第五次全国森林资源清查表明，我国森林覆盖率只有16.55%，居世界第111位，人均拥有森林面积居世界第119位，能够提供的木材资源非常有限；另一方面，随着生活水平的提高，人类对木材利用的数量、质量要求越来越高，全国木材年消耗量约3.462 4×10⁸ m³(李育才，1996)，超过木材年生长量，以致用材供求矛盾日益突出，不得不依赖进口(江泽慧等，2000)。从长远来看，依靠进口不能解决根本问题，培育和寻找新的木材资源是根本途径。经济林主要以产果、叶、油料、调料、工业原料等为主，据第五次清查资料全国经济林面积2 022.21万hm²，占林地面积的13.16%，预计到2010年全国经济林面积可达2 600~3 000万hm²。经济林类有相当一部分树种具有优良的用材价值，作为用材林培育有很大潜力，如银杏(Ginkgo biloba)木材质优良，素有“银香木”之称，是工艺雕刻、精美家具、豪华建筑以及室内装修的优良材料，但是我国目前大面积发展的只是果用林和叶用林，以及作为少量的风景绿化树种，很少作为人工用材林进行定向培育。因此，如果在经济林培育中考虑“果木两用”，既能生产特用原料满足人们社会生产和生活的需要，又能产生数量可观的木材资源，这对天然林保护之后减轻资源压力、调整我国森林资源结构、满足人民生活需求具有重要意义。

本文选取核桃(Juglans regia)、枣木(Ziziphus jujuba)、银杏、板栗(Castanea mollissima)、樟树(Cinnamomum camphora)和橡胶(Hevea brasiliensis)等重要树种，研究每个树种木材解剖、物理、力学和化学性质，旨在探索人工经济林木材性质，为人工经济林用材树种的定向培育和木材综合利用提供科学依据。

1 材料与方法

人工经济林试材采集按照国家标准《木材物理力学试材采集方法》(GB 1927-1943-91)的规定进行。野外记录情况见表 1。

纤维(管胞)形态特征指标测定：将测试样品置于10%铬酸-10%硝酸等量混合液中离析，洗净后制成临时和永久切片，在放大100倍的投影仪上观测纤维长度；纤维宽度、腔径和壁厚的测定，首先将测试样品的木材横切面制成永久切片，再置于光学显微镜下观察(放大倍数10×40)。所测定的物理力学指标主要有：基本密度、干缩性、抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度和硬度等，其中樟树木材基本密度采用最大含水量法测定，物理力学性质的其余各项指标的测定都按照GB 1927-1943-91中的试验方法进行。银杏、核桃和枣木的化学成分以及樟树和橡胶热水浸提物含量测定按照GB 2677.4-81方法进行。采用Excel软件统计处理数据，模型建立采用Spss中有关程序进行计算。

2 结果与分析 2.1 解剖性质 2.1.1 生长轮宽度径向变异

生长轮的宽窄，是树木生长快慢的主要标志，直接影响木材材积和年生长量。对6种人工经济林木材1.3 m高度处的年轮宽度进行了径向变异分析(图 1)，其中核桃、橡胶、樟树和银杏的生长轮较宽，生长速度较快，而板栗和枣木的年轮最窄、生长慢，尤以枣木最慢。

核桃木材生长轮宽度径向变异较大，从髓心大约2 mm向外先变化很小，到第6年左右进入速生期，第9年左右达到最大值约10 mm后，又开始下降，到17年左右趋于稳定约3 mm。

枣木的生长轮宽度近髓心处稍大，向树皮方向有减小的趋势，总的变化不大。平均年轮宽度为1.06 mm左右，生长速度甚慢。

17年生银杏木材生长轮宽在4~11 mm之间，反映其生长速度较大。从髓心向外前13年生长轮宽度增加较快，此后又开始下降。

板栗木材生长轮宽度在2~6 mm之间，生长速度较慢。前3年生长轮宽度有所下降，接着上升，到第9年达到生长量的最高峰，约13年以后变化缓慢，趋于稳定。

樟树木材生长轮宽度由髓心3 mm增至6年生时的6.6 mm，之后生长放慢，14年时生长轮宽度降至4.7 mm，随后生长轮宽度又持续增大，25年时生长轮宽度为5.5 mm左右，此后生长轮宽度逐渐减小。橡胶树生长很快，速生期在4~9年，速生期内生长轮宽在6.8~9.1 mm之间。由髓心向外生长轮宽度迅速增到最大值后，向外逐渐减小，而后生长轮宽度稍稍增大后又变小，树皮附近生长轮宽度呈快速下降趋势。

2.1.2 纤维形态特征

在针叶材中，木材90%以上由垂直延长的管胞构成；阔叶材往往有50%或更多的纤维。纤维的比量及其形状、排列、纹孔的分布都大不相同，直接影响木材的性质，从而影响木材的用途。

在制浆造纸中纤维形态特征与纸张的性能有很大的关系，纤维长、长宽比大、壁腔比小，木材制浆造纸时纤维就易压溃，有利于纤维交织，纸浆性能好；反之，纸浆性能差。通常认为纤维的壁腔比大于1的属于造纸的劣质原料、小于1的属于造纸的优质原料(鲍甫成等，1998)。通过对核桃、枣木、银杏、板栗、樟树和橡胶等6种人工经济林木材胸高处(1.3 m高度处)纤维形态特征的测定，得到包括纤维长度、纤维宽度、纤维腔径、纤维壁厚、壁腔比和长宽比等纤维形态特征的平均值，并将其与传统的纸浆材杨木、马尾松的纤维形态进行对比。从表 2可见，除了枣木以外，其他5种经济林木材的纤维长度、长宽比都比杨木的高；就壁腔比而言，橡胶木比杨木和马尾松的低，核桃、银杏和樟树的比杨木和马尾松的略高，但差别较小且均小于1。因此，仅从纤维形态特征方面看，除了枣木(纤维短、壁腔比略大)和板栗(壁腔比略大)稍逊以外，银杏、核桃、橡胶和樟树木材均适合造纸。

另外，对枣木、核桃、板栗和樟树这4种人工经济林木材纤维长度的径向变异进行分析，见图 2。在图中所示的4种木材中，核桃纤维长度变异最大，从髓心向外先逐渐增加，前6~8年增速最快，后增速稍缓，在距髓心16年左右增大到约1 700 μm。由于样木树龄较小，因此不能完全确定核桃纤维成熟细胞的长度的径向变异趋势，这需要进一步研究。枣木纤维长度最小值为551 μm，最大值722 μm，从髓心向树皮方向变异幅度很小。樟树和板栗木材纤维长度变异模式相近，髓心处纤维长度最小均为700 μm左右，向外迅速增长，13轮以后纤维长度保持相对稳定。

银杏木材管胞长度的径向变异是近髓心处管胞长度值最小(约1 800 μm)，随着树龄的增大，长度亦随着增大，在近树皮的几个年轮内管胞长度值达到最大(约3 900 μm)(张顺泰等，1990)。

2.2 物理力学性质 2.2.1 基本密度的径向变异

木材密度是表示木材性质的重要指标之一，用它可以估计木材的品质、工艺性质和物理力学性质(如硬度、强度、干缩、湿胀等)，对林木最终产品的产量和质量有很大的影响，又具有较强的遗传性(成俊卿，1985)。对6种人工经济林木材1.3 m高度处基本密度的径向变异进行了分析，见图 3。

核桃木材基本密度从髓心向外先增大，到第5~7年左右达到最大值，后略有下降且上下波动。枣树木材基本密度自髓心向树皮有降低的趋势，变化范围很大，在0.48~0.82 g·cm^-3之间，这与刺楸¹⁾(Kalopanax septemlobus)、中条山山杨(Populus davidiana)(徐从建，1986)的密度径向变化趋势一致。板栗木材基本密度的径向变异波动幅度不大，在0.55~0.65 g·cm^-3左右，从髓心向外略有增加，到第9年左右达到最大值后保持稳定，靠近树皮处有所下降。银杏木材平均密度在0.547 g·cm^-3左右，径向变异与枣木类似，近髓心部分密度稍大，后稍有下降，约在第8年之后趋于平缓。樟树木材基本密度在0.41~0.50 g·cm^-3范围内上下波动，径向变异不大。橡胶木基本密度自髓心向外逐渐增大至第5年后达到最大值后，保持相对稳定，树皮附近又呈一定的下降趋势，但树皮附近木材密度值仍高于髓心附近值。

1) 刘盛全.刺楸木材解剖特征、物理力学性质的变异及其相互关系的研究.安徽农业大学硕士学位论文，1992

2.2.2 基本密度与生长速度之间的相关性

林木生长速度对木材性状影响的研究一直是林业研究中的热点(Pashin et al .,1980)。过去研究表明：处于幼龄期生长的树木，年轮宽度与年轮密度之间关系不明显; 进入成熟期生长的针叶树材中一些硬木松类，随着年轮宽度增加，早材部分增加，而晚材部分相对不变，因此强度降低；进入成熟期生长的阔叶树材环孔材，随着年轮宽度增加，早材生长量接近不变，晚材随年轮宽度而增加，木材强度增加; 散孔材管孔大小较为一致、材质较为均匀，生长速度对其材质影响不大。这一规律已被许多试验证实(费本华等，2000a)。

研究总结板栗、银杏、樟树、核桃和枣木这5种经济林木材的基本密度和生长轮宽度之间的相关性，结果见表 3。从表 3中可见，散孔材樟树、半环孔材核桃和枣木生长轮宽度与基本密度间的相关性弱，反映出木材年轮宽度增大，其木材密度变化不明显。环孔材板栗木材生长轮宽度和密度之间的正相关性较为显著，即板栗木材密度随着年轮宽度的增加而增加，因此如果将板栗作为珍贵用材树种进行定向培育加快其生长速度而会改善其材质。针叶材银杏生长轮宽度与基本密度间具显著的负相关性，因此加快其生长速度会降低其材质。这些结果与前述观点一致，人工经济林的培育对此应给予关注。

2.2.3 物理力学学性质分级

按照木材物理力学分级标准(江泽慧等，2001)，对6种人工经济林木材的气干密度和基本密度、气干干缩率、抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度和硬度等主要物理力学性质进行分级，结果见表 4。

板栗和枣树木材的密度和力学强度较大，其中板栗木材的抗弯弹性模量、抗弯强度，枣木的气干密度、基本密度、抗弯强度、顺纹抗压强度均为Ⅳ级。枣树木材的气干径向干缩率为Ⅱ级、弦向干缩率为Ⅳ级，差异干缩较大，为2.4，大的差异干缩易引起开裂，因此对枣木生材要注意干燥处理。

核桃、橡胶、樟树和银杏木材物理力学性质较为接近，多为Ⅱ级或Ⅲ级。核桃木材气干密度、基本密度的均值皆为Ⅲ级，弦向、径向气干干缩率分别为Ⅲ级和Ⅱ级，抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度均为Ⅱ级，硬度为Ⅲ级。樟树与核桃木材的密度接近，樟树弦向、径向气干干缩率分别为Ⅱ级和Ⅰ级，各力学性质均为Ⅱ级。除橡胶木干缩小为Ⅰ级，气干密度、基本密度为Ⅲ级，抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度均为Ⅱ级。银杏木材的气干和基本密度、抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度均为Ⅱ级，端面硬度为Ⅲ级，气干干缩率为Ⅱ级。

2.3 化学性质

对樟树试验林不同部位精油含量的研究主要结论有：樟树根中精油的含量最高，枝条中油的含量最低; 脑樟型和油樟型主茎木材中含油量也较高，叶中精油的含量异樟最少，仅为0.37%，其余4个品系叶中的含量均较高，尤其是龙脑、脑樟型樟树叶中含油量分别达1.93%和1.65%(徐有明等，2001)。因此生产上应尽可能采用叶片为原料生产樟脑和龙脑化工产品，从而避免砍伐樟树资源，这对保护和培育樟树珍贵木材资源具有积极的指导意义。

由于我国木材资源少，如果将难以利用的经济林木材或其加工剩余物等用来生产木片制浆造纸，将有利于经济林木材的综合利用。作为制浆造纸原料的木材，化学组成中纤维素含量要求高(不少于40%)、木质素和树脂等含量低，另外材质不过于致密、色泽较白。我国应用较广泛的材种主要有针叶材的云杉(Picea asperata)、冷杉(Abies fabri)、沙松(Pinus clausa)、红松(Pinus koraiensis)、落叶松(Larix gmelinii)、马尾松(Pinus massoniana)等，阔叶材的杨树(Populus spp.)、桉树(Eucalyptus spp.)等。但是，必须对经济林木材化学成分进行研究，才能确定其是否适合于制浆造纸。

将银杏、樟树、核桃、枣木和橡胶木等人工经济林木材与传统的纸浆材杨木、马尾松的化学成分进行对比，结果见表 5。银杏、樟树、橡胶木的纤维素含量虽比马尾松的低，但与杨木相差不大；木质素的含量虽较杨木高，但比马尾松低。结合银杏、樟树、橡胶木材的纤维形态特征以及较快的生长速度考虑，其木材都适合造纸。樟树木材加工剩余物或其根、茎、枝条切成木片提取精油后，可将木片收集起来，用于制浆；用银杏、橡胶木的枝、干制作纸浆，可以合理利用木材资源，只是用橡胶木制浆存在着脱胶粒的问题。

枣木、核桃木的化学成分相比，核桃木的纤维素含量较高，木质素含量较低，从而可预测核桃木的制浆性能优于枣木，但核桃材质密、颜色深，因此不宜做造纸用材。从心、边材的比较而言，枣木心材的纤维素、半纤维素含量低于边材，而木质素、抽提物含量高于边材，这与其他树木的研究结果是相似的，但核桃木出现了相反结果，对这种现象的解释有待于更深入地研究。从生长速度和材质方面看，枣木和板栗木材生长慢、密度大、强度高，也不宜做造纸用材。

2.4 材性径向变异模型的建立与预测

木材性质变异模型的建立，对材质预测、营林措施及遗传改良效果评价等具有较为重要的意义，我国在这方面对经济林的研究较少。在材性之中，纤维长度、基本密度较为重要，为此利用Spss软件，通过直线、对数、指数、乘幂等多种回归方程的比较，得到了1.3 m高度处枣木、核桃、板栗、樟树4种经济林木材的纤维长度(对橡胶和银杏木材纤维长度的径向变异未做研究)和所研究的6种经济林木材基本密度的回归方程，比较R²值后发现樟树和核桃木材的纤维长度，橡胶和樟树木材的基本密度可以预测，并且效果显著。其中樟树木材的纤维长度与生长轮年龄之间、橡胶和樟树木材的基本密度与生长轮年龄之间的预测模型已发表(徐有明等，2001；2002)，在此仅对核桃木材的纤维长度和枣木的基本密度的回归方程加以介绍。

分别采用5株核桃木材1.3 m高度处纤维长度的均值，2株枣木1.3 m高度处基本密度的均值建立了以生长轮年龄(x)来预测核桃纤维长度、枣木基本密度的数学模型，并利用另外未参与建模的1株核桃木材1.3 m高度处纤维长度、1株枣树木材的1.3 m高度处基本密度的试验数据对模型进行了验证。其相应的预测模型、自变量的取值范围及显著性见表 6，模型预测值与实测值比较见表 7。从表 6可见所建的模型回归效果显著；从表 7可见预测值与实测值之间差别不大。

3 结论

核桃、橡胶木、樟树和银杏的生长轮较宽、生长速度较快，而板栗和枣木的年轮窄、生长慢。樟树、核桃和枣木生长轮宽度与基本密度间的相关性极弱；板栗木材生长轮宽度和密度之间具较显著的正相关性；银杏生长轮宽度与基本密度间具显著的负相关性。

核桃、橡胶木、樟树和银杏木材物理力学性质接近，除了橡胶木的干缩率为Ⅰ级外，其余的性质皆为Ⅱ级或Ⅲ级。板栗和枣树木材的密度和力学强度很大，其中板栗木材的抗弯强度，枣木的气干密度、基本密度、抗弯强度、顺纹抗压强度均为Ⅳ级。

除了枣木心材之外，枣木边材以及其他5种经济林木材纤维素含量均高于40%。其中银杏、樟树、橡胶木的化学组成与马尾松、杨木相比，纤维素含量虽比马尾松低但与杨木相差不大，木质素的含量虽较杨木高，但均低于马尾松木质素的含量。结合生长速度和物理力学性质来分析，核桃、银杏、樟树和橡胶木生长快且材质均匀，可以考虑作为经济和用材两用林发展。从纤维形态、化学成分和材质致密性方面分析，樟树、银杏和橡胶木材适于造纸，因此可以考虑利用樟树、银杏和橡胶木材的树干和加工剩余物造纸，以合理利用资源；枣木和板栗材质好而生长慢，因此只宜于采取以经济林果用为主、材用为附的经营方式。

枣木基本密度、核桃木材纤维长度可以通过生长轮年龄来预测，模型分别为y=0.828 8x^{-0.084 5}，y=448.703+195.774x-13.55x²+0.377 9x³，且预测效果显著。