本文摘选自《木材科学研究》/附录

李 坚等 编著

生长的树木伐倒后,其木质部就是人们常说的“木材”,同一株树木的木材按其树干部位不同可分为幼龄材和成熟材。有关幼龄材和成熟材的界定以及它们的结构、性质的差异有必要予以认识和重视。

幼龄材又称未成熟材,位于髓心附近,是树木生长发育早期形成的特殊部分。幼龄材这一概念最早是由Rendle于1958年提出的。对于其成因,渡辺治人认为:幼龄材是在形成层分生木质部时期活动的树冠区域内,受顶端分生组织伸长影响的结果;成熟材则是当树冠向上移动到较高部位时,顶端分生组织的影响在一定的形成层区域内减弱而形成。因此,幼龄材是受顶端分生组织活动影响的形成层区域所产生的次生木质部。

应该把幼龄材和成熟材看作同一株树上有着明显不同的两个部分,成熟材具有那些被认为是该树种木材的正常特性;而幼龄材在结构特征和物理力学性质方面次于同株的成熟材。

幼龄材材性的基本性质和木材品质劣于成熟材,具体表现为:幼龄材的管胞(纤维)长度均小于相应的成熟材,树干的螺旋纹理倾角(针叶树材的管胞倾角)和微纤丝角均大于成熟材,因此,幼龄材刚性小、强度低,受外力后易挠曲,不适于作承重构件;而成熟材的强度和刚性均稳定,能充分抵抗外力的影响。幼龄材干缩系数大,木制品尺寸不稳定,易产生翘曲变形。鉴于上述情况,国内外学者十分重视幼龄材材性的研究,通常采用生长轮宽度、纤维或管胞长度、木材密度、纤维或管胞壁厚、组织比量以及微纤丝角等材性指标作为确定木材幼龄期的依据,应用最多的是纤维(管胞)长度或木材密度。

这两种单一材性指标的径向变异为确定依据。迄今,天然林资源迅速减少,木材工业原料来源的重点逐渐转移到人工林木材上来。由于营林措施的改进、集约经营程度提高,在人工用材林迅速生长的同时,林木主轮伐期的年限可缩短,有利的是林地利用率高,不利的是采得的木材中幼龄材的比例增大,这对木材加工、利用均产生较大影响,从而导致人工林木材加工技术与天然林木材加工技术有所不同,因此要对相应的加工工艺和机械设备做些调整和改进。为此,弄清人工林幼龄材和成熟材在材性上的差异及成熟材的区分界限,可以为材性的早期预测及林木定向培育提供理论依据。

关于幼龄材与成熟材的划分,渡辺治人认为:不管树木生长快慢,在树干任何横切面上未成熟的范围总是与髓心距离有关,针叶树大概在5~7cm的半径范围内。Pashin等则认为:幼龄期的长短,在各树种之间变化很大,通常在5~20年,且围绕髓心呈圆柱体。J.G.Haygreen等认为,尤其是在针叶树材中,成熟材和幼龄材间的过渡期,使得幼龄材与成熟材的界限划分变得困难。幼龄期生长的终止,有些树种是陡变,如某些阔叶树材,有些则是具有明显的过渡期。

学者们对幼龄材与成熟材的划分,依据各自的研究为出发点,标准各异,有人依据木材解剖特征来划分,如蔡少松等采用分析管胞长度变化,以绝对递增率来确定湿地松的幼龄期为10年。此外,也有根据木材的物理力学性质来划分的。以上这些方法都是依据由髓心向外,幼龄材的解剖特征、物理力学性质不稳定,与之对应的成熟材相对稳定。目前研究得出的共识是:幼龄材持续期在树种间有很大变化,一般为5~20年,主要取决于树种。可从图形上直观地反映出来的变化来划分。

东北林业大学王金满等研究者采用数据统计分析方法中有序样本分类的最优分割法来界定幼龄材与成熟材的生长年份。最优分割法即有n个样本,将其分成k类,在不打乱样本顺序的前提下,根据同类样本离差平方和小、类间离差平方和大的观点,对样本进行分类的一种方法,对木材的幼龄材与成熟材进行划分,从而界定幼龄材与成熟材的界线,以杉木为例,得出杉木人工林木材各项指标综合有序分类结果,可知以不同的指标为依据,界定幼龄期的结果并不相同。以管胞长度为标准,界定结果均为12年;以生长轮宽度、微纤丝角和晚材率这三个指标中任意一个为依据划分结果是14年;而以生长轮密度划分时幼龄期是13年。然后综合以上5个指标的数据作为划分依据,经有序聚类分析,界定结果为14年。由此得出,杉木的幼龄期是14年,即14年以前是幼龄材、14年以后是成熟材。

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