生长应力(growth stress)是树木在形成层细胞不断分化形成的木质部细胞间产生的相互作用力(Jacobs，1945)。在正常直立生长的树木内，木质部的最外层表现为拉应力，向内则为压应力，在髓心附近压应力达到最大值。

树干内生长应力的形成，有利于树干承受外界的各种载荷而不被破坏，但当此应力超过了木质部细胞自身的抗压强度极限时，在活立木内易产生脆心和心裂(Kubler，1987)；而具有高生长应力的树木，在砍伐和锯解时由于残余应力的重新平衡，使原木易发生端裂(end-splitting)，板材则出现开裂(checking)和弯曲(crooking)等现象(Okuyama et al., 1979；Tejada et al., 1997)。从木材利用角度，严重限制了锯材的出材率和高附加值实木利用(Yang et al., 2001；Waugh，2000；Jiang et al., 2002)；同时，高生长应力引起的木材解剖和物理力学性质等方面的变化也会给木材加工利用带来不利影响(Malan et al., 1987；Washusen，2001)。

由于生长应力无法直接测量，所以通常都是先测定与生长应力密切相关的生长应变(growth strain)，再根据弹性模量(MOE)计算出生长应力(Nicholson，1971)。目前，世界上主要有3种测试方法被大量用于树木生长应变测试中，其中轴向生长应变仪法(CIRAD-Foret method)(Muneri et al., 1999；Clair et al., 2003)及应变片法(strain gauge method) (Aggurwal et al., 1997；Okuyama et al., 1997; 1981)是常用方法，是由Nicholson(1971)发展来的。尽管各测试方法所用工具及仪器不同，但其基本原理是相似的，因此由不同方法而测试出的结果间，从理论上来讲存在着某种关系，但目前这方面的工作开展还相当少，只有Yoshida等(2002)对不同测试方法间的结果进行了比较研究，给出了应变片法和轴向生长应变仪法测试结果的大小关系，分析讨论了影响测量结果的一些因素。

我国在树木生长应力的研究方面起步较晚，张文标等(2001)和中澳合作项目课题组(2000)综述了树木生长应变的研究进展，胡继青等(2000)和Jiang等(2002)利用轴向生长应变仪法测试了树木的生长应变，而利用应变片测量生长应变的工作还未见报道。生长应变的测量方法是研究树木生长应变的基础，从理论与机制上探讨上述2种测试结果间存在异同点的原因，将能够拓展树木生长应变测试方法，以及深化树木生长应力的研究工作。本研究利用应变片法对尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E. grandis)伐倒木不同高度处轴向表面生长应变进行了测试，同时应用轴向生长应变仪法进行测试，对测试结果进行了比较分析和讨论，以期为树木生长应变测试的研究提供必要的理论基础和科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验林位于广西省扶绥县东门林场(22°17′—22°30′N, 107°14′—180°0′E，海拔100~300 m)，选取垂直、健康生长、树龄为15 a、胸径约为22.0 cm的人工林尾巨桉10株。将样木从树基处伐倒，测试树高及枝下高。伐倒木从胸高处每隔2.2 m进行截断，依次记为高度1、高度2、高度3及高度4，原木的端头用沥青涂刷。样木基本情况见表 1。

1.2 2种树木生长应变测试方法简介

1) 应变片法：在所选样木的测试位置，将树皮、韧皮部和形成层剥离掉(规格6 cm×6 cm)，露出新鲜木质部；将事先在实验室焊接好导线的应变片和接线端子，用强力胶粘在待测木质部上，导线末端与应变仪连接，将应变仪的读数调零；用手钻和刻刀在应变片上下切断纤维；应变仪上数值趋于稳定时记录数据。2)轴向生长应变仪法：近年来，我国学者已经成功应用该方法来测试树木生长应变，具体方法参见胡继青等(2000)及Jiang等(2002)。

1.3 轴向表面生长应变测试

本项研究在应用2种树木生长应变测试方法时，采取了2种测试方式，即用上述2种方法在树干同一高度上相邻位置的不共点测试，以及二者在同一位置的共点测试。1)不共点测试：将每株树的各高度原木段在距离大头1.2 m的南、北向处，首先用应变片法对原木进行测试(图 1)，然后在应变片法测点的附近，用轴向生长应变仪法进行测试(图 2)。2)共点测试：将每株树的各高度原木段在距离大头0.5 m处，选择南、北向，用应变片法和轴向生长应变仪法在同一部位进行测试(图 3)，采取定位钉内部开槽的方式。

2 结果与分析 2.1 2种方法不共点测试结果

应变片法和轴向生长应变仪法不共点时的测试结果见表 2。

由表 2可知，无论南向还是北向，轴向生长应变仪法测得的应变(以下简称为应变1)都要大于应变片法测得的应变(以下简称为应变2)，前者是后者的1.3倍，产生这种结果的原因可能是测试方法本身设计原理上的差异造成的。应变片测得的结果是两刻槽之间树干木质部上的应变，而轴向生长应变仪测得的是钻孔以外树干更大区域木质部上的应变。由于应力是被动释放的，而且应力在树干中分布不很均匀(Archer, 1986)，包含树木组织的部分越多，其具有可释放应力的来源就越多，故钻孔以外那部分树干所释放应力将要强烈一些，因此轴向生长应变仪的测试结果会大于应变片法的结果。

应变1与应变2在南北向间的方差分析结果表明，应变1在每个高度上的南北向间的F值在0.028~0.911 1之间，应变2的F值在0.000 5~3.584之间，全都小于F_0.05(4.414)，因此应变1和应变2各自测试结果在南北向间不存在显著差异。这一结果与胡继青等(2000)和Jiang等(2002)所得结果相一致，即同一树高处圆周上各点生长应变值差异不大。因此2种方法在树干同一高度的相邻两点上测试时，能够保证其可比较性。

应变1和应变2在4个高度间方差分析结果表明，应变1和应变2的F值分别为0.836和1.457且都小于F_0.05(2.866)。说明在不同的高度应变1和应变2无显著差异，该结论与已有研究所得结果(Muneri et al., 1999；Chafe, 1985; 胡继青等, 2000)相似。

2.2 2种方法共点测试结果

2种方法的共点测试结果如表 3所示。

由表 3可知，应变1仍大于应变2，前者是后者的2.0倍。产生这一结果可能的原因是对应变1测试方法的调整造成的，因为用在定位钉内侧开槽来代替中间钻空时，使得定位钉与纤维被破坏面间的距离缩小了，定位钉对变形的灵敏性增加了，应变仪更快更多地接收到应变，使得测试结果偏高了。

按照2种方法不共点测试结果的分析方法，对共点时的测试结果也做了同样的方差分析。结果表明：对于应变2而言，其与不共点测试时的分析结果一致，即在南北向间F值在0.137~0.762，小于F_0.05(4.414)；同时，各高度间的F值为0.457，小于F_0.05(2.866)，均没有显著差异。但对于应变1来说，却与不共点时的结果有所不同，表现在高度1上南北向间F值为6.311，大于F_0.05(4.414)，这表明测试结果在高度1上的南北向间差异显著；其余高度上的F值在0.149~0.616之间，均小于F_0.05(4.414)，应变测试结果在南北向间没有显著差异。而各高度间的F值为2.953要大于F_0.05(2.866)，表明应变1在各高度间有显著差异。该分析结果表明，由于采用共点测试对轴向生长应变仪法进行了必要的调整，因此对应变1产生了某种程度的影响，但对应变2的测试没有明显的影响。

3 讨论

根据上述研究结果，采用共点测试方式使应变1的结果明显增大了，而对应变2的影响不大，进一步的方差分析也表明共点与不共点测试使应变1的结果有显著性差异，而应变2的测试结果差异不显著，这也是二者比值从1.3增加到2.0的主要原因。应变1与应变2间在共点测试方式(内部开槽)下存在的2倍关系，与Yoshida等(2002)对扁柏(Platycladus orientalis)测试时所得结论相似。他们在研究中指出，对于轴向生长应变仪来说，在定位钉的内侧还是外侧开槽对测试结果有一定的影响，如果是在外部开槽则2种方法所得结果相似。本研究结果不但验证了前人关于2种方法共点测试的结论，而且还进行了丰富和完善，即对于轴向生长应变仪来说用内部开槽来代替内部钻孔使得测试结果增大了。

另外从2种测试方法所得结果的变异系数来看，以北向结果为例，不共点测试时，应变1的变异系数在35.73%~45.99%之间，要远大于应变2的变异系数，在16.88%~31.65%。共点测试时，应变1的变异系数(15.21%~33.99%)与应变2的(24.87%~32.91%)相近。虽然在测试方式发生变化时应变1和应变2的变异系数间的大小关系发生变化，但总体来看变异系数比较大。产生这种结果的可能原因是桉树间轴向表面释放应变本身变异偏大，加之测试样本数较少，也会造成变异系数偏大的结果。从前人的研究结果来看，Nicholson(1973)应用Nicholson法研究桉树生长应力时，其测试结果的变异系数为26.19%，Wilkins(1991)用应变片法测试的变异系数为16.67%~42.59%之间，Muneri等(1999)用轴向生长应变仪法测试时的变异系数在5.48%~53.97%之间。本文研究结果符合前人得出的结论。

由于应变片对变形感应比较灵敏，因此要求涂胶均匀，粘贴完全。对测试时天气条件的要求也较高，一要保证当天气温及湿度变化不大，否则都会影响到测试的准确性，如果气候太干燥，还要防止由于测试点水分蒸发造成的影响，可以适当在应变片周围涂刷油脂。另外刮风使树冠产生摆动，会影响到树干内应力的分布，进而影响应变的大小，因此要求在风和日丽的天气测试最好。还有更为重要的一点是要尽量减小导线自重对测试的影响。尽管这样，但只要测试时尽量满足上述条件，这些外在的因素还是能够克服，而获得较为稳定的测试结果。对于轴向生长应变仪来说，它的应变仪上有3个可以转动的螺钉，在测试时要求这3个螺钉要紧密接触树干表面，这样才能保证应变仪底面能完全接触到测试面，从而感应到变形情况。但由于树干干形不一，测试人员调节螺钉的自由度较大，影响因素较多，因此很难做到每次测试条件一致。这无疑会给测试结果造成不良影响。从整体比较结果来看，应变片法比轴向生长应变仪法要更稳定一些。

4 结论

利用应变片法和轴向生长应变仪法测试树木的轴向表面生长应变，结果表明：2种方法无论共点测试与否，所得应变值与树高及测试方位间没有显著相关关系；轴向生长应变仪的结果要大于应变片法的结果(与2种方法的测试方式无关)，不共点测试时前者是后者的1.3倍，共点测试时前者是后者的2.0倍；2种方法共点测试可以明显增加2种测试结果间的相关性；2种方法共点及不共点测试，应变片法所得结果间差异不显著，而轴向生长应变仪法所得结果间有显著性差异，表明共点与不共点测试对应变片法影响较小，而对轴向生长应变仪法的测试结果有显著影响。