张振林，黄松殿，刘 勇，唐 庆，符韵林

(1.广西良凤江国家森林公园，南宁 530031；2. 广西大学林学院，南宁 530004)

异叶南洋杉(Araucariaheterophylla)又名小叶南洋杉、诺克和南洋杉、塔形南洋杉，为南洋杉科南洋杉属常绿乔木，原产大洋洲诺克和岛，是当地的主要用材树种，我国广东、海南、福建诸省均有引种，而且生长良好，很受人们欢迎，也是世界五大观赏树种之一。喜温暖、潮湿的环境，在阳光充足的地方生长良好，有一定的耐阴力，但要避免夏季强光曝晒。不耐寒冷和干旱，适合于排水良好富含腐殖质的微酸性砂质壤土。作为引进的树种，具有生长速度快，外观挺拔通直等特点，是我国南方用于园林绿化、制作盆栽的优良树种[1-3]。本研究旨在对异叶南洋杉木材物理力学性质进行测定分析，为其加工利用提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 取材地概况

本研究样木均采伐于广西壮族自治区南宁市良凤江国家森林公园，该森林公园位于南宁市南郊，距市区7 km，地处北回归线以南，属南亚热带季风气候，冬短夏长。年平均气温21.6 ℃，年平均降水量1 300 mm，属丘陵盆地地貌，十分适合异叶南洋杉的生长。

1.2 样木采集情况

参照GB/T1927-2009《木材物理力学试材采集方法》[4]进行样木甄选采集。为了保证试验的准确性，本次采样根据树木的生长情况，共伐三株具有代表性的样木，标记好树木南北向之后倒伐树木，在被伐倒的树木上标记枝下高，测量其全高，从树高1.3 m处开始下锯标记为第0段，之后每隔2 m锯一次，依次标记第1段、第2段……第n段。本试验采用的是第1段、第3段、第5段等奇数标准段作为试材。

1.3 试验方法

参照GB/T1929-2009《木材物理力学试材锯解及试样截取方法》对试材进行初步加工，待加工完成的试件自然气干后再依据《木材物理力学试验方法》[5]及步骤，测量试材的各项物理力学指标。

2 结果与分析

2.1 异叶南洋杉的物理性质

2.1.1 密度 木材密度是木材的一项非常重要的物理量，依据密度的大小，可以大致看出木材整体性质的优劣程度。试验测得异叶南洋杉的南向、北向的气干密度、基本密度、绝干密度分别为0.480、0.466、0.457 6 g·cm-3。表明针叶材异叶南洋杉树木日晒时间长的一面(南面)要比日晒时间短的一面(北面)密度小，且随着树段高度的增高呈现先减小后增大的趋势，木材密度在树干的顶部达到最大。

2.1.2 干缩率 木材干缩率反映的是木材尺寸的稳定性，试验对异叶南洋杉不同高度、不同部位进行了测试，结果表明，异叶南洋杉的径向、弦向和体积干缩率平均值分别为2.73%、2.5%和11.25%；干缩系数分别为0.116%、0.095%和0.46%。由此可知异叶南洋杉的体积干缩比较大，试件尺寸稳定性比较差。因此对这种木材的干燥处理和加工利用的要求就需要比较严格的把关。

2.2 异叶南洋杉的力学性质

2.2.1 硬度 木材硬度体现的是木材抵抗其它物体压进它内部的能力。由表1可看出，异叶南洋杉三个面的硬度平均值大小依次为端面、径面、弦面，北面的硬度均高于南面。且三个面的硬度都随着树高的增加呈现先减小后增大的趋势。在第三段(9.3～11.3 m)处取得最大值，异叶南洋杉端面、径面、弦面三个面的硬度分别为2 793.94、1 487.81和1 418.65N。

2.2.2 顺纹抗压强度 木材的顺纹抗压强度是决定一种木材是否可以作为结构材料的重要指标之一，反映的是对木材垂直于纤维方向的整个面施加载荷时木材单位面积上所能承受的最大内力。由表1可知，异叶南洋杉的顺纹抗压强度南北向平均值为36.9 MPa。

2.2.3 抗弯弹性模量 木材的抗弯弹性模量是表示木材刚性的指标。异叶南洋杉的南向、北向和平均抗弯弹性模量分别为9 264.73、9 403.98、9 334.36 MPa。

2.2.4 抗弯强度 木材的抗弯强度反映的是木材不被破坏的容许应力。由表1可知，异叶南洋杉的南向、北向和平均抗弯强度分别为66.28、71.60、68.94 MPa，我国树种木材的抗弯强度平均值(90 MPa左右)[14]，由此可见异叶南洋杉的抗弯强度水平处于中下水平。

2.2.5 冲击韧性 木材冲击韧性指的是木材在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，反映的是木材内部的细微缺陷和对外来冲击负荷的抵抗能力。本实验该指标测定所用的试件较多，得到的结果数值波动也比较大，平均值为14.47 kJ·m-2。尽管该指标数据波动幅度较大，但是大致规律还是北向试材冲击韧性强度高于南向，与密度变化趋势一致。

2.3 强度等级评定

根据试验所测得的异叶南洋杉的物理力学指标和《木材主要物理力学性质分级表》[6]进行分级，结果如表2。

表2 异叶南洋杉物理力学性质分级

由表2可知，异叶南洋杉的物理力学性质除了体积干缩系数、冲击韧性之外的所有指标都处于第2级，体积干缩系数和冲击韧性分别处于第3级和第1级；在评价木材的综合性能的时候，通常会以顺纹抗压强度和抗弯强度之和即综合强度来表示。根据《木材物理力学性质分级表》[6]，南洋杉的综合强度为第1类(107.8 MPa以下)，表明南洋杉抵御外力的能力较弱。在一些特殊的场合，不仅需要木材具有很好的力学性能，还要求它的质量不能太高，也就是强重比要高，品质系数就是衡量木材强重比的一个指标。试验测得异叶南洋杉的顺压品质系数为768.75×105Pa，静曲品质系数1 436.25×105Pa，综合品质系数为2 204.7×105Pa，大于2 156×105Pa[7]，所以异叶南洋杉都属于品质系数很高的树种。

3 结论

综上可知，异叶南洋杉各项物理力学指标都跟它的密度变化存在密切关系，并且在树干的中部密度最大；干缩性比较差，所以异叶南洋杉木材的尺寸稳定性也比较差，各项物理力学性质较差，但其强重比却高，具有很高的品质系数，这得益于它较小的质量。南洋杉的优点不仅表现为树干通直、生长迅速，而且价格较低，因此，可作为公共设施的建造材料(如果是露天场合，还需经过一些相应的功能性改良处理)，诸如公共场合家具、木桩、简易桥梁等，具有较高的经济价值和生态价值，值得推广。