初探绿色宝藏　.doc

初探绿色宝藏论竹材利用及其在整个生命周期内对环境的意义摘要：本文从我国竹材资源上的特点及竹材的理、化、生特性出发，综合阐述了竹材利用在其整个生命周期内特点及其对可持续发展及环境保护的意义，并且对目前竹材利用的现状提出了简单的建议。关键词：竹材；生命周期；材料性质；开发利用；绿色环保Abstract:This paper begins from the basic description of the characters of bamboo on its physical, chemical and biological properties and illustrates the usage of bamboo in its entire life period as well as its meaning to the environment protection and the Sustainable Development. The paper also gives some brief suggestion on the present using status of the bamboo.Keywords:bamboo;lifetime period;mechanical properties;development;environmentaly- -friendly1.引言在近几十年来经济发展的刺激下，全球出现了木材的滥砍滥伐现象，据统计，1988年以来，热带森林平均每年消失 2，425万hm2，每分钟消失46.14hm2。由于树木被采伐之后植树成材时间太长，以致世界森林面积逐年缩小，地球表土大量流失，造成大面积的土地荒漠化和日益严重的水土流失。加上工业废气及化学物质产生的环境污染，使保护地球的臭氧层受到破坏，引起全球性的气候异常，相继发生水源枯竭、食物短缺、物种濒临灭绝的恶性循环。如此发展下去，地球将面临生命维持系统崩溃的严重局面。因此，保护森林资源是社会经济可持续发展的关键环节。而我国是木材资源相对贫乏的国家，人均森林面积拥有量也远低于世界平均水平，这一问题在我国也显得更为严重。据统计到2015年我国木材缺口将达到1415亿m31。随着我国天然森保护工程的实施，木材资源紧缺的问题将日益突出。在这种形势下，寻找一种替代材料就显得尤为必要。而与此同时，我国在竹材上却拥有着巨大的开发潜力。我国拥有丰富的竹林资源，全世界共有竹种70多属，1000多种，而中国有竹种37属，占世界竹属的50多，竹种（含变种）500余种，约占世界竹种的42。2可见，中国竹种具有高度丰富多样性。我国竹林总面积约420万hm2 ，占全球总面积的1/3左右。由于竹林成材迅速，一般六年成材，自然再生能力与计划采伐量基本平衡，加以人们有意识地扩种引种，与森林面积逐年减小的现象相反，我国竹林面积在逐年增大。且一次造林可多次采伐，多年受益。不仅如此，竹材在其整个生命周期中对于环境的影响较小，具有开发为绿色环保材料的巨大优势，充分开发竹材特性，不仅能解决当下的资源问题，也不失为一种实现可持续发的有效途径。2.1我国竹类资源分布竹资源在我国的分布十分广泛。由于我国各地气候、环境变化很大，以及各竹种生物学特性的差异，因而竹子的分布具有明显的地带性和区域性。我国的竹林大致可以分为三个竹区：2.1.1散生竹林区 位于黄河与长江之间，约在北纬30-40左右。包括甘肃东南部，陕西南部与四川北部，山东和河北南部，以及湖北、安傲、江苏等地区。2.1.2混合竹林区 位于长江以南，南岭以北，约在北纬25-30之间。包括浙江、江西、湖南、贵州、云南北部、福建西北部、四川南部等省区。该区的特点是散生竹与混生竹互相混合分布，是中国竹林面积最大，资源最丰富的地区。2.1.3丛生竹林区 主要分布在华南一带，约在北纬25以南地区。以广东、广西、海南、台湾、云南南部和福建南部等省区为主要分布地带，主要在北热带和南亚热带之间3。2.2竹材性质分析2.2.1竹材的生物学特性竹类快速的生长模式使得它们具有较短的成材时间。竹子生长锥细胞的分裂速度远远超过其他的被子植物细胞，而在竹笋拔节时，其居间分生组织除了进行有丝分裂以外，还会进行无丝分裂，这使得细胞的数目增加得极快。据统计，在适宜的环境中，竹节每秒钟增加的细胞可达9万个。而生长速度最快的毛竹竹笋，一天最多可长高1米，在出土40到50天以后即可长到12米2。作为一种生物性的材料，除了生长迅速外，竹类在它的生物构造和生长繁殖方面也有着其他木本植物难以比拟的优势。就材用的毛竹而言，其竹秆具有明显的节和节间，节间中空，称为髓腔；髓腔周围的壁称为竹壁。从解剖学上来看，其基本结构由表皮、皮层、基本组织和维管束组成。相比于其他的禾本科植物，毛竹的机械组织特别发达，在表皮下有下皮，即紧接在表皮下的厚壁组织层；近髓腔处有多层石细胞层；每一维管束的外围有纤维构成的鞘，越靠近外围的维管束纤维越发达，数量越多45。作为一种草本植物，毛竹并没有次生结构，但它的原生木质部并不像其他禾本植物一样有腔隙，而是像基本组织一样被厚壁的细胞所充满，且随着毛竹的生长，这些细胞的细胞壁会渐渐木质化，而且毛竹没有木射线这样的横向组织，因此具有着优良的力学性能。其他的竹类茎也有着这种特性。竹类植物营养生长期较长，一般要几十年或几百年。因而竹类主要靠无性繁殖，即依靠地下的竹鞭进行分蘖繁殖。在一片竹林中，地下的竹鞭连接着地上的竹竿，并依靠生出竹笋不断地增加竹子的数目和竹林面积。由于竹类植物的营养生长和无性繁殖能力较强。只要按照竹子生长发育规律，实行科学经营管理，合理砍伐利用，竹林就可不断地无性复壮。竹类植物的有性繁殖表现为开花结实。竹子开花的周期，因竹子种类不同有三种类型：少数竹子可以年年开花，开花后竹秆并不死亡，仍然可以抽鞭长笋；大部分竹子在整个生长过程中只开一次花，而且有一定周期，从40到80年不等，开花后杆叶枯黄，成片死去，地下茎也逐渐变黑，失去萌发力，结成的种籽即所谓竹米，下种后萌发生长，才能长成新竹；还有一种类型是不定期零星开花，开花后，竹林并不死去。恶劣的生长环境在很大程度上会促进竹类开花。因此，根据竹种的特性，采取适当的管理措施，即可有效控制竹子开花。例如，对毛竹林，可采用松土、施肥、盖土、浇水、挖竹蔸、防治病虫害等措施，为竹子创造适宜的生长环境，就可避免竹林出现开花现象6。虽然竹子开花会导致竹林的大面积死亡，但竹子开花结实从系统发育的角度来说是有利的，它利于竹子繁殖后代，达到复壮的目的。总而言之，只要合理利用竹类的繁殖规律，竹林是可以成为取之不尽用之不竭的资源的。另外值得注意的是竹类对其所在环境的自净能力。竹子会散发出一种特殊的物质，能够抑制细菌、害虫的生长繁殖，所以竹林有空气自净的作用。事实上竹林中动物的粪便不会发臭，动物尸体也不易腐烂。而竹林浴的效果，优于其它的林木的森林浴。如能有效地提取出这种物质，便可以广泛地应用于制造消毒、杀菌、除臭、空气清新效果的新产品。竹材和木材的比较72.2.2.竹材的物理性质竹材有一般木材所不及的优点；收缩量小，高度的割裂冲、弹性和韧性，很好的顺纹抗压力和抗拉力。从这张表可以看出，竹材的抗拉强度约为木材的225倍。抗压强度为木材的1.52倍，弹性模量及硬度等数值约为一般木材的2倍。如果对竹材进行加工处理，它的强度还能得到进一步的提高，从而扩大竹材的运用范围1。2.2.3.竹材的化学性质竹材的有机组成和木材相似，主要由组成。一般存在于竹材中的化学成分，在化学上分类如下：碳水化合物：碳水化合物主要是占竹材实质约3/的高聚糖，除了纤维素(55%左右)，半纤维素（戊聚糖20%左右），还有少量的淀粉、果胶等8。酚类物质：酚类物质的大部分是竹材细胞壁的主要成分之一的高分子木质素，在竹材中约占23%30%；此外，还有少量的单宁、色素、木聚糖等。无机质：竹材中的无机质即灰分，其含量一般为0.8%5% 9。除上述外，竹材中还存在着各种醛、脂肪酸、生物碱和蛋白质等有机物，然而，这些含量都甚低。但若能有效提取这些物质并加以合理使用，将会带来其他材料无可比拟的巨大经济效益。2.3竹材的开发利用竹材生物构造上的特点以及其优秀的材料物理特性决定了它在生产上具有极其广泛的用途。2.3.1竹建筑竹子作为建筑材料使用已有上千年历史，在孟加拉大多数人口居住于竹屋10。竹材在土建工程中用途很多，大致可分为以下几类：基柱、建筑推架、脚手架、地面材料。屋面材料、墙壁、桁架、土竹结构、室内装饰、竹水管、竹筋混泥土等。以竹材作为建筑材料使用有利于发展竹业减少木材和红砖的使用，减少森林砍伐，保护环境，增加就业。2.3.2竹制家具竹材具备木材的各种性能，加工后的竹材因为是植物粗纤维结构，其自然硬度比木材高出一倍多，而且不易变形，理论上竹材的使用寿命达20年，另外竹材结构致密、质感爽滑、纹理清晰，因此是非常好的装饰用材。调查显示，竹材能够造就独特的环境特性，不但可以调节室内湿度，吸收紫外线，抗静电，有益于人体健康，还能够起隔音、降低噪音的作用11。又因为竹材是可快速再生的材料，竹材粘接使用的是特种胶，避免了甲醛对人体的危害。所以竹制家具不仅冬暖夏凉，有利身心健康，而且还有利于环保。全竹家具不仅在强度、使用功能上毫不逊色于全木家具，而且其特殊材质结构使人备感温馨和自然。2.3.3竹材造纸竹材纤维长，长宽比较大，是优质造纸和人造丝原料。竹材不但能制造各种书写纸，而且还可生产胶板纸、描图纸、复印纸、打字纸和包装纸等多种优质印刷纸和特种工业用纸。近年来我国各地先后兴建了一批万吨级竹浆造纸厂及中小型竹浆造纸厂，年生产量超过15104，不仅每年节约造纸用材401043，还为国家节省了大量外汇支出。2.3.4竹纤维纺织品竹纤维是一种新型的天然绿色环保材料。竹纤维织品具有较好的强度和耐磨性，良好的质感和着色能力，以及超过其他天然纤维的吸放湿性及透气性。除此之外，竹纤维织物天然具有抗菌、抑菌、抗紫外线作用，且在在经多次反复洗涤、日晒后，仍能保证其原有的特点。竹纤维不会对人体皮肤造成任何过敏性不良反应，反而对人体皮肤具有保健作用和杀菌效果。因此竹纤维被美誉为“会呼吸的纤维”。用它制成的纺织品被称为“人的第二肌肤”。竹纤维面料也被业内人士誉为“二十一世纪最具有发展前景的健康面料”。2.3.5竹炭和竹醋液竹炭制品是由于三年以上毛竹高温无氧干馏而成的。制造1t竹碳，需要耗用66.5t新鲜竹材，在制造1t竹炭的同时可以获得350600kg的竹醋液12。竹炭用途相当广泛。由于竹炭具有强大的吸附功能，除作燃料外，竹片炭还可广泛应用于食品加工，空气及水质净化，并具有药用价值。此外，竹炭还能放射远红外线，能加快血液循环，改善人体内环境，利于保健。竹醋液可以被广泛应用于农业生产、医疗保健、食品加工、处理污水等方面。竹醋液是一种良好的天然抑菌剂，对食品和水果中不同类型腐败菌均有抑制效果，具有促进农作物种子发芽、生根、生长的作用，也可作为增效剂和添加剂13。2.3.6竹材的其他用途此外，由于竹类有着复杂的次生代谢过程，在其生命活动中产生了许多生理活性成分，竹材的内含物在制药、食品工业和一些化学原料的制备中也有着广泛的应用。例如制取竹沥、竹叶黄酮、竹木糖醇、叶绿素、竹挥发油等14用于食品制药生产，而竹笋自古以来就是人们喜爱的食品。限于篇幅，笔者在此就不一一介绍了。2.4竹材的废料利用 随着竹业的迅速发展，各种竹材废料逐渐增加，在面临森林资源不足的情况下，如何充分有效地利用这些废料，已成为竹材综合利用的一个紧迫问题，也具有广阔的前景。竹材废料主要指采伐剩余物和加工废料，如边脚料、细刨花、竹枝丫、开花竹子、竹篓等。大型竹材加工废料已被广泛利用，方法是利用竹材再掺以2030的加工废料，作为制浆和造纸的原料。竹材加工废料可用于制造碎料板和蜂窝板、竹编板，竹碎料水泥板等。竹枝、梢是采伐时的主要剩余物，据调查竹材中枝叶蓄积量占秆蓄积量的2025，若被丢弃实属可惜。采用枝丫为原料可生产塑面竹材刨花板，也可作为造纸原料，整个工艺过程与竹材造纸相似。竹箨除民间利用外，亦可制成箨浆配抄卷烟纸，通过实践一些厂家已在这方面取得了一套较成熟的经验15。而将加工剩余物热解加工成竹炭和竹醋液，因其资源利用充分和高附加值的特点，正在日益引起行业内人士的关注。2.5竹材资源利用中的一些问题然而作为一种材料本身，竹材也存在着诸多缺陷。首先，竹秆的外形就限制了它的造型加工。竹材不能通过锯切的方法将其直接加工成板材或方材，也不能通过刨切的方法获得纹理美观的刨切竹单板，竹材旋切所得到的竹单板幅面小，易碎裂，较难进行量产化16。与此同时，这也使得在竹材造型加工中存在着极其严重的浪费。据统计，在一般的竹材加工企业中竹材的加工利用率只有40%左右，而对于剩下的60%的边角料不能很好的加以利用，造成了很大的资源浪费和环境污染。其次由于竹材内部淀粉、糖类、蛋白质含量均比木材高，且纤维纵向排列，因而在竹材的贮存、加工及竹制品的使用过程中，易产生霉变、褐变和遭受虫蛀，影响了竹制品的美观及使用寿命，降低了竹材的使用价值及经济效益。另外对于竹材资源的综合利用方面国内外还缺乏系统的、成体系的研究，这不但限制了竹材的进一步利用，还导致现有加工处理技术含量不高，资源利用率低下。不但没有带来理想的经济效益，还在生产过程中造成了一定的环境污染。从产业分布的角度来看，目前我国竹业总体经营水平不高，竹资源利用的集约经营只有10左右。一些地区对于竹材的利用主要都集中在一些低附加值的产业方面，而对于像生产竹醋液、竹炭等高附加值行业的投入力度不够。坐拥丰富的竹林资源却不能很好的利用其效益，这也是目前竹材资源利用中的一个问题。3.总结与展望竹因其分布广、生长快、用途多、生态和经济价值高等特点，被誉为“绿色的金矿”。我国得天独厚的竹林资源为竹材的开发利用莫定了坚实的物质基础。在木材等资源日益枯竭的今天，利用竹材的特性，展开相关研究，充分开发其作为环保材料的优势并将其运用到经济建设的各个方面，不仅能有力地支持现行的可持续发展战略，还能有利地拉动相关产地和产业的发展。为此从竹产品整个生命周期中的材料的选择到工艺的过程到制造，从设计到销售到材料的回收处理的任何一个环节都应该严格要求，充分考虑资源占有极小化，工艺处理、包装方式、储运方式、及销售、使用、陈列装饰和废弃后降解处理等相关情况的综合最佳解决方案，真正做到绿色无污染。在竹产品的贸易已广泛国际化，年国际贸易额约为20亿美元的今天，提高技术含量和附加值和提高竹材利用率的方向发展也是是竹产业发展的主要方向。充分开发利用竹林资源，其意义已远远超过发展经济或发展行业本身，它更是也是拯救大自然、保护地球和人类的有效举措。参考文献1 黄祖波，李春宝，吴 岩，葛贝德竹材在土木建筑中的应用，森林工程2007, 3 (2) 592 鬼画符，小松博客竹材百度百科/view/115966.htm3