树木的生长与木材的形成

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1、,第 1 章,树木的生长与木材的形成,第 1 章 树木的生长与木材的形成,1.1 植物分类和木材名称 1.2 树木生长与木材的形成 1.3 树干的构造 1.4 幼龄材,植物在生物分界中的地位,林奈的两界系统 1735年，林奈（Carolus Linnaeus 瑞典植物学家）发表自然系统，把生物分为植物和动物两大类，即植物界和动物界。,海克尔的三界系统 1866年，海克尔（Haeckel 德国生物学家） 植物界 动物界 原生生物界 （原核生物、原生动物、硅藻、粘菌、海绵）,植物界的基本类群,藻类植物 低等植物 菌类植物 (无胚植物） 地衣植物 苔藓植物 高等植物 蕨类植物 （有胚植物） 裸子植物

2、 被子植物（有花植物）,1.1 植物分类和木材名称,一、植物分类( plant classification ) 根据自然界植物有机体的形状分门别类，并按照一定的分类等级和分类原则进行排列，建立合乎逻辑的、能反映各类植物间亲缘关系的分类系统。 树木分类主要根据，花、果、叶的主要形态特征进行。树木分类常采用恩格勒（Engler）的自然分类法。,多媒体课件,划分的单位由高至低排列的顺序,界、门(division)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species) 其中，最常使用的和最基本的是科、属、种三级。,植物分类 界植物界Plantae 门种子植物

3、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R.pseudoacacia L,种：植物分类系统的基本单位，是具有相似形态 特征，表现一定的生物学和生态学特性， 能够产生遗传相似的后代，占有一定自然分 布区的个体总和。 亚种：( subspecies )一个种内的类群，形态上有区 别，分布上或生态上或季节上有隔离。 变种： ( variety)一个种有形态变异，变异较稳定， 分布范围（或地区）比亚种小得多。 变型： ( form

4、)有形态变异，但看不出有一定的分 布区，而是零星分布的个体。,植物学名 1751年，瑞典植物学家林奈（Carl Linne） “双名法”。经国际植物学大会讨论制定了国际植物命名法规。,国际植物命名法规要点,每一植物有且只有一个学名（优先律原则）， 用拉丁文书写。 完整学名包括：属名、种加词、命名人。 属名第一个字母大写，种加词小写，斜 体，命名人第一个字母大写，正体。 学名以模式标本为依据，有效发表时要 有拉丁文描述。,例如：学名 Pinus karaiensis Sieb. Et Zuce,红 松,属名 种加词命名人（缩写）,木材名称分学名和俗名两种 学名是根据国际植物命名法规利用拉丁文对树

5、种进行命名的，即拉丁学名，其组成为：属名+种名+定名人。,二、木材名称,二、木材名称,例如：学名 Pinus karaiensis Sieb. Et Zuce 俗名： 红松、果松、海松、朝鲜松 另外，当一树种已知其属名，而种名不确定时，可记作：(属名+ sp. ) 某属的某种木材; (属名+spp.)某属的某几种木材 。 俗名是由于各地的习俗不同，一种木材在某地叫这样的名字，而在另一地方则又叫别的名字，例如上面所举红松的例子。,Pinus sylvestris var. mongolica,樟子松,1.商品材树木的特征 （1）商品材树木必须是多年生的； （2）必须具有直立的多年生主茎； （3）

6、在生长过程中能不断生成新木质部和树皮层，使主茎直径逐渐增大。 2.商品材树种在分类上的位置 一般所说的木材，是指针叶材(softwood)和阔叶材(hardwood)，即裸子植物亚门中的大部分植物（即针叶材）和被子植物亚门内双子叶植物纲的一小部分木本植物（即阔叶材）所生成的木材。,多媒体课件,三、商品材树木的特征及其在分类上的位置,四、商品材和我国商品材的分类,（一）商品材树种的分类 规则如前所述，即用拉丁学名或俗名表述。 （二）材种分类 材种是木材产品的类别，是依照木材不同用途、形状和尺寸而区分，与木材树种是两个概念。根据国标（GB），木材材种依据不同的分类标准可分为： 1.根据木材外形，分

7、为圆材(round timber)（如原条、原木），锯材(saw timber)（如板材、方材、枕木），人造板(panel)（如刨花板、胶合板等）等材种。 2.根据木材尺寸：如锯材依据断面尺寸大小而分为薄板、中板和厚板。 3.根据木材用途及不同使用方式分类,多媒体课件,1.2 树木的生长与木材的形成,树木的生长是指树木在同化外界物质的过程中，通过细胞分裂和扩大，使树木的产生不可逆的增加。树木是多年生植物，可以生活几十年至几千年。树木的一生要经历幼年期、青年期、成年期，直至衰老死亡。而木材产自高大的针叶树和阔叶树等乔木的主干。要了解主干是怎样生成的，首先有必要了解树木的生长过程。,1.2.1 树

8、木的组成部分,树木是有生命的有机体，是由种子（或萌条、插条）萌发，经过幼苗期、长成枝叶繁茂，根系发达的高大乔木。纵观全树，它是由树冠、树干和树根三大部分组成（图1-1）。,（一） 树根(root)：树木的地下部分，占525%体积。 功能：吸收水分和矿物质，将树木固定于土壤。 （二）树冠(tree-crown)：树木的最上部分，由树枝、树叶组成。占525%体积。 功能；将树根吸收的水分和矿物质等养分和叶吸收的二氧化碳，通过光合作用制成碳水化合物。,（三）树干(trunk)：树木地面以上的主茎部分，是树木的主体，占树木体积的5090%。它一方面将树根吸收的养分由边材运送到树叶，另一方面把叶子制造的

9、养料沿韧皮部输送到树木的各个部分，并与树根共同支撑整个树木。,1.2.2 树木的生长,树木的生长: 高生长（顶端生长，初生长） 直径生长（次生长）的共同作用结果。,多媒体课件,高生长（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。,多媒体课件,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。,双子叶植物茎的初生结构,初生韧皮部,初生木质部,髓,表皮,机械组织,髓射线,束内形成层

10、,双子叶植物茎的初生结构轮廓图,年轮及早材、晚材,早 材,晚 材,年 轮,1.3树干的构造（由树皮、形成层、木质部和髓组成）,1.树皮 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。,多媒体课件,2 .形成层(cambium),木材是通过形成层的细胞(cell)分裂、新生木质部细胞的成熟、成熟木质部细胞的蓄积等三个过程形成的，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)。 形成层原始细胞分为：1）

11、射线原始细胞-分生出木射线和韧皮射线; 2）纺锤形原始细胞-分生出导管、管胞、木纤维等。,多媒体课件,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：初生木质部(primary xylem)和次生木质部(secondary xylem)。 4 髓（髓心）(pith) 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。,1.4.1 幼龄材的概念,幼龄材又称未成熟材。它位于髓心附近，幼龄材围绕髓呈

12、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。 应该把幼龄材和成熟材看作同一株树上两个有明显不同的部分。成熟材具有那些被认为是这个树种的正常特性，而幼龄材在结构特征和物理性质方面次于同一树株的成熟材。 这就进一步明确了“幼龄”两字不是对树株而言，而是针对树干某一高度的中心部分。因它的生成在这一高度树茎断面上属“早”，故名幼龄材。,1.4 幼龄材,1.4.2 幼龄材的性质,幼龄材材性的总体特征劣于成熟材，具体表现为：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，因此幼龄材刚性小、强度低，受外力后易挠曲，

13、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。,1.4.3 识别、界定幼龄材,1.4.3.1 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。 幼龄材区界:得注

14、意尚有一些复杂情况，如细胞长度可在其它性质（如细胞厚度）之前到达成熟。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。,应注意，定义幼龄材的主要依据是木材的细胞结构和木材性质。人工林树木中的幼龄材是与髓附近的快速生长有关，但在所有树木中的宽生长轮并非必定与幼龄材有关。例如，幼茎生长在不利的竞争条件下时近髓处有窄生长轮，而一旦生长条件改善，就会形成宽生长轮。,1.4.3.2 界定幼龄材 关于幼龄材与成熟材的界定，渡边治人认为：不管树

15、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，即以管胞长度、微纤丝角、生长轮宽度、晚材率、壁率和基本密度等指标为标

16、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。,1.4.5 幼龄材的利用,幼龄材的利用，其主要作为纤维原料，一般认为 幼龄材是低级的纸浆材料。其原因是它的木素和半纤维素含量比成熟材高，纤维素含量低，导致纸浆得率低，制出的纸张撕裂强度低。但爆裂强度和折叠强度高。测定爆裂强度的方法是，对纸面的小范围区域施加逐渐增大的流体压力，测出使纸面破裂所需力的大小。 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。 很多研究表明，当幼龄材和成熟材分别在各自理想的条件下加工时，它们木浆的质量无差异。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。,本,章,结,束,二、植物细胞的基本结构,微管、微丝与中