楊木清林材樹皮率、密度和含水率的研究

張雪松 王碩 劉珊杉 楊亮慶

（黑龍江省木材科學研究所，哈爾濱 150081）

楊木清林材樹皮率、密度和含水率的研究

張雪松 王碩 劉珊杉 楊亮慶*

（黑龍江省木材科學研究所，哈爾濱 150081）

以楊木清林材為研究對象，采用樹皮率、基本密度和含水率等材性指標對其樹皮特性及其影響進行研究。結果表明，樹皮體積百分率低于質量百分率，分別為7.73%和10.18%；樹皮基本密度明顯高于木材部分，分別為0.504 6和0.384 3g/cm3；樹皮含水率顯著低于木材部分，分別為99%和134%；樹株個體對各項指標均產生顯著影響，其中對樹皮率影響遠高于對基本密度和含水率的影響。

清林材；樹皮率；基本密度；含水率

樹皮是樹木的重要組成部分，也是重要的森林資源之一，不同樹種的樹皮其利用價值也不同，經過加工可以得到許多種重要的林副產品，提高森林資源利用率。目前，針對樹皮開展的大量研究主要集中在組分構成分析[1]、成分提取應用[2-3]、功能改良[4]等方面，為樹皮的有效利用奠定了理論基礎。隨著我國木材資源供求矛盾的加劇，清林材等大量以往難以利用的小徑級木質類材料引起相關企業的關注，并開始用于單板、細木工板制造等領域[5]。伴隨該類材料實木化應用領域不斷開發，徑級較小、樹皮較薄材料帶皮加工應用將成為該類材料開發的一個重要方向。從已有相關研究來看，針對樹皮尤其是速生楊木樹種樹皮材性特征的研究尚未見報道。本文以5～8 cm徑級速生楊木清林材為研究對象，以樹皮率、含水率和基本密度為指標，對樹皮相關材性特征及其對木材相關性能的影響進行了研究。

1 試驗材料與方法

1.1 材料與設備

試驗材料為樹齡6年青皮楊，產地為黑龍江省慶安縣。截取造段后每根長度2.5 m，選取10根；每根截取3塊約1 cm厚度小圓盤，選用精截鋸片進行加工以保證小圓盤表面光潔度。

設備有烘箱、電子秤、燒杯、固定架、精截鋸。

1.2 基本密度測量方法

由于試件形狀不規則，其密度測量采用阿基米德定律（水的浮力法）進行測試。首先選擇相對試件徑級有一定余量的燒杯并裝水，將其放在電子秤上，平穩后清零；將帶樹皮小圓盤使用自制鐵絲針扎住，放入盛水燒杯中使之完全浸沒，再用試管固定架固定，此時電子秤稱得重量即為試件排除等體積水的重量，換算得出試件的體積；試件取出后去掉樹皮，擦拭掉表面水分，按照上述順序再次獲取無皮試件重量，換算得出去皮后試件的體積；前后體積差值即為樹皮基本密度計算所需體積。將樹皮放入烘箱至絕干，得絕干重，進而計算出樹皮基本密度。楊木基本密度亦照此法測定。

1.3 樹皮率測定

樹皮率分為樹皮體積百分率和樹皮質量百分率。樹皮體積百分率通過測量體積計算，用樹皮體積除以所在樹干部位樹皮與木質部體積之和得出；樹皮質量百分率通過稱量重量計算，用樹皮重量除以所在樹干部位樹皮與木質部重量之和得出，此為絕干狀態時的質量。

式中，V皮、V木分別為帶皮和不帶皮圓盤體積（mL）；G皮、G木分別為帶皮和不帶皮圓盤質量（g）。

2 試驗結果與分析

2.1 樹皮體積百分率

試驗結果（圖1）表明，不同樹株間樹皮體積百分比波動較為明顯，波動范圍在5～11%之間，最大差異達到了100%。這一現象出現的原因可能與試件截取部位樹皮形態有關，因為樹皮表面并不平整，密布著大大小小的隆起，如試件若處于或鄰近枝丫基部，該部位樹皮厚度就較正常部位厚度明顯增大；也有部位因外界原因或災害受到損傷致使厚度變薄甚至消失等。因此，試件制取時要避開一些較大的隆起，但一些數量較大、體積相對較小的隆起和凹陷則不需要回避。樹皮體積百分率均值約為7.73%左右，與已有的其他樹種成熟材相比明顯要低，據相關學者對灰木蓮[6]、青鉤栲[7]、香梓楠[8]和刨花潤楠[9]的研究結果，樹皮百分率分別達到16.6%、11.4%、15.8%和12.2%，均明顯高于本試驗對象，而針對楊木類樹種樹皮率的研究未見報道，有待進一步研究。

圖1 不同樹株間樹皮體積百分率

2.2 樹皮質量百分率

不同樹株間樹皮質量百分比變化情況（圖2）顯示，體積百分率相比樹皮的質量百分率受樹株個體影響更為明顯，波動范圍在7%～16%，最大差異達到了125%。樹皮質量百分率均值約為10.18%左右，由于此處均采用絕干質量進行計算，因此可以推測樹皮密度要高于木材自身密度，后續計算也驗證了這一點。相比體積百分率，楊木清林材的質量百分率則要更高一些，從相關樹種的研究來看，這一結論與對灰木蓮、香梓楠和刨花潤楠、頂果木、山白蘭樹、擎天樹、火力楠和陰香樹等樹種的研究結果一致[10-14]，其質量百分率分別達到19%、19.7%、13.2%、11.8%、20.4%、20.1%、14.29%和15.2%，均超過體積百分率。但也有一些樹種的體積百分率高于質量百分率，如黎素平、周小金等[15-17]在研究青鉤栲、降香黃檀、人工林紅錐和馬占相思樹等時就得出其樹皮質量百分率低于體積百分率的結果。

圖2 不同樹株間樹皮質量百分率

2.3 樹皮對木材含水率的影響

不同樹株間木材含水率存在較為明顯的波動（圖3），帶皮試件含水率波動范圍在122%～139%，不帶皮試件含水率波動范圍在125%～146%，最大差異分別達到14%和17%，可見樹株個體對含水率存在顯著影響。

圖3 樹皮對木材含水率的影響

樹皮的存在明顯降低了樹株整體的含水率水平。由于樹皮占比較小，又能引起含水率的顯著下降，可以推測樹皮的含水率要遠低于木材含水率，試驗和計算結果（表1）顯示，樹皮含水率僅為木材含水率的74%。

表1 樹皮及木材的含水率及密度

2.4 樹皮對基本密度的影響

不同樹株間，木材基本密度存在較為明顯的波動（圖4），帶皮試件基本密度波動范圍0.38～0.42 g/cm3，不帶皮試件基本密度波動范圍0.37～0.40 g/cm3，最大差異分別達到9.8%和6.7%，前者差異較大可能與取材部位構成較為復雜有關，如鄰近枝丫基部附近等。可見樹株個體對材性指標存在顯著影響。

從帶皮和不帶皮木材基本密度比較來看，前者基本密度明顯大于后者，說明樹皮密度要明顯高于木材部分，試驗結果也驗證了這一點（表1），樹皮密度達到0.5以上，是木材密度的1.3倍。由于清林材徑級較小，樹皮的存在對該類材料相關性能及后續應用的影響還有待研究。

圖4 樹皮對木材基本密度影響

3 結果與討論

3.1 以楊木清林材的樹皮體積百分比、質量百分比、基本密度和含水率等指標為研究對象，分析了樹株個體對各項指標的影響。

3.2 樹皮體積百分率和質量百分率分別為7.73%和10.18%，均低于其他成材樹種的相關值，較低的樹皮率為該類材料的帶皮木制品加工應用提供了條件；樹株個體對樹皮率影響顯著，最大與最小差值達到1倍左右。

3.3 樹皮含水率明顯低于木材部分，而基本密度又明顯高于木材部分，盡管樹皮占比較小，但仍然對帶皮試件的基本密度和含水率產生一定影響；樹株個體是影響基本密度和含水率的重要因素，但最大差別僅在10%和17%以內，遠低于樹皮率的影響。

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第1作者簡介：張雪松（1966-），男，助理研究員，研究方向：木質復合材料。

（責任編輯：潘啟英）

S781.25,S792.11

A

1001-9499（2017）02-0051-03

楊亮慶（1981-），男，博士，副研究員，研究方向：木材干燥及改性。

2017-01-04