冯德君，张文辉，赵泾峰，张英杰，雷亚芳

(1 西北农林科技大学 a 机械与电子工程学院， b 林学院，陕西 杨凌 712100；2 杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

栓皮栎(Quercusvariabilis)广泛分布于我国华北、西北、华中、华南、西南等20多个省区，秦岭是其分布中心之一，主要生长在海拔800～1 300 m，是我国暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿落叶林区地带性植被的主要建群树种，也是重要的木材、生物质能源、软木、食用菌生产等的资源树种，经济和生态价值大，在林业生产中起着重要作用[1-7]。由于分布区气候、土壤等条件复杂多样，在长期自然选择作用下，栓皮栎天然群体在形态、生长等方面存在着丰富的种内变异类型[8-11]。根据树皮的薄厚和开裂程度，可分为厚皮浅裂型、厚皮深裂型、薄皮浅裂型和薄皮深裂型4种类型[12]。为了更好地利用不同类型的栓皮栎，首先要对不同类型栓皮栎的木材特性进行研究，但目前对栓皮栎木材构造、材性的研究并不多见[13-15]。为此，本研究对陕西不同类型栓皮栎木材的构造、纤维形态及物理力学性能进行了对比分析，旨在从木材研究的角度，为栓皮栎的分类和天然资源中优良类型的充分利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 试 材 栓皮栎试材于2012-07采自陕西商州区二龙山林场33～50年的栓皮栎天然林内，当地年平均气温12.8 ℃，年平均降水量710 mm左右，降雨多集中于6-9月份，年日照2 000 h，无霜期200 d；土壤为黄褐土和棕壤土，土层稀薄，含有较多石砾；林下灌木种类较多，但分布稀疏。按照栓皮的厚薄和开裂程度，分别采集厚皮浅裂、厚皮深裂、薄皮浅裂和薄皮深裂4种类型的栓皮栎木材样品，采样的详细信息见表1。

表 1 4种类型栓皮栎试材的采集信息

1.1.2 试 剂 硝酸、氯酸钾、无水乙醇等均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

1.1.3 仪器设备 木材切片机(SM2400型，德国LEICA公司)，光学显微镜，水浴锅，游标卡尺，电热鼓风干燥箱(102-2AB型，天津市泰斯特仪器有限公司)，电子天平，万能力学试验机(CMT5504型，深圳市新三思材料检测有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 木材解剖构造特性的测定 在每株试材胸径圆盘沿南北方向截取宽3 cm的中心试条1个，分边材、心材各取1个样，采用常规方法制作木材切片，用于木材构造特征的观察及木材组织比量、木纤维细胞腔和细胞壁厚度的测定，同时拍摄木材显微结构特征照片。

1.2.2 木材纤维长度的测定 选取相对较均匀的连续几个生长轮的木材，利用硝酸-氯酸钾法(硝酸与氯酸钾的体积比为1∶2)进行木材分子离析，随机选40根纤维测定纤维长度后取平均值。

1.2.3 木材性能的测定 按照GB1929-1943-09《木材物理力学实验方法》进行试件制作和木材性能测定，测定的主要物理力学性能指标有密度、干缩性、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度，测定以上指标的试件数分别为30，60，40，40和40个；然后对测定数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型栓皮栎木材的构造特征

对木材构造进行观察发现， 4种类型栓皮栎的木材构造没有明显区别，均表现为心、边材区别明显，边材浅黄褐色或灰黄褐色，心材浅红褐至鲜红褐色；木材有光泽，无特殊滋味；生长轮明显，宽度略均匀；环孔材，早材管孔略大，在肉眼下明显，连续排列成早材带，心材管孔内侵填体常见，早材至晚材急变；晚材管孔略小，在放大镜下可见，单管孔，分布不均匀，径列或似火焰状，宽1(图1-A)～2(图1-B)、稀3(图1-C、图1-D)管孔；轴向薄壁组织量多，在肉眼下略见，放大镜下明显，主要为离管带状(排列成细弦线)及星散-聚合状；木射线中至多，分宽窄两类，窄木射线极细，放大镜下可见，宽木射线(栎式射线)在肉眼下甚明显，在径切面射线斑纹形成银光花纹，在弦切面呈褐色纺锤形，高度不等，参差不齐，波痕及胞间道缺如。

图 1 陕西不同类型栓皮栎的木材结构

导管在早材带横切面上为圆形或卵圆形，部分导管内具侵填体；晚材带横切面上导管形状与早材带略同，单独，径列或火焰状；螺纹加厚缺如；单穿孔，穿孔板底壁略倾斜；管间纹孔式互列，圆形及卵圆形，纹孔口内含，透镜形及卵圆形；环管管胞甚多，常与轴向薄壁细胞混生，围绕在导管周围；轴向薄壁组织量多，主要为星散-聚合及离管带状(宽1～3细胞，排列略规则)，少数星散状，偶呈环管状(管周通常为环管管胞)；薄壁细胞端壁节状加厚不明显，部分含树胶，晶体可见(图1-E，F)。木纤维壁厚，长1 295～1 377 μm，具缘纹孔形小、数多，纹孔口内含，圆形或透镜形，具胶质木纤维；木射线非叠生，分宽、窄2类，窄木射线通常单列、稀2列或成对(图1-G)，高1～25细胞或以上，多数5～15细胞；宽木射线(图1-H)宽至许多细胞，高许多细胞，常超出切片范围；射线组织同形单列及多列；射线细胞常含树胶，具菱形晶体，端壁节状加厚且水平壁纹孔多而明显；射线与导管间纹孔式通常为刻痕状，少数肾形或类似管间纹孔式；胞间道缺如。

2.2 不同类型栓皮栎的木纤维形态及组织比量

纤维长度是纤维和造纸工业衡量原料优劣的重要指标，纤维长度与木材性质有着密切联系。研究表明，纤维长且含量多、长宽比大，不但能提高制品的撕裂强度，而且有利于提高抗拉强度、耐破度和耐折度，纤维的壁腔比越小，则制品的柔韧性、耐折度越好[16]。由表2可知，厚皮浅裂和薄皮浅裂型栓皮栎木材中木纤维含量较厚皮深裂和薄皮深裂型高；各类型栓皮栎木纤维长度在1 295～1 377 μm，均属于木纤维长度分级中的中等长度[17]，其中薄皮深裂型较其他3种类型的木纤维要长；木纤维的长宽比以厚皮浅裂和薄皮浅裂型高于厚皮深裂和薄皮深裂型；木纤维的壁腔比则以厚皮浅裂和薄皮浅裂型低于厚皮深裂和薄皮深裂型。综合考虑纤维含量、纤维长度、纤维长宽比和壁腔比这4个指标，应选用厚皮浅裂和薄皮浅裂型为好，这2类木纤维含量高，虽说木纤维长度不是最大，但长宽比大、壁腔比小，这样的纤维结合紧密，生产出的制品性能较优。

表 2 陕西不同类型栓皮栎的木纤维形态及组织比量

2.3 不同类型栓皮栎木材的物理力学性能

密度属于木材物理力学性质的范畴，其与木材力学性能呈正相关关系[18]。按照气干密度的分级，0.75～0.95 g/cm3可判为木材气干密度大[19]。由表3可知，4种类型栓皮栎木材的气干密度都在该范围内，相比较而言，薄皮浅裂型木材的基本密度和气干密度比其他3种类型大，密度越大则其强度越大；其他3种类型木材的密度相差很小。

表 3 陕西不同类型栓皮栎木材的主要物理力学性能

木材在纤维饱和点以下会失水干缩，干缩程度可用干缩系数来表示，干缩系数越大表明木材干燥后收缩越大[20]。由表3可见，径向、弦向和体积干缩系数均以厚皮浅裂型木材最小，说明厚皮浅裂型木材干燥后收缩最小，也就是说最不容易开裂变形和翘曲；厚皮深裂、薄皮浅裂和薄皮深裂型木材的干缩系数相差不大。

对4种类型栓皮栎木材的强度进行分级，可知只有厚皮浅裂型木材的抗弯强度属于高级，其他3种类型均属于很高级[19]；4种类型栓皮栎木材的抗弯弹性模量均属于很高级[16]；从顺纹抗压强度来看，厚皮浅裂型属于中等级，厚皮深裂和薄皮深裂型属于高级，薄皮浅裂型属于很高级[19]。薄皮浅裂型木材的3种力学强度指标明显高于其他类型，厚皮浅裂型的相对最小，厚皮深裂型和薄皮深裂型比较接近。

3 结 论

1)薄皮深裂、薄皮浅裂、厚皮深裂和厚皮浅裂4种类型栓皮栎的木材构造只有很细微的区别：晚材带管孔宽度表现为厚皮深裂型宽1管孔，厚皮浅裂型宽2管孔，薄皮浅裂和薄皮深裂型宽3管孔；轴向薄壁细胞内含晶体的有薄皮浅裂和薄皮深裂型，厚皮浅裂和厚皮深裂型不含晶体；厚皮深裂型的单列射线有2列或成对现象，其他3种类型均为单列。

2)综合考虑木纤维的组织比量、长度、长宽比和壁腔比，厚皮浅裂和薄皮浅裂型栓皮栎木材要优于厚皮深裂和薄皮深裂型。

3)综合考虑木材的密度和干缩性能，厚皮浅裂型栓皮栎木材较优；单从木材强度来讲，薄皮浅裂是最好的类型。

总之，如果考虑用作实木地板和建筑，4种类型木材的强度均能满足要求；如果用作建筑，特别是作为柱子，则木材顺纹抗压和抗弯强度要大，同时结合木材的构造、纤维形态和组织比量，首先推选薄皮浅裂型作为栓皮栎优良类型；如果用作实木地板，除木材强度要满足要求外，还要考虑尺寸稳定性和变形问题，故首推厚皮浅裂型作为栓皮栎优良类型。

[参考文献]

[1] 吴征缢.中国植被 [M].北京:科学出版社,1980:261-262.

Wu Z Y.Chinese vegetation [M].Beijing:Science Press,1980:261-262.(in Chinese)

[2] 中国森林编辑委员会.中国森林 [M].北京:中国林业出版社,1999:1190-1195.

Chinese Forest Editorial Board.Chinese forest [M].Beijing:China Forestry Publishing House,1999:1190-1195.(in Chinese)

[3] 雷明德. 陕西植被 [M].北京:科学出版社,1999:163-164.

Lei M D.Shaanxi vegetation [M].Beijing:Science Press,1999:163-164.(in Chinese)

[4] 陕西森林编辑委员会. 陕西森林 [M].北京:中国林业出版社,1989:235-240.

Shaanxi Forest Editorial Board.Shaanxi forest [M].Beijing:China Forestry Publishing House,1989:235-240.(in Chinese)

[5] 张文辉，卢志军.栓皮栎种群的生物学生态学特性和地理分布研究 [J].西北植物学报，2002,22(5):1093-1101.

Zhang W H，Lu Z J.A study on the biological and ecological property and geographical distribution ofQuercusvariabilispopulation [J].Acta Botanica Boreali-occidentali Sinica,2002,22(5):1093-1101.(in Chinese)

[6] 郑万均.中国树木志:2卷 [M].北京:中国林业出版社,1985:2330-2531.

Zheng W J.Chinese silva:Volume 2 [M].Beijing:China Forestry Publishing House,1985:2330-2531.(in Chinese)

[7] 傅焕光,于光明.栓皮栎栽培与利用 [M].北京:中国林业出版社,1978:1-22.

Fu H G，Yu G M.Cultivation and use ofQuercusvariabilis[M].Beijing:China Forestry Publishing House,1978:1-22.(in Chinese)

[8] 张文辉，卢志军，李景侠，等.陕西不同林区栓皮栎种群空间分布格局及动态的比较研究 [J].西北植物学报,2002,22(3)：476-483.

Zhang W H，Lu Z J，Li J X，et al.A comparative study on spatial distribution pattern and its dynamics ofQuercusvariabilispopulations among different forest areas in Shaanxi Proviance,China [J].Acta Botanica Boreali-occidentali Sinica,2002,22(3)：476-483.(in Chinese)

[9] 丁惠萍，钱克红，杨运经. 陕西栓皮栎种群分布格局的分形特征 [J].西北林学院学报,2007,22(6):7-9.

Ding H P，Qian K H，Yang Y J.Fractal properties of the spatial pattern ofQuercusvariabilispopulation in Shaanxi [J].JournaI of Northwest Forestry University,2007,22(6):7-9.(in Chinese)

[10] 李 林，黄忠良，张海忠，等. 陕西省栓皮栎群落物种多样性的空间异质性 [J].福建林学院学报,2006(1):63-68.

Li L，Huang Z L，Zhang H Z，et al.Spatial heterogeneity on species diversity ofQuercusvariabiliscommunity in Shaanxi Province [J].Journal of Fujian College of Forestry,2006(1):63-68.(in Chinese)

[11] 韩照徉，山 仑. 栓皮栎种群变异与适应对策研究 [J].林业科学,2005,41(6):19-25.

Han Z X，Shan L.Variation and adaptive countermeasures ofQuercusvariabilispopulation in Shaanxi province [J].Scientia Silvae Sinicae,2005,41(6):19-25.(in Chinese)

[12] 周建云，曹旭平，张宏勃，等.陕西栓皮栋天然类型划分研究 [J].西北林学院学报,2009,24(1):16-19.

Zhou J Y，Cao X P，Zhang H B，et al.Classification of natural types ofQuercusvariabilisin Shaanxi province [J].JournaI of Northwest Forestry University,2009,24(1):16-19. (in Chinese)

[13] 汪师孟，夏美君.中国栎属木材的构造及物理力学性质 [J].北京林学院学报,1983(3)：64-72.

Wang S M，Xia M J.Structures and some physical-mechanical properties of three Chinese oaks [J].Journal of Beijing Forestry College，1983(3)：64-72.(in Chinese)

[14] 梁 文.五种栎木识别和材性探讨 [J].广西农学院学报,1992，11(1):63-66.

Liang W.A study on the identification and propertites of wood of five species ofQuercus[J].Journal of Guangxi Agricultural College，1992，11(1):63-66.(in Chinese)

[15] 刘志杰，虞木奎，方升佐，等.壳斗科4个树种木材基本密度及燃烧值的变异分析 [J].江西农业大学学报,2009,31(4):674-678.

Liu Z J，Yu M K，Fang S Z，et al.Variation analysis of wood basic density and caloric value of four tree species in Fagaceae [J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2009,31(4):674-678.(in Chinese)

[16] 汪秉全.陕西木材 [M].西安: 陕西人民出版社,1979.

Wang B Q.Shaanxi timbers [M].Xi’an:Shaanxi People’s Publishing House,1979.

[17] 姜笑梅，张立非，刘 鹏.拉丁美洲热带木材 [M].2版.北京:中国林业出版社,2008.

Jiang X M,Zhang L F,Liu P.Latin America tropical timber [M].Second edition.Beijing:China Forestry Publishing Hou-se,2008.(in Chinese)

[18] 成俊卿，杨家驹，刘 鹏.中国木材志 [M].北京:中国林业出版社,1992.

Cheng J Q,Yang J J,Liu P.China woods will [M].Beijing:China Forestry Publishing House,1992.(in Chinese)

[19] 中国林业科学研究院木材工业研究所.中国主要树种的木材物理力学性质 [M].北京:中国林业出版社,1982.

Research Institute of Wood Industry,Chinese Academy of Forestry.Wood physical-mechanical properties of main species in China [M].Beijing:China Forestry Publishing House,1982. (in Chinese)

[20] 刘一星，赵广杰.木质资源材料学 [M].北京:中国林业出版社,2004.

Liu Y X,Zhao G J.Wood resources in materials science [M].Beijing:China Forestry Publishing House,2004.(in Chinese)