8cm，刀把长度一般在20—40cm，刃口的双面均为平刃侧。砍切时手臂施加的力通过刀把传递至刀刃实施砍切。刀片发挥劈尖功能，工作时施以劈力将客体分离。

斧子由斧头、斧柄组成。斧头外观似劈形，分别由两个梯形大面、两个倒置等腰三角形小面和一个长方形斧顶构成(见图2)。两个梯形底边交汇于斧刃，通过小面可以观察到斧柄安装孔。斧子刃口的双面也为平刃侧，宽8—12cm，斧顶5×4cm至6×5cm左右，斧柄长80—90cm左右。用斧子砍切树木时，施加于斧柄的力传递至斧头后，分解成垂直于斧头大面的两个力对木材进行作用，把木材劈开。[注]王纬东. 关于柴刀在荆条、灌木类客体上切削痕迹的研究[J]. 中国人民公安大学学报(自然科学版),2000，(3).

图1 柴刀的结构

图2 斧子的结构

二、实验

(一)实验材料与设备

ZEISSV12三维立体显微镜、KH-3000三维视频显微镜、LEICAFSC比较显微镜、木材硬度测试仪、柴刀、斧子、立地生长的树木等。

(二)实验材料选择与处理

1.选取案件中常见的斧子3把、柴刀3把作为实验研究的砍切工具。

2.选取10种立地生长的树木(其中一部分树木直径14-20cm，另一部分20-30cm)作为实验客体。

3.用硬度测试仪分别对所选树木的木材进行硬度测试(见表1)。

(三)实验方法

用柴刀和斧子同时在每一棵树干上进行砍切，分别获得每一棵树的两种砍切工具痕迹实验样本；分别观察两种工具在每一种实验树木上形成的砍切痕迹特征，分析柴刀、斧子砍切树木形成的痕迹形态和刃口特征的反映性；将斧子、柴刀在同一种木材上形成的砍切痕迹进行比较，分析两种工具砍切树木形成痕迹的相似性和差异性；将实验获得的木材样本置于三维视频显微镜下，观察比较柴刀和斧子砍切形成样本表面的木材管孔形态变化情况；用比较显微镜将斧子、柴刀在不同硬度木材上形成的砍切痕迹进行比较，分析木材硬度对两种工具痕迹的影响；将遗留在实验现场的砍切痕迹进行编号、挂上防水标签、拍照记录，分别于砍伐后的20天、30天、2个月、3个月后观察痕迹的变化，分析自然环境对砍切痕迹的影响。

表1 实验树种木材的硬度测试值 端面硬度(单位kgf/cm2)

三、实验结果与分析

(一)柴刀与斧子砍切痕迹

通过对实验结果的归纳发现，“痕迹截面特征”是柴刀与斧子砍切树木的主要痕迹特征。两种工具有相似的刃口结构和工作原理，砍切树木时均能在以下几个部位形成砍切痕迹截面特征。

1.树干及分离木块上的砍切痕迹截面特征

实验发现，柴刀与斧子砍切树木时，第一刀(斧)均在树干表面留下一道开放性的切口，切口包含两个半圆形截面，其中一个截面位于切口内侧并深陷于树干，另一个截面位于切口外侧向外倾斜,两个截面构成5-10°夹角，此时很难观察到两个截面上痕迹全貌。当工具在切口的上方继续实施砍切时，就会形成剥离木块从树干上脱落，使当次砍切形成的切口两截面产生分离，首次砍切形成的痕迹面得以在树干上完整呈现。木块分离后，外侧截面留在树干上，截面相对粗糙或伴有裂纹，内侧截面随剥离木块脱落，截面光滑分布有相互平行的线条痕迹，线条与截面的半圆形直径垂直。进一步观察发现，分离的木块上同时承载两次砍切形成的痕迹截面，其中一个截面平整光滑，另一个截面粗糙同时伴有一定程度变形(见图3)。因此在勘查破坏树木的案件现场时，需注意从树干和剥离木块上分别寻找和提取柴刀与斧子刃口遗留的痕迹。

木块上痕迹截面(光滑面)木块上痕迹截面(粗糙面)树干上的痕迹截面图3 柴刀、斧子砍切树干形成的痕迹截面特征

2.伐桩及分离木块上的痕迹截面特征

实验还发现，柴刀与斧子在第一个切口的基础上继续对切口周围的木材进行横向逐层切削，直至砍切区域内的所有木质部时，树木被砍倒形成树桩。在此过程中，柴刀与斧子刃口一侧的切削截面遗留在树桩上(切削截面中有时伴有反映斧子刃口宽度的“边界痕”)，此切削截面受刃侧推挤作用向刃的一侧倾斜或翻卷，致使树桩切削截面上的痕迹线条遭损坏(见图4)；刃口另一侧的切削截面随切削木块与树干分离，散落在树桩周围，此切削面平整且分布有相互平行的线条痕迹(见图5)。与砍切树木初始阶段不同，砍切树干时工具刃口与树干主轴始终保持一定角度，分离的木块均为树干边缘木材。树桩周围的剥离木块，因工具刃口在砍切过程中，有时与树干主轴呈一定角度，有时与树干主轴平行，因此有的是树干边缘木材、有的是树干中心部位的木材，以至于被削离木块中所承载的木材生物组织存在差异。

图4 树桩上工具刃口一侧切削截面图5 树桩分离木块上工具刃口另一侧切削截面

(二)柴刀、斧子砍切痕迹比较

1.砍切截面光滑程度及线条痕迹比较

比较柴刀与斧子砍切同一棵树干获得的截面痕迹发现，两种工具在同一株树干上砍切形成的截面光滑程度存在差异，总体表现为柴刀砍切形成的截面光滑，斧子砍切形成的截面则相对粗糙。进一步用侧光观察比较发现，柴刀砍切形成的截面有细小的木材组织颗粒，线条痕迹凸凹明显立体感较强。斧子砍切形成痕迹面上的颗粒明显大于柴刀，分布在表面的痕迹线条突起不明显、立体感不强(见图6)。产生上述现象是因为两种砍切工具虽然都为单刃，但刃口显微结构存在差异，柴刀刃侧单薄刃口锋利，砍树时能直接将木纤维切断；斧子刃侧厚实刃口圆钝，砍伐树木时斧刃切割木纤维的方式发生了变化，由单一切割转变为拉伸与切割共同作用，即圆纯的刃口将木纤维拉伸至一定长度后才得以切断，以至于在截面上出现粗糙、毛刺现象。

2.砍切截面痕迹宽度比较

通过对实验样本的比较发现，当遭砍切的树木直径在14-20cm时，两种工具砍切形成的截面直径为4-8cm，剥离木块外观形态和大小有较高相似性(见图7)，产生这种现象是因柴刀与斧子刃口长度均大于砍切截面的直径。砍切树干的直径在20-30cm时，斧子砍切形成的剥离木块截面、遗留在树干和树桩上的砍切痕迹截面直径一般为10cm左右，与斧子刃口有效砍切宽度相吻合(见图8)，且木块被剥离后在树干或树桩上留下明显的“边界痕”，充分反映斧子刃口的宽度；柴刀砍切形成的痕迹截面直径9-14cm，在树干和树桩上的木块被剥离处为自然平面，没有明显的“边界痕”(见图9)，反映柴刀刃口长度远大于砍切痕迹截面宽度。

斧子砍切川楝柴刀砍切川楝斧子砍切厚皮香柴刀砍切厚皮香图6 柴刀、斧子砍切截面线条痕迹反映程度比较

3.砍切截面木材管孔特征显微形态变化的比较

树木总体可分为阔叶和针叶两大类。在树干的内部分布有许多生命活动所需的管道，阔叶树树干内部的管道《木材学》[注]成俊卿.木材学[M].北京:中国林业出版社，1985.称之为“导管”，这是树木从根部吸收养料的通道。在部分针叶树树干内部也分布有管道(如松科的松属、云杉属、落叶松属等)，《木材学》称为“树脂道”，这类管道是留存树脂的通道。树干被横向或弦向砍切后通过切面可看到管道的孔洞状截面。将柴刀与斧子砍切形成的木块放在显微镜下观察比较发现，管孔形态因遭砍切挤压有不同程度的变形。柴刀砍切剥离木块的截面显微镜下观察管孔形态变化较小，大多数木材的管孔能够保持原有的形态。斧子砍切形成的木块截面管孔形态变化较大，大多数管孔变成长椭圆形或长条形、有些孔洞被挤压闭合，还有些孔洞口被周围的木材组织遮挡难以辨认孔洞的形态(见图10)。这是因为树干内部的管道腔存在空隙，抵抗外来挤压力的能力较弱，当施加的外力较小时管道仍能保持原有的形态或发生较小的变形，当外力超过管道臂的应力时，则发生形变。斧子与柴刀刃口皆为劈形，工作时砍切力均分解为切入木材内部的力和对木材进行挤压的力，但斧子劈顶的宽度远大于柴刀，砍切时产生的冲击力和对木材的挤压力也大于柴刀(见表2)。

值得注意的是，木材管道在树干内部呈径向排列，只有在实施与树干轴线一定角度砍切形成的截面上才能够观察到管孔，若砍切角度与树干主轴平行在砍切截面上则无法看到孔洞。

斧子砍刀图7 砍切直径16cm树干剥离木块的宽度比较

斧子砍刀图8 砍切直径25cm树干剥离木块宽度比较

斧子(有“边界痕”)砍刀(无“边界痕”)图9 砍切直径29cm树木遗留在树干上的痕迹截面宽度比较

柴刀砍切截面(小果锥)斧子砍切截面(小果锥)图10 柴刀与斧子砍切截面管孔变形程度比较

表2 柴刀、斧子砍切树木痕迹比较

(三)影响柴刀、斧子砍切痕迹的因素

1.木材硬度对柴刀与斧子砍切痕迹的影响

木材硬度是指木材抵抗其他钢体压入的能力，也包括树木对切削工具的抵抗力。不同树种之间木材硬度存在差异，对柴刀与斧子砍切树木痕迹产生影响。

通过对三把柴刀与斧子砍切不同硬度木材的树木产生痕迹比较发现，同一把柴刀与斧子刃口特征在不同硬度值木材上的痕迹反映程度存在差异。主要表现为：在硬度值较高的木材上，痕迹面平整光滑，线条痕迹立体感较强，但细小线条数量相对较少。观察硬度值偏低的木材上形成的痕迹面发现，痕迹面整体表现粗糙，线条痕迹数量相对较多，粗大线条明显可辨，能够反映工具刃口较大的缺损(见图11、图12、表3)。[注]北京林学院.木材学[M].北京:中国林业出版社，1991.产生这种现象是因为，硬度值不同，木材的细胞结构则有差异，组成木材的细胞组织比例不同，细胞壁与孔隙度所占比例也不同。硬度值高细胞孔隙度小，抵抗钢体压入的能力大，反之亦然。

川楝思茅松图11 同一把斧子砍切不同硬度木材形成线条痕迹的比较

厚皮香西南桦图12 同一把柴刀砍切不同硬度木材形成线条痕迹比较

2.自然环境对柴刀与斧子砍切树木痕迹的影响

通过在砍切后20天、30天、2个月、3个月，对野外树干、树桩上的砍切痕迹观察发现，随着时间推移，痕迹表面逐渐发生变化。主要表现为：观察实验初期，截面在原色彩基础上颜色变暗，此时能看得清痕迹线条、观察实验中期，痕迹表面增加小黑点和黑色斑块，只能看清部分痕迹线条、至观察实验后期，黑点和斑块扩展至痕迹面大部分区域，整个截面颜色变深无法辨识痕迹线条(见图13)。形成这一现象是因为在空气中散布着大量的真菌孢子，当树木被砍切致使木材内部组织外露时，孢子就会利用木材组织内部的养料(例如木材纤维素或木质素)，在适宜的条件下生长致使木材变色。

表3 实验树木材质硬度对柴刀、斧子砍切痕迹影响

续表3 实验树木材质硬度对柴刀、斧子砍切痕迹影响

注：“﹢”表示痕迹截面线条没有立体感、痕迹面粗糙；“﹢﹢”表示痕迹截面线条立体感较弱、痕迹面较为粗糙；“﹢﹢﹢”表示痕迹截面线条立体感较强、痕迹面较光滑；“﹢﹢﹢﹢”表示痕迹截面线条立体强、痕迹面光滑

20天30天2个月3个月图13 西南桦树干上同一枚砍切痕迹在自然环境下发生变化的比较

四、结论

柴刀与斧子砍切树木，均能在树干、被分离的木块和树桩上形成两个对称的半圆形截面，其中一个截面光滑，另一个截面粗糙，两个截面均有反映工具刃口特征的线条痕迹 。斧子形成的光滑截面上线条痕迹反映程度和立体感比柴刀形成的截面线条痕迹弱；斧子形成的光滑截面上木材管孔特征变形程度比柴刀形成的截面木材管孔特征变形程度大。当砍切直径20cm以上树干时，斧子砍切形成的痕迹截面宽度小于柴刀，同时在树干上或树桩上留下反映斧子刀刃口宽度的“边界痕”，柴刀砍切形成的树干或树桩截面则没有此痕迹。树木材质的硬度对截面线条痕迹反映有一定影响，处于自然条件下的截面线条痕迹随着时间的推移则失去鉴定价值。