人工林與天然林紅松木材力學(xué)性質(zhì)的差異

人工林紅松木材及木制品碳素儲存的研究

對閩楠人工林和天然林木材物理和力學(xué)性質(zhì)進行了測定和比較分析,結(jié)果表明:閩楠天然林木材氣干密度和全干密度分別為0.721g.cm-3和0.680g.cm-3,人工林木材氣干密度和全干密度分別為0.572g.cm-3和0.535g.cm-3,閩楠天然林木材密度大于人工林且差異達到極顯著水平,但人工林木材密度變異系數(shù)卻小于天然林。閩楠人工林和天然林木材氣干狀態(tài)下體積干縮率分別為4.935%和6.439%,全干狀態(tài)下分別為9.330%和11.376%,閩楠人工林木材的尺寸穩(wěn)定性稍差于天然林,但從木材的差異干縮來看,閩楠天然林和人工林相近,分別為1.75和1.76。閩楠天然林木材端面、徑面和弦面硬度分別為7583n、6183n和6625n,稍大于人工林,但差異不顯著。閩楠天然林與人工林旋切板背面裂隙率分別為53%和67%,單板厚度的偏差人工林和天然林分別為0.08mm和0.09mm。由此可知,發(fā)展閩楠人工林可以得到質(zhì)量與閩楠天然林相近的板材。

通過應(yīng)力波測試儀對紅松木材試件進行的檢測試驗,研究了木材軸向孔洞的分布、數(shù)量和端部孔洞的分布對應(yīng)力波傳播時間、傳播速度的影響,并對孔徑大小與應(yīng)力波傳播參數(shù)之間關(guān)系進行回歸分析。試驗結(jié)果表明,應(yīng)力波傳播時間與孔徑大小、數(shù)量呈正相關(guān),而應(yīng)力波傳播速度與孔徑大小、數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。端部孔洞對應(yīng)力波傳播參數(shù)沒有顯著影響。

運用協(xié)整分析對我國東北地區(qū)人工林紅松木材密度與氣候變化的關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明,紅松木材密度與氣候因素之間存在長期均衡的協(xié)整關(guān)系和顯著的短期動態(tài)調(diào)整機制。在1973～1997年,2、3月平均日照時間的延長有利于提高早材密度,而7月份的日照時間延長卻不利于提高早材密度;2月氣溫升高,不利于提高整個生長輪密度平均值;誤差修正模型和格蘭杰檢驗證實,2月氣溫短期內(nèi)對生長輪密度的影響存在2～3年的滯后期。人工林紅松的優(yōu)質(zhì)培育需要充分考慮氣候變化的影響。

研究了不同培育措施(初植密度、間伐強度、坡向、坡位)對人工林樟子松(pinussylvestrisvar.mongolica)木材的密度和力學(xué)性質(zhì)(橫紋抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度、沖擊韌性、端面硬度)的影響。初植密度(1.5m×1.0m,1.5m×2.0m和1.5m×2.5m)對木材密度和抗彎彈性模量有顯著的影響。初植密度為1.5m×1.0m時,木材主要力學(xué)指標(biāo)值最大。適當(dāng)間伐可提高木材的抗彎彈性模量和順紋抗壓強度,但重度間伐則會降低木材的力學(xué)強度。坡向(陽坡和陰坡)對木材的抗彎彈性模量影響顯著,陽坡高于陰坡。坡位(上坡位和下坡位)對除端面硬度外的木材力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)影響都顯著,各項力學(xué)指標(biāo)值均是坡下高于坡上。表5參9。

我國南方五省區(qū)濕地松木材的密度、晚材率和各項力學(xué)強度,隨緯度的增加,呈遞減狀態(tài)。緯度與氣干容重之間的直線回歸方程為:g=1.28—0.027l,相關(guān)系數(shù)r=0.984.產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是,木材的管胞寬度和厚度隨著緯度的增加逐漸變窄、變薄。產(chǎn)地的年平均氣溫和年降水量對濕地松樹木的年輪寬度和晚材帶寬度影響較大;年輪和晚材帶的平均寬度隨產(chǎn)地自北向南依次增加,隨著山地海拔的升高而減小。

為分析應(yīng)力波在木材中傳播的影響因素,研究應(yīng)力波傳播規(guī)律,在實驗室內(nèi),采用arbotom應(yīng)力波測試儀測試60個紅松無疵小試件在不同含水率(從絕干到飽濕)和不同溫度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的應(yīng)力波傳播速度。在此基礎(chǔ)上,分別分析應(yīng)力波傳播速度隨含水率或溫度變化的規(guī)律,探討導(dǎo)致應(yīng)力波傳播速度變化的原因,并建立三者之間的回歸模型。結(jié)果表明:含水率和溫度是影響木材中應(yīng)力波傳播速度的2個重要因素。應(yīng)力波傳播速度隨含水率增加或溫度升高均呈逐漸下降趨勢。在含水率32%(纖維飽和點附近)以下,傳播速度隨含水率增加下降幅度較大,反之則較小;當(dāng)含水率低于50%時,傳播速度隨溫度升高呈線性下降趨勢;當(dāng)含水率高于50%時,傳播速度在0℃上下有一明顯的跳躍。含水率、溫度與應(yīng)力波傳播速度之間的二元線性回歸模型擬合優(yōu)度較高,決定系數(shù)r2均高于0.95。

運用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法(pls),對所采集光譜進行一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)處理,并對未處理原始光譜、一階導(dǎo)數(shù)處理光譜和二階導(dǎo)數(shù)處理光譜分別在7個不同波段范圍內(nèi)建立紅松含水率預(yù)測模型。結(jié)果表明紅松樣本近紅外光譜經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)處理,波段在1000~2100nm范圍內(nèi)所建模型最優(yōu),其校正集相關(guān)性系數(shù)為0.9925,校正標(biāo)準(zhǔn)偏差和校正均方根誤差分別為0.0259和0.0257,驗證集相關(guān)系數(shù)為0.9917,預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)誤差與預(yù)測均方根誤差分別為0.0318和0.0317。研究表明,結(jié)合樣本特性選取特定光譜波段范圍建立預(yù)測模型可大幅度減少建模時間、降低建模成本,同時可以提高模型的預(yù)測精度。

采用時間序列分析法,分析了人工林落葉松木材生長輪密度的變異規(guī)律,并選擇建模方法和模型參數(shù)估計,建立了變異規(guī)律模型和預(yù)測模型,經(jīng)過殘差分析表明:短期預(yù)測值與實測值非常吻合;長期預(yù)測值與實測值存在差異,但實測值仍在可信區(qū)間內(nèi)。

為了研究樹木南北向與徑向位置的變化對人工林木材力學(xué)性質(zhì)與氣干密度的影響,該文通過對紅錐、西南樺人工林木材南北向、近髓心和近樹皮2個不同徑向位置的力學(xué)性質(zhì)以及氣干密度進行測定,分析了南北向和不同徑向位置2個因素對兩種木材力學(xué)性質(zhì)和氣干密度的影響,以及木材密度與抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度的相關(guān)性.結(jié)果表明:南北向的不同對紅錐和西南樺人工林木材的大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)測定項目和氣干密度無顯著影響,僅有紅錐的弦面順紋抗剪強度、徑向握釘力和西南樺3個面的表面硬度表現(xiàn)為南北向差異顯著.近髓心和近樹皮徑向位置的不同對紅錐的抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度和氣干密度無顯著影響,但對西南樺的影響則全部達到差異顯著水平.兩個樹種木材的氣干密度與木材力學(xué)性質(zhì)均表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)關(guān)系.

對樂昌含笑人工林和天然林木材纖維形態(tài)的測定表明:(1)10年生樂昌含笑天然林木材的木纖維長度在1-4年間屬短,在5-10年間屬中等;木纖維長寬比在1-3年間較小,在4-10年間>45,較大;(2)10年生樂昌含笑人工林木材的木纖維長度在1-5年間屬短,在6-10年間屬中等;木纖維長寬比在1-5年間較小,在6-10年間木纖維長寬比>45。從木纖維的長度和長寬比綜合來看,樂昌含笑天然林木材纖維質(zhì)量略優(yōu)于人工林。

對采自廣西南丹縣山口林場8年生、14年生和28年生的禿杉taiwaniaflousiana和杉木cunninghamialanceolata人工林木材進行了主要物理力學(xué)性質(zhì)的測定和比較。結(jié)果表明:禿杉和杉木的木材密度及主要力學(xué)強度均隨樹齡增加而增大。禿杉木材的氣干密度(含水率為12%)、基本密度、徑向干縮系數(shù)、弦向干縮系數(shù)、體積干縮系數(shù)、弦面硬度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度、徑面抗剪強度和弦面抗剪強度的平均值與杉木相比分別低2.3%,4.4%,1.6%,2.6%,1.5%,3.6%,3.8%,3.4%,17.5%和14.4%,但其端面硬度、徑面硬度、抗彎強度、沖擊韌性、徑面抗劈力和弦面抗劈力的平均值與杉木相比則分別高6.6%,6.1%,3.4%,2.3%,15.0%和16.3%。差異顯著性t檢驗表明,禿杉與杉木人工林的木材密度、硬度、順紋抗壓強度、抗彎彈性模量、抗彎強度、順紋抗剪強度和抗劈強度均差異顯著或極顯著,但干縮系數(shù)和沖擊韌性均差異不顯著。圖2表3參12

以人工林班克松的木材解剖性質(zhì)為研究對象,分析研究其株內(nèi)木材材質(zhì)徑向變異模式,對其幼齡材和成熟材進行初步界定。結(jié)果表明:早材管胞徑弦向直徑和晚材胞壁率的變化符合panshinⅰ模型,早材胞壁率的變化符合panshinⅲ模型;回歸分析中早材擬合度較晚材好;幼齡材和成熟材的初步界定年限為9～11a。

以人工林杉木為試材,分別用空氣和菜子油為介質(zhì),在溫度為180,200和220℃對其分別熱處理1,3和5h,研究試材的抗彎強度(mor)、抗彎彈性模量(moe)、順紋抗壓強度、表面硬度對高溫?zé)崽幚項l件變化的響應(yīng),同時對處理材的主要化學(xué)成分進行分析,用掃描電鏡對處理材橫切面微觀結(jié)構(gòu)進行觀察。結(jié)果表明:人工林杉木試材的4種主要力學(xué)性質(zhì)對不同條件熱處理的響應(yīng)程度不同。無論是空氣熱處理還是油熱處理,試材的mor,moe,順紋抗壓強度與對照比有不同程度的降低,且隨處理溫度升高、時間延長,下降幅度增大,相比于時間,溫度的影響更顯著;180℃熱處理1,3和5h時,試材的mor,moe與對照比未發(fā)生明顯變化(降幅在3%以內(nèi)),而順紋抗壓強度則明顯低于對照,兩介質(zhì)中降低幅度分別在3.29%～9.58%和3.89%～7.18%;200℃以上處理時,不同時間處理的3種主要力學(xué)性質(zhì)不僅顯著或極顯著低于對照,且各性質(zhì)間的差異也達顯著或極顯著水平;對硬度的測試結(jié)果表明:180℃熱處理時,試件的徑面硬度和弦面硬度均隨時間的延長而增大;200℃熱處理3h時,試件的硬度達最大,與對照差異達顯著水平;隨后熱處理試件的硬度開始降低,220℃熱處理5h后試件的硬度又明顯低于對照。在隔氧的油介質(zhì)中進行熱處理,4種主要力學(xué)性質(zhì)的變化程度低于空氣介質(zhì)處理材,當(dāng)溫度高于200℃時,兩介質(zhì)處理間的差異達顯著水平。而熱處理過程中木材主要化學(xué)組成與橫切面微觀結(jié)構(gòu)變化的差異,反映了4種主要力學(xué)性質(zhì)對不同條件熱處理時表現(xiàn)出的響應(yīng)差異。

為研究樹干傾斜角度對應(yīng)壓木木材細(xì)胞壁形成過程的影響,以7年生紅松苗木為研究對象,對其莖干進行不同角度的傾斜處理。先后測定苗木的樹高和胸徑、木材形成組織中的木質(zhì)素和纖維素含量、傅里葉紅外變化光譜和極性代謝產(chǎn)物。結(jié)果表明:傾斜角度對高生長的抑制作用非常顯著,對直徑生長無顯著影響。傾斜后木質(zhì)素含量增加,纖維素含量降低;傾斜角度對木質(zhì)素和纖維素含量均有顯著影響。不同傾斜角度ftir吸收峰強度也有明顯差異。糖類、脂類、氨基酸、含氮化合物、有機酸等代謝物隨傾斜角度呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。因此,紅松苗木50°傾斜處理形成典型的應(yīng)壓木結(jié)構(gòu)。代謝物相對含量的變化規(guī)律與形成的木材宏觀性質(zhì)相吻合。代謝物的變化也反映了樹木對應(yīng)力刺激的響應(yīng)機制。

紅松為撫順山區(qū)重要的用材林、觀賞林、水土保持林及經(jīng)濟林樹種。在撫順山區(qū)作為用材林和果材兼用林有著重要的地位。如何提高紅松人工林綜合經(jīng)濟效益,尤其提高木材和紅松籽的產(chǎn)量問題,引起林業(yè)廣泛重視。文章從人工紅松林改造成果材兼用林的密度和撫育措施兩個方面進行探討和研究。

word文檔可自由復(fù)制編輯 實驗十木材力學(xué)性質(zhì)的測定（一） 一、目的與要求 掌握測定木材強度的方法、試驗結(jié)果的計算并熟悉木材力學(xué)試驗機的構(gòu)造、性能、 操作方法及注意事項。 二、儀器與設(shè)備 萬能力學(xué)試驗機（四噸）、游標(biāo)卡尺、天平、秒表、千分表等。 三、試驗機的構(gòu)造和原理 （一）試驗機的基本構(gòu)造 試驗機的類型很多，其中油壓式較為普遍，油壓試驗機的具體構(gòu)造雖因各制造工 廠的不同而有所差異，但其基本結(jié)構(gòu)卻大同小異。 我院木材力學(xué)試驗室所用的試驗機是日本島津制作所出產(chǎn)的阿姆期拉（amsler） 四噸萬能試驗機。所謂萬能試驗機是對壓力試驗機、沖擊試驗機等單一動作和性能 的試驗機的相對說法。 一般的萬能試驗機，可以進行木材的壓縮(compression)、拉伸(tension)、剪切 (shearing)、靜曲(bending)、劈開(cleavage)和沖擊(toughness

本文根據(jù)人工林紅松木材生長輪密度變異特點，采用時間序列分析法，建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型，對木材生長輪度進行近期預(yù)測，預(yù)測結(jié)果良好，此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測，為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)。

本文根據(jù)人工林紅松木材生長輪密度變異特點,采用時間序列分析法,建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型,對木材生長輪密度進行近期預(yù)測,預(yù)測結(jié)果良好。此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預(yù)測,為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)

對不同林分結(jié)構(gòu)（純林、混交林和三株一叢）的人工林紅松（ｐｉｎｎｓｋｏｒａｉｓｅｎｓｉｓ）木材材質(zhì)進行測試和分析．結(jié)果表明：紅松木材生長速率、生長輪寬度、晚材率差異不顯著．紅松木材的管胞長度、纖絲角、生長輪密度、干縮率和差異干縮、絕大多數(shù)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)差異顯著。采用綜合坐標(biāo)法。對不同林分結(jié)構(gòu)的林分木材材質(zhì)進行品質(zhì)評定，綜合性能和建筑材評定的優(yōu)劣順序為混交林、純林、三株一叢的林分；紙漿材的優(yōu)劣順序為混交林、三株一叢、純林的林分。

對間伐與未間伐人工林紅松(pinuskoraisensis)木材材質(zhì)進行系統(tǒng)測定、統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:間伐對木材材質(zhì)有很大的影響,間伐林的管胞長度、管胞直徑、纖絲角、生長速率、生長輪寬度、順紋抗壓和抗拉強度、抗劈力和沖擊韌性大于未間伐林;間伐林木材晚材率、生長輪密度、壁厚、壁腔比、抗彎強度和局部抗壓強度小于未間伐林。其中管胞直徑、生長輪寬度、壁厚、壁腔比、抗彎強度、順紋抗壓和抗拉強度、橫紋局部抗壓強度的差異達到顯著水平,表明間伐能顯著地提高木材力學(xué)性能。采用綜合坐標(biāo)法,對間伐與未間伐人工林紅松木材材質(zhì)進行評定,其材質(zhì)的綜合性能和紙漿材性能未間伐林好于間伐林,建筑材性能間伐林好于未間伐林

采用監(jiān)測表面顏色和光澤度變化的方法，對紅松木醇酸樹脂清漆，硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后的易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚所酯漆居中，醇酸制酯漆最好，建議在使用時添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。