樹木的生長和木材的形成

1、 本章簡要介紹木材的命名，著重介紹樹木的生長、木材的形成及樹干的構(gòu)造，并對幼齡材的形成機(jī)理、幼齡材的性質(zhì)與識別進(jìn)行了論述。植物分類學(xué)植物分類系統(tǒng)的階段層：植物分類系統(tǒng)的階段層： 樹木的分類常用的方法是恩格勒（Engler）的自然分類法 界植物界（動物界，微生物界） 門種子植物門 亞門被子植物亞門 （闊葉材） 裸子植物亞門 （針葉材） 綱雙子葉植物綱 松柏綱 目豆目 松柏目 科蝶形花科 松科 屬紫檀屬 松屬 種 檀香紫檀 馬尾松木材名稱木材名稱 1 學(xué)名：學(xué)名： 遵循遵循國際植物命名法規(guī)國際植物命名法規(guī)，用拉丁字母書寫并在國際上得到承，用拉丁字母書寫并在國際上得到承 認(rèn)，被世界認(rèn)，被世界廣泛應(yīng)用

2、的植物名稱，稱為學(xué)名。廣泛應(yīng)用的植物名稱，稱為學(xué)名。 學(xué)名的組成：屬名學(xué)名的組成：屬名 種名種名 定名人。定名人。 紅紅 松：松： Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. 紅松紅松 Pinus（屬名，第一個字母大寫，斜體）（屬名，第一個字母大寫，斜體） koraiensis （種名，斜體）（種名，斜體） Sieb. et Zucc.（定名人，非斜體，第一個字母大寫，（定名人，非斜體，第一個字母大寫，et =and） 無法確定到種的木材表示方法：屬名無法確定到種的木材表示方法：屬名+sp. 或者或者 屬名屬名+spp. 松屬的某種木材的表示方法：松屬的某種木材的表示方法：

3、Pinus sp. 松屬的某幾種木材的表示方法：松屬的某幾種木材的表示方法：Pinus spp. 木材名稱木材名稱 2 2 木材名稱木材名稱：木材標(biāo)準(zhǔn)稱謂，依木材類為準(zhǔn)，其歸類是以樹木學(xué)為基礎(chǔ)，把材性和用途相近木材樹種統(tǒng)一，又稱商品名。 如： 紅鐵木豆 蔥狀鐵木豆、馬達(dá)加斯加鐵木豆 紅木包括5屬8類木材 WB/T 2103-2008 中國主要木材流通商品名稱 如： 降香黃檀商品名：黃花梨（海南） 印茄商品名：菠蘿格常用木材名稱標(biāo)準(zhǔn)常用木材名稱標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18513-2001 GB/T 18513-2001 中國主要進(jìn)口木材名稱中國主要進(jìn)口木材名稱GB/T 16734-1997 GB/T 16

4、734-1997 中國主要木材名稱中國主要木材名稱WB/T 2103-2008 WB/T 2103-2008 中國主要木材流通商品名稱中國主要木材流通商品名稱3 中文名：根據(jù)樹種拉丁名而來，又稱正名或通名。在國內(nèi)即指的木材名稱。4 別名：樹種的地方名稱，又稱俗名。如：榿木俗名 ：水冬瓜 5 不規(guī)范名稱（誤導(dǎo)名）：l如：刺猬紫檀：非洲黃花梨；紅鐵木豆：紅檀1.2 樹木的生長與木材的形成樹木的生長與木材的形成 樹木的生長是指樹木在同化外界物質(zhì)的過程中，通過細(xì)胞分裂和擴(kuò)大，使樹木的體積和重量產(chǎn)生不可逆的增加。樹木是多年生植物，可以生活幾十年至幾千年。樹木的一生要經(jīng)歷幼年期、青年期、成年期，直至衰老死

5、亡。而木材產(chǎn)自高大的針葉樹和闊葉樹等喬木的主干。要了解主干是怎樣生成的，首先有必要了解樹木的生長過程。1.2.1 樹木的組成部分 樹木是有生命的有機(jī)體，是由種子（或萌條、插條）萌發(fā)，經(jīng)過幼苗期、長成枝葉繁茂，根系發(fā)達(dá)的高大喬木?？v觀全樹，它是由樹冠、樹干和樹根三大部分組成。（一）一） 樹根樹根(root)：樹木的地下部分，占525%體積。 功能：吸收水分和礦物質(zhì)，將樹木固定于土壤。（二）（二）樹冠樹冠(tree-crown)：樹木的最上部分，由樹枝、樹葉組成。占525%體積。 功能；將樹根吸收的水分和礦物質(zhì)等養(yǎng)分和葉吸收的二氧化碳，通過光合作用制成碳水化合物。（三）（三）樹干樹干(trunk)

6、：樹木地面以上的主莖部分，是樹木的主體，占樹木體積的5090%。它一方面將樹根吸收的養(yǎng)分由邊材運(yùn)送到樹葉，另一方面把葉子制造的養(yǎng)料沿韌皮部輸送到樹木的各個部分，并與樹根共同支撐整個樹木。樹木的生長樹木的生長 高生長（頂端生長）高生長（頂端生長）(elongation of tree stem)：是根和莖主軸生長點(diǎn)的分生活動，即頂端分生組織或原分生組織的分生活動的結(jié)果。 分生作用分生作用: 細(xì)胞數(shù)量增加（細(xì)胞體積不變）如：園林修植物籬墻采用剪頂端組織抑制高生長。直徑生長（次生長）(secondary growth)： 形成層（即側(cè)生分生組織）細(xì)胞向平周方向分裂的結(jié)果。 形成層原始細(xì)胞向內(nèi)形成次生

7、木質(zhì)部，向外韌皮部，于是樹木的直徑不斷增大。 植植物物生生長長示示意意圖圖高生長直徑生長樹干的組成樹干的組成l1. 樹皮l2. 形成層l3. 木質(zhì)部l4. 髓樹干的組成樹干的組成l（一）樹皮（韌皮部）：（一）樹皮（韌皮部）：各種樹皮外部形態(tài)、厚度、顏色、花紋、質(zhì)地、剝落情況、氣味、滋味不盡相同，在樹木分類和原木識別上都有一定作用。 l（二）形成層：（二）形成層：是一個連續(xù)的鞘狀層，屬分生組織。它向外弦向分裂產(chǎn)生次生韌皮部，向內(nèi)分裂產(chǎn)生次生木質(zhì)部。樹干的組成樹干的組成l（三）木質(zhì)部：（三）木質(zhì)部：位于形成層和髓之間，是樹干的主要部分，即所謂的木材。l（四）髓：（四）髓：位于樹干的中心為木質(zhì)部所包

8、圍，是一種柔軟的薄壁組織。 髓的形狀、顏色、大小不同，有助于識別。髓的形狀、顏色、大小不同，有助于識別。 樹樹 皮皮 樹皮的外部形態(tài)及其裂隙的類型（可作為原木識別的特征之一）： （1）平滑：樹皮表面光滑，如天目紫莖、梧桐等。 （2）瘤狀突起或針刺狀皮刺：樹皮表面有許多高低不等的瘤狀 突起，如 石櫟、皂英、 刺楸等。 （3）縱裂 1）深縱裂：樹皮表面沿樹干縱向呈較深裂隙，如樟木。 2） 淺縱裂：樹皮表面沿樹干縱向呈較淺的開裂，如紫椴。 3）縱橫裂：既有縱向又有橫向的開裂，呈不規(guī)則方塊形， 如泡桐。 （4）橫裂：樹皮表面呈橫向的開裂，如光皮樺、山櫻桃。 多媒體課件多媒體課件多媒體課件多媒體課件多媒

9、體課件多媒體課件 2 .形成層(cambium) 木材是通過形成層的細(xì)胞(cell)分裂、新生木質(zhì)部細(xì)胞的成熟、成熟木質(zhì)部細(xì)胞的蓄積等三個過程形成的，即木材的直接起源是形成層。 形成層是一個連續(xù)的鞘狀層，包圍在整個樹干、樹枝、樹根的次生木質(zhì)部周圍，屬分生組織。它向外弦向分裂產(chǎn)生次生韌皮部(secondary phloem )，向內(nèi)分裂產(chǎn)生次生木質(zhì)部(secondary xylem)。 形成層原始細(xì)胞分為：1）射線原始細(xì)胞（平周分裂）-分生出木射線和韌皮射線等橫臥細(xì)胞; 2）紡錘形原始細(xì)胞（垂周分裂）-分生出導(dǎo)管、管胞、木纖維等垂直細(xì)胞。 3 木質(zhì)部木質(zhì)部(xylem) 木質(zhì)部位于形成層和髓之間

10、，為樹干的主要部分，是木材加工的主要利用對象，也是木材科學(xué)的研究對象。 木質(zhì)部分為：初生木質(zhì)部(primary xylem)和次生木質(zhì)部(secondary xylem)。髓l位于樹干的中心，為木質(zhì)部所包圍，是一種柔軟的薄壁組織，一般直徑很小，有時受外界的影響而偏心。l各種樹髓的形狀和大小都不一樣，有助于木材的識別。l髓心的顏色多數(shù)為褐色，但也有紅色的，如血桐；赤色的如細(xì)香桂等。l髓心大小因樹種而異，針葉樹材的髓心差不多，直徑約為35mm,闊葉樹材相差很大，有的可以達(dá)到10mm。 1.4幼齡材 樹木在個體的生長、發(fā)育過程中，經(jīng)歷了幼齡-成熟-老齡各個階段，最后形成木材。幼齡材是次生人工林快速生

11、長樹株中嚴(yán)重影響木材品質(zhì)的部分。研究幼齡材，可進(jìn)一步提高對木材的綜合利用率。 關(guān)于幼齡材，有兩種錯誤的認(rèn)識：關(guān)于幼齡材，有兩種錯誤的認(rèn)識：（1）把幼齡材只看成是小樹的木材。誤認(rèn)為在成熟樹干中就談不上存在幼齡材。（2）把樹株生長最初年份形成的木材看作是幼齡材，誤認(rèn)為幼齡材為高度一定的圓錐形，只限于成熟樹干下方中心部位。 由于這些錯誤認(rèn)識，就低估了幼齡材對木材品質(zhì)的影響；也可以說，對這種影響沒有足夠認(rèn)識。1.4.1幼齡材形成的機(jī)理1.4.1.1木材在生成中的差別木材在生成中的差別 成熟樹干靠近樹梢區(qū)域的生長較其它部分旺盛；而一株幼樹，它的全體均生長旺盛?？梢园堰@種生長旺盛比喻為幼童狀態(tài)。它為了正常

12、發(fā)育需要有營養(yǎng)物質(zhì)平衡，在達(dá)不到這種平衡時，發(fā)育就受到威脅、壓抑。這種狀況下生成的木材也就與成熟材不同，常被視為品質(zhì)較差者。 l樹干的中心是髓，它的周圍環(huán)繞著一薄層初生木質(zhì)部，這兩部分都是樹莖在這一高度時的第一年中形成，它們的組織均與以后形成層產(chǎn)生的次生木質(zhì)部不同。還要認(rèn)識的一個要點(diǎn)是，在樹莖長到任何一個高度上的前525年間產(chǎn)生的次生木質(zhì)部這段幼齡期后的次生木質(zhì)部有不同，前者即為這一高度上的幼齡材。這就從理論上說明了幼齡材在樹干內(nèi)不為圓錐形而近于圓柱狀；它不限存在于樹干基部，而是自基部延伸至樹梢。1.4.1.2木材生成后的變化木材生成后的變化 樹株早年生長形成的木材，初始薄壁細(xì)胞還保持生機(jī)，以

13、后這部分木材發(fā)展為心材。在這一轉(zhuǎn)變的前后，占木材體積大部分的厚壁組織無改變。以后整個木材更無變化。那種只把小樹的木材看成是幼齡材，認(rèn)為隨樹齡的增加幼齡材就會生成為成熟材，以及成熟樹干的全部木材均為成熟材等看法均是錯誤的。1.4.1.3成熟樹干主莖的兩部分成熟樹干主莖的兩部分 根據(jù)木材結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的主要差異，樹干的主莖可以區(qū)分為兩個區(qū)域。幼齡材是環(huán)繞髓心的周圍呈圓柱狀。它的形成是活性樹冠區(qū)域的頂端分生組織長期對形成層的木材分生影響的結(jié)果。在生長的樹木中，當(dāng)樹冠進(jìn)一步向上移，頂端分生組織對下面某一高度形成層區(qū)域的影響就減小，成熟材也就開始形成。1.4.2幼齡材的概念 幼齡材又稱未成熟材。它位于髓心

14、附近，幼齡材圍繞髓呈柱體，是受頂端分生組織活動影響的形成層區(qū)域所產(chǎn)生的次生木質(zhì)部。 這個定義可用來解釋為什么幼齡材和成熟材之間在木材性質(zhì)上呈平緩過渡。幼齡材在樹干的外部就不大可能形成，因處于一定位置的形成層在連續(xù)使樹干直徑加大的同時，也就逐漸遠(yuǎn)離頂端分生組織，并且受它的影響也在減弱。 應(yīng)該把幼齡材和成熟材看作同一株樹上兩個有明顯不同的部分。成熟材具有那些被認(rèn)為是這個樹種的正常特性，而幼齡材在結(jié)構(gòu)特征和物理性質(zhì)方面次于同一樹株的成熟材。 這就進(jìn)一步明確了“幼齡”兩字不是對樹株而言，而是針對樹干某一高度的中心部分。因它的生成在這一高度樹莖斷面上屬“早”，故名幼齡材。1.4.3幼齡材的性質(zhì) 研究表明

15、，一般幼齡材的質(zhì)量次于成熟材，主要表現(xiàn)在以下方面：1木材結(jié)構(gòu)方面2木材物理力學(xué)性質(zhì)方面3 木材化學(xué)方面 1.4.3.1木材結(jié)構(gòu)方面 纖維長度纖維長度 幼齡材細(xì)胞比成熟材短。針葉樹成熟材細(xì)胞是幼齡材細(xì)胞長度的34倍。闊葉樹成熟材纖維長度常為鄰近髓心處纖維的2倍。纖維的尺寸纖維的尺寸 纖維的徑、弦向直徑是幼齡材小于成熟材。纖維的徑、弦向壁厚是幼齡材小于成熟材。纖維的長寬比，腔徑比都是幼齡材小于成熟材。壁腔比為絕大多數(shù)木材是幼齡材略大于成熟材。1.4.3.1木材結(jié)構(gòu)方面螺旋紋理 把幼齡材和成熟材進(jìn)行對比，幼齡材中出現(xiàn)螺旋紋理的傾向較大。次生壁中層的微纖絲角度 由于幼齡材有較短和較薄壁的管胞和纖維，因

16、此，具有較大的微纖絲角，具特征性。1.4.3.2 木材物理力學(xué)性質(zhì)方面 密度 與成熟材相比，幼齡材的密度低。 晚材百分率 幼齡材晚材細(xì)胞數(shù)量相對較少，年輪中占比例較多細(xì)胞的壁薄。 干縮性 幼齡材細(xì)胞壁S2層微纖絲傾角大，造成它的縱向收縮大，而橫向收縮則有相應(yīng)的減小。因此影響固體木材的尺寸穩(wěn)定性以及與正常材的并用。 幼齡材嚴(yán)重降低鋸材質(zhì)量，主要由于干燥時的翹曲、縱向收縮大，不適合鋸制小尺寸鋸材。1.4.3.2 木材物理力學(xué)性質(zhì)方面含水率從幼齡材到成熟材變化很大。大多數(shù)針葉材在株內(nèi)從基部向上隨高度增加，含水率也增加，因?yàn)橛休^大的幼齡林比例。幼齡材里有較高的應(yīng)壓木比例，其具有短的管胞，生產(chǎn)中容易破裂

17、；由于有較高的木質(zhì)素，很難漂白。力學(xué)性質(zhì)一般，幼齡材的強(qiáng)度降低約15%30%，也有的比正常成熟材在同一強(qiáng)度上降低50%。由于纖絲角度大，順紋抗拉強(qiáng)度明顯降低。 1.4.3.3 木材化學(xué)性質(zhì)方面木材化學(xué)性質(zhì)方面 針葉樹幼齡材與成熟材通?；瘜W(xué)性質(zhì)差異很大，有較高比率的木質(zhì)素和高聚糖，較低的纖維素和半乳甘露聚糖。這些對木材最終產(chǎn)品的質(zhì)量、紙漿產(chǎn)量和生產(chǎn)效率有很大影響。 幼齡材單位體積的漿產(chǎn)量比成熟材低5%15%。由幼齡材和成熟材制造出紙的質(zhì)量有明顯的差異。 1.4.3.3 木材化學(xué)性質(zhì)方面l 幼齡材材性的總體特征劣于成熟材，具體表現(xiàn)為：幼齡材的纖維（管胞或木纖維）長度均小于相應(yīng)的成熟材，樹干的螺旋紋

18、理傾角（針葉樹材的管胞傾角）和細(xì)胞壁微纖絲傾角均大于成熟材，因此幼齡材剛性小、強(qiáng)度低，受外力后易撓曲，不適于作承重構(gòu)件；而成熟材的強(qiáng)度和剛性均穩(wěn)定，能充分抵抗外力的影響，幼齡材干縮系數(shù)大，木制品尺寸不穩(wěn)定，易產(chǎn)生翹曲變形。因此幼齡材在一些用途方面要受到限制。應(yīng)注意，定義幼齡材的主要依據(jù)是木材的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和木材性質(zhì)。人工林樹木中的幼齡材是與髓附近的快速生長有關(guān)，但在所有樹木中的寬生長輪并非必定與幼齡材有關(guān)。例如，幼莖生長在不利的競爭條件下時近髓處有窄生長輪，而一旦生長條件改善，就會形成寬生長輪。 1.4.4 識別、界定幼齡材 1.4.4.1 識別幼齡材 幼齡生長期的終止，在一些木材樹種是陡變。一些

19、樹種，特別是針葉樹材，在至成熟條件之間有一過渡期，成熟材和幼齡材間無明顯的界限。最初生成的年輪，密度最低，纖維最短，纖維角最大。而后自樹心向外密度增加，纖維增長。對大多數(shù)性質(zhì)，在開始的幾個年輪變化率較大，以后逐漸相似于成熟材的性質(zhì)。這種木材結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的逐漸變化，使得在樹干橫截面上難于判別何處幼齡材結(jié)束和成熟材開始。 幼齡材區(qū)界:得注意尚有一些復(fù)雜情況，如細(xì)胞長度可在其它性質(zhì)（如細(xì)胞厚度）之前到達(dá)成熟。目前研究的共同結(jié)論是，幼齡材持續(xù)期在樹種間有很大變化，一般為520年，即短者約5年，而長者可達(dá)20年，主要取決于樹種。一些研究者們認(rèn)為，在幼齡木形成期間，通過生長刺激（如施肥、灌溉或造林措施）將會

20、延長幼齡木的時限。 1.4.4.2 界定幼齡材 關(guān)于幼齡材與成熟材的界定，渡道治人認(rèn)為：不管樹木生長快慢，在樹干任何橫切面上未成熟的范圍總是與髓心距離有關(guān)，針葉樹大概在57cm的半徑范圍內(nèi)。 Pashin等則認(rèn)為：幼齡期的長短，在各樹種之間變化很大，通常在520a間，且圍繞髓心呈圓柱體。 Haygreen.J.G.等人認(rèn)為，尤其是在針葉樹材中，成熟材和幼齡材間的過渡期，使得幼齡材與成熟材界限劃分變得困難。幼齡期生長的終止，有些樹種是陡變，如某些闊葉樹材，有些則是具有明顯的過渡期。 從實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，不同指標(biāo)所界定的成熟期年齡不同。綜合不同研究所得結(jié)論，認(rèn)為以反映木材最基本特征的幾種指標(biāo)為界定幼齡材與成熟材的標(biāo)準(zhǔn)，即以管胞長度、微纖絲角、生長輪寬度、晚材率、壁率和基本密度等指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)。這不僅是因?yàn)樗鼈儨y定方便，更主要的是每項(xiàng)指標(biāo)從不同側(cè)面綜合反映出木材物理力學(xué)性能，而且它們之間有著緊密的聯(lián)系。生長輪齡/a管胞長度/mm1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6024681012141618202224262830