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1、木 材 学 教 案版权归北林曹 琳所有教案内容：绪论树木的生长与木材的形成木材宏观构造木材细胞木材微观构造 木材的化学性质木材的物理性质绪论一、森林的重要性，世界范围及我国的森林资源1、森林的重要性：森林具有三大效益，即生态效益、经济效益、社会效益。（1） 生态功能：森林的功能现在不仅仅是一种资源，它的生态功能越来越为大家重视。现 在随着国民经济的持续稳定发展，随着消费观念的逐步更新。很多人（尤其是城市居民）对 回归自然，远离喧嚣、嘈杂的城市的要求更为迫切。1982 年日本人首先提出森林浴人们对森林的要求有了进一步的要求，森林的生态作用已渐渐超越了它的其它功能。森林的生态 效益是极其重要的。森
2、林是地球生物圈中的大气成分平衡的主要调节者，它能净化空气和降 低噪音等。近代工业发展，使空气中增加了许多有毒气体，如二氧化硫、氟化氢、氯气等， 这些有毒气体直接影响人类身心健康。因此，利用森林保护环境，已引起世界各国极大的重 视。森林的生态功能现分述如下：a. 森林的吸毒作用。阔叶林在生长季节，一般每公顷每天大约吸收二氧化碳1000KG，放出氧气 730kg。所以有了森林能维持大气中二氧化碳和氧气的平衡。b. 林木的杀菌作用。据原苏联报道，很多植物能分泌出能杀菌的挥发性物质，如丁香酚、天竺葵油、柠檬油等，具有杀细菌、原生动物和真菌的作用。c. 林木的吸尘作用。林木对灰尘具有阻挡、过滤和吸附作用
3、。主要表现在两个方面：一是 由于林木的树冠茂密，具有减低风速作用，因风速减慢，空气中携带的大粒灰尘就下降；二 是由于树叶表面不平，多绒毛，能分泌粘性油脂与汁液，吸附大量灰尘。林木叶面的灰尘经 雨水冲洗后，树叶又能恢复其滞尘作用。所以说，森林犹如空气的天然过滤器，使空气净化。森林的滞尘率因树种而异，针叶树较小，阔叶树较大。d. 森林能降低噪音。灌林和草地也有降低噪音的效果。灌木和草地也有降低噪音的效果。e. 森林能涵养水源，防止径流，保持水土。通过树冠截流雨水，减少雨水直接冲击地面， 林内的枯落物层能阻截、过滤和吸收地表径流，森林土壤和迅速渗水入林木根系网的固土作 用，能大大减少地表径流，减免土
4、壤的冲刷。而且对于减少泥石流、崩塌和雪崩的危害也有明显效果。农田防护林能降低风速，减少水分蒸发，提高空气相对湿度，因而改变了小气候。 在沙地营造防护林能固定流沙，防止沙丘移动。所以说，森林不仅能涵养水源，保持水土， 还有防风固沙、调节气候、减免风、沙、水、旱等自然灾害的作用。保障农、牧、副、渔业的高产稳产。f. 森林能保护野生动物。近年来，由于森林在乱砍滥伐下迅速减少，使各种野生动物的栖息地遭到破坏，多种动物濒临灭绝。因而只有保护森林才能拯救野生动物。（2） 经济效益：森林可提供木材（水泥、塑料、钢铁），而木材是四大材料中唯一可再生的材料。森林为我们提供了大量的、宝贵的资源。其他的林产品如：香
5、料、胶、单宁、松香、松节油、漆、樟脑等。森林还可提供多种木本粮食和药材。（3） 社会效益：森林是物种的宝库，国防的天然屏障。一个国家对森林保护的好坏，森林面积的多少，在某种意义上表现出一个国家的文明程度。很多国家建立森林公园来更好的发挥森林的社会效益。1982 年 9 月，我国第一个国家森林公园张家界国家森林公园建成。2、世界范围内森林资源1985 年联合国粮农组织的统计报告，1980 年世界森林面积为 43.21 亿 ha，世界森林覆盖率为 32.3%。全球森林面积以南美为最多，达 9.15 亿 ha；前苏联森林面积(含无林地)为 9.29 亿 ha，是世界各国有森林面积最多的国家；从人均森
6、林面积来说，大洋洲最多(6.96ha)，亚洲最少(0.23ha)。从森林覆盖率来说，法属圭亚那为98.6%，苏里南为95.6%，森林覆盖率在80%以上的有所罗门群岛，巴布亚新几内亚，圭亚那，加蓬和伯利兹。埃及只有0.003%。日本为 67。3、我国的森林资源据研究，一个国家森林覆盖率要在 30%以上，并均匀分布，才能保持水土，保障农田丰收和减轻自然灾害。据 1997-2000 年对森林资源的清查, 我国的森林覆盖率为 18.21%。表 01 我国森林资源清查结果（见幻灯片） 我国森林资源分布图我国有林地面积和蓄积量，就其绝对数量来说还是不小的，但以土地辽阔，人口众多的大国地位来衡量，森林资源又
7、是很不足的，是一个少林国家。我国主要树种区划我国树种资源极为丰富，在已发现的 30000 种种子植物中木本植物约 8000 余种。其中乔木约 2000 种，灌木约 6000 种，而乔木中优良用材和特种经济用材树种则达1000 余种，其中常用树种 300 余种。另有引进成功的优良树种约100 余种。我国幅员辽阔，地势起伏，自北南，包括寒温带温带暖温带亚热带热带.我国气候与土壤的特点，形成我国自然条件得天独厚的多样性从而使各种不同生态要求的树种都能各得其所，生长繁育。下面大致将我国主要树种分布情况介绍给大家，顺便让大家了解一下我国主要木材产区与主要木材种类：（不包括经济林）东北：大小兴安岭：主要为
8、兴安落叶松（Larix ginelini）为主的针叶树林。另有：樟子松、红松、红皮云杉、东北红豆杉等。阔叶树有：白桦、山杨、蒙大栎、水曲柳、紫椴等。华北：本区森林主要是落叶栎类（Querecos）。如辽东栎、麻栎、栓皮栎，其他有榆、泡桐、枫杨、毛白杨、油松等。华东、华中区：本区树种繁多，代表性的有：杉木主产于安徽、浙江、福建、江西、湖南、湖北、广西、广东、四川等地。马尾松（Pinus massoniana）等其它还有华山松、黄山松、水杉及各种阔叶树林如：樟、楠、椆。华南区：主产杉木、马尾松、红椎、木荷、火力楠（Mieheeicc macclurei ver. sublanea ）、格木、竹柏（
9、Podocarpus nagi）、木麻黄蚬木等。另有引进树种桉树多种（Eucalyptus.spp）。4、我国在森林培育上的问题（1） 可采森林资源少，据估计，我国将面临无成熟林可采的局面。（2） 森林质量不高，（3） 分布不均衡，主要分布在东北、西南、东南和华南等边缘省份。解决森林资源不足的方法：开源、节流。开源：进口材只能解一时之急，不是长久之计。节流：提高利用率，我国原来木材利用率为 50%，现在为 70%，而发达国家一般在 80%以上。具体措施：采伐量不变，通过发展综合利用来增加林产品产量。通过优先发展精加工产品（纸浆、家具、人造板）和扩大加工层次（如装饰材料和工艺制品）来提高单位木材
10、原材料的产值。以工养林，以林促工，林工结合发展，这些措施的实质是用剩余物扩大资源，用加工深度增加产值，以林工支持林业。5、我国木材的主要用途建筑用材：我国限制在建筑中应用，但消耗量仍占相当比重，是农村房舍的结构用材和城市建筑不可缺少的内部装饰材料，发达国家就喜欢用木材作建筑材料。采掘用材：特别是采煤使用的矿柱，虽然为了节约资源万吨煤木材消耗量已由原来的 2000 m3 下降至 1000m3 以下，但总消耗量依然可观。主要原因：木材有一定的强度，重量较轻且破坏前有警告性响声。交通建筑用材：船舶、车辆、铁路枕木等用材造纸用材：对造纸来说，植物秸杆纤维短，棉麻类纤维过长，而木材是最佳的造纸原料。家具
11、用材：实木家具最贵，并广受消费者的喜爱。农用材：农业机械及农用车船制造以及农用工具。其它：如纺织用材、乐器用材、运动器械用材（木地板、篮板、乒乓球拍、）工艺美术用材。二、木材的优缺点木材的优点（wood advantage）易于加工：用简单的手工具就可以加工，除用各种形式的榫结合以外，一般用钉子、螺丝钉、各种金属连接器以及胶粘剂就可以结合装配，蒸煮后可进行弯曲、压缩等加工；并且加工剩 余物仅为一些木屑，无污染。木材质轻而强度高，木材的某些强度与重量的比值较诸一般金属的比值高气干木材是良好的热绝缘和电绝缘材料；一般器皿需要绝热都可以使用木材做把柄。我们在生活中也常用木材做电绝缘体。也可利用这种性
12、质在加工中使用高频胶合技术。木材有吸收能量的作用，所以当火车在木枕铺的铁轨上运行时乘客感到比水泥枕铺的铁轨要 舒服。观察时可发现木枕不断的被铁轨压低，又被回弹过来，此即木材对能量的吸收效果。木材是弹塑性体，在损坏时往往有一定的预兆，如裂纹、声音。所以矿柱要用木柱。木材具有天然的美丽花纹、光泽和颜色，有特殊的装饰作用。木纹是天然生成的图案，人们对其有一种自然的爱好。当木材纹理刺激人的视觉感官时，人们就会感到心情舒畅，具有某种美的享受。木材的缺点：干缩湿胀：顺纹最小，一般不到0.1%，而径向（4%8%）小于弦向（7%14%）。处理方法有五种：（1）机械抑制 例胶合板；（2）内部或外部涂饰，例浸渍木
13、；（3）用化学方法减小木材亲水性，例氢化木材。（4）充胀法（bulking），即将一种非挥发性物质添入木材细胞壁中，减少容纳水的空隙，例用聚乙二醇的处理。（5）用化学方法使纤维结构单位产生交联减少水分吸收。例乙酰化木材。木材容易腐朽和虫蛀；当木材含水率低于 18%，一般木腐菌是不能寄生于木材的，若木材空隙内空气体积少于 20%时，真菌不能生存。木腐菌最适宜生长的温度为 2432，低于20或高于 38都会抑制真菌的生长。且木腐菌的生长还要有适宜的养分和生长素或维生素与矿物质。小尺寸木材易于燃烧：薄的刨花很容易点燃，但尺寸较大的木材比较难于燃烧木材各向异性，而且变异性很大，不同树种的木材，其性质差
14、异很悬殊，例 蚬木的比重约为 1.20，而轻木的比重只有 0.12，即使是同一种木材也有相当大的变异性，例如，年轮宽度、晚材率、密度等。一般同一树种的木材变异性可忽略不计，但决不可不不加考虑。木材有天然缺陷：例节疤等。这在木材利用时不利，因木材强度指标都是用无缺陷的小试件在特定条件下所测定的平均值，但在实际中木材尺寸都大不可避免带有天然缺陷，从而降低了木材的强度。因此在实际应用中往往要对用标准法测的数据进行折减，这会导致木材的性质不能充分利用。三. 木材学的研究内容国际木材科学学会(IAWS)确定了广义的木材科学：指木质化天然材料及其制品的生物学、化学和物理性质，以及生产、加工工艺的科学依据。
15、木材科学的狭义范畴是以木材为对象的材料科学，为基础学科，包括木材结构，木材性质(化学、物理、力学)，木材缺陷和木材的功能性改良理论等内容。第一章 树木的生长与木材的形成一、 植物分类植物分类是以植物的亲缘关系为基础，研究区分植物类别的科学。植物分类系统是植物分类 学的中心内容，而植物分类单位和命名则是其重要组成部分。现代植物分类学所采用的分类 基本单位是种（species）最高单位是界（kingdom），介于其间的是门(phylum)、纲(class)、目(ordre)、科(family)、属(genus)。二、 树木的分类： 树木的概念：树木：是由种子（或插条）萌发，经过幼苗期，长成枝叶繁茂
16、，根系发达的高大乔木或较矮小的灌木以及木质藤本，它是木本植物的总称。前面我们在绪论中讲过树木有很多种，光我国就有 8000 余种，那么这些树木是如何分类的？ 下面我们看看。1、Wood 分类：植物界按亲缘关系或联系，可划分为藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、以及种子植物四大门。这四大门在形态、结构上反映植物界从简单到复杂，从低级到高级的进化过程。2、具体分类：首先，我们看看裸子植物亚门：裸子植物：乔木或灌木，稀为木质藤本，叶多为针形、条形或鳞形（稀为其它形状，如银杏为扇形）。所以，这类树木又称为针叶树。裸子植物发生发展的历史悠久，最早出现在34,500 万年前至 39,500 万年之间的古生代泥盆
17、纪、历经古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的三叠纪、侏罗纪、白垩纪，近生代的第三纪、第四纪，现存的裸子植物中有不少种类，如我国的银杏、油杉、铁杉、金钱松、红豆杉、水杉等，都是第三纪的孑遗植物。裸子植物现存 12 科 71 属，近 800 种，我国有 11 科 41 属。植物主要包括以下几个纲，其中松柏纲中的松、杉、云杉、冷杉、落叶松等乔木，在世界森林资源中占主要部分，称为针叶树，针叶树通带，高大而通直，常不分大叉，枝下高较高。被子植物：乔木、灌木、草本或藤本，单叶或复叶，网状叶脉或平行脉，叶形多宽阔，故这类树木常称为阔叶树。被子植物较裸子植物进化，最早出现于中生代侏罗纪。自白垩纪末期及第三纪，繁衍
18、极盛， 至今成为最占优势树种。它分为双子叶植物纲与单子叶植物纲。只有双子叶植物纲的一小部 分可产生木材。大家以刺槐为例可以很清楚的看出树木的分类。以刺槐为例：界植物界 Plantae门种子植物门 Spermatophyta亚门被子植物亚门 Angiospermae 纲双子叶植物纲 Dicotyledones 目豆目 Leguminosae科蝶形花科 Papilionaceae属刺槐属 Robinia种刺槐 Robinia pseudoacacia三、树林及木材的名称：1、树的名：(scientific name)学名：即拉丁文名，这种命名法叫双名法。大家看投影拉丁学名： 二名法 属名 种加词(
19、 命名人名)如: Ginkgo biloba Linn. 银杏Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. 红松Pinus 松属; Abies 冷杉属;Picea 云杉属; Larix 落叶松属树木的植物学名称，它不是中文，而是世界上通用的拉丁文，这样的命名的结果，是每一种 木材只有唯一的拉丁文名称。如马尾松（Pinus massoniana.Lamb），其中 Pinus 的意思是取树脂之树。 Massoniana 是从英国的姓氏 masson 转化而来的。还有杉木（ Cunning hamia. Lanceolata Hook.）等，那么它又是如何命名的呢？它采用的是双命名
20、法，即第一个词是属 名，第二个词是种名，种名一般由地、人或意义表征，即也是种加词，最后一个词是定名人。这种定名法是 1753 年，著名的瑞典植物学家林奈（ linnaeus）在他的植物种志(Species platarum)一书中首先提出的，后经国际植物学会通过。要注意的是：属名各命名人的第 一个字母要大写；种加词的第一个字母要小写。2、木材的名称：学名：是按照树的名称，也是拉丁文名。即木材的规范化名称，在学术交流与论文、木材贸易中都应该使用它。这样可以防止名称混淆。商品名：市场上通用或由多国规定的商品名称,即贸易名。俗名：对于木材各国都有一般的俗名，我国幅员辽阔，树种繁多，各地习惯各不相同，
21、造成木材名称，同物异名与同名异物的现象。同物异名如：华山松（ Pinus armandi）在陕西各地至少有十种以上的不同名称，而枫杨（Pterocarya stenoptera）在全国各地就有多达几十种的不同名称。同名异物：松木的科学概念，是指松属木材中的某一种，但在习惯中大家指除柏木与杉木外的全部针叶材。白松泛指云杉属与冷杉属的各种木材，在现在市场上又指白皮松。目前我国木制品市场上的木材名称非常混乱,其中有些是因为对木材名称缺乏了解,也有些是厂商从自身利益出发,主观拟定的一些与高档木材相似的名称以招揽顾客。在某些展览会上, 不少厂商的产品介绍中,木材和木制品名称混乱,有些把木材的外文商品名和
22、拉丁名混淆 ,有些把木材外文商品名的译音误认为是规范的中文名,更有部分厂商,仅用自拟的不规范中文名, 甚至明确告诉顾客:本公司所售地板的木材名称为其商品名或俗名。木材是一种很重要的 商品,没有规范的中文名也就没有是非标准,也就无法辨别其真伪和优劣。现在中国主要木材名称和红木国家标准已经颁布执行,还有东南亚热带木材、非洲热带木材、拉 丁美洲热带木材和世界商品木材拉汉英名称等专著可供参考。木材正确的名称可分为二类:一是市场上通用或由多国规定的商品名称,即贸易名;二是国际通用的拉丁树木名称。木 材的中文名就是已经归类的商品材的木材名称,如国产 14 种桦木都归并为桦木类。第二节 树干的生长与木材的形
23、成一、树木的组成树木是由种子（萌条、插条）萌发，经过幼苗期，长成枝叶繁茂、根系发达的高大乔木。纵观全树，它是由树冠、树干和树根三大部分组成。 1、树根：地下部分，是主根、侧根和毛细根的总称。占树木总体积的 525%。作用与功能：支持树体固定树木（主根）、吸收土中水分和矿物质营养（侧根和毛细根）。2、树冠：树木最上部分生长的枝丫、树叶、侧芽和顶芽等部分的总称。占树木总体积的525%。作用与功能：主要起光合作用，将根吸收的水分、养料及叶吸收的 CO2，通过光合作用制成碳水化合物。3、树干：树冠与树根之间的直立部分。主要用材部分，占树木总体积的5090%。作用与功能：输导水、树液贮存营养物质，并支撑
24、树冠；（树内运输）；通过木质部的生活部分（边材）向上输送水分与矿物质至树冠；通过树皮的韧皮部将树冠制造的养料向下输送，并贮存于树干内。二、树木的生长包括高生长和直径生长。1、高生长：树根和茎主轴生长点的分生活动，即顶端分生组织或原生组织的分生活动的结果。它包括根的不断延长，茎干的不断加高和侧枝的不断延伸。下面这张表表示了树木高生长与直径生长过程。原分生组织：位于植物体的顶端，由许多体积小、直径相等的多面体薄壁细胞组成。特点是： 胞核大，胞质浓，具强烈的分生能力（分生时只能增加细胞的数量，细胞体积并不加大）。 无细胞间隙。表皮原发育表皮（位于茎外部）皮层原（基本组织）发育皮层（位于表皮与中柱之间
25、）中柱原（由原形成层与髓组成）发育向内生成髓，向外生成初生维管束（原形成层）；初生维管束向内生成初生木质部，向外生成初生韧皮部。这些初生组织再无分生能力。初生维管束围绕髓成一圆圈，但不连接。2、直径生长：初生维管束内的形成层，称束中形成层（由后生木质部与后生韧皮部之间存留的原始形成层发展的），待进一步发展。束间薄壁细胞恢复分生能力称束间形成层。二者形成一圆圈合称形成层。所谓形成层（cambium）、侧向分生组织（也称次生分生组织）为细胞分裂活跃的生长层。直径生长：形成层向内分生次生木质部（selondary wood xylem），向外分生次生韧皮部，具有较低分生能力，直径生长就是由于形成层的
26、细胞分裂而引起的，形成层的原始细胞在分裂 为木质部细胞和韧皮部细胞时，首先，在弦切面一分为二，即进行弦切面分裂，其中较大的 一个将返回原来的大小，作为原始细胞留下来，另一个若在内侧则成为木质部细胞，若在外 侧则成为韧皮部细胞，分别追加着木质部和韧皮部的量。从图中可看出树木通过直径生长后， 形成木质部，树干变粗。木材形成的过程从立体上来看，形成层包在干、枝，及根周围呈鞘状，在弦切面进行分裂，向内侧（向心地） 分生木质部细胞，向外侧（离心地）分生次生韧皮部细胞的分生组织，我们称构成形成层的 细胞为形成层原始细胞（cambial initial）。它分为两种即纺锤形原始细胞与射线原始细胞。（1） 形
27、成层细胞的分裂形成层的原始细胞在分裂为木质部细胞和韧皮部细胞时，首先，在弦切面一分为二，即进行 弦切面分裂，其中较大的一个将返回原来的大小，作为原始细胞留下来，另一个若在内侧则 成为木质部细胞，若在外侧则成为韧皮部细胞，分别追加着木质部和韧皮部的量。在一个生 长期内，由形成层弦切面分裂所产生的木质部母细胞的数量及分裂次数要多于韧皮部母细 胞，在此图中韧皮部母细胞只有一层，而木质部母细胞却有3 层，一般来说，韧皮部母细胞的层数一年四季约 01 层左右，变化不太大，木质部母细胞在休眠期为 25 层，在分裂活动最旺盛期达到 1015 层左右。一般来说，多数树种的形成层原始细胞排列不整齐，即它们的排列
28、上下交错，不在同一水平面上，这种形成层称为非叠生形成层。但有些阔叶树种形成层原始细胞排列整齐，从垂直于形成层的方向观察，它呈明显的层次，称为叠生形成层。叠生形成层有的仅有一种原始细胞叠生，有的两种原始细胞都叠生。叠生形成层所产生的组织也叠生。（2） 新生木质部细胞的成熟成熟过程基本上可划分为两阶段：细胞的扩大生长（细胞壁的面积生长）；）细胞壁的增厚和木质化。树木开始生长时木质部细胞的细胞壁仅是由初生壁构成的，细胞内有原生质，初生壁是各向 同性的，纤维素微纤丝的结构是无一定方向的网状，新的纤维素微纤丝将插入在网隙松弛的 地方，即通过所谓插入生长形式来进行面积生长。除了各个邻近细胞间具有原生质联络
29、的部 分外，各个细胞将以胞间层相隔离，此时的胞间层主要是果胶质，具有丰富的可塑性。细胞 扩大首先由细胞直径的增大开始，对针叶材管胞而言，直径增大，仅在射线方向上进行，早 材增大较多，晚材则较小，因此，针叶材的形成层细胞排列形式被原封不动的反映到木质部。管胞是由纺缍形原始细胞分生衍生的轴向分子，接续细胞直径增大，将发生细胞轴向的伸长 细胞之间不错位，只是细胞的先端伸长，插入到其它细胞之间，即所谓插入生长。细胞壁增 厚是细胞成熟的第二个阶段，这时细胞中有原生质，从初生壁的内侧起纤维素微纤丝开始堆 积，即进行所谓附着生长，这样在初生壁内侧通过附着生长堆积的细胞壁叫作次生壁。随着 次生壁的堆积，我们把
30、木质素在木质部组织中的沉积现象叫作木质化。木质化现象从细胞的 角隅处，木质素开始，逐渐向组织间层全体，进一步向初生壁和次生壁的间隙中沉积，这样， 次生壁的增厚就结束了。 因在生长早期，细胞分裂快，所以细胞壁相对较薄，而腔较大， 形成早材。细胞也就成熟了，这时细胞将失去原生质，变成死细胞，也就是成熟木质部中的管胞。树木到了生长晚期，管胞的扩大增厚过程与早材一样，同时，因为在生长晚期，细胞分裂慢，生长较慢，细胞壁厚，形成了晚材。管胞生长过程是针叶树材中的细胞的代表，但是细胞成熟的时间是各不相同的。（3） 形成层圆周的扩大我们前面讲了很多形成层原始细胞的分裂，形成层原始细胞的这种弦向分裂我们叫平周分
31、 裂。木质部随着形成层细胞的分裂在不断的增加，所以包在木质部外面的形成层也必须进行 圆周扩大，即进行垂周分裂，垂周分裂是在径向产生新的原始细胞，以适应树干直径加大。第三节 树干的构造一、树干的组成1、树皮的构造（构造）树木形成层以外的全部组织，统称为树皮。其组织结构随树龄而异，幼茎的树皮是由表皮、皮层、初生韧皮部所组成。（1） 表皮：由表皮层原分裂出来的，其细胞胞壁极厚，富于角质，具气孔。其功能是：防止内部组织的水分蒸了和保护外部不受伤害。由于表皮组织不具备再分生能力，当茎部在形 成层的分裂下增粗时，表皮胀破。（2） 皮层：由皮层原发育而来，一般为多层薄壁组织发生弦向分裂产生木栓形成层。由木栓
32、形成层向外分生木栓层，向内分生木栓内层，这三层合称周皮。一般木栓形成层不具有象形成层那样的无限分生能力。分生一段时间后，将停止分生作用， 但由于木质部直径的不断增长，在一定的时间内会在皮层的内部矛盾形成新的木栓形成层。即形成新的周皮，每当新周皮形成后，外侧的树皮组织便因水分隔绝而死亡。因为木栓层的 细胞不仅胞壁木栓化，且有时细胞内腔还添加木栓层，可阻止水分通过。如以最外层的周皮为界，树皮又分为内、外皮。内皮是活的组织，即活皮。外皮是死亡的组织即毛皮。有些树皮的风、外皮颜色、质地有明显差别。如泡桐、银杏等，另一些却不明显，如化香树皮。外皮随着木质部的直径生长，而依次破坏剥落。故树皮表皮呈现成多种
33、形状。如呈沟状（麻栎：Qucrcus acutissiuma、水曲柳： Eraxims mandshurica）、鳞片状（典型代表鱼鳞云杉： Picamicrosperma）、纤维状（圆柏：Sabina chinensis、柏木、杉木）等。有些树皮平滑如千金榆（Carpinus cordata）、桦木（Pietulaplatyphylla）,特别是光皮桦（Betula lumini fera）、外皮平滑，呈薄片状剥落，可代纸。呈现不同形状的外树皮是由于其自然剥落而引起，它的剥落方式和上面所讲的木栓形成层排列方式有关。（3） 皮孔：当周皮形成时，在原来的气孔部位，由木栓形成层产生大量的疏松细胞（
34、由木 栓形成层产生），这些细胞增大，中间溶融而相互分离，同时胞壁木栓化，最后形成疏松、色淡的组织，即补充组织。由于补充组织的不断产生，突破周皮，使树皮表面呈凸出状，即所谓皮孔，它是水分和气体的通道。皮孔和树皮裂隙方式，不同树种各异，故可作原木识别的依据之一，如光皮桦其皮孔呈横线裂，毛白杨呈菱形，泡桐呈卵圆形，苦楝呈圆形。（4） 树皮的组成分子：筛胞和筛管分子：针叶树是筛胞，阔叶树是筛管分子，具筛胞和筛管分子的形态特征与管胞、导管相似。相当于木质部中的管胞和导管。另还有伴胞：小型的薄壁组织，由筛管分子分裂形成，具核。而筛分子不具核，伴胞与筛分子在生理上关系相互依存。韧皮纤维：针、阔叶树的韧皮部中
35、都有，是极长的厚壁细胞。有些树种很发达，有些性脆， 有些柔韧。石细胞：是针、阔叶树韧皮部中的机械组织（特厚壁硬化组织），不由形成层直接产生而是薄壁细胞增厚时，细胞先出现不规则分裂，分裂时，有复杂的分枝或长度伸长。（5） 树皮识别及利用：因树皮外部形态、厚度、颜色、气、滋味各异，故可作为原木识别的主要依据。但因运输、贮藏等过程中，树皮易损，要加考虑。树皮的用途很多：如栓皮栎（Quercus variabilis）、黄波罗（Phalloderdron amurense）等树皮是隔热、绝缘、防震的良好材料。栎木、云杉（Picea asperata）、铁杉（Tsuga chinensis）及化香树（p
36、latycarya strohilacea）的树皮可提取丹宁；桑树（Morusalba）构树、梧桐（Firmiana simplex）等可提取纤维，用于造纸等；桦树皮可制桦皮焦油；肉桂（Cinnamomum cassia）及金鸡纳（cinchorn heqerama）的树皮可供药用；厚朴、苦木、杜仲也是贵重药材。2 形成层：由一层薄壁细胞组成，向内分生木质部，向外分生韧皮部。3、木质部4、髓次生木质部和初生木质部的不同初生木质部是直接起源于顶端分生组织的由原始形成层分生的木质部，它包括原生木质部与 后生木质部，量少，材质差。次生木质部是起源于维管束形成层的木质部，量多，材质好。初生木质部与次生
37、木质部组成分子基本相同，即一样的基本细胞类型：管状分子、纤维、薄 壁组织细胞。但是，它们之间也有许多不同，归纳起来有五点：（1） 构成细胞的起源不同。初生木质部直接起源于顶端分生组织，是由原始形成层分生而来的。次生木质部则起源于维管束形成层。（2） 组织系统不同。初生木质部中仅有轴向组织系统，没有射线系统，所以不构成完备的轴向和横向组织系统，而次生木质部中有轴向组织系统，还有横向组织系统。（3） 细胞的积蓄空间不同。初生木质部只沿着树木轴向积蓄，而次生木质部则沿着树木的轴向和横向同有积蓄。（5）从材料学的角度看，物理性用材用的是次生木质部。三、幼龄材与成熟材的区别幼龄材围绕髓呈圆柱体，是在形成
38、层形成木材时期活动的树冠区域内，受顶端分生组织伸长影响的结果。正在生长的树木，当树冠向上移动较高的时候，顶端分生组织的影响在一定的形成层区内减弱，便形成了成熟材。简而言之，幼龄材是形成层未成熟时形成的，成熟材是形成层成熟时形成的。在同株内的幼龄材和成熟材必须考虑它们是两个显然不同的总体。成熟材具有该树种正常的性质。而幼龄材具有的构造特征和物理性质则次于同株的成熟材。（1）幼龄材细胞长度（管胞与纤维）小于成熟材且细胞长度增长迅速。（2）幼龄材细胞壁中的半纤维素和木素的含量比成熟材高，尤其是木素含量高很多，纤维素却要低。根据已有试验，幼龄材和成熟材的主要差别在于前者的材性普遍低劣，使之不适于用做结
39、构材，而且在一些用途中常避免使用幼树木材，因带髓心的木材纵向干缩较大，导致锯材翘曲。区别幼龄材的主要依据是木材的细胞构造和材性。人工林的林木，靠近髓的木材生长快速可视为幼龄材。第二章 木材的宏观构造我们研究木材构造的目的，在于揭示树种间木材结构上的共同性和相异性，以达到深刻认识木材本质和识别木材的目的。研究木材构造依据采用的工具和放大倍数而分为三个层次：用肉眼或扩大镜所观察到的木材构造特征，为木材的宏观构造特征，借助于普通光学显微镜观察到的木材构造特征，为显微构造特征，近代应用X 射线和电子显微镜显示木材细胞壁的特征为超微构造特征。如上所述木材的宏观构造是指在肉眼或借助 10 倍放大镜所能见到
40、的木材构造特征又称为粗视特征。木材的宏观特征，分为主要宏观特征和辅助宏观特征两部分。木材的主要宏观特征 是木材的结构特征，它们比较稳定，包括心材和边材、生长轮和年轮、早材和晚材、管孔、轴向薄壁组织、木射线、胞间道等。木材的辅助宏观特征又称次要特征，它们通常变化较大， 只能在宏观识别木材中作为参考，如髓斑、色斑、乳汁迹、内含韧皮部、油细胞和粘液细胞等。木材的颜色、光泽、纹理、花纹、结构、材表、气味、滋味、轻重和软硬等一些物理特征， 作为木材识别的辅助依据，也列入木材宏观构造的范畴。第一节 木材的三切面木材是由无数不同形态、不同大小、不同排列方式的细胞所组成，又由于树木生长的不均一， 致使各种树种
41、的木材构造极其多样性，而且物理、力学性质也不同。所以要全面了解木材构 造必须从三个切面进行观察。如图 2-1 所示此即是一个木材的三切面图，略讲一下图。首先我们来看横切面。一、横切面与木材纹理（树轴）垂直的切面，即树干的端面。轴向分子两端的特征和射线的宽度可在此面观察。生长轮在此面呈同心圆状；木射线呈辐射状。二、径切面（顺纹方向）通过髓心与木射线平行的切面，或与年轮垂直的切面。此面可观察轴向分子的长度和宽度及木射线的高度和长度。生长轮在此面呈相互平行的带状。木射线也呈宽带状，可观察木射线的宽度与高度。三、弦切面（顺纹方向）不通过髓与年轮相切的切面。生长轮在此面上呈同心圆状。在此面上可观察到射线
42、宽度与高度。四、径切板和弦切板在木材加工中通常所说的径切板和弦切板，与上述的径切面和弦切面是有区别的。在木材生 产和流通中，借助横切面，将板宽面与生长轮之间的夹角在4590的板材，称为径切板； 将板宽面与生长轮之间的夹角在 045的板材，称为弦切板。第二节 木材的主要宏观特征1、边材和心材在成熟树干的任意高度上，处于树干横切面的边缘靠近树皮一侧的木质部，在生成后最初的 数年内，薄壁细胞是有生机的，即生活的，除了起机械支持作用外，同时还参与水分输导、矿物质和营养物的运输和贮藏等作用，称为边材。心材是指髓心与边材之间的木质部。心材的细胞已失去生机，树木随着径向生长的不断增加和木材生理的老化，心材逐
43、渐加宽，并且颜色逐渐加深。2. 心材的形成边材的薄壁细胞在枯死之前有一个非常旺盛的活动期，淀粉被消耗，在管孔内生成侵填体， 单宁增加，其结果是薄壁细胞在枯死的同时单宁成分扩散，木材着色变为心材。总之，形成 心材的过程是一个非常复杂的生物化学过程。在这个过程中，生活细胞死亡，细胞腔出现单 宁、色素、树胶、树脂以及碳酸钙等沉积物，水分输导系统阻塞，材质变硬，密度增大，渗透性降低，耐久性提高。在树干的横切面，边材及心材的面积占总面积的比率分别叫边材率和心材率。受遗传因子、立地条件、树龄、在树干中的部位等因素地影响，心材率存在显著的差异。日本扁柏、柳杉、 铅笔柏的心材率分别为 5080%、5270%、
44、88%。图 2-2 是 159 年树龄的松木在树干不同高度的心?边材面积。较早形成心材的树种，心材率高，如圆柏属、红豆杉属、梓属、刺槐 属、檫木属和桑树属等。有些树种，如银杏、马尾松、落叶松、柿树、金丝李和青皮等，一般需要 1030 年以上才能形成心材，心材率低。3. 边材树种、心材树种和熟材树种在实际工作中，通常根据心?边材的颜色、立木中心?边材的含水率，将木材分为以下三类：（1） 心材树种(显心材树种)心?边材颜色区别明显的树种叫心材树种(显心材树种)，如松属、落叶松属、红豆杉属、柏 木属、紫杉属等针叶树材；楝木、水曲柳、桑树、苦木、檫木、漆树、栎木、蚬木、刺槐、香椿、榉木等阔叶树材。（2
45、） 边材树种心?边材颜色和含水率无明显区别的树种叫边材树种，如桦木、椴木、桤木、杨木、鹅耳栎及槭属等阔叶树材。（3） 熟材树种(隐心材树种)心?边材颜色无明显区别，但在立木中心材含水率较低，如云杉属、冷杉属、山杨、水青冈等。有些边材树种或熟材树种，由于受真菌的侵害，树干中心部分的材色会变深，类似于心材， 但在横切面上其边缘不规则，色调也不均匀，将这部分木材叫假心材或伪心材。国产阔叶树 材中常见于桦木属、杨属、柳属、槭属等树种。另有有些心材树种，如圆柏，部分心材由于真菌危害，偶尔出现材色浅的环带，与内含边材很相似，应注意区别。二、生长轮、年轮、早材和晚材1. 生长轮、年轮通过形成层的活动，在一个
46、生长周期中所产生的次生木质部，在横切面上呈现一个围绕髓心 的完整轮状结构，称为生长轮或生长层。生长轮的形成是由于外界环境变化造成木质部的不 均匀生长现象。温带和寒带树木在一年里，形成层分生的次生木质部，形成后向内只生长一 层，将其生长轮称为年轮。但在热带，一年间的气候变化很小，四季不分，树木在四季几乎不间断地生长，仅与雨季和旱季的交替有关，所以一年之间可能形成几个生长轮。生长轮在不同的切面上呈不同的形状。多数树种的生长轮在横切面上呈同心圆状，如杉木、红松等；少数树种的生长轮则为不规则波浪状，如壳斗科、鹅耳枥、红豆杉、榆木等；石山树则多作偏圆形；蚬木似鲑壳的环纹。生长轮在横切面上的形状是识别木材
47、的特征之一。生 长轮在径切面上作平行条状，在弦切面上则多作V 形或U 形的花纹。树木在生长季节内，由于受菌虫危害、霜、雹、火灾、干旱，气候突变等的影响，生长中断， 经过一定时期以后，生长又重新开始，在同一生长周期内，形成两个或两个以上的生长轮， 这种生长轮称作假年轮或伪年轮。假年轮的界线不像正常年轮那样明显，往往也不成完整的 圆圈，如图 2-3 所示，其类型如图 2-4 所示。杉木、柏木、马尾松常出现假年轮。2. 早材与晚材形成层的活动受季节影响很大，温带和寒带树木在一年的早期形成的木材，或热带树木在雨 季形成的木材，由于环境温度高，水分足，细胞分裂速度快，细胞壁薄，形体较大，材质较松软，材色浅，称为早材。到了温带和寒带的秋季或热带的旱季，树木的营养物质流动缓慢， 形成层细胞的活动逐渐减弱，细胞分裂速度变慢并逐渐停止，形成的细胞腔小而壁厚，材色 深，组织较致密，称为晚材。在一个生长季节内由早材和晚材共同组成的一轮同心生长层， 即为生长轮或年轮。在 2 个轮界限之间也即一个