澳大利亚桉树人工林培育与木材利用

澳大利亚桉树人工林培育与木材利用

桉树是澳大利亚的一种大型树种，1770年被发现并确定。桉树属(Eucalyptus)现已成为世界上中、低纬度地带最重要的人工林树种之一。1974年,澳大利亚以外的国家至少有370万hm2桉树人工林,其中1/3在南美,还有1/3在非洲,构成了地球上独特的森林地理景观。该属不仅在世界林业的历史发展中占有重要的地位,而且在澳大利亚也起着非常重要的作用。桉树是澳大利亚最重要的木材资源,随着林业和其它科学技术的发展,桉树木材的利用范围愈益广泛。澳大利亚在桉树培育和木材利用方面作了大量工作,积累了丰富的知识和经验。1然林、次生林、辐射松林澳大利亚森林面积约占国土面积的5%,共有4300万hm2,其中人工林约107万hm2,森林覆盖率约5%。构成森林的优势树种比较明显,天然林、次生林主要是桉树,人工林主要是辐射松。20世纪90年代以后,澳大利亚营建桉树人工林的面积逐渐增多,成为人工林发展的趋势,现在桉树人工林造林面积约24万~25万hm2,主要造林地区是塔斯马尼亚州、维多利亚州和西澳洲,主要代表树种有蓝桉(E.globulus)、亮果桉(E.niten)、巨桉(E.grandis)、王桉(E.regnans)、柳桉(E.saligna)和弹丸桉(E.pilularis)。2木材及化学品木材是一种天然的、可持续的、人类最重要的物质资源之一,其应用场合在许多方面胜过铝材、钢材、混凝土与塑料,因为获取木材及木制品的整体加工利用对环境影响最小。在澳大利亚,现在采伐的木材大多数来自桉树林和松树林。桉树木材55%~60%用于纤维与纸浆材,20%用于实体木材。2.1木材类型2.1.1si受试技术木材材性快速测定仪(SilviScan)是当今澳大利亚木材研究的一项重大科技成果,获瑞典林业界最高奖,澳大利亚联邦科学院金奖。该仪器是20世纪80年代末澳洲的一些造纸企业提出的,企业界发现有些森林木材较适合造纸,而有些森林的木材造纸性能较差,这样他们建议CSIRO的林产品研究所开发一种仪器,可以准确预测早期立木的造纸性能,经过企业界不断向政府呼吁,最终政府与企业界共同投资,以林产品研究所RobertEvans等研究人员为主要技术骨干,于20世纪80年代末开发出第1代SilviScan,90年代末第2代SilviScan开发成功,现在已经正式使用。第2代仪器(一般是采用非破坏性取样,用生长锥取的木芯制作试样,这种生长锥是在常规生长锥的基础上进行改进后而特制的配套产品)不但可以识别不同的木材细胞,直接测量生长轮宽度、各种木材细胞直径、木材密度、细胞微纤丝角及纤维素微晶宽度,而且可以准确推算年轮界限、早晚材宽度、纤维粗造度及弹性模量(进样速度可小至0.05mm),这些数据可在较短的时间内通过电脑一一获取。目前,人们常用此仪器开展不同种类桉木、松木的材性预测、立木质量划分等研究工作,进而为以后桉树等实体木材的合理加工利用提供可靠的理论依据。2.1.2木材生长应变与生长应力因各种桉树木材有较高的生长应力,严重影响了其实体木材的加工和利用,所以在澳大利亚比较重视不同桉树木材生长应力的研究。生长应力是立木细胞在生长过程中于形成层部分形成的,存在于所有的树木中,木材中因有生长应力而导致应变。早在1930年就有人用不同的方法测量木材的生长应变,但应力释放的方法不同。现在还没有一种直接的方法来测量生长应力,通常采用生长应变仪测量生长应变,进而推算生长应力。目前测量木材生长应变的方法主要有3种:澳大利亚的Nicholson法,日本、美国的应力片法,法国的应变测量法。法国的应变测量仪比较常用,测量方法易于掌握。Chafe通过比较8年生的人工林亮果桉和36年生次生林王桉在1.3m高处的生长应变,认为,这2种桉木生长应变和树木直径成正相关关系,但Kubler认为,桉树木材生长应变或应力与树木的胸高直径之间的关系随个体环境的变化而变化。Yang比较分析了3个种源人工林蓝桉木材生长应变的关系,她认为南澳洲的JohnstonsBlock种源的蓝桉木材生长应变较高,而KingIslang种源的木材生长应变明显比Jeeralang和SoutheastofTasmania种源低。这些研究表明,生长应变和应力可以通过选育措施来改变,人们可以采取一定的育种方法培育出生长应力较小的树株,生产出高质量的原木和锯材。2.2木材加工与开发2.2.1王桉木材机械林的生长皱缩是木材收缩时纵向受压而产生的细胞变形,通常发生在纤维饱和点以上。桉树木材在干燥的过程中易于产生皱缩,低密度桉树木材一般比高密度桉树木材发生更多的皱缩。因为皱缩使得桉树木材容易发生内裂。Yang研究了1939年生长的王桉次生林,研究表明:王桉心材部分的平均恢复皱缩率约51%,边材部分的平均恢复皱缩率约46%;而平均未恢复皱缩率心材部分约49%,边材部分约54%。这就意味着由于边材部分皱缩的发生而且未能恢复使得木材的体积损失较多。另外,王桉木材皱缩和原木表面开裂不是紧密相关的。Ilic认为,对王桉木材进行零下20℃的预冻处理可以降低木材皱缩和内部开裂。Chafe等学者认为,减少木材皱缩与内部开裂有2种途径:首先要找出产生木材皱缩的关键因子,相关的树木生物学特性,环境因素的影响及较理想的改性方法;其次是通过树木选种、育种、无性繁殖来培育出无皱缩发生木材的植株体。2.2.2桉树木材的常规干燥过程多数桉树木材因有较高的生长应力和皱缩,导致桉树木材在加工的过程中易于开裂、扭曲和变形,所以在澳大利亚生产桉木的锯材厂常常先用水喷淋原木,使其保持较高的含水率以防止开裂,同时在锯解的过程中采取径向下锯法,生产径锯板材,尽可能减少板材的收缩、开裂和变形。锯解的板材干燥时常采用软基准法,大气干燥与蒸汽干燥窑相结合,通常厚板气干时间较长,约1~2年,薄板气干时间较短,约半年至1年,气干材的含水率大约20%时,再将板材放入蒸汽干燥窑中干燥1~2个月,温度20~35℃,然后进行蒸气处理6h,温度95℃,使木材皱缩部分能够尽快恢复,最后在70~85℃的干燥窑中再干燥5~7天。这就是澳大利亚桉树木材常规干燥过程。最近Philip和Rhichard等对加拉桉板材的表面进行化学涂刷处理,比较处理材与未处理材的含水率梯度变化和连续的干燥质量,探讨加拉桉木材合理的干燥处理方法和干燥工艺。近几年澳大利亚CSIRO研究人员和一些大学学者Oliver等合作研究了不同桉树木材的干燥模型,分析比较了塔斯马尼亚和维多利亚的王桉、巨桉、斜叶桉、蓝桉与西澳洲的加拉桉等几类桉树木材的干燥时间模型,使用者可以通过这一时间模型计算不同干燥阶段的干燥速率、干燥应力、板材的含水率、收缩率和板材强度。当然这一模型不是万能的,尤其是板材干燥过程中的应力分布与各种应力的计算方程式,目前这方面的研究不很成功,还有待进一步完善。2.2.3胶合木胶合材料集成材是将小径材通过不同的拼接方法组成一定规格的结构材料,是适应森林结构的变化需要而产生的。早在1907年德国就开始生产,并用在建筑行业上,以后美国、日本相继研究和使用胶合木框架,我国在1958年开始采用胶合木结构。澳大利亚近年对集成材的研究也有相关报道,Collins认为在集成材的生产过程中,胶结时间和速度最为关键,如果胶合速度过快,胶粘剂没有与木材表面紧密结合而被挤压出去,相反如果胶合速度过慢,胶粘剂中的水分蒸发过多,胶合效果同样较差。适当的胶合速度与压力是集成材生产过程中的关键步骤。集成材常用的胶粘剂是间苯二酚与甲醛合成胶、三聚氰胺与尿醛的合成胶,间苯二酚与甲醛的反应比苯酚更剧烈,而且是一线性聚合物。集成材拼接的方法通常采用指接法。2.2.4桉木家具家具桉树木材用途十分广泛,可用于重结构建筑、造船、桩柱、造纸、门窗框架和家具生产等许多方面。10多年前,澳大利亚的木制家具主要以浅色为主,使用的木材是王桉、大桉(E.delegatensis)、巨桉、蓝桉和各种松木;如今多数人喜欢深色家具,木材有加拉桉(E.marginata)、卡瑞桉(E.iversicolor)、赤桉(E.camaldulensis)、斑皮桉(E.maculata)、相思木、澳洲胡桃木等。尤其用加拉桉木心材制作的家具颇似我国的红木家具,在澳大利亚颇受欢迎,但价格较高。加拉桉木心材深红色,密度大,气干材约820kg/m3,主要生长在西澳洲。从生产深色硬木家具的原材料的角度考虑,将来我国可以尝试引种少量的加拉桉树种。3纤维使用3.1纤维特性对段pcr的影响澳大利亚的桉树木材过去多数生产木片,并出口美国和日本,但并非所有的桉树木材纤维都是最好的纤维原材料。那么如何判断以更有效地利用天然林、人工林、林区采伐剩余物及加工剩余物中的桉树木纤维,步骤如下:(1)使用SilviScan-2可以快速测量木纤维的形态参数。(2)根据不同的纤维特性制定制浆造纸的加工方法与加工工艺。(3)纸张性能的测定,包括纸张的粗糙度、撕裂强度、拉伸强度、破坏强度与抗压强度;漂白纸浆还需测试它的视觉特性,如明度、不透明度和印刷特性等。目前,澳大利亚联邦科学院林产品研究所的造纸实验室研究了塔斯马尼亚州、维多利亚州的王桉、斜叶桉(E.obliqua)和蓝桉等的纸浆性质;同时对西澳洲的美叶桉(E.calophylla)、卡瑞桉和加拉桉进行了研究,结果认为,美叶桉与卡瑞桉的纸浆质量较好,加拉桉的纸浆质量略差,现正试图将加拉桉与其它桉树和松树木片混合使用,以提高纸张产品的质量。此外,该实验室还将近红外分析方法应用于制浆造纸业,用近红外波谱更快速、准确地分析制浆造纸不同阶段所采取的方法和加工工艺,并预测其纸浆产量和质量。这为以后高质量纸浆材的生产提供了一种新思路、新方法。3.2去生产人工碳质板澳大利亚纯粹用桉树木材生产人造板的企业比较少,过去生产胶合板时常用各种松木,现在生产纤维板和刨花板时用一些林区采伐剩余物和桉木加工剩余物,同时实验室正在尝试使用农产品加工剩余物和木材纤维生产碎粒板。4桉树木材生产利用的建议20世纪60年代以来,我国营造了大面积的桉树人工林,目前已遍布南方17个省市600多个县,栽培面积150多万hm2,具有一定规模,现已成为南方最具经济活力和市场前景的人工林树种。那么如何能够充分合理地利用好我国现有的桉树木材资源以及更好地引种、培育出高质量的桉树树种,现提出以下建议:(