第一章+樹木生長與木材形成.ppt

1、第一章 樹木的生長與木材的生成,植物分類和木材名稱 樹木的生長與木材的形成 樹干的構(gòu)造 幼齡材,Growth of Tree Abies 冷杉屬; Picea 云杉屬; Larix 落葉松屬 Tsuga 鐵杉屬 另外，當(dāng)一樹種已知其屬名，而種名不確定時，可記作：屬名+ sp.,2木材的名稱,木材的學(xué)名：樹木的學(xué)名（拉丁文名） 俗名：俗名或別名為非正式名稱，是木材種類的通俗叫法， 往往具有地方性，故又稱地方名。由于各地的取名角度以及語言文字等方面的差異，所使用的木材名稱不盡相同。存在的問題：同物異名，異物同名。 例：龍腦香科娑羅雙屬（Shorea spp.）的木材，在菲律賓稱 Lauan(柳安)

2、，馬來亞、 印度尼西亞和沙撈越稱 Meranti(梅蘭蒂)，沙巴稱 Seraya(塞拉亞)。 例：學(xué)名 Pinus karaiensis Sieb. Et Zuce 俗名： 紅松、果松、海松、朝鮮松,第二節(jié) 樹木的生長與木材的形成,樹木的組成 樹木的生長,一、 樹木的組成,1樹根(root) 2樹冠(tree-crown) 3樹干(trunk),圖1-1 樹木的組成,（島地謙，1976 ）,二、樹木的生長,1. 高生長（初生長）和直徑生長（次生長） 高生長（頂端生長）(elongation of tree stem)：是根和莖主軸生長點的分生活動，即頂端分生組織或原分生組織的分生活動的結(jié)果。

3、分生作用: 細胞數(shù)量增加（細胞體積不變）向高生長。 直徑生長（次生長）(secondary growth)：形成層（即側(cè)生分生組織）細胞向平周方向分裂的結(jié)果。 形成層原始細胞向內(nèi)形成次生木質(zhì)部，向外韌皮部，于是樹木的直徑不斷增大。 形成層：介于樹皮和木質(zhì)部之間，是一層很薄的組織，只有在顯微鏡下才可見到。,原表皮(原始表層)表層組織 表皮細胞 木栓形成層 周皮 木栓層 拴內(nèi)層 基本分生組織 基本組織 皮層 髓 束間組織(束間形成層) 原始形成層 維管組織(維管束) 初生木質(zhì)部 維管形成層 次生木質(zhì)部 次生韌皮部 未分化的原始形成層(束內(nèi)形成層) 初生韌皮部,頂端分生組織,頂端分生組織 初生分生組

4、織 初生組織 側(cè)生（次生）分生組織 次生組織,圖12 頂端分生組織分生的模型圖（島地謙，1976 ）,初生組織(primary tissue)：來源于頂端分生組織的組織，沒有分生能力，構(gòu)造上不完全。 次生組織(secondary tissue)：來源于維管形成層的組織，無分生能力，包括次生韌皮部、次生木質(zhì)部、周皮。,什么是木材？,樹木的軀干及較粗大枝條的次生木質(zhì)部(secondary xylem)，由形成層(cambium)分生所形成。,圖1-3 樹木的各個組成部分,2. 木材形成的過程,紡錘形原始細胞木質(zhì)部和韌皮部的軸向細胞：導(dǎo)管分子，管胞等； 射線原始細胞木質(zhì)部和韌皮部的射線細胞 形成層帶

5、：形成層原始細胞、木質(zhì)部母細胞和韌皮部母細胞三層。,圖1-4 形成層的原始細胞,(1)形成層的細胞分裂,圖15 次生木質(zhì)部細胞的來源,(2)新生木質(zhì)部細胞的成熟,a.細胞的擴大生長： 細胞擴大也即木質(zhì)部細胞成熟的第一階段，這時木質(zhì)部細胞的細胞壁僅是由初生壁構(gòu)成的，纖維素微纖絲的結(jié)構(gòu)是無一定方向的網(wǎng)狀，新的纖維素微纖絲將插入在網(wǎng)隙松弛的地方，即通過所謂插入生長形式來進行面積生長。各個細胞間以胞間層相隔離，此時的胞間層主要是果膠質(zhì)，具有豐富的可塑性。 細胞擴大首先由細胞直徑的增大開始，接續(xù)細胞直徑增大，將發(fā)生細胞軸向的伸長細胞之間不錯位，只是細胞的先端伸長，插入到其它細胞之間，即所謂插入生長。,b

6、. 細胞壁增厚和木質(zhì)化。 這時細胞中有原生質(zhì)，從初生壁的內(nèi)側(cè)起纖維素微纖絲開始堆積，即進行所謂附著生長，這樣在初生壁內(nèi)側(cè)通過附著生長堆積的細胞壁叫作次生壁。 隨著次生壁的堆積，木質(zhì)素在木質(zhì)部組織中沉積的現(xiàn)象叫作木質(zhì)化。木質(zhì)化現(xiàn)象從細胞的角隅處，木質(zhì)素開始，逐漸向組織間層全體，進一步向初生壁和次生壁的間隙中沉積，這樣，次生壁的增厚就結(jié)束了。 (3)成熟木質(zhì)部細胞的蓄積。,圖1-6 形成層帶的細胞分裂,( 4 ) 形成層圓周的擴大,圖1-8 形成層細胞的平周分裂和垂周分裂,圖1-9 紡錘形原始細胞的增加,圖1-10 射線原始細胞的增加,第三節(jié) 樹干的構(gòu)造,一、樹干的組成,1. 樹皮 2. 形成層

7、3. 木質(zhì)部 4. 髓,圖1-11 樹干的結(jié)構(gòu),1.樹皮 (bark) 指包裹在樹木的干、枝、根次生木質(zhì)部圓柱體外側(cè)的全部組織。其組織結(jié)構(gòu)隨樹齡而異，幼莖的樹皮是由表皮、皮層、初生韌皮部所組成。 （1）表皮：細胞胞壁極厚，富于角質(zhì)，具氣孔。其功能是：防止內(nèi)部組織的水分蒸了和保護外部不受傷害。 （2）皮層：一般為多層薄壁組織。發(fā)生弦向分裂產(chǎn)生木栓形成層。由木栓形成層向外分生木栓層，向內(nèi)分生木栓內(nèi)層，這三層合稱周皮。 一般木栓形成層不具有象形成層那樣的無限分生能力。分生一段時間后，將停止分生作用，但由于木質(zhì)部直徑的不斷增長，在一定的時間內(nèi)會在皮層的內(nèi)部形成新的木栓形成層。即形成新的周皮，每當(dāng)新周皮

8、形成后，外側(cè)的樹皮組織便因水分隔絕而死亡。因為木栓層的細胞不僅胞壁木栓化，且有時細胞內(nèi)腔還添加木栓層，可阻止水分通過。 如以最外層的周皮為界，樹皮又分為內(nèi)、外皮。 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）：平滑、瘤狀突起或針刺狀皮刺、縱裂 （深縱裂、淺縱裂、縱橫裂）、橫裂。,2 .形成層(cambium),木材是通過形成層的細胞(cell)分裂而形成的，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，屬次生分生組織。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 x

9、ylem)。,3. 木質(zhì)部(xylem) 木質(zhì)部位于形成層和髓之間，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)，二者的不同如下表。 初生木質(zhì)部 次生木質(zhì)部 1.細胞的起源： 頂端分生組織 形成層 2. 組成系統(tǒng) 無橫向組織 軸向、橫向皆有 3. 量 少 多 4. 利用角度 無 主要利用對象 5.蓄積方向不同 只有軸向 軸向、橫向皆有,4. 髓（髓心）(pith) 髓位于樹干軸心，為木質(zhì)部所包圍的柔軟的薄壁組織。通常直徑很小，有時受外界影響而偏心。它不屬于木質(zhì)部，利用上無價

10、值。髓的組織松軟，強度低，易開裂。橫切面形狀多助于木材識別。,第四節(jié) 幼 齡 材,關(guān)于幼齡材，有兩種錯誤的認識： （1）把幼齡材只看成是小樹的木材。誤認為，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。,1.幼齡材形成的機理,(1)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。它為了正常發(fā)育需要有營養(yǎng)物質(zhì)平衡，在達不到這種平衡時，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。 樹干的中心是髓，它的周圍環(huán)繞著一薄層初生木

11、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。另外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。,（2）木材生成后的變化 樹株早年生長形成的木材，初始薄壁細胞還保持生機，以后這部分木材發(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細胞無改變。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

12、是錯誤的。,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 成熟材,圖1-12 幼齡材和成熟材的位置,（3）成熟樹干主莖的兩部分,幼齡材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。,2.幼齡材(juvenile wood),幼齡材又稱未成熟材。它位于髓心附近，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。也即未成熟的形成層產(chǎn)生的木材，占520個年輪。 幼齡材和成熟材是同一株樹上兩個明顯不同的部分。 “幼齡”兩字不

13、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。,成熟材(mature wood)：成熟的形成層產(chǎn)生的木材。,圖1-13 幼齡材在樹木中所占的比例,樹齡 / 年,幼齡材比例 / %,3. 幼齡材的性質(zhì),木材結(jié)構(gòu)方面 根據(jù)以往的研究表明幼齡材與成熟材在木材結(jié)構(gòu)方面有很大的差異; 纖維長度：幼齡材細胞比成熟材短。針葉樹成熟材細胞是幼齡材細胞長度的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

14、是幼齡材略大于成熟材。 螺旋紋理：把幼齡材和成熟材進行對比，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，因此，具有較大的微纖絲角，具特征性。,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：幼齡材晚材細胞數(shù)量相對較少，年輪中占比例較多細胞的壁薄。 干縮性：幼齡材細胞壁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。 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

15、上隨高度增加，含水率也增加，因為有較大的幼齡林比例。 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；由于有較高的木質(zhì)素，很難漂白。 力學(xué)性質(zhì)一般，幼齡材的強度降低約15%30%，也有的比正常成熟材在同一強度上降低50%。由于纖絲角度大，順紋抗拉強度明顯降低。,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。 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。,幼齡材的纖維（管胞或木纖維）長度均小于相應(yīng)的成熟材。 樹干的螺旋紋理傾角（針葉樹材的管胞傾角）和細胞壁微纖絲傾角均大于

16、成熟材。 幼齡材剛性小、強度低，受外力后易撓曲，不適于作承重構(gòu)件；而成熟材的強度和剛性均穩(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。,幼齡材材性的總體特征劣于成熟材具體表現(xiàn)為：,4.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

17、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，如細胞長度可在其它性質(zhì)（如細胞厚度）之前到達成熟。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20年，主要取決于樹種。一些研究者們認為，在幼齡木形成期間，通過生長刺激（如施肥、灌溉或造林措施）將會延長幼齡木的時限。 應(yīng)注意，定義幼齡材的主要依據(jù)是木材的細胞結(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。,5. 界定幼齡材,渡道

18、治人認為：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。 從實驗分析結(jié)果可以看出，不同指標所界定的成熟期年齡不同。綜合不同研究所得結(jié)論，認為以反映木材最基本特征的幾種指標為界定幼齡材與成熟材的標準。 定義幼齡材的主要依據(jù)是木材的細胞結(jié)構(gòu)和木材性質(zhì)。 木材細胞的尺寸，如針葉樹材中管胞的長度，闊葉樹材中導(dǎo)管分子的長度；木材密度；木材