樹木內部結構特征研究探討

張天雄

摘 要：隨著社會對生態環境保護中的全面協調、統籌規劃，避免出現未來森林資源的枯竭，使得人們意識的逐步加深，同時這不僅是對于木材自身的需求，作為中國東北部地區森林主要樹種其占據大部分區域，也是野生動物的首要棲息地。如何合理利用樹木的生態效應和自身的經濟效益是對于樹木整體和局部兩個方向的研究主題。森林作為地球生態循環系統里一個重要的有機體，自身具有一定的生長周期和生長規格。要遵循事物的發展規律，不能因為短暫的經濟利益去砍伐，也不應該打破生態自身的平衡。

關鍵詞：樹木內部結構；特征分析；研究意義

1 國內外研究現狀

近幾年來，國外對于心材邊材在不同種類樹木的生長特征及其內部基本密度的變化研究比較多，對于多樹種樹干內部心邊和邊材的生長特征、物理作用和特性都已有初步的概括和總結。年輪寬度不再簡單的建立在樹干徑向的增長方面，從樹干半徑或年輪寬度來斷定樹木的收獲時間存在不確定性。有專家在不同立地條件下進行方差分析和Scheffe檢驗后得出的結果表明，邊材和心材比例在不同的立地條件下存在顯著性差異。經過半個多世紀的探索發展，林業科學得以在數學建模和工程測量等方面有了較深入的探究。

國內對于心材邊材的研究主要開始于上世紀90年代后期，基于樹干的呼吸作用對邊材及內部其他性質的結構都有一定初步的總結和論述，主要工作還局限于傳統的解剖、物理化學性質及力學方法，比較木材徑向和縱向上不同位置的解剖特性、化學成分和物理性質。對木材徑向年輪數和年輪寬度，纖維形態的變異，色度學特征，木材材質的滲透性，木材的基本密度與干縮性，彈性模量的建立，纖維素、半纖維素和木質素等化學成分的確定，木材提取物等方面的變化進程等，為國內木材內部結構和基本密度的研究奠定了基礎，并提供了有效的數據參考。

2 樹干結構

2.1 樹皮

樹皮是樹干的表層可以防止樹干內部水分的流失同時對樹木本身起到保護作用防止外來病蟲的侵害，是木質植物最外面的保護組織。樹皮由外向內的結構組成可分為外表皮層、木栓層、木栓形成層和栓內層組成的周皮以及內里的韌皮部。多數情況下認為樹皮的組成包括韌皮部。外表皮是樹木最外部的角質化死細胞形成的組織。木栓是樹皮外層的主要成分，能隔絕水分和氣體通過，對樹木有保護作用。木栓形成層通常只有一層或兩層細胞，是分生生長木栓的組織，向外生長成木栓層，向內形成栓內層，但在根部的木栓形成層變化不同是有中柱鞘轉變的。栓內層是木栓形成層向內部分化的一層細胞。韌皮部在樹皮最內層與木質部相接，是樹皮內部輸送營養的部分。而樹皮作為樹干最外部的組織，其基本作用就是保護木材內部結構以減少傷害，確保樹木的生長。

2.2 心材與邊材的性質和用途

心材是由邊材轉化而來的，隨著形成層的增長，靠近形成層的生長輪具有較高的細胞活性，而向髓心處延伸的生長輪因喪失輸導水分和營養物質的功能逐漸變成色澤較深的區域。邊材就是樹干木質部的外圍活動層，其細胞的功能是將水分及礦物質運送到樹冠，邊材沒有色素的沉積，顏色較淺。心材與邊材由于各自的組成成分不盡相同，其各自的經濟利用價值也有著較大的差異。心材在機械強度表現上要明顯好于邊材，而邊材構成的纖維體所含色素膠質較少，很容易對此部分進行加工處理，如造紙業盡可能選擇心材較少的邊材或是無心材的樹木進行優質紙張的加工。心材作為市場最有價值的組成部分一直沒有與傳統經濟增長研究。其體積的增長預期上升速度較胸徑增長量要快。研究展現的就是心材增長趨勢隨著時間的推移對于樹木生長新陳代謝起到一定的指向作用。多數闊葉樹樹種的心材率要大于針葉樹種，這也是導致闊葉木材市場經濟價值要普遍高于針葉樹種木材的因素之一。

2.2 心材與邊材生長特征

邊材和心材在生理結構和物理特性上有著本質的不同，同時邊材年輪數的變化比較復雜。邊材斷面積與樹木的水分運輸密切相關。各個樹種生物結構上的構造差異導致邊材同形成層年數的變化趨勢達成一致。心材和邊材年輪數的變化特征直接反應了邊材向心材轉化的過程。按照正常的生長規律樹干的橫切面應當呈規則圓形或橢球形，這樣樹木在各個方向上承受的力才會均勻，生長才會更加符合自然擬態。可是自然界的樹木其樹干切面并不是呈現理論上的標準形狀，而是有著多種形狀，經觀察總結得出這一變化的差異是由于多種因素導致的。

2.3 木材的生長輪寬度

生長輪寬度反映了樹木每年生長的快慢，是林木生長量的重要指標。各樹種生長輪寬度在徑向上的變化都反映其自身的生長規律。在影響生長輪形成的外部因素中，光照、氣溫、降雨量及礦物質成分等因素。如光照周期為18h的洋槐，無論氣溫高低，均產生大量早材分子。若日照較短的情況下（一般為8h左右），則產生少量較小的細胞。在松類植物中，木材管胞直徑的變化往往也與日照時間有關。同時與氣溫的變化有直接關系。生長季節中，如果遇到降雨量甚少或氣溫干熱的外界因素，不僅影響樹木的生長，而且還限制了形成層的活動，造成了狹窄的木材生長輪。

樹輪是由早材和晚材所組成的，早材的形成期在春季與秋季之間。其構成是由大量的管狀軸薄壁組織，而晚材在冬季形成色澤較深的層，基本上是由較少的管狀軸向薄壁形成的纖維區。早材和晚材的密度與拉伸強度是有明顯差異的，晚材的機械強度要高于早材這一規律表現在絕大多數的木材中。

2.4 木材的基本密度

木材密度是木質材性的一項重要指標，其變異規律對木材品質的選擇、林木培育的方向、紙漿選材的可利用度、實木加工及改良木材自身的材性對生產和合理應用各類用途的木材具有極其重要的指導性。

木材根據自身的材質性質不同分為硬木和軟木。硬木木材一般密度值較高，具有較高的機械強度，硬木和軟木的實際硬度差異很大。能夠通過密度檢測來分析樹種在質地方面的差異，是衡量木材性質的一項重要指標。

木材密度大小直接影響到木材的物理和力學性質。木材密度與木材的許多性質都存在著一定相關性。如木材密度與微纖絲角存在一定的相互關系，并與木材強度和硬度密切相關。木材密度和年輪寬度有著負向的關系，這些關系決定了木材的彈性模量和機械阻力。通過對木材密度變異的研究，可以進一步了解樹木的生長機理和木材的物理特性。目前木材密度已成為林產品加工業和紙漿造紙業木材質量評價的一個重要指標。國內外許多專家學者研究了木材密度在株內、株間、種源、家系及無性系間的變異，立地條件和經營措施對木材密度的影響。研究結果表明：木材密度存在著較大的變異，不同樹種、同一樹種的不同個體間、種源間、無性系間及同株不同部位均存在著明顯的差異。

3 結束語

影響木材質量的一個重要因素就是水分在木材中的比率，水作為生命體組成部分最為重要的成分之一。其含量的多少直接決定物質的比重分部。所以能夠了解不同樹種木材中所含水分的比例，可以更好的從多個角度去研究水對于木材質量的影響。包括樹種所在地的降雨情況，樹木自身細胞內貯藏水的比例大小及樹木結構是否更能明顯的表現出水對其構造的影響。木材的質量決定木材的應用價值。木材結構情況是木材的一大特征，了解木材結構和性質在各層次上的變異規律，對于控制變異、合理生產和有效利用木材非常重要。

參考文獻

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