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摘要：對(duì)油杉Keteleeriafortunei木材的物理與力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定與比較，結(jié)果表明，油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3，屬中密度木材。油杉木材的氣干徑向、弦向和體積干縮系數(shù)分別為4.408%、3.272%和7.892%，氣干差異干縮為1.347，油杉木材具有不易開(kāi)裂和變形的特征。油杉木材的抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度分別為92.701、57.217Mpa，端面、弦面和徑面硬度分別為4635.9、3420.8和3606.8N，其抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度和硬度均屬中等。50年生油杉木材的物理力學(xué)性質(zhì)優(yōu)于22年生馬尾松Pinusmassoniana、濕地松Pinuselliottii和28年生杉木Cunninghamialanceolata、禿杉Taiwaniacryptomerioides。

關(guān)鍵詞：油杉；木材；物理性質(zhì)；力學(xué)性質(zhì)；差異比較

油杉Keteleeriafortunei為松科大喬木，喜光樹(shù)種，根系粗壯、發(fā)達(dá)，對(duì)土壤的適應(yīng)性較廣，適宜干旱環(huán)境。其樹(shù)干端直，木材黃褐色，材質(zhì)重，紋理直，耐水濕，抗腐性強(qiáng)，是珍貴的用材樹(shù)種[1—2]。目前關(guān)于油杉的研究主要集中在生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性以及育苗和造林等方面[3]，未見(jiàn)對(duì)油杉木材材性研究的報(bào)道。本文對(duì)取自福建省永春縣的油杉試材進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定，并與馬尾松Pinusmassoniana、濕地松P.elliottii、杉木Cunninghamialanceolata、禿杉Taiwaniacryptomerioides木材進(jìn)行比較，為油杉木材的加工利用提供技術(shù)參數(shù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在福建省永春縣桃城鎮(zhèn)大坪村湖內(nèi)，海拔490～590m，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°17′44″，北緯25°21′05″。土壤類型為山地紅壤，土層深厚，立地質(zhì)量等級(jí)為II級(jí)，林下植被主要為亞熱帶常綠闊葉樹(shù)種和蕨類植物。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，年均降水量1676.3mm，極端最高溫39.2℃，極端最低溫–3.2℃，年均氣溫20.4℃，≥10℃年均積溫6984℃，年無(wú)霜期310d。群落面積約2hm2，2000年劃為自然保護(hù)小區(qū)[1—3]。

1.2試材采集

在試驗(yàn)山場(chǎng)的上坡、中坡和下坡三處各設(shè)1個(gè)10m×10m樣地，在各樣地選擇標(biāo)準(zhǔn)木1株，共選取標(biāo)準(zhǔn)木3株。標(biāo)準(zhǔn)木樹(shù)齡50年，平均樹(shù)高22.66m，平均胸徑23.81cm。標(biāo)準(zhǔn)木伐倒后，在0m、1.3m、1.5m及以上按2m區(qū)分段，分別取5cm厚圓盤(pán)；在1.3m以上部位截取2m試材各一段，將每個(gè)圓盤(pán)和每段試材分別編號(hào)。

1.3方法

按照GB/T1929-2009《木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法》對(duì)油杉試材初步加工，加工的試材進(jìn)行自然氣干后，再按照《木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》(GB/T1932、1933、1934.2、1935、1936.1、1941-2009)進(jìn)行各項(xiàng)物理力學(xué)性能測(cè)定。采用全數(shù)字電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定的有效樣本數(shù)為30個(gè)。將50年生油杉木材的物理力學(xué)性質(zhì)與22年生馬尾松和濕地松[4]、28年生杉木和禿杉[5]木材的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較。

2結(jié)果與分析

2.1油杉木材物理性質(zhì)

2.1.1木材密度

木材密度是直接反映木材性質(zhì)的重要指標(biāo)，影響著木材的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度等木材力學(xué)指標(biāo)，木材密度與力學(xué)強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系[6]。從表2可以看出，油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3。根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[7]，油杉木材屬于中密度木材(氣干密度0.551～0.750g•cm-3)。

2.1.2干縮性

干縮性能是木材性質(zhì)的重要指標(biāo)，直接影響木材和木制品的尺寸、性狀和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及使用性能的美觀等[8]。油杉木材全干徑向、弦向和體積干縮率分別為7.363%、5.397%和12.855%，木材氣干徑向、弦向和體積干縮率分別為4.408%、3.272%和7.892%(表2)。油杉木材干縮率較小，表明油杉作為用材時(shí)，具有尺寸穩(wěn)定性好、變形小的優(yōu)點(diǎn)。差異干縮(弦向干縮與徑向干縮之比)是判斷木材是否容易開(kāi)裂及變形的重要依據(jù)。差異干縮數(shù)值偏大，說(shuō)明木材干燥時(shí)容易發(fā)生翹曲和開(kāi)裂；木材各方向的干縮較均勻，說(shuō)明木材尺寸穩(wěn)定性較好[9]。根據(jù)木材差異干縮的大小，可以大致判斷木材對(duì)特殊用材的適應(yīng)性[10]。油杉木材從濕材到全干狀態(tài)，差異干縮為1.364，從濕材到氣干狀態(tài)，差異干縮為1.347，均小于2，說(shuō)明油杉木材不易開(kāi)裂和變形。

2.1.3濕脹性

木材濕脹性反映木材吸水后的尺寸變化。沿各方向的尺寸變化不均勻會(huì)導(dǎo)致木材開(kāi)裂和變形，從而影響木材制品的利用[11]。油杉木材的徑向、弦向、體積氣干濕脹率分別為3.195%、2.250%和5.708%，徑向、弦向、體積飽水濕脹率分別為7.963%、5.715%和14.794%，差異濕脹分別為2.492、2.540和2.592(表2)。油杉木材濕漲率和差異濕脹較小，表明油杉木材尺寸穩(wěn)定性較好。

2.2油杉木材力學(xué)性質(zhì)

2.2.1抗彎強(qiáng)度

木材的抗彎強(qiáng)度體現(xiàn)了木材承受靜力彎曲荷載的最大能力[12]。油杉木材的抗彎強(qiáng)度為92.701Mpa，根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》，油杉木材的抗彎強(qiáng)度屬于中等(88.1～118.0Mpa)。

2.2.2木材順紋抗壓強(qiáng)度

木材的順紋抗壓強(qiáng)度體現(xiàn)了木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力[10]。油杉木材的順紋抗壓強(qiáng)度為57.217Mpa，根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》，油杉木材的順紋抗壓強(qiáng)度屬于中等(44.1～59.0Mpa)。

2.2.3硬度

木材硬度是指木材抵抗其他剛體壓入的能力[10]。木材的硬度跟木材的密度密切相關(guān)，密度越大則硬度越高，反之則低[13]。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和徑面硬度分別為4635.9、3420.8、3606.8N，根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》，油杉木材的硬度屬于中等(端面硬度4010～6500N)(表3)。

2.3油杉與其他樹(shù)種木材物理力學(xué)性質(zhì)比較

將油杉木材物理力學(xué)性質(zhì)與福建省主要造林樹(shù)種馬尾松[4]、濕地松[4]、杉木[5]和禿杉[5]等進(jìn)行比較(表4)。油杉木材的氣干密度和全干密度最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.11、1.09、1.51、1.61倍和1.25、1.22、1.66、1.86倍。油杉木材的抗彎強(qiáng)度僅次于濕地松，分別是馬尾松、杉木、禿杉的1.03、0.96、1.48、1.47倍。油杉木材的木材順紋抗壓強(qiáng)度最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.68、1.56、1.65、1.75倍。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和徑面硬度均為最大。油杉木材徑向氣干干縮率、弦向氣干干縮率和體積氣干干縮率最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.53、1.51、3.22、3.36倍、1.70、1.66、1.14、1.20倍和1.61、1.59、1.83、1.91倍，但油杉木材的差異干縮最小，油杉各個(gè)方向的干縮比較均勻。采用加權(quán)法綜合評(píng)價(jià)木材物理力學(xué)性質(zhì)(其中氣干密度、全干密度、抗彎強(qiáng)度、木材順紋抗壓強(qiáng)度、端面硬度、弦面硬度和徑面硬度的比重分別為1/7)，50年生油杉木材物理力學(xué)性質(zhì)優(yōu)于福建省主要造林樹(shù)種22年生馬尾松和濕地松、28年生杉木和禿杉。

3結(jié)論

油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3，屬中密度木材。木材氣干徑向、弦向和體積干縮系數(shù)分別為4.408%、3.272%和7.892%，氣干差異干縮為1.347，木材具有不易開(kāi)裂和變形的特征。油杉木材的抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度、端面硬度、弦面硬度和徑面硬度分別為92.701Mpa、57.217Mpa、4635.9N、3420.8N和3606.8N，油杉木材的抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度和端面硬度均屬于中等。綜合比較，50年生油杉木材的物理力學(xué)性質(zhì)優(yōu)于22年生馬尾松濕地松和28年生杉木、禿杉。根據(jù)對(duì)油杉生長(zhǎng)規(guī)律的研究[1]，在快速生長(zhǎng)期時(shí)，油杉樹(shù)高年均生長(zhǎng)0.55m，胸徑年均生長(zhǎng)0.61cm。目前，馬尾松的松材線蟲(chóng)病害嚴(yán)重，而同為松科的油杉具有木材好、生長(zhǎng)較快，抗病害性強(qiáng)和抗瘠薄等優(yōu)點(diǎn)。因此，從木材利用和林木生長(zhǎng)速度方面以豐富造林樹(shù)種的角度考慮，油杉推廣種植意義重大，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。

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作者：曾華浩1,2；肖祥希2；高楠2；劉曉輝2；陳金章3；王麗琴3；何文廣2；連細(xì)春4；黃聲集4；黃學(xué)敏5 單位：1.中南林業(yè)科技大學(xué)，2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，3.泉州市林業(yè)局，4.福建省永春碧卿國(guó)有林場(chǎng)，5.永春縣林業(yè)局