树木的生长和木材的形成过程 (2).ppt

树木的生长和木材的形成树木的生长和木材的形成过程过程现在学习的是第1页，共25页植物分类学l植物分类系统的阶段层：植物分类系统的阶段层：树木的分类常用的方法是恩格勒(Engler)的自然分类法 界植物界 门种子植物门 亚门被子植物亚门（阔叶材）裸子植物亚门 （针叶材）纲双子叶植物纲 松柏纲 目豆目 松柏目 科蝶形花科 松科 属紫檀属 松属 种 檀香紫檀 马尾松针叶树材：指裸子植物中的木本植物，这类木材轻软（Softwood）。阔叶树材：指被子植物中双子叶植物中的木本植物。这类一般较硬重(Hardwood)现在学习的是第2页，共25页木材名称木材名称 1 学名：学名：遵循遵循国际植物命名法规国际植物命名法规，用拉丁字母书写并在国际上得到承认，被，用拉丁字母书写并在国际上得到承认，被世界广泛应用的植物名称，称为学名。世界广泛应用的植物名称，称为学名。学名的组成：属名种名定名人。学名的组成：属名种名定名人。如：红松如：红松 Pinus Koraiensis Sieb.et Zucc.松树的某种木材的表示方法：松树的某种木材的表示方法：Pinus sp.松树的某几种木材的表示方法：松树的某几种木材的表示方法：Pinus spp.现在学习的是第3页，共25页木材名称木材名称 2 2 木材名称：木材标准称谓，依木材类为准，其归类是以树木学为基础，把材性和用途相近木材树种统木材名称：木材标准称谓，依木材类为准，其归类是以树木学为基础，把材性和用途相近木材树种统一，又称商品名。一，又称商品名。如：如：红铁木豆红铁木豆 葱状铁木豆、马达加斯加铁木豆葱状铁木豆、马达加斯加铁木豆 红木红木包括包括5 5属属8 8类木材类木材 WB/T 103-2008 WB/T 103-2008 中国主要木材流通商品名称中国主要木材流通商品名称3 3 中文名：根据树种拉丁名而来，又称正名或通名。中文名：根据树种拉丁名而来，又称正名或通名。4 4 别名：树种的地方名称，又称俗名。别名：树种的地方名称，又称俗名。GB/T 18513-2001 GB/T 18513-2001 中国主要进口木材名称中国主要进口木材名称GB/T 16734-1997 GB/T 16734-1997 中国主要木材名称中国主要木材名称 WB/T 103-2008 WB/T 103-2008 中国主要木材流通商品名称中国主要木材流通商品名称 现在学习的是第4页，共25页1.2 树木的生长与木材的形成树木的生长与木材的形成 树树木木的的生生长长是是指指树树木木在在同同化化外外界界物物质质的的过过程程中中，通通过过细细胞胞分分裂裂和和扩扩大大，使使树树木木的的体体积积和和重重量量产产生生不不可可逆逆的的增增加加。树树木木是是多多年年生生植植物物，可可以以生生活活几几十十年年至至几几千千年年。树树木木的的一一生生要要经经历历幼幼年年期期、青青年年期期、成成年年期期，直直至至衰衰老老死死亡亡。而而木木材材产产自自高高大大的的针针叶叶树树和和阔阔叶叶树树等等乔乔木木的的主主干干。要要了了解解主主干干是是怎怎样样生生成成的的，首首先先有有必必要要了了解解树树木的生长过程。木的生长过程。现在学习的是第5页，共25页1.2.1 树木的组成部分 树木是有生命的有机体，是由种子（或萌条、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。现在学习的是第6页，共25页（一）一）树根树根(root)：树木的地下部分，：树木的地下部分，占占525%体积。体积。功能：吸收水分和矿物质，将树木固定功能：吸收水分和矿物质，将树木固定于土壤。于土壤。（二）（二）树冠树冠(tree-crown)：树木的最上部分，：树木的最上部分，由树枝、树叶组成。占由树枝、树叶组成。占525%体积。体积。功能；将树根吸收的水分和矿物质等养功能；将树根吸收的水分和矿物质等养分和叶吸收的二氧化碳，通过光合作用分和叶吸收的二氧化碳，通过光合作用制成碳水化合物。制成碳水化合物。（三）（三）树干树干(trunk)：树木地面以上的主茎：树木地面以上的主茎部分，是树木的主体，占树木体积的部分，是树木的主体，占树木体积的5090%。它一方面将树根吸收的养分由。它一方面将树根吸收的养分由边材运送到树叶，另一方面把叶子制造边材运送到树叶，另一方面把叶子制造的养料沿韧皮部输送到树木的各个部分，的养料沿韧皮部输送到树木的各个部分，并与树根共同支撑整个树木。并与树根共同支撑整个树木。现在学习的是第7页，共25页树木的生长树木的生长 高生长（顶端生长）高生长（顶端生长）(elongation of tree stem)：是：是根和茎主轴生长点的分生活动，即顶端分生组织或原分生根和茎主轴生长点的分生活动，即顶端分生组织或原分生组织的分生活动的结果。组织的分生活动的结果。分生作用分生作用:细胞数量增加（细胞体积不变）细胞数量增加（细胞体积不变）高生长高生长 直径生长（次生长）直径生长（次生长）(secondary growth)：形成层：形成层（即侧生分生组织）细胞向平周方向分裂的结果。（即侧生分生组织）细胞向平周方向分裂的结果。形成层原始细胞向内形成次生木质部，向外韧皮部，形成层原始细胞向内形成次生木质部，向外韧皮部，于是树木的直径不断增大。于是树木的直径不断增大。（阔叶树）（阔叶树）现在学习的是第8页，共25页现在学习的是第9页，共25页树干的组成树干的组成l1.树皮l2.形成层l3.木质部l4.髓现在学习的是第10页，共25页树干的组成树干的组成l（一）树皮（韧皮部）：（一）树皮（韧皮部）：各种树皮外部形态、厚度、颜色、花纹、质地、剥落情况、各种树皮外部形态、厚度、颜色、花纹、质地、剥落情况、气味、滋味不尽相同，在树木分类和原木识别上都有一定作用。气味、滋味不尽相同，在树木分类和原木识别上都有一定作用。l（二）形成层：（二）形成层：l（三）木质部：位于形成层和髓之间，是树干的主要部分。（三）木质部：位于形成层和髓之间，是树干的主要部分。l（四）髓：位于树干的中心为木质部所包围，是一种柔软的薄（四）髓：位于树干的中心为木质部所包围，是一种柔软的薄壁组织。壁组织。髓的形状、颜色、大小不同，有助于识别。髓的形状、颜色、大小不同，有助于识别。现在学习的是第11页，共25页 树树 皮皮 树皮的外部形态及其裂隙的类型（可作为原木识别的特征之一）：树皮的外部形态及其裂隙的类型（可作为原木识别的特征之一）：（1）平滑：树皮表面光滑，如天目紫茎、梧桐等。）平滑：树皮表面光滑，如天目紫茎、梧桐等。（2）瘤状突起或针刺状皮刺：树皮表面有许多高低不等的瘤状）瘤状突起或针刺状皮刺：树皮表面有许多高低不等的瘤状 突起，如突起，如 石栎、皂英、石栎、皂英、刺楸等。刺楸等。（3）纵裂）纵裂 1）深纵裂：树皮表面沿树干纵向呈较深裂隙，如樟木。）深纵裂：树皮表面沿树干纵向呈较深裂隙，如樟木。2）浅纵裂：树皮表面沿树干纵向呈较浅的开裂，如紫椴。浅纵裂：树皮表面沿树干纵向呈较浅的开裂，如紫椴。3）纵横裂：既有纵向又有横向的开裂，呈不规则方块形，）纵横裂：既有纵向又有横向的开裂，呈不规则方块形，如泡桐。如泡桐。（4）横裂：树皮表面呈横向的开裂，如光皮桦、山樱桃。）横裂：树皮表面呈横向的开裂，如光皮桦、山樱桃。现在学习的是第12页，共25页 多媒体课件多媒体课件 2.形成层(cambium)木材是通过形成层的细胞木材是通过形成层的细胞(cell)分裂、新分裂、新生木质部细胞的成熟、成熟木质部细胞的蓄生木质部细胞的成熟、成熟木质部细胞的蓄积等三个过程形成的，即木材的直接起源是积等三个过程形成的，即木材的直接起源是形成层。形成层。形成层是一个连续的鞘状层，包围在整个形成层是一个连续的鞘状层，包围在整个树干、树枝、树根的次生木质部周围，属分树干、树枝、树根的次生木质部周围，属分生组织。它向外弦向分裂产生次生韧皮部生组织。它向外弦向分裂产生次生韧皮部(secondary phloem)，向内分裂产生次生木质，向内分裂产生次生木质部部(secondary xylem)。形成层原始细胞分为：形成层原始细胞分为：1）射线原始细胞）射线原始细胞-分生出木射线和韧皮射线分生出木射线和韧皮射线;2）纺锤形原始细胞）纺锤形原始细胞-分生出导管、管胞、木纤维等。分生出导管、管胞、木纤维等。现在学习的是第13页，共25页 3 木质部木质部(xylem)木质部位于形成层和髓之间，为树干的主要部分，是木材木质部位于形成层和髓之间，为树干的主要部分，是木材加工的主要利用对象，也是木材科学的研究对象。加工的主要利用对象，也是木材科学的研究对象。木质部分为：初生木质部木质部分为：初生木质部(primary xylem)和次生木质部和次生木质部(secondary xylem)。现在学习的是第14页，共25页髓l位于树干的中心，为木质部所包围，是一种柔软的薄壁组织，一般直径很小，有时受外界的影响而偏心。l各种树髓的形状和大小都不一样，有助于木材的识别。l髓心的颜色多数为褐色，但也有红色的，如血桐；赤色的如细香桂等。l髓心大小因树种而异，针叶树材的髓心差不多，直径约为35mm,阔叶树材相差很大，有的可以达到10mm。现在学习的是第15页，共25页 1.4幼龄材 树树木木在在个个体体的的生生长长、发发育育过过程程中中，经经历历了了幼幼龄龄-成成熟熟-老老龄龄各各个个阶阶段段，最最后后形形成成木木材材。幼幼龄龄材材是是次次生生人人工工林林快快速速生生长长树树株株中中严严重重影影响响木木材材品品质质的的部部分分。研研究究幼幼龄龄材材，可可进进一一步步提提高高对对木木材的综合利用率。材的综合利用率。关于幼龄材，有两种错误的认识：关于幼龄材，有两种错误的认识：（1）把把幼幼龄龄材材只只看看成成是是小小树树的的木木材材。误误认认为为，在在成成熟熟树树干干中中就谈不上存在幼龄材。就谈不上存在幼龄材。（2）把把树树株株生生长长最最初初年年份份形形成成的的木木材材看看作作是是幼幼龄龄材材，误误认认为为幼幼龄龄材材为高度一定的圆锥形，只限于成熟树干下方中心部位。为高度一定的圆锥形，只限于成熟树干下方中心部位。由由于于这这些些错错误误认认识识，就就低低估估了了幼幼龄龄材材对对木木材材品品质质的的影影响响；也也可以说，对这种影响没有足够认识。可以说，对这种影响没有足够认识。现在学习的是第16页，共25页1.4.1幼龄材形成的机理1.4.1.1木材在生成中的差别木材在生成中的差别 成成熟熟树树干干靠靠近近树树梢梢区区域域的的生生长长较较其其它它部部分分旺旺盛盛；而而一一株株幼幼树树，它它的的全全体体均均生生长长旺旺盛盛。可可以以把把这这种种生生长长旺旺盛盛比比喻喻为为幼幼童童状状态态。它它为为了了正正常常发发育育需需要要有有营营养养物物质质平平衡衡，在在达达不不到到这这种种平平衡衡时时，发发育育就就受受到到威威胁胁、压压抑抑。这这种种状状况况下下生生成成的的木木材材也也就就与与成成熟熟材材不不同同，常被视为品质较差者。常被视为品质较差者。树树干干的的中中心心是是髓髓，它它的的周周围围环环绕绕着着一一薄薄层层初初生生木木质质部部，这这两两部部分分都都是是树树茎茎在在这这一一高高度度时时的的第第一一年年中中形形成成，它它们们的的组组织织均均与与以以后后形形成成层层产产生生的的次次生生木木质质部部不不同同。还还要要认认识识的的一一个个要要点点是是，在在树树茎茎长长到到任任何何一一个个高高度度上上的的前前525年年间间产产生生的的次次生生木木质质部部这这段段幼幼龄龄期期后后的的次次生生木木质质部部有有不不同同，前前者者即即为为这这一一高高度度上上的的幼幼龄龄材材。这这就就从从理理论论上上说说明明了了幼幼龄龄材材在在树树干干内内不不为为圆圆锥锥形形而而近近于于圆圆柱柱状状；它它不限存在于树干基部，而是自基部延伸至树梢。不限存在于树干基部，而是自基部延伸至树梢。现在学习的是第17页，共25页1.4.1.2木材生成后的变化木材生成后的变化 树树株株早早年年生生长长形形成成的的木木材材，初初始始薄薄壁壁细细胞胞还还保保持持生生机机，以以后后这这部部分分木木材材发发展展为为心心材材。在在这这一一转转变变的的前前后后，占占木木材材体体积积大大部部分分的的厚厚壁壁组组织织无无改改变变。以以后后整整个个木木材材更更无无变变化化。那那种种只只把把小小树树的的木木材材看看成成是是幼幼龄龄材材，认认为为随随树树龄龄的的增增加加幼幼龄龄材材就会生成为成熟材，以及成熟树干的全部木材均为成熟材等看法均是错误的。就会生成为成熟材，以及成熟树干的全部木材均为成熟材等看法均是错误的。现在学习的是第18页，共25页1.4.1.3成熟树干主茎的两部分成熟树干主茎的两部分 根根据据木木材材结结构构和和性性质质上上的的主主要要差差异异，树树干干的的主主茎茎可可以以区区分分为为两两个个区区域域。幼幼龄龄材材是是环环绕绕髓髓心心的的周周围围呈呈圆圆柱柱状状。它它的的形形成成是是活活性性树树冠冠区区域域的的顶顶端端分分生生组组织织长长期期对对形形成成层层的的木木材材分分生生影影响响的的结结果果。在在生生长长的的树树木木中中，当当树树冠冠进进一一步步向向上上移移，顶顶端端分分生生组组织织对对下下面面某某一一高高度度形形成成层层区区域域的的影影响响就就减减小小，成熟材也就开始形成。成熟材也就开始形成。现在学习的是第19页，共25页1.4.2幼龄材的概念 幼幼龄龄材材又又称称未未成成熟熟材材。它它位位于于髓髓心心附附近近，幼幼龄龄材材围围绕绕髓髓呈呈柱柱体体，是是受受顶端分生组织活动影响的形成层区域所产生的次生木质部。顶端分生组织活动影响的形成层区域所产生的次生木质部。这这个个定定义义可可用用来来解解释释为为什什么么幼幼龄龄材材和和成成熟熟材材之之间间在在木木材材性性质质上上呈呈平平缓缓过过渡渡。幼幼龄龄材材在在树树干干的的外外部部就就不不大大可可能能形形成成，因因处处于于一一定定位位置置的的形形成成层层在在连连续续使使树树干干直直径径加加大大的的同同时时，也也就就逐逐渐渐远远离离顶顶端端分分生生组组织，并且受它的影响也在减弱。织，并且受它的影响也在减弱。应应该该把把幼幼龄龄材材和和成成熟熟材材看看作作同同一一株株树树上上两两个个有有明明显显不不同同的的部部分分。成成熟熟材材具具有有那那些些被被认认为为是是这这个个树树种种的的正正常常特特性性，而而幼幼龄龄材材在在结结构构特特征征和和物物理理性性质质方面次于同一树株的成熟材。方面次于同一树株的成熟材。这这就就进进一一步步明明确确了了“幼幼龄龄”两两字字不不是是对对树树株株而而言言，而而是是针针对对树树干干某某一一高高度度的的中中心心部部分分。因因它它的的生生成成在在这这一一高高度度树树茎茎断断面面上上属属“早早”，故名幼龄材。，故名幼龄材。现在学习的是第20页，共25页1.4.3幼龄材的性质 幼龄材的质量次于成熟材。幼龄材的质量次于成熟材。1.4.3.1木材结构方面木材结构方面 根据以往的研究表明幼龄材与成熟材在木材结构方面有很大的差异根据以往的研究表明幼龄材与成熟材在木材结构方面有很大的差异:纤纤维维长长度度 幼幼龄龄材材细细胞胞比比成成熟熟材材短短。针针叶叶树树成成熟熟材材细细胞胞是是幼幼龄龄材材细细胞胞长长度度的的34倍。阔叶树成熟材纤维长度常为邻近髓心处纤维的倍。阔叶树成熟材纤维长度常为邻近髓心处纤维的2倍。倍。纤纤维维的的尺尺寸寸 纤纤维维的的径径、弦弦向向直直径径是是幼幼龄龄材材小小于于成成熟熟材材。纤纤维维的的径径、弦弦向向壁壁厚厚是是幼幼龄龄材材小小于于成成熟熟材材。纤纤维维的的长长宽宽比比，腔腔径径比比都都是是幼幼龄龄材材小小于于成成熟熟材材。壁壁腔比为绝大多数木材是幼龄材略大于成熟材。腔比为绝大多数木材是幼龄材略大于成熟材。螺旋纹理螺旋纹理 把幼龄材和成熟材进行对比，幼龄材中出现螺旋纹理的倾向较大。把幼龄材和成熟材进行对比，幼龄材中出现螺旋纹理的倾向较大。次次生生壁壁中中层层的的微微纤纤丝丝角角度度 由由于于幼幼龄龄材材有有较较短短和和较较薄薄壁壁的的管管胞胞和和纤纤维维，因因此此，具具有较大的微纤丝角，具特征性。有较大的微纤丝角，具特征性。现在学习的是第21页，共25页 1.4.3.2 木材物理力学性质方面木材物理力学性质方面 密度密度 与成熟材相比，幼龄材的密度低。与成熟材相比，幼龄材的密度低。晚晚材材百百分分率率 幼幼龄龄材材晚晚材材细细胞胞数数量量相相对对较较少少，年年轮轮中中占占比比例例较较多多细细胞胞的壁薄。的壁薄。干干缩缩性性 幼幼龄龄材材细细胞胞壁壁S2层层微微纤纤丝丝倾倾角角大大，造造成成它它的的纵纵向向收收缩缩大大，而而横横向向收收缩缩则则有有相相应应的的减减小小。因因此此影影响响固固体体木木材材的的尺尺寸寸稳稳定定性性以以及及与与正正常常材材的并用。的并用。幼幼龄龄材材严严重重降降低低锯锯材材质质量量，主主要要由由于于干干燥燥时时的的翘翘曲曲、纵纵向向收收缩缩大大，不不适适合合锯制小尺寸锯材。锯制小尺寸锯材。含含水水率率从从幼幼龄龄材材到到成成熟熟材材变变化化很很大大。大大多多数数针针叶叶材材在在株株内内从从基基部部向向上随高度增加，含水率也增加，因为有较大的幼龄林比例。上随高度增加，含水率也增加，因为有较大的幼龄林比例。幼幼龄龄材材里里有有较较高高的的应应压压木木比比例例，其其具具有有短短的的管管胞胞，生生产产中中容容易易破破裂裂；由由于有较高的木质素，很难漂白。于有较高的木质素，很难漂白。力力学学性性质质一一般般，幼幼龄龄材材的的强强度度降降低低约约15%30%，也也有有的的比比正正常常成成熟熟材材在同一强度上降低在同一强度上降低50%。由于纤丝角度大，顺纹抗拉强度明显降低。由于纤丝角度大，顺纹抗拉强度明显降低。现在学习的是第22页，共25页 1.4.3.3 木材化学性质方面木材化学性质方面l 针针叶叶树树幼幼龄龄材材与与成成熟熟材材通通常常化化学学性性质质差差异异很很大大，有有较较高高比比率率的的木木质质素素和和高高聚聚糖糖，较较低低的的纤纤维维素素和和半半乳乳甘甘露露聚聚糖糖。这这些些对对木木材材最最终终产产品品的的质质量量、纸纸浆浆产产量量和和生生产产效效率率有有很很大影响。大影响。l 幼幼龄龄材材单单位位体体积积的的浆浆产产量量比比成成熟熟材材低低5%15%。由由幼幼龄龄材材和和成成熟材制造出纸的质量有明显的差异。熟材制造出纸的质量有明显的差异。幼幼龄龄材材材材性性的的总总体体特特征征劣劣于于成成熟熟材材，具具体体表表现现为为：幼幼龄龄材材的的纤纤维维（管管胞胞或或木木纤纤维维）长长度度均均小小于于相相应应的的成成熟熟材材，树树干干的的螺螺旋旋纹纹理理倾倾角角（针针叶叶树树材材的的管管胞胞倾倾角角）和和细细胞胞壁壁微微纤纤丝丝倾倾角角均均大大于于成成熟熟材材，因因此此幼幼龄龄材材刚刚性性小小、强强度度低低，受受外外力力后后易易挠挠曲曲，不不适适于于作作承承重重构构件件；而而成成熟熟材材的的强强度度和和刚刚性性均均稳稳定定，能能充充分分抵抵抗抗外外力力的的影影响响，幼幼龄龄材材干干缩缩系系数数大大，木木制制品品尺尺寸寸不不稳稳定定，易易产产生生翘翘曲曲变变形形。因因此此幼幼龄龄材在一些用途方面要受到限制。材在一些用途方面要受到限制。现在学习的是第23页，共25页应注意，定义幼龄材的主要依据是木材的细胞结构和木材性质。人工林树应注意，定义幼龄材的主要依据是木材的细胞结构和木材性质。人工林树木中的幼龄材是与髓附近的快速生长有关，但在所有树木中的宽生长轮并木中的幼龄材是与髓附近的快速生长有关，但在所有树木中的宽生长轮并非必定与幼龄材有关。例如，幼茎生长在不利的竞争条件下时近髓处有窄非必定与幼龄材有关。例如，幼茎生长在不利的竞争条件下时近髓处有窄生长轮，而一旦生长条件改善，就会形成宽生长轮。生长轮，而一旦生长条件改善，就会形成宽生长轮。现在学习的是第24页，共25页 1.4.4 识别、界定幼龄材 1.4.4.1 识别幼龄材识别幼龄材l 幼龄生长期的终止，在一些木材树种是陡变。幼龄生长期的终止，在一些木材树种是陡变。一一些些树树种种，特特别别是是针针叶叶树树材材，在在至至成成熟熟条条件件之之间间有有一一过过渡渡期期，成成熟熟材材和和幼幼龄龄材材间无明显的界限。间无明显的界限。最最初初生生成成的的年年轮轮，密密度度最最低低，纤纤维维最最短短，纤纤维维角角最最大大。而而后后自自树树心心向向外外密密度度增增加加，纤维增长。纤维增长。对对大大多多数数性性质质，在在开开始始的的几几个个年年轮轮变变化化率率较较大大，以以后后逐逐渐渐相相似似于于成成熟熟材材的的性性质质。这这种种木木材材结结构构和和性性质质的的逐逐渐渐变变化化，使使得得在在树树干干横横截截面面上上难难于于判判别别何何处处幼幼龄龄材材结结束束和和成成熟材开始。熟材开始。幼幼龄龄材材区区界界:得得注注意意尚尚有有一一些些复复杂杂情情况况，如如细细胞胞长长度度可可在在其其它它性性质质（如如细细胞胞厚厚度度）之之前前到到达达成成熟熟。目目前前研研究究的的共共同同结结论论是是，幼幼龄龄材材持持续续期期在在树树种种间间有有很很大大变变化化，一一般般为为520年年，即即短短者者约约5年年，而而长长者者可可达达20年年，主主要要取取决决于于树树种种。一一些些研研究究者者们们认认为为，在在幼幼龄龄木木形形成成期期间间，通通过过生生长长刺刺激激（如如施施肥肥、灌灌溉溉或或造造林林措措施施）将将会会延延长长幼幼龄龄木的时限。木的时限。现在学习的是第25页，共25页