速生桉鋸解預處理技術對鋸材出材率及質量的影響

劉 媛 武建云 任世奇 盧翠香 陳健波

（廣西林業科學研究院廣西優良用材林資源培育重點實驗室，國家林業局中南速生材繁育實驗室，廣西 南寧 530002）

桉樹（Eucalyptus robusta）速生豐產，適應性強，在廣西地區取得了前所未有的發展，是培育中大徑材極具潛力的樹種[1-2]。廣西自“十五”計劃以來，大力發展南方速生豐產林工程，重點發展桉樹人工林，目前是全國桉樹種植面積最大的省區[3]。高生長應力是低齡速生桉人工林的顯著特征，木材產品以小徑級原木（幼齡材）為主，在采伐和鋸解的過程中，原木中的生長應力會釋放，鋸材出現斷裂、翹曲等缺陷，導致降低出材率和鋸材降等，因此在加工過程中控制并降低桉樹的生長應力，可以減少速生桉木材釋放高生長應力導致的各種加工缺陷和損失[4-5]。近年來，針對桉樹高生長應力的問題，國內外學者通過改進育種和營林措施及改善木材加工設備，取得了一些成功的經驗[6]。澳大利亞鋸材廠在桉樹原木鋸解之前采取用水噴淋的措施，提高原木含水率以防止端裂[7]。南非則在采伐前將樹殺死或使其干旱致死的辦法，使鋸解中的開裂顯著降低[5]。在砍伐桉樹活立木之前，采用鉆孔法釋放立木中的生長應力，可以避免對樹木的大沖擊，較少甚至避免發生端部劈裂[8]。為了控制鋸材變形，在原木截斷前，在鋸口兩側采用皮帶約束法或者二次截斷法來減輕或消除殘余生長應力的影響[9]。

原木中的殘余生長應力是引起鋸材變形和開裂的主要因素之一，因此在加工利用時對其采取一定的措施，以達到減輕或消除殘余生長應力的影響，措施包括：在造材或制材之后，將原木兩端用密封劑密封，可防止端裂發生；將活力木的樹皮環割一圈后，過幾個月再進行砍伐，達到釋放原木生長應力的目的；將砍伐后的原木沉沒在人工貯木池或天然池塘中浸泡，降低原木殘余生長應力。本研究對速生桉采用原木封端法、水存法和環割法3種預處理技術，在速生桉原木鋸解前釋放和降低生長應力，達到降低鋸材端裂和其他缺陷，提高鋸材出材率的效果。原木鋸解后，對鋸材進行檢驗評等和測量，探討3種鋸解預處理技術對速生桉規格材出材率及質量的影響，以期為實現速生桉小徑材的高效制材和實木利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

以5年生尾巨桉無性系26號，采自南寧樹木園新塘橋管理區居仁站3林班11、12小班第一代萌芽林為實驗材料，木材試件采集方法參照GB/T 1927—2009[10]，選取干形通直的36株平均木，樣木伐倒后，每株樣木從樹干根部沿樹干方向0～2.0、2.0～4.0、4.0～6.0 m處截取3段原木，造材長度2 m，每個木段標記編號，裝至運輸卡車，運輸到廣西林科院處理。

1.2 原木鋸解前預處理

每個預處理設置3個重復，每個重復9段原木，樣本數27段，合計原木108段。原木采伐后，不做任何預處理，運輸至木材加工廠直接鋸解，作為對照（CK）。實驗結束后，鋸解成板材。

1）原木封端法截斷后原木兩頭端部氣干速度較快，木材在儲存或干燥過程中會發生不同程度的端裂。在造材或制材之后，將原木兩端涂刷密封劑，防止端裂發生，也有預防菌蟲害的作用。速生桉活立木采伐截斷后，立即在原木兩端涂刷封端劑（硅基原木寶木材防裂防腐保護劑）。

2）水存法速生桉活立木砍伐截斷后，將試驗木段沉沒在廣西林科院水渠，保存7個月。

3）環割法挑選9株速生桉活立木，在采伐前距離根部0.5 m左右樹干進行環形鋸割處理，環割去掉15～25 cm高的桉樹皮將樹皮進行環割處理，3個月后單獨采伐。活立木生長應力不能直接測量，采取測定與生長應力聯系密切的生長應變數值，然后根據彈性模量公式算出生長應力[11-12]。3個月期間，本研究采用鉆孔式軸向生長應變測定 儀（French Tropical Wood Research Centre，法國）定期測定活立木胸高處的表面軸向生長應變數值，原理為通過鉆孔的機械方法，打破活力木中殘余應力的平衡并釋放，測量變形值，間接計算生長應力值[13]。應變儀所測量的數據是沿纖維方向上單孔的尺寸變化量（δ），與軸向生長應變呈一定的比例關系，按公式（1）計算活力木的軸向生長應變值（αL）

式中：φ為變量，桉樹取值12[11,14]。

1.3 鋸材分級檢驗

依 據GB/T 4817—2019[15]和GB/T4823—2013[16]，鋸解后鋸材分別編號，測量寬度、長度、厚度，對鋸材的缺陷包括橫彎、順彎、翹彎等進行檢驗評等，按公式（2）～（3）[17]計算原木材積（Q），按公式（4）[18]計算鋸材材積（V鋸材），按公式（5）[19]計算原木出材率（R），分析出材率。

式中：Q4～12為檢尺徑4～12 cm的小徑原木材積，Q14為檢尺徑14 cm以上的原木材積，L為檢尺長，D為檢尺徑，l為鋸材長度，b為鋸材寬度，h為鋸材厚度。

1.4 分析方法

采用SPSS軟件進行數據處理和方差分析。

2 結果與分析

2.1 環割后活立木表面軸向生長應變變化

本研究測量了9株速生桉活立木環割后在83 d中桉樹胸高處南、北向表面軸向生長應變值。由圖1可知，北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，第37天測量的生長應變值南北向差異較大，第62天測量的生長應變值存在應力上升現象。整體上北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，但是存在生長應變值南北向差異較大、后期測定的生長應變值偏高等問題。

圖 1 表面軸向生長應變隨時間變化曲線Fig. 1 Curve of SLGS with time

由表1可知，不同時間對表面軸向生長應變值的影響差異顯著（P＜0.05），不同方向對表面軸向生長應變值的影響差異不顯著。

2.2 不同預處理技術對R的影響

由表2可知，不同預處理的R為環割法＞CK＞封端法＞水存法。未進行預處理的CK，R為52.66%，水存法和封端法預處理的原木出材率都低于CK，只有環割法預處理的R為55.51%，高于CK2.85%，此預處理技術提高了R。環割法預處理對活力木使樹木在采伐前的生長期不再增加生長應力，對緩釋樹皮下樹木中部分生長應力有一定的作用，降低了原木端裂程度，提高了R；水存法和封端法對緩解桉樹原木應力釋放效果不明顯。由表3可知，鋸解前采用不同預處理技術對R的影響差異不顯著。

表 1 時間及方向與表面軸向生長應變值方差分析Table 1 Analyses of variance for SLGS both time and orientations

表 2 不同預處理技術與RTable 2 Different pretreatment methods and lumber recovery

表 3 不同預處理技術與R影響的方差分析Table 3 Variance analysis of the influence of different pretreatment methods and lumber recovery

2.3 不同預處理技術對規格材等級及出材率的影響

由表4可知，3種預處理技術處理速生桉鋸解后，等級所占比例方面，封端法、環割法和CK均為特等材所占比例最高，三等材所占比例最小，其中封端法處理的特等材所占比例最高；而水存法處理后特等材所占比例最低，二等材所占比例最高。在等級鋸材出材率方面，封端法優質板材（包括特等材和一等材）出材率＞環割法優質板材出材率＞CK優質板材出材率＞水存法優質板材出材率。由表5可知，不同預處理技術對規格材出材率的影響差異顯著（P＜0.05），鋸材等級對規格材出材率的影響差異極顯著（P＜0.01），預處理技術與鋸材等級交互作用對規格材出材率沒有顯著影響。

表 4 不同預處理技術與等級規格材出材率及所占比例Table 4 Lumber recovery and proportion of grade specifications with different pretreatment methods

表 5 不同預處理技術與等級規格材出材率影響的方差分析Table 5 Variance analysis on the influence of different pretreatment techniques on the lumber recovery of grade specifications

3 結論與討論

高生長應力是速生桉樹的顯著特征，人工林小徑材尤其明顯，造成原木伐倒后容易產生端裂，直接影響木材的加工性能，限制了桉樹木材的應用范圍和高附加值實木化應用[20-21]。本研究采取原木封端法、水存法和環割法3種預處理技術，在原木鋸解前采取一定措施釋放和降低生長應力，以期達到提高鋸材出材率的效果。

對速生桉活力木采取環割處理后，采用鉆孔式軸向生長應變測定儀測定南、北向表面軸向生長應變值。整體上北向、南向的生長應力隨時間推移有下降趨勢，但是存在生長應變值南北向差異較大、后期測定的生長應變值偏高等問題。法國軸向生長應變儀法有其局限性，一方面測定應變值需要從兩螺釘中間鉆孔而使應力重新分布，所測得應變值可能偏大；另一方面所測樹干干形不規則，應變儀與樹干表明接觸不完全，也會對測試精度產生影響；另外測定人員每次鉆孔力度不均勻，當天風速過大對應變值精度也會產生影響。

預處理后桉樹原木鋸解成板材，不同預處理的R為環割法＞CK＞封端法＞水存法。采用水存法和封端法預處理的R低于CK，而采用環割法預處理的R高于CK 2.85%。方差分析結果顯示，不同預處理技術對R的影響差異不顯著，在等級規格材出材率方面，封端法優質板材（包括特等材和一等材）＞環割法優質板材＞CK優質板材＞水存法優質板材。方差分析結果顯示，不同預處理技術對規格材出材率的影響差異顯著；鋸材等級對規格材出材率的影響差異極顯著；預處理技術與鋸材等級交互作用對規格材出材率沒有顯著影響。

采用封端法和環割法預處理的速生桉鋸材與CK相比，提高了優質板材的出材率，這兩種預處理技術一定程度上緩解了原木殘余應力。而水存法處理的速生桉鋸材與CK相比，反而降低了優質板材的出材率，估計木材在水中存放7個月，木材中水分達飽和，從水中撈出地面后堆放于鋸木廠鋸解存在時間差，由于夏季天氣炎熱，水分蒸發速度快，反而加劇了規格材端裂程度，造成出材率降低。綜合R和等級規格材出材率兩個指標數據，環割法鋸解預處理技術適合速生桉木材。