樹木的生長和木材的形成

樹木的生長和木材的形成第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五植物分類學植物分類系統(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——檀香紫檀馬尾松針葉樹材：指裸子植物的木本植物，這類木材輕軟（Softwood）。闊葉樹材：指被子植物中雙子葉植物中的木本植物。這類一般較硬重(Hardwood)。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五木材名稱

1學名：遵循《國際植物命名法規(guī)》，用拉丁字母書寫并在國際上得到承認，被世界廣泛應(yīng)用的植物名稱，稱為學名。學名的組成：屬名＋種名＋定名人。

紅松：PinuskoraiensisSieb.etZucc.

紅松Pinus（屬名，第一個字母大寫，斜體）

koraiensis

（種名，斜體）Sieb.etZucc.（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+sp.或者屬名+spp.

松屬的某種木材的表示方法：Pinussp.

松屬的某幾種木材的表示方法：Pinusspp.

第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五木材名稱

2木材名稱：木材標準稱謂，依木材類為準，其歸類是以樹木學為基礎(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、馬達加斯加鐵木豆紅木——包括5屬8類木材

WB/T2103-2008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：菠蘿格第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五常用木材名稱標準GB/T18513-2001中國主要進口木材名稱GB/T16734-1997中國主要木材名稱WB/T2103-2008中國主要木材流通商品名稱第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五3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）：如：刺猬紫檀：非洲黃花梨；紅鐵木豆：紅檀第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.2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，通過細胞分裂和擴大，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。第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.2.1樹木的組成部分

樹木是有生命的有機體，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。第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五（一）樹根(root)：樹木的地下部分，占5~25%體積。功能：吸收水分和礦物質(zhì)，將樹木固定于土壤。（二）樹冠(tree-crown)：樹木的最上部分，由樹枝、樹葉組成。占5~25%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）樹干(trunk)：樹木地面以上的主莖部分，是樹木的主體，占樹木體積的50~90%。它一方面將樹根吸收的養(yǎng)分由邊材運送到樹葉，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。第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五樹木的生長

高生長（頂端生長）(elongationoftreestem)：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。

分生作用:

細胞數(shù)量增加（細胞體積不變）如：園林修植物籬墻采用剪頂端組織抑制高生長。第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五直徑生長（次生長）(secondarygrowth)：

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。

第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五植物生長示意圖高生長直徑生長第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五樹干的組成1.樹皮2.形成層3.木質(zhì)部4.髓第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五樹干的組成（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。

（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。第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五樹干的組成（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。（四）髓：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。髓的形狀、顏色、大小不同，有助于識別。第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

樹皮

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。

第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

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2.形成層(cambium)

木材是通過形成層的細胞(cell)分裂、新生木質(zhì)部細胞的成熟、成熟木質(zhì)部細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(secondaryphloem)，向內(nèi)分裂產(chǎn)生次生木質(zhì)部(secondaryxylem)。

第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五形成層原始細胞分為：1）射線原始細胞（平周分裂）-分生出木射線和韌皮射線等橫臥細胞;2）紡錘形原始細胞（垂周分裂）-分生出導(dǎo)管、管胞、木纖維等垂直細胞。第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

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，也是木材科學的研究對象。木質(zhì)部分為：初生木質(zhì)部(primaryxylem)和次生木質(zhì)部(secondaryxylem)。

第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五髓位于樹干的中心，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。各種樹髓的形狀和大小都不一樣，有助于木材的識別。髓心的顏色多數(shù)為褐色，但也有紅色的，如血桐；赤色的如細香桂等。髓心大小因樹種而異，針葉樹材的髓心差不多，直徑約為3~5mm,闊葉樹材相差很大，有的可以達到10mm。第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

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長樹株中嚴重影響木材品質(zhì)的部分。研究幼齡材，可進一步提高對木材的綜合利用率。

第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五關(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。由于這些錯誤認識，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識。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.1幼齡材形成的機理

1.4.1.1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?？梢园堰@種生長旺盛比喻為幼童狀態(tài)。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。

第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五樹干的中心是髓，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。還要認識的一個要點是，在樹莖長到任何一個高度上的前5～25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。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.1.2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。第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.1.3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。第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.2幼齡材的概念

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。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，也就逐漸遠離頂端分生組織，并且受它的影響也在減弱。

第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

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。第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3幼齡材的性質(zhì)

研究表明，一般幼齡材的質(zhì)量次于成熟材，主要表現(xiàn)在以下方面：木材結(jié)構(gòu)方面木材物理力學性質(zhì)方面3木材化學方面

第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3.1木材結(jié)構(gòu)方面

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3～4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)木材是幼齡材略大于成熟材。第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3.1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。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3.2木材物理力學性質(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。第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3.2木材物理力學性質(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。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五

1.4.3.3木材化學性質(zhì)方面針葉樹幼齡材與成熟材通?；瘜W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。

第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3.3木材化學性質(zhì)方面

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，樹干的螺旋紋理傾角（針葉樹材的管胞傾角）和細胞壁微纖絲傾角均大于成熟材，因此幼齡材剛性小、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。第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五應(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。第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期五