基于IAWA的3種簡易木材識別方法探究

王 憲 沈華杰 于清琳 邱 堅

( 西南林業大學材料科學與工程學院，云南 昆明 650233)

隨著中國經濟的發展，我國已成為世界第1大進口國和第2大木材消耗國[1]，而木材識別的方法發展至今已有很多種。早期的樹種識別主要靠人的經驗和知識，根據宏觀和微觀特征并結合物理和化學方法進行輔助識別[2-5]，隨著科技的不斷發展與進步，木材識別技術有了新的突破，出現了DNA標記技術并在鑒定中已經得到了應用[6-8]、紅外光譜分析技術[9-12]、GC-MS分析技術[13]、熒光光譜分析技術[14]及計算機輔助識別[15-16]等。這些技術的涌現無疑提高了木材識別的精準度，但大多技術局限于實驗室進行運用，對于戶外或消費者并不適用。并且往往在實際識別過程中經常是在幾個相近樹種之前進行區分，因此相比上述方法而言簡易的識別方法有很大的運用空間。

國際木材解剖學家協會（IAWA）手冊舉例3種簡易鑒定材種方法，分別為泡沫測試、鉻天青-S測試、燃燒灰燼測試[17]。雖然這3種方法已經被提出，但卻鮮有運用與記載，全球最大的闊葉木材解剖特征數據庫“INSIDE WOOD”中對于木材這3類測試結果的記錄也極為少見。本研究通過對13個科36個屬56個樹種進行3種化學鑒別特征的研究，得出56個樹種對應的3種鑒別特征，為木材識別縮小范圍并提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本次試材共13個科36個屬56個樹種（如表1），均取自西南林業大學木材標本館中，均為樹干心材取材。

表1 56個樹種基本情況Table 1 Basic information of 56 species

續表1

1.2 實驗方法

本次實驗所用方法均按照參考文獻[17]中的特征值215-221進行。

1.2.1 泡沫測試

用刀在所測試木材的心材部分削取大小約1 mm×1 mm×0.3 mm的刨花，所削的刨花要盡可能薄。將削好的刨花放入樣品瓶內，覆蓋20 mm×70 mm樣品瓶底部。以pH值為6.86的蒸餾水為緩沖劑浸泡刨花達到約20 mm（約5 mL）的深度。蓋上瓶蓋，用力搖晃10 s，靜置1 min，然后觀察現象并記錄。1 min后，泡沫仍然完全覆蓋在溶液的表面，測試結果為陽性，記為“+”；1 min后，如果還有泡沫殘留在小瓶的邊緣，形成1圈泡沫，但不覆蓋整個表面，測試結果為弱陽性，記為“+-”；如果泡沫在1 min內消失，測試結果為陰性，記為“-”。

1.2.2 鉻天青-S測試

用100 mL的量筒量取80 mL蒸餾水倒入燒杯中，分別稱取0.5 g的鉻天青-S粉末和5 g的醋酸鈉倒入燒杯中溶解，溶解完全后再量取20 mL的蒸餾水倒入燒杯，用玻璃棒攪拌均勻，制成0.5%的鉻天青-S溶液，再將制備好的試劑移至廣口試劑瓶中備用。用毛筆蘸取0.5%的鉻天青-S溶液涂在干燥的木材樣品新切面上并計時。觀察切面是否顯藍色及顯藍色所需的時間，并記錄，如無反應則記為“-”。

1.2.3 燃燒灰燼測試

從氣干的木材樣品取心材部位的尺寸大小為2 mm×2 mm×50 mm的木條，用鑷子將其直立并點燃。當木條在燃燒時，將它轉為水平放置并慢慢轉動。如果火焰在小木條完全燃燒之前就熄滅，燃燒可以通過將小木條輕輕地返回到垂直的位置，然后在回到水平方向。在火焰熄滅后，觀察并記錄燃燒灰燼的狀態及顏色。該測試評價指標如表2。

表2 燃燒灰燼測試的評價指標Table 2 Evaluation index of burning ash test

2 結果與分析

2.1 泡沫測試與觀察結果

由表3可知，泡沫呈陰性的樹種最多，呈弱陽性的次之，呈陽性的是最少的。其中蝶形花科、蕓香科測試樹種均呈陰性，山茶科測試樹種均呈陽性。同屬不同種顯示不同特征屬性的有殼斗科的櫟屬、楝科的香椿屬、桃金娘科的桉屬和蒲桃屬、楊柳科的楊屬、山礬科的山礬屬、羞草科的合歡屬，8個屬。其中含羞草科合歡屬樹種具有陽性、弱陽性、陰性3種特征屬性，其余皆僅具有弱陽性、陰性2種特征屬性。可見，同個科的樹種泡沫測試不一定只有1種泡沫測試反應，但一般很少會有跨越3個反應特征，大多都是跨越2個反應特征，說明同個科中各樹種發泡物質的含量是相似的。同時根據陰性樹種占比，可以看出在闊葉材中大部分樹種的木質部中不存在發泡物質。

表3 56種樹種測試觀察結果Table 3 Test results of 56 species

2.2 鉻天青-S測試與觀察結果

由表3可知，出現顯色反應的樹種占比很低。其中僅山龍眼科和山礬科樹種中出現了顯色反應。其中山龍眼科樹種均發生顯色反應。山礬科山礬屬樹種中厚皮灰木和微毛山礬出現顏色特征反應。柔毛山礬和鐵山礬沒有出現顏色反應。山龍眼科不同屬不同樹種出現顯色反應所需的時間有較大差異，最快的2 min內即能顯色，最慢的則需要30 min以上才能顯色。同時山礬科山礬屬內出現顯色反應的時間雖然一致，但同屬中樹種并不都會出現顯色反應。可見，由于鉻天青-S主要是Al3+的顯色指示劑[18-19]，因此大部分木材中，Al3+含量較低。且根據實驗結果表明出現藍色特征反應的6中樹種來自于山龍眼科與山礬科2個科，山龍眼科的4個樹種都出現藍色特征反應，但反應時間不同，在山礬科中，反應時間相同，說明2個樹種對Al3+的吸收是相似的，但在山龍眼科的4個樹種中吸收的Al3+含量存在差異。

2.3 燃燒灰燼測試與觀察結果

不同科的木材燃燒灰燼的性狀存在很大的差異。由表3可知，燃燒剩余物全是炭的樹種是最少的，燃燒剩余物只有部分灰燼的樹種是相對較多的。其余3種燃燒剩余物特征占比相差不大。可見，各個樹種之間燃燒灰燼性狀存在較大差異，同屬和不同屬的樹種燃燒灰燼性狀都存在相同或不相同的情況，無規律可言。同時也說明了致使燃燒灰燼出現不同性狀的無機物含量在各個樹種之間存在較大差異，且應當這種無機物成分多樣且含量不同才造成了多種燃燒灰燼性狀。

2.4 綜合比較測試結果

在所測試樹種范圍內，鉻天青-S測試顯色反應僅在少數樹種內出現，且效果較為明顯，因此可以首先對木材進行鉻天青-S測試，如出現顯色反應可根據顯色反應的情況，初步判定所測試木材為山礬科或山龍眼科某個樹種，再根據泡沫測試和燃燒灰燼測試結果，針對所測試樹種可以100%的判定木材的樹種。如未發生顯色反應，依據泡沫測試和燃燒灰燼測試，在能判定該樹種的科的情況下，可以區分92.86%的樹種，如可以判定該樹種的屬的情況下能夠100%的區分樹種。在無法判斷該樹種科的情況下鑒別情況如圖1所示，可以看出雖準確區分各個樹種但也能縮小很大的范圍。

圖1 燃燒灰燼測試及泡沫測試綜合分析Fig. 1 Comprehensive analysis of tree species with burning ashes test and foaming test

3 結論與討論

在實際應用過程中可以結合傳統的宏觀特征識別的方法對待鑒定木材進行初步分類，之后再運用3種簡易鑒定方法進行進一步測試可以在短時間內有效的對木材進行更為精準的鑒定。通過之后對各樹種測試結果的完善，該方法更適用于近似樹種的鑒定。

泡沫測試同一科測試結果大多跨越2個反應特征，同時根據陰性樹種占比較大說明大部分樹種木質部中不存在發泡物質。鉻天青-S測試在山龍眼科和山礬科的識別起著重要的作用，在所測試的大部分樹種中不會出現任何反應。燃燒測試在任何一個科中沒有出現結果一致的情況，且能直接識別桃金娘科的樹種是否是烏墨。

3種鑒定方法較通常使用的鑒定方法截然不同，其簡易型和可操作性極佳，3種鑒定方法的組合使用在能判定到科的情況下能夠較為準確的判定木材的種屬，在不能判定到科的情況下，能夠明顯的縮小范圍，給鑒定提供參考。因此是一種有效的輔助鑒定的方法。目前僅楝科的山楝和麻楝、蝶形花科思茅黃檀和欖綠紅豆、楊柳科鉆天楊和山楊、山茶科長尾毛蕊茶和西南木荷無法進行區分。

對于3種鑒定方法的原理暫時沒有任何參考資料，其中泡沫測試中使水產生泡沫的物質可能是由于天然皂苷的存在造成的，探究該物質是否是天然皂苷及其產生陽性、弱陽性、陰性的該物質含量的區分點的是非常有意義的。同時燃燒測試中灰燼顏色的差異可能有與木材中金屬粒子的含量有關，不同顏色的產生機理有待進一步進行探索。