木材树种识别技术现状、发展与展望

《木材树种识别技术现状、发展与展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《木材树种识别技术现状、发展与展望（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、木材树种识别技术现状、发展与展望木材树种识别技术现状、发展与展望木材识别是木材解剖学的重要组成部分。国际木材解剖学家协会 (InternationalAssociation of Wood Anatomist，IAWA)成立于 1931 年，目前 拥有 100 多个国家与地区的千余名会员。近 20 年来，木材解剖学已成为植物学、 林木培育、木材科学、木质文物考古和法医学等多学科交叉的新兴学科。随着 新技术的开发和引入，木材树种识别技术不断发展和进步，识别的范围及准确 性得到拓展与提高。1 国内外木材树种识别技术的现状木材是国民经济至关重要的、可再生的原材料，也是必不可少的生活资源。 要合理使用

2、木材，必须认识和了解木材性质。木材识别是木材解剖学和木材科 学的重要研究内容之一，木材识别在合理用材、生产、贸易、考古、侦破、古 木、化石木、植物分类以及寻找代用材方面，为维护消费者利益，规范木材市 场；打击非法采伐，保护珍稀濒危树种，高效利用森林资源与保护生态环境， 发挥了重要作用。 1.1 常规木材树种识别技术1.1.1 简易宏观识别宏观识别技术是将试样横切面用清水润湿后，通过肉眼或放大镜，观察宏 观解剖特征及表观特征。心边材、生长轮、导管、射线与轴向薄壁细胞的大小 及排列方式，是常用的识别特征。同时，结合材色、纹理、结构、花纹、气味、 滋味、质量和硬度等进行综合判断。宏观识别法简单易行，

3、可用于生产现场、海关和质检等执法现场。但对进 口热带木材，此方法仅能识别到类。1.1.2 微观与宏观结合识别微观识别技术是指将厚度为 1520 m 的横、径和弦切面的切片，经染色、 脱水等制成切片，置于光学显微镜下，观察各类细胞与组织的形态与排列。该 方法涉及的木材识别特征较多，极大地提高了识别的准确性。但试验过程较复 杂。为保证识别的准确性，对难辨认或有争议的木材，必须将宏观和微观识别 相结合，并与已经正确定名的木材标本的切片进行比对。1.1.3 物理或化学法辅助识别1)燃烧法 将火柴棍大小的木材燃烧，以灰烬的性状区分木材。如异色桉 和边缘桉，燃烧后前者全部灰化，色白灰，后者成为黑炭。2)荧

4、光法 将木屑的浸出液置于阳光或灯光下观察。如紫檀属木材，其水 浸出液在反射光下呈灰棕色，在透射光下为黄绿色或蓝绿色。3)化学法 在木材浸出液中加入化学试剂，利用颜色等变化判断。例如大 叶南洋杉和南洋杉的浸出液，加入浓硫酸后，前者呈粉红色，随即出现橙色沉 淀；后者形成白色沉淀。1.2 木材识别特征的术语和定义目前已出版：国际通用的木材识别特征术语和代码。IAWA 分别于 1989 年 公布了阔叶树材识别显微特征一览表，和 2004 年的针叶树材识别显微特 征一览表，有利于我国木材识别技术与国际接轨和交流。阔叶树材识别显微特征一览表共包括阔叶树材的 221 个解剖特征和 58 个其他方面的各种特征

5、，并配有 190 张显微照片，是用于木材描述与记载的特 征简表，每一特征均有编号，便于参考和数据库间的数据转换。 针叶树材识别显微特征一览表共包含针叶树材的 124 个解剖特征和 76 张显微照片。不仅为全世界针叶树材识别提供了的统一标准，也为描述和研究 针叶树材的结构、性质，编制针叶树材数据库制定统一编码，木材分类、树木 进化和亲缘关系等提供参考。上述两表已由中国林科学院木材工业研究所译成中文版本1-2。此外， 中国木材志、东南亚热带木材、非洲热带木材、拉丁美洲热带 木材以及中国裸子植物木材志等专著，亦分别介绍了 600 余种国产木材、 600 余种热带木材的宏观和微观构造、性质与用途，并配

6、有宏观和微观构造照 片，也可作为识别的参考依据。1.3 木材识别的辅助工具和软件1.3.1 对分检索表按照木材解剖特征的主次顺序，依次成对排列，每一对均由正反、对立的 两方面构成。对分检索表可以自行编制，木材种类较少时适用。中国木材志 中，每个科或属均有宏观和微观的对分检索表，简单易行。1.3.2 穿孔卡检索法1938 年，Clarrke 最先提出了穿孔卡检索表(Punched cardkey)；1952 年， F.P.R. Bulletin 发表了世界阔叶树材宏观穿孔卡检索表；1979 年，中国 林科院出版了木材穿孔卡检索表阔叶树材微观构造3。该方法的优点是可随意增减树种或修改树种的特征，按

7、照标本的任一显著特征进行检索，无固 定顺序，大大提高了识别速度。1.3.3 计算机辅助识别系统和数据库查询、检索系统70 年代末，欧美国家开始了木材信息数据库和计算机辅助识别木材的研究。 80 年代初，中国林科院木材工业研究所先后开发了带有图像的计算机辅助木材 识别系统2，包含了东南亚、非洲和拉丁美洲等热带木材的数据库查询系统， 和我国阔叶树材的查询系统，并编制了兼容性较好的软件，使我国计算机辅助 木材识别系统与木材数据库查询和检索系统，达到了世界先进国家的水平。1.4 木材命名的依据我国地域辽阔，木材树种繁多。为了规范和促进木材市场的健康发展，中 国林科院木材工业研究所的专家进行了大量木材树

8、种归类、命名，及标准制定 工作。1)GB/ T 167341997中国主要木材名称的制定。1997 年 2 月发布， 同年 9 月 1 日实施。该标准以树木学或植物学的属为基础，共收录我国 907 个树种 380 类木材 的中、英文名称，及其树种的中文名、别名、拉丁名、科别、产地和备注，将 材性和用途相近木材树种名称统一，便于木材的生产、利用、贸易、造林、营 林、科研等，是国产木材命名的依据。2)GB/ T 185312001中国主要进口木材名称的制定。2001 年 11 月 12 日发布，2002 年 5 月 1 日开始实施。内容包括：木材名称及其树种的中文名和拉丁名；国外商品材名称，科别，

9、 材色，密度，主要产地等。标准收录了世界 1010 个树种 423 个(类)木材名称， 隶属于 366 属(针叶树材 19 属，阔叶树材 371 属)、84 科(针叶树材 4 科，阔叶 树材 80 科)，基本涵盖了世界重要的商品材树种，是进口木材命名的依据。 3)GB/ T 181072000红木的制定。2000 年 5 月 19 日发布，同年 8 月 1 日实施。是红木的各类木材的命名准则。标准明确指出：红木并不是植物(树木)分类学上的一个树种的名称，而是 约定俗称的、用于目前红木家具及其制品的 8 类树种商品材集合名词。研究确 定了 33 个树种，归为紫檀木、花梨木、香枝木、黑酸枝木、红酸

10、枝木、乌木、 条纹乌木和鸡翅木 8 类，分别隶属于紫檀属、黄檀属、柿属、崖豆属及铁刀木 属。除柿属隶属于柿树科外，其余各属均隶属于豆科。2 国内外木材树种识别发展与展望近年来，国外采用的遗传法(DNA 标记)4、化学法(稳定同位素)5和近 红外光谱(NIR)技术，对珍稀树种保护、实施濒危野生动植物国际贸易公约 (CITES)、建立木材跟踪与认证系统、推进世界天然林的保护和可持续发展，起 到了重要的技术支撑作用。2.1 DNA 标记技术因植物/木材树种和产地的不同其 DNA 也不同，是某种植物/木材所特有的。遗传法可用于木材识别。近 10 年来，从干燥和加工后的不同树种木材中， 提取 DNA 技

11、术已有突破，并编制了共同实施方案5-6。2007 年，德国林业研 究所利用 DNA 标记技术，成功进行了 6 种杨树木材的识别7。以占热带亚洲木材大多数的龙脑香科树木为例，该科包括重要的商品材种 类和濒危物种。因此研究和开发龙脑香科木材产地的鉴别工具，对于国际木材 贸易和生物多样性保护，具有极其重要的意义。德国联合其他东南亚国家，以 3 000 株龙脑香科树木(包括 116 种)为研究对象，开发了鉴别热带木材产地分 子生物标记的工具，为建立种和产地相关的遗传数据库提供参考8-11。该项目选定龙脑香科的 332 个木材样品。其中 181 个样品采自天然林或东 南亚的人工林，余下的 151 个样品

12、选自德国的木材加工厂。此外，还分别从泰 国、越南、菲律宾和印度尼西亚各选取 40 余个样本，主要从异翅香属 (Anisoptera)、龙脑香属(Dipterocarpus)、坡垒属(Hopea)、赛娑罗双属 (Parashorea)、娑罗双属(Shorea)、青皮属(Vatica)6 个属取样。采用 VerificationDNA 的提取方法，对样品的 DNA 片段进行扩增(片段长度、 遗传根源、重复性)，选择适当浓度的模板 DNA，并进行 DNA 的重复性试验，得 到大量的试验数据。研究表明，龙脑香科树木和木材是最适宜热带木材产地识别系统的材料。 同种或相近木材，在不同的地理区域，DNA 标

13、记是明显不同的，可用来鉴别木 材的产地和种。研究还发现采用改良的 DNA SCAR 标记技术，在几个扩增片段长 度多态性(AFLP markers)中，也存在明显的地理差异。研究数据需建立 DNA 标记信息数据库，并采用数理统计处理，才能获得科 学的数据和资料，有利于木材识别到种及其原产地。实现 DNA 标记技术的商业 化运用，还需要各国科技工作者进行大量的科学试验，以得到更多重要树种和 木材的 DNA 标记信息及相关的数据库。2.2 稳定同位素分析技术此项技术早已应用于食品等领域，正在引入木材识别系统。该技术是分析 在已知木材中的某些稳定元素，如碳、氧、氢、氮、硫等的稳定同位素的比率。 这种

14、比率在某些地理区域是专一的，故可据此推断木材的原产地12-15。稳定同位素的天然变异可以跟踪木材的产地，特别是 D/H(氘/氚)和 18O/16O 的比率。由于在全球水系统中，氢、氧稳定同位素的同位素分馏，每 个地域均有其土壤和地下水特有的同位素组成，且与上述二者的同位素比率密 切相关。加之在针叶树材中，由于植物在水分蒸腾中的分馏作用，同位素组成 浓度更高。因此，从木材采伐地区选取标准样品尤为重要。 例如德国 Agroisolab GmbH 实验室的研究人员从北欧的芬兰、瑞典、波兰、 白俄罗斯、俄罗斯等国家获得 233 个产地的 1 651 样品，从树木茎干上截取圆 盘。主要木材样品采自针叶林

15、，如欧洲云杉(Picea abies )、欧洲赤松(Pinus sylvestris )和少数桦木(Betula sp。)。此外，由世界野生动物基金会提供， 从东南亚的加里曼丹样、文莱、马来西亚西部、沙巴、苏门答腊、越南等钻取 来自 102 个产地的 487 个生长锥树芯。在同一株树干相邻的位置上，钻取的两 个树芯，树芯长 10 cm，所有圆盘或树芯至少包括 10 个年轮。按照常规分析的 要求，将样品磨成细粉，用甲基氯化物清洁萃取 4 h 后，用索氏抽提器抽提至 少 4 h，在 70 下干燥 12 h。研究结果表明，在北欧，木材中有机物所含氢的 D/H 比率，可以跟踪该木 材产地，而同时利用

16、D/H 和 18O/16O 的比率，跟踪原产地更加准确，但在热带 地区，似乎比较困难。研究者正在利用其他元素，如开发利用 N 或 S 元素的新技术。D/H 比率在 东北欧呈现清晰的梯度特征，即氢和氧的重同位素从南到北、从西到东呈逐渐 降低的趋势。同时，建立水的同位素空间模型，首次应用硫同位素(34S/32S)的 比率，测量来自婆罗洲的某些样品的试验结果，同样可支持该假说12-13。采用地理绘图系统，将稳定同位素的比率和遗传得到的 DNA 信息相结合， 判定木材的原地理产地和种14-15。今后应从木材中分离不同的纯物质，增加 其他同位素对的测定，进一步改进测试技术和方法，开展大规模的试验，以期 得到更多的科学发现。2.3 近红外光谱分析技术NIR 分析技术，是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，在食品、 药品、农业等领域已广泛使用。2003 年，日本专家利用 NIR 分析技术识别了 8 种木材16，中国林科院木材工业研究所亦