树木生长与木材形成 (2).ppt

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1、第一章 树木的生长与木材的形成,植物分类和木材名称 树木的生长与木材的形成 树干的构造 幼龄材,Growth of Tree & Formation of Wood,第一节 植物分类和木材名称,植物分类 树木的分类 树木名称及木材名称,一、植物分类( plant classification ),植物分类是以植物的亲缘关系为基础，研究区分植物类别的科学。植物分类系统是植物分类学的中心内容，而植物分类单位和命名原则是其重要组成部分。,现代植物分类学所采用的： 分类基本单位是 种 species； 最高单位是界 kingdom； 介于其间的是门 phylum 、纲 class、目order、 科

2、family 、属 genus。 其中最常使用的和最基本的是科、属、种三级。,界植物界 Plantae 门种子植物门 Spermatophyta 亚门被子植物亚门 Angiospermae 纲双子叶植物纲 Dicotyledones 目豆目 Leguminosae 科蝶形花科 Papilionaceae 属刺槐属 Robinia 种刺槐 Robinia pseudoacacia,刺槐为例：,二 . 树木的分类,1. 树木的分类 树木属于植物，树木的分类是按植物分类进行的，也以界、门、纲、目、科、属、种分类。,树木(tree)：木本植物的统称，包括乔木、灌木和木质藤本.,树木是如何的分类？,泥炭

3、藓,柚木林,种子植物：具有由胚珠发育形成的种子，以种子繁殖后代的高等植物，根据胚珠是否被心皮包被分为裸子植物和被子植物两大类。 裸子植物(gymnosperms)：种子裸露，胚珠无心皮包被，不形成果实；乔木或灌木，稀为木质藤本，叶多为针形、条形或鳞形（稀为其它形状，如银杏为扇形）。所以，这类树木又称为针叶树。,2. 具体分类：树木属于种子植物。,苏铁,南洋杉属,杉木,银杏,裸子植物亚门(其中大部分植物可产生针叶树材) 苏铁纲 CYCADOPSIDA苏铁目CYCADALES 苏铁科CYCADACEAE 银杏纲 GINKGOPSIDA -银杏目-银杏科-银杏属-银杏(Ginkgo biloba L

4、inn.) 松杉纲 CONIFEROPSIDA 松杉目 PINALES 松科PINACEAE, 如冷杉属, 落叶松属, 云杉属, 松属, 雪松属 杉科TAXODIACEAE, 如杉木属, 柳杉属, 水松属, 水杉属 柏科CUPRESSACEAE, 如侧柏属, 柏木属, 圆柏属, 刺柏属 南洋杉科ARAUCARIACEAE 罗汉松目 PODOCARPALES 罗汉松科 PODOCARPACEAE 三尖杉目 CEPHALOTAXALES 三尖杉科 CEPHALOTAXACEAE 红豆杉目 TAXALES 红豆杉科 TAXACEAE 盖子植物纲 CHLAMYDOSPERMOPSIDA,种子植物门,植

5、物界,种子植物 被子植物(angiosperms)：种子不裸露，胚珠有心皮包被，形成果实。乔木、灌木、草本或藤本，单叶或复叶，网状叶脉或平行脉，叶形多宽阔，故这类树木常称为阔叶树。,被子植物亚门 双子叶植物纲：其中一小部分为阔叶树, 我国约有228科，产生阔叶树材，如水曲柳、榆木、榉木、桦木等。 单子叶植物纲：如棕榈, 竹类。 以刺槐为例： 界植物界 Plantae 门种子植物门 Spermatophyta 亚门被子植物亚门 Angiospermae 纲双子叶植物纲 Dicotyledones 目豆目 Leguminosae 科蝶形花科 Papilionaceae 属刺槐属 Robinia 种

6、刺槐 Robinia pseudoacacia (木材来自于裸子植物亚门中的大部分植物和被子植物亚门内双子叶植物纲的一小部分木本植物的树干和粗大枝条的次生木质部),植物界 种子植物门,木 材 的 来 源,盖子植物纲,（藤本）,苏铁纲,(,有高矮的木本,),银杏纲,松杉纲,裸子植物,（木本）,双子叶植物,被子植物,（乔木）,针叶树材,种子植物,单子叶植物,木本,草本,乔木,阔叶树材,灌木,木质藤本,木材,问题： 1、树木的学名是用什么语言？ 2、树木学名的命名方法？,三、树木以及木材的名称,1树木的名称（学名） 树木的学名(scientific name)，由瑞典植物学家Carolus Linn

7、aeus于1753年在其名著Species platarum 植物种志中最早提出来的。现根据国际植物命名法规利用拉丁文对树种进行命名的，即拉丁学名，其组成为： 双名法（两段命名法）属名种加词(命名人名) 银杏 Ginkgo biloba Linn. 其中，属名第一个字母大写，其它字母小写；种名字母均小写；定名人通常用省略词第一个字母大写。,如: Ginkgo biloba Linn. 银杏 Pinus massoniana Lamb. 马尾松 Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. 红松 Evodia daniellii (Benn) Hemsl. var. villi

8、carpa( Rehd. et Wils.) Huang 长毛臭檀 松科：Pinus 松属; Abies 冷杉属; Picea 云杉属; Larix 落叶松属; Cedrus 雪松属； Keteleeria 油杉属； Tsuga 铁杉属；Pseudotsuga 黄杉属； 柏科：Cuoressus 柏木属; Platycladus 侧柏属、Juniperus 桧柏 属; Fokienia 福建柏属； 杉科：Cunninghamia 杉木属； Cryptomeria 柳杉属； Metasequoia 水杉属 另外，当一树种已知其属名，而种名不确定时，可记作：属名+ sp.,2木材的名称,木材的学名

9、：树木的学名（拉丁文名） 俗名：俗名或别名为非正式名称，是木材种类的通俗叫法， 往往具有地方性，故又称地方名。由于各地的取名角度以及语言文字等方面的差异，所使用的木材名称不尽相同。存在的问题：同物异名，异物同名。 例：龙脑香科娑罗双属（Shorea spp.）的木材，在菲律宾称 Lauan(柳安)，马来亚、 印度尼西亚和沙捞越称 Meranti(梅兰蒂)，沙巴称 Seraya(塞拉亚)。 例：学名 Pinus karaiensis Sieb. Et Zuce 俗名： 红松、果松、海松、朝鲜松 通用中文名:华山松、落叶松、红松、水曲柳、白柳按等,第二节 树木的生长与木材的形成,树木的组成 树木的

10、生长,问题： 1、树木由哪几部分组成？ 2、这几部分在树木中的作用？ 3、这几部分在树木体积中所占的比例？,一、 树木的组成,1树根(root) 2树冠(tree-crown) 3树干(trunk),图1-1 树木的组成,（岛地谦，1976 ）,二、树木的生长,1. 高生长（初生长）和直径生长（次生长） 高生长（初、顶端生长）(elongation of tree stem)：是根和茎主轴生长点的分生活动，即顶端分生组织或原分生组织的分生活动的结果。 分生作用: 细胞数量增加（细胞体积不变）向高生长。 直径生长（次生长）(secondary growth)：形成层（即侧生分生组织）细胞向平周方

11、向分裂的结果。 形成层原始细胞向内形成次生木质部，向外韧皮部，于是树木的直径不断增大。 形成层：介于树皮和木质部之间，是一层很薄的组织，只有在显微镜下才可见到。,图12 顶端分生组织分生的模型图（岛地谦，1976 ）,髓,皮层原,am:顶端分生组织 pd:原表皮 gm:基本分生组织 pc:原始形成层 ed:表皮 p:髓 c:皮层 vb:维管束 fc:束内形成层 ic:束间形成层 pp:初生韧皮部 px:初生木质部 sp:次生韧皮部 sx:次生木质部 ca:形成层,原表皮(原始表层)表层组织 表皮细胞 木栓形成层 周皮 木栓层 拴内层 基本分生组织 基本组织 皮层 髓 束间组织(束间形成层) 原

12、始形成层 维管组织(维管束) 初生木质部 维管形成层 次生木质部 次生韧皮部 未分化的原始形成层(束内形成层) 初生韧皮部,顶端分生组织,顶端分生组织 初生分生组织 初生组织 侧生（次生）分生组织 次生组织,初生组织(primary tissue)：来源于顶端分生组织的组织，没有分生能力，构造上不完全。 次生组织(secondary tissue)：来源于维管形成层的组织，无分生能力，包括次生韧皮部、次生木质部、周皮。,什么是木材？,树木的躯干及较粗大枝条的次生木质部(secondary xylem)，由形成层(cambium)分生所形成。,图1-3 树木的各个组成部分,2. 木材形成的过程,

13、纺锤形原始细胞木质部和韧皮部的轴向细胞：导管分子，管胞等； 射线原始细胞木质部和韧皮部的射线细胞 形成层带：形成层原始细胞、木质部母细胞和韧皮部母细胞三层。,图1-4 形成层的原始细胞,(1)形成层的细胞分裂,图15 次生木质部细胞的来源,(2)新生木质部细胞的成熟,a.细胞的扩大生长： 细胞扩大也即木质部细胞成熟的第一阶段，这时木质部细胞的细胞壁仅是由初生壁构成的，纤维素微纤丝的结构是无一定方向的网状，新的纤维素微纤丝将插入在网隙松弛的地方，即通过所谓插入生长形式来进行面积生长。各个细胞间以胞间层相隔离，此时的胞间层主要是果胶质，具有丰富的可塑性。 细胞扩大首先由细胞直径的增大开始，接续细胞

14、直径增大，将发生细胞轴向的伸长细胞之间不错位，只是细胞的先端伸长，插入到其它细胞之间，即所谓插入生长。,b. 细胞壁增厚和木质化。 这时细胞中有原生质，从初生壁的内侧起纤维素微纤丝开始堆积，即进行所谓附着生长，这样在初生壁内侧通过附着生长堆积的细胞壁叫作次生壁。 随着次生壁的堆积，木质素在木质部组织中沉积的现象叫作木质化。木质化现象从细胞的角隅处，木质素开始，逐渐向组织间层全体，进一步向初生壁和次生壁的间隙中沉积，这样，次生壁的增厚就结束了。 (3)成熟木质部细胞的蓄积。,图1-6 形成层带的细胞分裂,( 4 ) 形成层圆周的扩大,图1-8 形成层细胞的平周分裂和垂周分裂,图1-9 纺锤形原始

15、细胞的增加,图1-10 射线原始细胞的增加,第三节 树干的构造,一、树干的组成,1. 树皮 2. 形成层 3. 木质部 4. 髓,图1-11 树干的结构,1.树皮 (bark)：指包裹在树木的干、枝、根次生木质部圆柱体外侧的全部组织。其组织结构随树龄而异，幼茎的树皮是由表皮、皮层、初生韧皮部所组成。成熟的树干树皮包括表皮、周皮、皮层、韧皮部所组成。 （1）表皮：细胞胞壁极厚，富于角质，具气孔。其功能是：防止内部组织的水分蒸发和保护外部不受伤害。 （2）皮层：一般为多层薄壁组织。发生弦向分裂产生木栓形成层。由木栓形成层向外分生木栓层，向内分生栓内层，这三层合称周皮。 如以最外层的周皮为界，树皮又

16、分为内、外皮。 树皮的外部形态及其裂隙的类型（可作为原木识别的特征之一）：平滑、瘤状突起或针刺状皮刺、纵裂 （深纵裂、浅纵裂、纵横裂）、横裂。,2 .形成层(cambium),木材是通过形成层的细胞(cell)分裂而形成的，即木材的直接起源是形成层。 形成层是一个连续的鞘状层，包围在整个树干、树枝、树根的次生木质部周围，属次生分生组织。它向外弦向分裂产生次生韧皮部(secondary phloem )，向内分裂产生次生木质部(secondary xylem)。,3. 木质部(xylem) 木质部位于形成层和髓之间，为树干的主要部分，是木材加工的主要利用对象，也是木材科学的研究对象。 木质部分为

17、初生木质部(primary xylem)和次生木质部(secondary xylem)，二者的不同如下表。 初生木质部 次生木质部 1.细胞的起源： 顶端分生组织 形成层 2. 组成系统 无横向组织 轴向、横向皆有 3. 量 少 多 4. 利用角度 无 主要利用对象 5.蓄积方向不同 只有轴向 轴向、横向皆有,4. 髓（髓心）(pith) 髓位于树干轴心，为木质部所包围的柔软的薄壁组织。通常直径很小，有时受外界影响而偏心。它不属于木质部，利用上无价值。髓的组织松软，强度低，易开裂。横切面形状多助于木材识别。,第四节 幼 龄 材,幼龄材的形成机理 幼龄材的概念 幼龄材的性质 幼龄材的识别 幼龄材

18、的界定 幼龄材的利用,关于幼龄材，有两种错误的认识： （1）把幼龄材只看成是小树的木材。误认为,在成熟树干中就谈不上存在幼龄材。 （2）把树株生长最初年份形成的木材看作是幼龄材,误认为幼龄材为高度一定的圆锥形,只限于成熟树干下方中心部位。,1.幼龄材形成的机理,(1)木材在生成中的差别 成熟树干靠近树梢区域的生长较其它部分旺盛;而一株幼树,的全体均生长旺盛。它为了正常发育需要有营养物质平衡,在达不到这种平衡时,发育就受到威胁、压抑。这种状况下生成的木材也就与成熟材不同,常被视为品质较差者。 树干的中心是髓,它的周围环绕着一薄层初生木质部,这两部分都是树茎在这一高度时的第一年中形成,它们的组织均

19、与以后形成层产生的次生木质部不同。 另外在树茎长到任何一个高度上的前520年间产生的次生木质部与这段幼龄期后产生的次生木质部有所不同,前者即为这一高度上的幼龄材。这就从理论上说明了幼龄材在树干内不为圆锥形而近于圆柱状;它不限存在于树干基部,而是自基部延伸至树梢。,（2）木材生成后的变化 树株早年生长形成的木材，初始薄壁细胞还保持生机，以后这部分木材发展为心材。 在这一转变的前后，占木材体积大部分的厚壁细胞无改变。以后整个木材更无变化。 那种只把小树的木材看成是幼龄材，认为随树龄的增加幼龄材就会生成为成熟材，以及成熟树干的全部木材均为成熟材等看法均是错误的。,根据木材结构和性质上的主要差异，树干

20、的主茎可以区分为两个区域： 幼龄材 成熟材,图1-12 幼龄材和成熟材的位置,（3）成熟树干主茎的两部分,幼龄材的形成是活性树冠区域的顶端分生组织长期对形成层的木材分生影响的结果。在生长的树木中，当树冠进一步向上移，顶端分生组织对下面某一高度形成层区域的影响就减小,成熟材也就开始形成。,2.幼龄材的概念 (juvenile wood),幼龄材又称未成熟材。它位于髓心附近,幼龄材围绕髓呈柱体,是受顶端分生组织活动影响的形成层区域所产生的次生木质部。也即未成熟的形成层产生的木材,占520个年轮。 幼龄材和成熟材是同一株树上两个明显不同的部分。 “幼龄”两字不是对树株而言,而是针对树干某一高度的中心

21、部分。因它的生成在这一高度树茎断面上属“早”,故名幼龄材。,成熟材(mature wood)：成熟的形成层产生的木材。,图1-13 幼龄材在树木中所占的比例,树龄 / 年,幼龄材比例 / %,3. 幼龄材的性质,木材结构方面 根据以往的研究表明幼龄材与成熟材在木材结构方面有很大的差异; 纤维长度：幼龄材细胞比成熟材短。针叶树成熟材细胞是幼龄材细胞长度的34倍。阔叶树成熟材纤维长度常为邻近髓心处纤维的2倍。 纤维的尺寸：纤维的径、弦向直径是幼龄材小于成熟材。纤维的径、弦向壁厚是幼龄材小于成熟材。纤维的长宽比，腔径比都是幼龄材小于成熟材。壁腔比为绝大多数木材是幼龄材略大于成熟材。 螺旋纹理：把幼龄

22、材和成熟材进行对比，幼龄材中出现螺旋纹理的倾向较大。 次生壁中层的微纤丝角度：由于幼龄材有较短和较薄壁的管胞和纤维，因此，具有较大的微纤丝角，具特征性。,木材物理力学性质方面 密度:与成熟材相比,幼龄材的密度低。 晚材百分率:幼龄材晚材细胞数量相对较少,年轮中占比例较多细胞的壁薄。 干缩性:幼龄材细胞壁S2层微纤丝倾角大,造成它的纵向收缩大,而横向收缩则有相应的减小。因此影响固体木材的尺寸稳定性以及与正常材的并用。 幼龄材严重降低锯材质量,主要由于干燥时的翘曲、纵向收缩大,不适合锯制小尺寸锯材。 含水率从幼龄材到成熟材变化很大。大多数针叶材在株内从基部向上随高度增加,含水率也增加,因为有较大的

23、幼龄材比例。 幼龄材里有较高的应压木比例,其具有短的管胞,生产中容易破裂;由于有较高的木质素,很难漂白。 力学性质一般,幼龄材的强度降低约15%30%,也有的比正常成熟材在同一强度上降低50%.由于纤丝角度大,顺纹抗拉强度明显降低.,木材化学性质方面 针叶树幼龄材与成熟材通常化学性质差异很大，有较高比率的木质素和高聚糖，较低的纤维素和半乳甘露聚糖。 幼龄材单位体积的浆产量比成熟材低5%15%。由幼龄材和成熟材制造出纸的质量有明显的差异。,幼龄材的纤维（管胞或木纤维）长度均小于相应的成熟材。 树干的螺旋纹理倾角（针叶树材的管胞倾角）和细胞壁微纤丝倾角均大于成熟材。 幼龄材刚性小、强度低，受外力后

24、易挠曲，不适于作承重构件；而成熟材的强度和刚性均稳定，能充分抵抗外力的影响。 幼龄材干缩系数大，木制品尺寸不稳定，易产生翘曲变形。因此幼龄材在一些用途方面要受到限制。,幼龄材材性的总体特征劣于成熟材具体表现为：,4.识别幼龄材,幼龄生长期的终止，在一些木材树种是陡变。 一些树种，特别是针叶树材，在至成熟条件之间有一过渡期，成熟材和幼龄材间无明显的界限。 最初生成的年轮，密度最低，纤维最短，纤维角最大。而后自树心向外密度增加，纤维增长。对大多数性质，在开始的几个年轮变化率较大，以后逐渐相似于成熟材的性质。这种木材结构和性质的逐渐变化，使得在树干横截面上难于判别何处幼龄材结束和成熟材开始。 幼龄材

25、区界:目前研究的共同结论是，幼龄材持续期在树种间有很大变化，一般为520年，即短者约5年，而长者可达20年，主要取决于树种。一些研究者们认为，在幼龄木形成期间，通过生长刺激（如施肥、灌溉或造林措施）将会延长幼龄木的时限。,5. 界定幼龄材,渡道治人认为：不管树木生长快慢，在树干任何横切面上未成熟的范围总是与髓心距离有关，针叶树大概在57cm的半径范围内。 Pashin等则认为：幼龄期的长短，在各树种之间变化很大，通常在520a间，且围绕髓心呈圆柱体。 Haygreen.J.G.等人认为，尤其是在针叶树材中，成熟材和幼龄材间的过渡期，使得幼龄材与成熟材界限划分变得困难。幼龄期生长的终止，有些树种

26、是陡变，如某些阔叶树材，有些则是具有明显的过渡期。 从实验分析结果可以看出，不同指标所界定的成熟期年龄不同。综合不同研究所得结论，认为以反映木材最基本特征的几种指标为界定幼龄材与成熟材的标准。 定义幼龄材的主要依据是木材的细胞结构和木材性质。 木材细胞的尺寸，如针叶树材中管胞的长度，阔叶树材中导管分子的长度；木材密度；木材细胞壁壁层S2层的微纤丝角；木材的干缩湿胀率、生长轮宽度、晚材率、壁率和基本密度等指标为标准。这不仅是因为它们测定方便，更主要的是每项指标从不同侧面综合反映出木材物理力学性能，而且它们之间有着紧密的联系。,6. 幼龄材的利用,幼龄材的利用，其主要作为纤维原料。 研究还发现，使用幼龄材木芯制出的纸具有较高的拉伸强度。 另外，将材质松软、力学强度低的幼龄材用于细木工板或复层结构木质材料的芯层部，也不失为有效利用幼龄材的途径之一。充分利用幼龄材的性质，设计新的处理工艺，可以改变其对木材品质的影响。这样能够实现木材科学加工和高效利用，使有限的木材资源得到充分、合理的利用。,