木材是一种生物性特征明显的植物材料，因而容易受到各种微生物的侵袭，真菌腐朽是对木材破坏最严重的一种方式，因为真菌腐朽可以迅速导致木材结构的破坏，即使在真菌腐朽的初期，木材的力学强度也会发生急剧降低(Wilcox, 1978; Winandy et al., 1993; Curling et al., 2002)。在美国，由于真菌腐朽、败坏木材造成的损失估计每年超过52亿美元(Lee et al., 2004.)。因此，对木材初期腐朽的检测、鉴定或预测可以为木材的及时保护和合理利用提供参考，具有重要的现实意义。

木材腐朽(特别是早期腐朽)对木材力学性质影响的研究在国外已有大量报道(Curling et al., 2000；2001；2002；Kin et al., 1996; Wilcox, 1978; Winandy et al., 1993)。在我国，许多学者对木材天然耐腐性评估(周明等, 1992; 骆土寿等, 1997)、生物腐朽木材结构观察(李永敬等，1988；陈敏忠等, 1995)、分解能力(池玉杰, 2001)与化学组成变化(于文喜等, 1994)等进行了大量研究，然而，有关木材初期腐朽及其对应力学性质影响的研究报道却极为少见。为了增强人们对木材初期腐朽危害的认识、呼吁有关部门重视相关研究在我国的发展，本文综述了近几十年国内外有关木材初期腐朽及其检测与评估的研究。

1 木材初期腐朽的定义

木材腐朽可分为初期、中期和后期腐朽3个阶段。一般来讲，初期腐朽指的是木材刚受木腐菌侵染，木材内部已有菌丝生长，但还没有引起木材的变色，不易识别；中期腐朽的木材则已变色，菌丝侵染到木材表层，细胞壁已水解，材质变软；而后期腐朽时，木材细胞壁已全部水解，木材组织己遭严重破坏，外观呈海绵状、筛孔状或纤维状斑点和轮裂(尹思慈，1990)。木材的初期腐朽对木材力学性质的影响非常大，研究表明质量损失率在5%~10%时，木材的冲击韧性(impact bending)可损失60%~80%，抗弯强度(bending strength, 也称弯曲强度)损失50%~70%，而静曲模量(modulus of rupture，简称MOR)和弹性模量(modulus of elasticity，简称MOE)则损失60%~70%，其他力学性质也有比较明显的下降(Wilcox，1978)。因此，对木材腐朽，特别是初期腐朽的检测与评估具有重要的现实意义。一般地，在相同的腐朽程度条件下，木材腐朽造成的强度损失由很多因素决定，例如木材树种、腐朽菌菌种、腐朽条件以及所选择测定的力学指标等对木材强度损失量的影响是不同的。而且，在腐朽期间含水率的变化较大，这种变化在很大程度上又影响着强度的降低量。即使是在腐朽初期，木材的腐朽程度还会因所测定位置的不同而有很大差别，有时腐朽最严重的部位由于没有处在最重要的部位而不能被认定。

Wilcox(1968)通过对腐朽木材显微结构变化的研究结果表明，显微观察是一种判断腐朽程度的有效方法。但值得注意的是，对于初期腐朽的木材，特别是在质量损失率低于5%时，因受树种、树龄或菌种类型等影响，木材自身显微结构的变化可能比腐朽造成的微观结构变化还大，以至于很难以此来准确判断木材的腐朽；而当质量损失率在5%~10%时，显微观察法检测木材腐朽的可信度就会提高。Wilcox(1978)在综述了大量有关木材初期腐朽研究的结果后认为，木材腐朽的质量损失率可能是判断木材腐朽的最好指标，而且木材的初期腐朽可以定义为质量损失率小于或等于10%时的木材腐朽。

2 初期腐朽对木材性质的影响

在木材腐朽初期，即使是在木材还没有明显的质量损失时，木材的力学强度也会遭受大幅度地降低，特别是当木材受褐腐菌危害的时候，在短短的几周内，木材的抗弯和抗压强度便会显著降低。前期的研究结果和实践经验表明，在木材的腐朽初期，木材性质的变化较早或较显著地反映在强度的降低，然后才是木材质量和密度的变化。虽然，质量损失率可能是判断木材腐朽的最好指标，然而在实践中，我们很难获得对应木材在未腐朽时的最初质量或密度值，因此，我们无法得到准确的木材质量损失率。即使我们取得有关该树种木材的平均密度等信息作参照，但由于受种源、生长条件、树龄与心边材等影响，木材性质的变异很大(Zobel et al., 1989)，而这种变异可能足以掩盖初期腐朽对木材密度及质量造成的变化，因此，在实践中人们一般依据强度而不是密度指标来评估木材受损的程度(陈允适等，1995)。

2.1 木材的力学性质

木材的冲击韧性是对初期腐朽最敏感的强度指标，Richard(1954)研究发现当用白腐和褐腐菌腐朽针叶材，质量损失率为1%时，木材冲击韧性下降50%多；而在质量损失率为10%时，所有条件下(针叶材、阔叶材和白腐、褐腐)的冲击韧性均下降65%~80%。Pechmann等(Wilcox, 1978)通过在针叶和阔叶材上接种7种褐腐朽菌和2种白腐菌发现所有接种的木材的冲击韧性都有降低。对于阔叶材，褐腐的质量损失率为1%、2.5%和6%时，冲击韧性损失分别为30%、50%~60%和80%；白腐的质量损失率为0.5%、2.1%和9%~10%时，冲击韧性损失分别为23%、26%和55%~60%。对于针叶材，冲击韧性降低情况与阔叶材的类似，质量损失率为2%、6%和8%~9%时，冲击韧性损失分别为20%~50%、60%~70%和70%~80%。

木材初期腐朽除了最显著的冲击韧性变化以外，弯曲性能等的变化也比较显著。Mulholland(1954)的研究表明，在针叶材木材的褐腐初期，质量损失率为2%时，静曲模量(MOR)和弹性模量(MOE)分别降低13%和4%。Kennedy(1958)研究热带阔叶材初期腐朽发现，褐腐比白腐对木材的最大荷载(work to maximum load)影响大，褐腐和白腐木材的质量损失率为2%时，其最大荷载分别下降50%和30%，而质量损失率为5%时，褐腐和白腐的最大荷载分别下降75%和40%。褐腐比白腐对木材的MOR影响大，质量损失率为2%、4%和6%时，对于褐腐的MOR分别损失32%、49%和61%，对于白腐的分别损失13%、20%和27%。Mizumoto(1966)的研究则表明针叶材褐腐的质量损失率为2%、5%和9%时，弯曲强度分别下降5%、16%和36%。

初期腐朽还对其他力学性质有较大的影响。Mizumoto(1966)的研究表明，针叶材褐腐的顺纹压缩强度在质量损失率为2%、5%和9%时强度分别下降10%、22%和42%；初期腐朽引起针叶材褐腐的顺纹剪切强度下降较小，质量损失率为5%和7%时强度分别下降3%和13%；对于弦向硬度质量损失率为4%和8%时，硬度降低7%和21%。Toole(1971)对横纹抗压强度与腐朽程度关系进行了深入研究，在压缩率为5%的条件下，褐腐对针叶材和阔叶材的影响比较相似，对于针叶材当质量损失率为2%、3%和8%时，强度分别降低18%、24%和48%；对于阔叶材当质量损失率为2%和5%时，强度分别降低10%和23%。然而，白腐对针叶材和阔叶材的影响差别比较大，在6%质量损失率时强度分别降低32%~61%和27%。

2.2 力学性质与化学变化的关系

近20年来，研究人员还对木材初期腐朽及其与力学强度降低、化学组成变化的关系进行了许多研究。有关木材质量损失率与木材强度关系的研究结果表明(Smith et al., 1983；Morrell et al., 1985)，包括软腐在内，初期腐朽对木材力学强度的影响同样十分显著；在相同质量损失率条件下，木材力学强度的损失量与前人的研究结果基本一致。然而，最引人注目的是对木材腐朽初期质量损失率、力学强度与化学组成变化之间关系的研究。由于常规的腐朽试验方法(如EN 113或ASTM D2017)是以木块的质量损失率为评价指标，因此，不能对腐朽初期整个过程中质量损失率、力学强度降低与化学组成的连续变化进行测定。

Winandy和Curling等(Winandy et al., 1993；2000；Curling et al., 2000；2001；2002)采用一种新的模拟初期腐朽的试验方法，并结合高效液相色谱(HPLC)分析等方法对腐朽初期木材质量损失率、力学强度与化学组成变化之间关系的进行了深入研究，结果表明，木材质量损失率(1%~18%)与其对应力学强度损失率(50%~70%)之间具有显著的线性关系；化学分析结果表明初期腐朽木材的强度损失与半纤维素的降解有着密切关系，在强度损失小于40%时腐朽菌首先降解的主要是木材半纤维素支链上阿拉伯糖基和半乳糖基成分，当强度损失超过40%时，腐朽菌才以半纤维素主链上的甘露聚糖和木聚糖成分为主进行降解，而葡萄糖成分(代表纤维素)的损失是在强度损失超过75%时才有显著变化。上述研究结果不仅有助于分析初期腐朽对木材强度影响的机制，而且也为我们研究或开发一种评估木材腐朽的新方法提供参考。

3 木材初期腐朽的检测

如果我们可以准确地检测木材初期腐朽及判定腐朽菌的存在，那么我们就可以尽早发现木材的腐朽，并及时采取补救措施来防止腐朽菌的生长，从而避免腐朽菌对木材结构的破坏。因此，近几年来有关木材初期腐朽检测的研究倍受人们关注。

检测木材初期腐朽的方法和技术有很多种，主要有力学强度试验(如冲击韧性、抗冲击强度和最大荷载)、电导率测定(如含水率测定仪和Shigo电阻仪)、声波探测(如声波发射和应力波计时器、超声波脉动测试)、化学分析和实验室检测(如生物培养、显微镜观察、血清测试)和光谱测定(IR、FTIR)等。生物培养和显微镜观察被认为是目前唯一权威的用来检测和评估木材初期腐朽的方法。另外，力学强度试验(如冲击韧性、抗冲击强度和最大荷载)也是比较敏锐的检测方法之一。表 1归纳了木材初期腐朽检测的主要方法，并作了简要的评价。

比较理想的初期腐朽检测方法应具有以下特征：1)可以选用小样品；2)可以进行力学测定；3)具有可接受的准确度和精确度；4)需要最少量的样品和最少的测定准备时间；5)能适用于所有类型的腐朽(包括白腐、褐腐和软腐)。从表 1可以看出，虽然这些检测方法中有几种对初期腐朽的检测很灵敏，但所有的方法均有各自的局限性，而且，没有一种方法可以概括各种条件下的木材腐朽。

通过肉眼或显微镜观察等常规方法，很难准确地评估腐朽初期。然而，我们知道在腐朽初期，只要腐朽菌开始产生酶并对木材细胞进行分解，木材细胞壁物质的半纤维素等成分就会在质量损失率和强度损失率还不能测到之前产生变化(Kellich et al., 1970)，虽然这种变化对常规方法来说不易察觉，但足以被一些先进的分析技术清楚地表征出来。近十几年来，有关人员已开始将一些先进的无损检测与现代仪器分析技术引入到木材腐朽(特别是初期腐朽)对木材性质影响及其检测与评估的研究中，并取得了许多重要结果(Schultz et al., 1987; Backa et al., 2001; Müller et al., 2002; Clausen et al., 2003; Wilcox, 1988)。

4 结论与建议

木材的初期腐朽对木材的力学性质影响非常大，研究表明质量损失率在5%~10%时，木材的冲击韧性和抗弯强度等快速降低，损失量均超过50%。虽然，采用常规的方法很难对木材的腐朽程度进行精确计量，但随着先进检测技术和数据分析技术的产生和发展，许多先进的无损检测与仪器分析技术在木材腐朽的检测得到了有效应用，其中，傅立叶红外光谱(FTIR)、热裂解气相色谱技术(Pyrolysis_GC)和免疫检测(immunodetection)等技术在木材初期腐朽的检测中得到了比较理想的结果，这些技术有望在木材初期腐朽检测与定量评估模型的建立中发挥重要作用。

随着社会的发展和人民生活水平的提高，我国古建筑木结构与古树名木保护等社会公益事业已得到人们的广泛关注，同时，人们对绿色环保、健康安全木结构建筑的需求也日益扩大。综合上述考虑，本文作者建议我国未来对木材初期腐朽的研究可以从以下几个方面考虑：

1) 加强常规方法判定木材初期腐朽研究的同时，尽早开展有关木材初期腐朽及其对我国重要树种木材力学性质的影响等基础性研究，并逐步建立和完善基础研究的数据库和标本资料库；

2) 基于常规的判定方法及研究基础，利用近年来发展起来的先进检测技术，研究和开发出适用于我国木材保护实际需要的木材初期腐朽检测与腐朽类型及腐朽程度评估的技术，以在我国古建筑木结构、古树名木以及现代木结构中，为木材的及时有效保护发挥重要作用；

3) 在前期研究和实际应用的基础上，结合可靠的先进检测技术与多变量数据分析技术建立定性或半定量的腐朽判定与腐朽程度的快速评估模型，为我国的木材质量检测、木材节约代用以及木材保护提供重要的理论依据和技术支持。