杉木无性系新品种‘洋020’和‘洋061’10年生幼龄材微观结构与力学性能的相关性

【目的】阐明杉木无性系间幼龄材的力学性能差异,筛选力学性能优良的无性系,探究影响杉木幼龄材力学性能的微观结构特征,为杉木优良无性系选育、杉木木材加工利用和加工工艺研发提供科学依据。【方法】以福建洋口国有林场杉木无性系品种比对示范试验林中2个经国家认定的杉木无性系新品种‘洋020’和‘洋061’10年生幼龄材为试验材料,各采伐8株标准株作为样木。按照国标加工、制备主要力学性能试件,测定木材抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和硬度,应用光学显微图像分析系统、X射线衍射、傅里叶变换红外显微成像等技术观测样品显微构造并测量微纤丝角、结晶度和木质素含量。采用单因素方差分析进行数据处理,系统分析2个杉木无性系幼龄材微观结构与力学性能的相关性。【结果】杉木无性系‘洋020’早材管胞形态与‘洋061’较为接近,但年轮晚材区比‘洋061’宽,管胞壁较厚,管胞腔较小,壁腔比较‘洋061’约大25%。‘洋020’的平均微纤丝角为12.06°,较‘洋061’(14.97°)约小18%;平均结晶度为39.73%,较‘洋061’(35.88%)高11%左右;木质素含量特征峰高比的平均值较‘洋061’高8%左右;平均抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和硬度分别为51.36 MPa、10.18 GPa、30.27 MPa和1 497 N,较‘洋061’的平均抗弯强度(42.56 MPa)、抗弯弹性模量(8.98 GPa)、顺纹抗压强度(27.20 MPa)和硬度(1 391 N)分别高21%、13%、11%和8%。【结论】除结晶度外,杉木无性系‘洋020’与‘洋061’幼龄材在解剖构造参数、微纤丝角和木质素等微观结构因子方面均存在显著性差异,‘洋020’幼龄材的抗弯、抗压和硬度等力学性能均高于‘洋061’。杉木无性系幼龄材管胞壁厚度、壁腔比等解剖构造参数以及木质素含量与力学性能呈正相关,细胞壁纤维素微纤丝角与力学性能呈负相关,这些微观结构因子的协同作用影响其力学性能。评价杉木无性系幼龄材木材力学品质性状,解剖构造参数和微纤丝角是最主要的判断依据。