湖北杨树木材缺陷及其对加工利用的影响(10)

一、杨树木材缺陷

　　杨树木材缺陷主要有节子、应拉木、湿心材等。
　　
　　（一） 节子　
　　
　　节子是杨树自然生长时，被包埋在木质部中的树枝部分。节子破坏了木材构造的均匀性，使其周围细胞变形、纹理扭斜，不仅影响木材表面美观，更重要的是降低了木材的强度（尤其抗弯强度降低大），不利于木材的利用。节子种类很多，可分为健全节、不健全节、腐朽节和活节；按节子大小又可分为针状节、小节、中等节、大节等。杨树木材的节子可用修枝抚育的方法消除，培育出用于胶合板生产的无节良材。
　　
　　（二） 应拉木

　　在阔叶树中，通常树木偏心或弯曲时才出现应拉木。但在杨树则不然，没有偏心和弯曲生长缺陷亦有应拉木。尤其是在强化种植条件下，生长速度快的无性系中，含有大量的应拉木。应拉木以含有胶质纤维为特征。在木材组织比量中有的杨树胶质纤维可高达45％以上。这样多而普遍的胶质纤维，却很难用直觉的方法出来。在实验室通常用番红和固绿双重染色法加以区分。由于胶质层松软多孔，在切片染色过程中，能较快较多地吸收金属盐类，使胞壁比其他胞壁层深一些。
　　
　　胶质纤维与杨木正常纤维比较，纤维显得粗大，胞壁厚度甚至超过4－5倍。胶质纤维细胞壁内有胶质层与次生壁的S2层之间结合松弛，只有微弱纤丝相连。在木材应力作用下，胶质层与S2层相连的微纤丝极易断裂，在胶质层表面观察到滑移面和断裂纹。
　　
　　应拉木与正常木相比，应拉木由于胶质纤维存在，木材密度比正常材要大表（3－1）。

　　在化学成分中，由于胶质层严重缺乏木质化，致使木素含量低，纤维素含量高（表3－2）。
　

　　杨树木材中大量应拉木的存在，使木材加工和利用时出现一系列的问题，锯材时夹锯，锯条发热，锯出的板面起毛，干燥时纵向干缩异常，并发生皱缩、弓弯；刨切单板时，表面粗糙、弯曲。在制浆造纸中采用化学和半化学制浆可增加浆的产量，但降低张张的强度；采和硫酸盐法制浆造纸，纸张疏松多孔，所有强度指标都比较低。因此，把应拉木的形成减至小，应是杨树定向培育与集约经营上的一项重要指标。
　　
　 （三）杨树湿心材（假心材、红心材）
　　
　　1．变色症状

　　杨树是短周期工业用材的重要树种之一，因其速生丰产，并已成为我国胶合板工业的主要原料之一。但由于杨木“红心”或“黑心”现象严重，给胶合板生产等木材利用带来很大影响。

　　杨树本来是边材树种，但由于受到外界环境因素与生物因子的作用，其心材发生变化，促使心材呈现与边材明显不同的红色，且心材含水率经材含水率高，这种心材通常称作湿心材（wet wood）。杨树湿心材的含水率平均比正常边材高40－50％。
　　
　　根据中国林科院森环森保所晁龙军等对辽宁、湖北、河北、江苏、山东和北京等地的调查发现，我国有湿心材的杨树树种有：毛白杨、I-69、I-72、 中林46、法库小钻杨、小美旱杨、山海关杨、美X青杨等多种杨树。而杨树湿心材发生率，除了毛白杨为90%外，其余树种均为100%。
　　
　　湿心材在株内从基部向上所占比例逐渐减小，到顶端湿心材不存在，湿心材与树木生长速度无明显相关。

　　湿心材是一种变色现象。这种变色现象有两类：一类是水浸色，这种现象极少，是真菌所致，不是杨树木材腐朽的早期，对木材的强度不产生影响。木材内部变色较浅，木材干燥后，颜色自然消失，对木材利用无不利影响。另一类杨树木材内部暗黑色，木材干燥后，仍然暗黑色不变。变种缺陷形成的原因，众说纷纭。Magyar认为匈牙利的杨树“红心材”是受真菌侵染所引起。比利时的杨树“黑心材”是由于细菌的侵染。中国杨树黑心亦较为普遍，对木材的使用造成不利影响，尤其对胶合板和制浆工业不利影响更为严重。

　　2. 变色类型与机理
　　
　　（1） 变色类型

　　杨树湿心材属微生物变色类型，分别从湿心材和树汁分离得到了引起变色的是细菌，为革兰氏阴性杆菌欧文氏菌和芽孢杆菌。

　　姜笑梅等对我国杨树湿心材研究表明，变色菌为胡萝卜亚种(Erwinia carotovora subsp.carotovora)、大黄欧文氏菌(E.rhapontici Millard Burkhold)、菊欧文氏菌(E.chrysanthemi Burkholder)、腊状芽孢杆菌(Bacillus cereus Frankland)、球形芽孢杆菌(B.sphaericus Neide)。欧文氏菌和腊状芽孢杆菌为兼性厌氧细菌，球状芽孢杆菌为好氧细菌。
　　
　　（2） 变色机理

　　国外研究认为湿心材是由细菌的活动引起的。Carter从榆树湿心材中分离出欧文氏菌，并在健康树上回接，使树木水分含量增加， Schink 研究了杨树(Populus deltoids Marsh)、榆树(Ulmus Americanan L)、冷杉(Abies alba Mill)、云杉(Picea spp.)、栎木(Quercus spp.)、铁杉(Tsuga spp.)等木材的湿心材形成与好氧、兼性厌氧细菌群落有关，并将湿心材分成两种类型，一种是碱性和弱碱性的，一种是酸性的。

　　姜笑梅等对我国杨树湿心材研究表明，I－69杨和I－72杨湿心材属碱性，在活树中，由于水分过多，造成缺氧环境，这些厌氧和兼性厌氧细菌的混合群落，在发酵过程中产气产酸或产碱，使果胶、淀粉和一些半纤维素与单一木素降解。有的细菌还产生果胶酶使纹孔膜破坏。由于这些细菌的新陈代谢活动，使湿心材的构造、化学、物理力学性质发生了变化，影响其加工利用。在湿心材形成时，木材细胞分泌酚类化合物，以抵抗细菌的侵入，木材的变色在活树的茎部已经发生，在砍伐以后遇到空气后变深。Schink等认为在碱性条件下的湿心材比酸性条件下变色发展更快。
　　
　　湿心材还伴有木材变色。
　　
　　Bauch等阐述了木材变色的原因，一种是树木的生理作用引起的，一种细菌作用和化学变化引起的，不同树种的变色原因不一样，但变色的先决条件是温度和含水率的变化以及细菌和微生物的作用。姜笑梅等研究表明，杨树湿心材含水率特高，并有大量细菌存在，I－69杨和I－72杨的变色原因属上述的第二种。总之，研究，表明，湿心材的存在和变色是由细菌活动引起的，从湿心材和树汁中鉴定出3种欧文氏菌和2种芽孢杆菌。
　　
　　3. 湿心材对加工利用的影响
　　
　　杨树湿心材酸度比边材低，呈碱性，其抽提物含量比正常材高，渗透性差。这些对杨木干燥、胶合板生产和刨削工艺等都有影响。如湿心材干燥容易在径向和弦向发生开裂，也容易发生皱缩、蜂窝裂等。
　　
　　湿心材给胶合板生产和产品质量都造成严重问题，如环裂、冻裂材在切机上旋转滑行，单板撕裂；在胶合组坯期间单板含水率降不到要求值；湿心材含水率异常导致胶合剂固化不良，透胶、缺胶，热压时鼓泡、放炮等。湿心材对胶合强度的影响和单板含水率分布不均匀有关，面板氧化变色造成胶合剂对木材黏附不好，也影响胶合强度。湿心材对刨花板和纤维板的强度性质有不利影响，杨树湿心材华夫板的强度比正常材低，厚度膨胀也大得多，湿法生产纤维板的弹性模量、破坏强度和内结合强度均比正常材低。但用杨木湿心材生产的硬质板，尺寸稳定性比用边材的要好。
　　
　　杨木湿心材不适宜造纸，因为漂白成本很高。
杨木湿心材刨削时，容易发生各种层状剥离现象，影响刨削工艺。这主要是由于湿心材引起的早期环裂或皱缩造成。
　　
　　4．杨树湿心材的防止

　　湿心材目前没有有效的防止方法，还有待进一步研究，希望通过林木遗传育种、营林培育措施从根本上进行改良，期望选择与培育湿心材比例小的杨树新品种或林分。
　　
　　对湿心材成材的利用应该分边材和湿心材进行不同的利用。

二、杨属木材加工利用中存在的问题
　　
　　1．杨木的加工利用与杨树的栽培脱节
　　
　　欧美各国杨树木材加工与杨树栽培之间，存在着互为依存和相互促进的关系，对杨树发展起决定性的作用。在欧美国家，杨木是木材加工厂和造纸厂不可缺少的原料，几乎全部杨木都进工厂加工，极少直接利用原木。意大利的波河流域和法国的加龙河流域是欧洲杨树集中栽培区，那里每个县或市就有一个以杨木为原料的木材加工厂，而在较大范围内建有一个造纸厂。中国目前的状况与意大利、法国和美国相比还有很大差距。
　　
　　2．杨树栽培品种繁多，品系更新过快，给木材加工利用带来困难

　　从20世纪50年代开始，中国的林木育种学家们为发展中国的杨树，经几十年辛苦劳动，选育和引进一大批新的品种和无性系。这些新的品种和无性系无疑为提高杨树人工林生产力起到了巨大作用。然而，近10余年来随着经济改革和对外开放大潮，中国杨树的良种选育和引种进入一个新时期，大家都引种、大家都选育、大家都鉴定。新的品种和无性系大量出现，代替过去的品系而成为杨树家族的新成员。品种多、栽培面积小、木材材性和品质没有得到深入研究，这些都给木材加工带来一定困难。相比之下，象意大利栽培利用的无性系比较稳定，他们建立起了一套严格的杨树新品种审查认定法律制度，只有经过各方面参与测试并与I-214杨做参照系进行比较，然后再推广应用，非常值得一提的是他们的新品种在审查时，必须进行胶合板旋切试验，确定其能否进行胶合板生产。我国在此方面还需要许多工作要做。