毛果冷杉(Abies lasiocarpa)树干中含有大量的湿心材，湿心材部位不但含水率高，也存在着大量的厌氧菌。与正常材相比，湿心材部位的纹孔多数是闭塞的，且严重结壳，生材早、晚材具缘纹孔的闭塞率分别达77.7%和72.1%，而正常材生材部位早、晚材具缘纹孔闭塞率分别仅为6.8%和13.4%(张耀丽等，2006)。湿心材中这些闭塞纹孔，不但降低木材的渗透性能，也给木材干燥带来一定的难度。目前，改善木材渗透性的方法既有化学法，也有生物法(鲍甫成等，1991a；1991b；吕建雄等，2000)，每一种方法，都有最佳的适用范围。树种不同，采用的方法也不完全一致。金川靖等(1992)采用低压局部蒸汽爆破法对日本柳杉(Cryptomeria japonica)黑心材进行爆破处理，结果发现用4个大气压水蒸气处理3个周期后，其渗透性改善显著。Kanagawa等(1992)用扫描电镜观察低压蒸汽爆破处理后的日本柳杉样本，发现部分闭塞纹孔出现了不同程度的破裂，从而提高了柳杉木材的渗透性能。渗透性的改善直接带来了干燥速度的增加和干燥时间的缩短，特别是用高频真空干燥方法，干燥时间缩短更为显著。干燥蒸汽爆破处理后的木材，干燥速度比没有爆破处理的增加2~3倍。Hayashi等(1994)也用低压蒸汽爆破方法对柳杉木材的渗透性进行了研究，结果表明：用低压蒸汽爆破方法提高干燥速度比用蒸汽处理方法更有效，且随着爆破循环次数的增加，木材的干燥性能随之增加。Lee等(1995；1997；1998)使用低压蒸汽爆破方法处理的木材板材及木段圆盘，结果证明蒸汽爆破处理不但能提高板材的渗透性，对木段圆盘同样有效。从目前的研究来看，低压蒸汽爆破法改善木材的渗透性和干燥性是一种崭新的方法，有着广阔的发展前景。

本文针对湿心材闭塞纹孔的特殊性，采用蒸汽爆破法，即将木材置于一定的温度和压力条件下，迅速降至常压，利用瞬间释放压力而产生的水蒸气压，作用在细胞壁弱界面结构——纹孔上，使闭塞的纹孔膜复位或使其破坏，打开闭塞的通道，从而达到改善湿心材的渗透性能。

1 材料与方法 1.1 材料

试验材料来源于加拿大大不列颠哥伦比亚产的毛果冷杉木材，挑选湿心材明显的新伐原木，制成长为304.8 cm，宽和厚为15.24 cm和5.08 cm的板材，共计350根板材，分成5组，编号分别为A、B、C、D和E，每组35块，编号E为没有爆破处理的对照材样本。

1.2 方法

蒸汽爆破处理条件见表 1。处理后，采用常规窑干法干燥木材，当干燥窑内木材含水率达到15%并保持恒定时，取出板材。然后在对照材E、爆破处理A、爆破处理B和爆破处理C各自的湿心材部位分别取材(爆破处理D干燥后在板材表面出现比较严重的皱缩和开裂等现象，无法制作渗透性样本)。渗透性样本的厚度为5 mm，直径为60 mm，分径向和弦向样本(图 1)。

木材渗透性采用水银上升置换气流法(Cai et al., 2005)在室温下测定，测量时压力使用1大气压。

木材爆破处理后(窑干前)，分别在爆破A、B和C及对照材E的各自湿心材部位截取2 cm× 2 cm×2 cm的小样，用于扫描电镜样品的制作。在Cambridge Stereoscan 260型扫描电子显微镜下使用12~20 kV高压进行观察。具缘纹孔的闭塞、纹孔膜的破坏从爆破处理后样本的湿心材早材部位的200个纹孔中测定，统计纹孔的闭塞率及纹孔膜的破坏率。纹孔膜复位率通过计算来获得。

2 结果与分析

表 2显示了毛果冷杉湿心材蒸汽爆破处理径向和弦向的渗透情况。从表中可以看出，爆破处理C的气体渗透最好，其次是爆破处理B，再次是爆破处理A，渗透性最差的是对照材E。爆破处理后，不论是弦向还是径向的渗透性，均得到了不同程度的改善，并且随着爆破温度、压力和爆破重复次数的增加而增加。与对照材相比，爆破处理A，弦向及径向分别增加1.67、1.63倍；爆破处理B，弦向和径向分别增加2.52、2.49倍；爆破处理C，弦向及径向都增加2.84倍。

为了比较爆破处理与对照材以及爆破处理之间的差异，本文用ANOVA程序对木材的渗透性进行了多重比较分析(α=0.05)，结果表明：爆破处理A、B和C的径向和弦向渗透性与对照材差异均显著。不同条件爆破处理之间情况略有差异：爆破处理A与爆破处理B和C差异显著，但爆破处理B和C之间，无论是径向还是弦向，差异均不显著。

毛果冷杉湿心材爆破处理后，渗透性得到改善，从爆破前、后湿心材纹孔膜的变化可以得到解释。蒸汽爆破前，湿心材部位大部分纹孔都是闭塞纹孔(图 2A)，爆破处理后，闭塞的纹孔出现了不同的状态。爆破处理A，管胞壁之间的具缘纹孔虽然仍然完好，但闭塞纹孔的纹孔膜呈现了部分复位现象(图 2B)。随着温度和压力的增大，当达到爆破处理B时，即温度达130 ℃，压力达0.25 MPa，作用在闭塞纹孔膜两面的蒸汽压相差悬殊，纹孔塞来不及产生位移，蒸汽压力就使塞缘上部分微纤丝束发生了断裂，把闭塞纹孔的纹孔塞部分冲破(图 2C)，使其部分脱离纹孔口。在爆破处理B的基础上，重复次数由10次增加到20次，即爆破处理C，不但存在闭塞纹孔膜被蒸汽压冲破的类型(图 2D、E)，还存在纹孔膜凹陷到相邻的细胞腔内，同时纹孔缘与细胞壁也出现了裂痕(Zhang et al.，2006)。表 3给出了爆破处理后纹孔膜复位及破坏的比率，不同条件的蒸汽爆破处理，均不同程度地打开了闭塞纹孔或破坏了闭塞纹孔膜，部分解除了闭塞纹孔的状态，打开了水分流动通道，改善了纹孔作为气流通道的有效性，从而湿心材的渗透性得到了明显地改善。

Cai等(2005)等曾采用生材蒸汽预处理，平衡含水率达到纤维饱和后再水蒸气处理、微波处理和低频处理等4种方法，分别对毛果冷杉湿心材的横向渗透性进行研究。结果表明：在干、湿球温度为90、89 ℃的干燥窑中蒸汽预处理生材状态下的毛果冷杉湿心材板材4 h后，其渗透性略有增加，但增加不显著。当把生材状态下的湿心材样本先放置在温度为20 ℃，相对湿度为95%，平衡含水率为23%的调温、调湿箱中，使其达到23%的平衡含水率，然后再放置在干、湿球温度为90、89 ℃的干燥窑中蒸汽处理4 h，发现其渗透性比生材蒸汽预处理4 h有较大程度增加，但增加的结果仍然没有达到统计上差异。当把湿心材样本放置在频率在2.45 GHz、功率为1 kW的微波炉中，温度从20 ℃加热到95 ℃，微波处理1 min，发现湿心材的渗透性虽略有增加，但增加不明显。当把湿心材样品放置在频率为6 MHz、最大功率为10 kW的低频加热器中，温度从20 ℃加热到90 ℃，低频处理1.5 min，发现毛果冷杉湿心材的渗透性几乎没有变化。这种低频仪器的频率相对较低(只有6 MHz)，产生的水蒸气数量少，没能打开木材中闭塞的水分流动通道，从而其渗透性几乎没有发生改变。而采用蒸汽爆破方法，均能不同程度的打开木材中闭塞的水分流动通道，从而大大改善了毛果冷杉湿心材的渗透性能。

一般来讲，由于木射线的径向作用，针叶树材的径向渗透性比弦向的好。但从表 2可知，在相同的处理条件下，与弦向的渗透性相比，径向的数值只略有增加。这是由于毛果冷杉湿心材部位的木射线中含有较多的树脂等内含物，阻碍了水分在径向的流动而造成的。通过方差分析，无论是对照材还是爆破处理材，在相同的处理条件下，径向和弦向的渗透性差异均不显著。Torsten等(2000)在研究香脂冷杉(Abies balsamea)湿心材的渗透性时，也得出径向和弦向的渗透性差异均不显著的类似结论。

3 结论

1) 毛果冷杉湿心材爆破处理后，径向、弦向的渗透性均得到了不同程度的改善，与对照材相比，最大增加幅度为对照材的2.84倍。统计分析表明，爆破处理A、B、C与对照材之间差异均显著。

2) 当爆破次数一定时(重复爆破10次)，径、弦向的渗透性，均随着爆破温度、压力的增加而增加(爆破处理A和B)，且差异显著。

3) 当爆破温度和压力一定时(温度为130 ℃，压力为0.25 MPa)，爆破次数由10次增加至20次，木材的渗透性也随之增加，但没有达到统计上的差异。

4) 爆破处理后，湿心材渗透性改善的原因主要是爆破时产生的蒸汽压力使原本闭塞的纹孔膜出现了部分复位或破坏。

5) 不论是对照材还是爆破处理材，在相同的处理条件下，湿心材径、弦向的渗透性差异均不显著。