大花序桉和火力楠木材物理力学性质比较

洪小龙

(福建省东山赤山国有防护林场，福建 东山 363400)

木材的物理性质和力学性质是木材性能的基础指标，反映了木材的纤维特性、可加工利用的潜力和结构稳定性能等，其中木材密度是一项非常重要的木材物理性质指标，根据木材密度可以大致推测木材力学强度[1]。木材的物理性质和力学性质能够评估木材品质，为木材品质的改良、定向培育和树种筛选等工作提供重要的理论基础和科学依据。大花序桉(Eucalyptuscloeziana)原产于澳大利亚[2]，后广泛引种至亚洲水热条件较好的区域。引种后大花序桉能较好地适应地理环境，树形通直，具有硬度高、材质较为均匀等特点，常用于建筑和家具制造等方面。有学者对我国现有的大花序桉木材密度、纤维形态和化学组分进行分析，证明大花序桉是一种优良的造纸树种[3]。大花序桉随着年龄和种源的变化，其木材性能也产生一定的变化。大花序桉的木材密度随着年龄增加呈逐渐上升的趋势[4-5]。不同种源的大花序桉的木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度等物理力学性质均具有一定差别[6]，造成差异可能与植物本身的遗传特性和植物的生长环境息息相关。较多的学者通过比较同一区域的不同物种，以揭示物种间的木材物理力学性质的差异，为木材合理利用提供参考。大花序桉引种至福建漳州后，长势良好，但其在漳州的木材物理力学性质尚未有研究。因此，本研究以漳州市龙海九龙岭国有林场12年生的大花序桉人工林为研究对象，并以乡土树种23年生的火力楠(Micheliamacclurei)人工林为对照，对大花序桉和火力楠的木材物理性质和力学性质进行比较，以期为大花序桉和火力楠木材的合理利用、林分科学经营提供参考。

1 试验地概况

试验样地位于福建省漳州市龙海九龙岭国有林场(117°37′30″—117°45′E、24°20′—24°75′N)，属南亚热带海洋性季风气候。年均气温21.4 ℃左右，年最高气温为38℃(7月)，年最低气温为0 ℃(1月)，每年霜期较短，年均降水量约1450 mm。林场海拔150～350 m，坡度一般在20°～30°，土壤层厚度通常为40～100 cm左右，腐殖质层相对较薄，以砖红壤性红壤为主要土壤类型。

2 研究方法

2.1 样品采集

于2014年在大花序桉、火力楠人工林中不同坡位选取5处，设置20 m×20 m标准地，选择平均木10株作为样木，将样木贴地伐倒后，在伐根处查看年轮数，测量全树高、枝下高、胸径(表1)。第1段0～1.3 m，之后按每段2 m做试材。

表1 标准木情况

2.2 木材物理性质测定方法

依据GB/T 1929—2009 木材物理力学试材锯解及试样截取方法[8]测定大花序桉和火力楠的物理性质：木材气干密度、全干密度、全干时干缩率、气干时干缩率、气干时湿胀性、吸水后湿胀性。将原木逐段锯解，取1.3～2.3、2.3～3.3 m为1段，3.3 m以上按每2 m为1段做试材。将每个木段沿长度方向锯解成端面为25 mm×25 mm的方条(无树皮)，大花序桉、火力楠的每段木材分别取方条5根、3根，1个试件共30根方条，并将方条捆好、标记和晾干处理。

2.3 木材力学性质测定方法

大花序桉和火力楠各选取5株样木，每株样木选取3段木段，锯成板坯后在室内进行气干处理。依据GB/T 1928—2009木材物理力学试验方法总则[9]进行加工，将每个木段沿长度方向锯解成端面为25 mm×25 mm，长度为1000 mm的方条(无树皮)，每段木材各选取方条4根。力学性质测定前将试样置于恒温箱，温度(20±2) ℃，相对湿度(65±3)%，确保试样的含水率在12%左右。通过木材万能力学试验机(Amsler 4 t)测定大花序桉和火力楠的顺纹抗压强度、抗弯强度以及端面、径面和弦面的木材硬度，有效样本数30个以上。

2.4 综合评分

参考曾华浩等[7]对树种木材物理力学的加权综合评价方法，将气干密度、全干密度、抗弯强度、顺纹抗压强度、端面的硬度、弦面的硬度、径面的硬度作为评价指标，权重设定为等权重，即权重值取1/7。

2.5 数据处理与分析

运用Excel 2013 对数据进行统计与分析。运用SPSS 19.0对大花序桉和火力楠的物理性质和力学性质指标的差异性进行配对T检验分析。

3 结果与分析

3.1 物理性能

由表2可知，大花序桉木材的气干密度为(0.78±0.08) g·cm-3，火力楠木材的气干密度为(0.58±0.03) g·cm-3。大花序桉弦向的全干时干缩率为(8.8±1.3)%，径向的全干时干缩率为(6.4±0.7)%；弦向的气干时干缩率为(5.1±1.5)%，径向的气干时干缩率为(3.7±1.6)%；弦向的气干时湿涨性为(4.0±1.1)%，径向的气干时湿涨性为(2.9±0.8)%；弦向的吸水后湿涨性为(9.7±1.6)%，径向的吸水后湿涨性为6.8%。火力楠弦向的全干时干缩率为(6.8±1.2)%，径向的全干时干缩率为(5.1±1.1)%；弦向的气干时干缩率为(3.9±1.1)%；径向的气干时干缩率为(2.8±1.2)%；弦向的气干时湿涨性为(3.2±0.8)%，径向的气干时湿涨性为(2.5±1.2)%；弦向的吸水后湿涨性为(7.3±1.2)%，径向的吸水后湿涨性为(5.4±1.9)%。大花序桉的气干、全干密度均显著高于火力楠(P<0.05)，而2个树种径向的气干时湿胀性之间没有显著差异。

表2 大花序桉和火力楠人工林木材物理性质

3.2 力学性质

由表3可知，大花序桉的顺纹抗压强度为(67.8±8.76) MPa，抗弯强度为(135.9±9.74) MPa，木材的综合强度为203.7 MPa；大花序桉的端面、径面、弦面的木材硬度分别为(8750±621.3) N、(6430±578.4) N、(6800±428.1) N。火力楠的顺纹抗压强度为(52.6±7.28) MPa，抗弯强度为(102.0±6.98) MPa，木材综合强度为154.6 MPa；火力楠的端面、径面、弦面的木材硬度分别为(5420±486.3) N、(3560±361.5) N、(3740±281.1) N。

表3 大花序桉和火力楠人工林木材力学性质

3.3 与其他树种物理力学性质的比较

将大花序桉、火力楠与福建省主要造林树种(油杉[7]、马尾松[8]、湿地松[8]、杉木[9]、秃杉[9])的木材物理力学性质进行比较，并根据其木材物理力学性质进行综合评分(表4)。通过综合评分可知，大花序桉和火力楠的综合评分高于其它树种，其顺纹抗压强度明显高于其它树种。此外，大花序桉的气干密度和全干密度也高于其它树种。

表4 大花序桉、火力楠与其它树种木材物理力学性质比较

4 讨论与结论

大花序桉生长速度快，而且木材物理力学性质优良。根据气干密度进行划分等级[10]，大花序桉木材气干密度属Ⅳ级(0.751～0.95 g·cm-3)，火力楠木材气干密度属Ⅲ级(0.551～0.75 g·cm-3)，说明大花序桉木材结构偏硬，密度相对较高，而火力楠木材密度属于中等水平。

木材的干缩率和湿胀性是木材的固有性质[13]。干缩率和湿胀性的变化越低，木材发生干燥开裂的情况就越小，表明木材的尺寸稳定较高[14]。相对于大花序桉，火力楠木材全干时干缩率和气干时干缩率更低，表明火力楠木材干缩性小，具有较好的尺寸稳定性，不易变形，这一结果与韦鹏练等[1]的研究结果一致。而大花序桉木材的干缩率和湿胀性均显著高于火力楠，在尺寸的稳定性上相对较弱一点。

木材的强度采用综合强度进行衡量，为顺纹抗压强度和抗弯强度之和[14]。本研究中，大花序桉木材的综合强度为203.7 MPa，而火力楠木材的综合强度为154.6 MPa。根据木材材性的综合强度的划分标准进行划分[15]，大花序桉木材的综合强度属中上水平，火力楠木材的综合强度属于中等水平，即大花序桉和火力楠均较适宜家具和室内装饰的用途。这2个树种的木材物理力学性质的差异可能与树种的细胞结构特征差异有关[16]。

大花序桉和火力楠作为福建林业重要的用材树种，适应性强，用途广泛。通过与福建省主要造林树种的材性对比发现，大花序桉和火力楠的综合评分相对较高，即二者的木材材性方面具有较大的潜力和应用价值。本研究通过比较2个树种的木材物理力学性质的差异，可以从木材性能的角度为大花序桉和火力楠的推广提供参考。