年轮

中国质量技术监督局
年轮、早材和晚材
 
    每个生长周期所形成的木材,围绕着髓心构成的同心圆木质层,称为生长轮(growth  ring)。如在热带和亚热带地区,气候变化不大,只受旱季和雨季的影响,树木生长几无间断,一年之间可能形成几个生长轮,有些树种如柑桔正常生长每年可形成三个生长轮。而温带和寒带树木,每年有一个生长期,形成层向内只生长出一层木材,这种生长轮叫年轮(annual  ring)
    年轮在各个不同切面呈现不同的形状。在横切面上多数树种的年轮为同心圆状,有少数树种的呈不规则的波浪状,如苦槠、栲树、千金榆等。有些树木的年轮,多数偏心,似蚌壳的环纹,如蚬木和应力木等。年轮在径切面上为平行的带状,在弦切面上为抛物线状或呈V”形花纹。
    树木在生长季节内,由于菌虫危害,或霜、雹、火灾、干旱、气候突变等的影响使树木生长中断,经过一定时期后,又重新恢复生长,在一年内形成两个或多个生长周期,形成
两个或两个以上的生长轮,这样形成的年轮叫假年轮(false annualring)。假年轮的界限不像正常年轮那样明显,往往也不成完整的圆圈。在马尾松、杉木、柏木、橡木、罗汉松、红豆杉等木材中常有假年轮出现。
    不规则的年轮变异,除假年轮外,还有如下几种:
    1、断轮  由于树木过老、树冠不完整或树木生长太慢,树木一侧的形成层处于休眠状态或死亡,使树干某一部位不形成年轮,在树干横切面上表现为形成不完整的一轮,这种情况在干旱和半干旱地区较多见。
    2、失踪年轮  在树木基部,某些年份的年轮不能用肉眼分辨。
    3、多层轮  在一个生长季节形成层活动出现几次盛衰起伏,导致在一个正常年轮内出现二个或多个轮印。
    年轮的宽度有大有小,其大小随树种、树龄和生长条件而异。如泡桐、臭椿、沙兰杨的年轮很宽,而黄杨木、紫杉、木继木等在良好的条件下,形成的年轮也窄。同一株树木中,年轮宽度的垂直分布,大约愈近树木基部。年轮愈窄,愈近梢部,年轮愈宽。同一树
种,受生长条件的影响也有差别。如生长在寒冷、干旱、土壤瘠薄或密度过大的地方,生长速度比较缓慢,年轮比较狭窄;生长在气候温和、湿润和土壤肥沃等地方的树木,生长得快,就会形成较宽的年轮。同时,在同一条件下,年轮的宽度随着树龄增加逐渐增加,达到一定年龄后,细胞分生能力减弱,于是又形成狭窄的年轮。孤立木比郁闭林分年轮要宽。
    年轮的宽窄在某种情况下,可以作为估计木材物理力学性质的依据。通常以1CM内的年轮数为初步估计材性优劣的标志。针叶树材年轮均匀者,强度高(指正常木材);年轮过宽或过狭都会使木材强度降低。阔叶树材环孔材,一般随年轮数目减少而强度增加。由于年轮的宽窄与木材的强度有关系,有些特种材种对年轮的宽窄有一定要求,如航空用材要求标准是每厘米内的年轮数云杉是2—20个,水曲柳是1—10个。
    树木的年轮,愈靠近髓心其年龄愈小,而靠近树皮的年龄较大。在树干基部,年轮的数目可代表树木的年龄,但还必须加入幼苗达到该层的年龄。根据年轮的宽窄,可以测知树木生长情况,立地条件和当年气候变化的关系。
    天弩无人机年轮是树木生活的年谱,它不只记录了树木自身的年龄,还记载下环境和气候等综合
外界因子对树木生长的影响,如光照、水分、温度、土壤条件及生物之间的作用和气候突变等。所有这些都是年轮形态及结构的变异被记录下来的。每种树木有自已的年轮特征,同种树木的年轮也有不同。年轮的宽窄和气候状况紧密相关,因而人们可以通过年轮的宽窄了解各年的气候状况,如果某地气候优劣有一定的周期性,反映在年轮上也会出现相应的宽窄周期性变化。所以近半个世纪以来兴起的树木年代学(derdrochronology)”发展迅速。创始人是美国天文学家A.E.道格拉斯。
   宇称不守恒 他在亚利桑那州大学建立了世界上第一个系统研究树木年轮的实验室。经过长期观察研究,发现美国西南部的松树对气候的变化特别敏感。在寒冷湿润的年代,松树的年轮长得很狭窄。根据这一规律,可以推断出很久以前当地的气候状况。美国加州理工学院的两位研究人员,通过对生长在加州怀特山区的狐尾松年轮的研究,发现地球气温从公元前4800年开始变冷,到1950年为止,气温共下降了35度。我国气象工作者对祁连山区的一棵古圆柏树的年轮进行了研究,并对不同的生长阶段予以科学的订正,推算出我国近千年来的气候以寒冷为主,从17世纪20年代到19世纪70年代是近千年来最长的寒冷时期,一共持续250年。竺可桢教授在《中国近五千来气候变迁的初步研究》也谈到了这一点,两个结论完全吻合。
    美国科学家通过对年轮的研究,发现美国西部草原每隔11年发生一次干旱,并应用这一规律正确地预报1976年的大旱。美国科罗拉多西南方梅萨费尔德国家公圆里,有三百多个哥伦比亚印第安人的以前住宅。通过检查建造这些住宅的木头柱子,观察其年轮表明,十三世纪的最后二十五年间发生过很大的旱灾,并延续了约二十年,这样恶劣的气候条件驱使当时居住在那里的印第安人撤离了这个地区。
    太阳活动是按周期进行变化的,这在树木年轮的彩和轮廓上得到反映。研究发现,富集C14的生长年轮的年代与太阳大爆发年代相吻合。太阳大爆发时,空气中形成C14Co2,被树木光合作用吸收,合成有机养料,进入木质部后,C14的放射性逐渐衰减,其半衰期为5730朱湘桂年。测量古代树木样品,可以到距今约9000年以来太阳大爆发的痕迹,而目前对太阳大爆发的科学记载仅有50年。另外,太阳黑子强度的周期变化在年轮上也留下了印记,从年轮上算出太阳黑子活动周期是11.3年,和科学观测的相吻合。
    应用年轮来判断事件发生的具体年代,在历史考古工作中已屡见不鲜。如当发现一个古代墓冢,对其中的木材进行纹理分析,就可确定是什么树种的木材;根据木材腐蚀程度则可推算出墓建造的年代。同样的方法,也可得知某些木制古物的制作年代,大海中沉船的罹难日期等。
   shibor利率 利用年轮可以确定较大规模火山爆发时间;在医学上利用年轮探讨地方病的成因;在环境科学方面,年轮可以帮助了解水和空气污染的历史。年轮还被引入地震研究,确定当时地震的时间和强度,并揭示地震史和周期,从而可以开展地震的预测预报。年轮的测定和反映的信息在林业科研中有着重要的地位。年轮中的富集物,在地质勘探寻地下资源方面,也带给我们大量信息。
    早材和晚材:
    康永彬温带或寒带的树种,在生长季节早期形成的木材,由于细胞分裂速度快,体积大,胞壁薄、材质松软、材浅,在年轮内侧的木材称为早材(early  wood),又叫春材(spring  wood)。到了秋季,营养物质流动减弱,形成层细胞活动逐渐减低,细胞分裂也因而衰退,于是形成了腔小壁厚的细胞,这部分材深,组织较密,位于年轮外侧的部分称为晚材(late  wood),也称秋材(autumn  wood)。由于早晚材结构不同,在它们交界处的组织,有明显差异,即一年轮的晚材部分与另一年轮的早材部分,出现一个界限,称为轮界限(limitation  of  annual  ring)。轮界线明显与否,称为年轮的明显度。在针叶树材中,由于早、晚材差别显著,比较明显,根据肉眼识别,可分为5级:(1)极明显。如落叶松、
红松、马尾松;(2)明显。如紫杉、云杉;(3)稍明显。如铁杉、柏木、侧柏;(4)稍不明显。如银杏、竹柏;(5)全不明显。如穗花杉、泪杉。阔叶树环孔材,由于早材管孔大,所以年轮界限极明显。散孔材生长在寒、温带,多数树种明显,但也有蚊母树、枫香、杨梅等,几乎不明显 
    在一个年轮中,从早材到晚材的转变如果是缓慢的,这种变化称为缓变;如果这种变化是急促的,称为急变。针叶树材早材至晚材的变化有缓急之别,同一树种因气候、立地条件而异。这种变化程度,不但有助于木材的识别,且与材性密切相关。其变化分为5级:(1)甚缓。早、晚材区别全不明显,如银杏;(2)缓。早晚材区别不甚明显,如紫杉;(3)稍急。早、晚区别稍明显,如红松、华山松;(4)急。早晚材区别明显,如铁杉;(5)甚急。早晚材区别极明显,如落叶松。阔叶树材导管直径在一年轮内从早材向晚材减小。在环孔材中差异极明显,易于区别。但散孔材及其它树木,在一年轮内变化没有一定倾向。
    由于晚材部分密度大,力学强度高,因此晚材的多少与材性有密切关系,研究木材性质,单纯以年轮的宽窄不足以衡量木材的优劣,必须计算晚材率的大小,作为衡量木材强度大小的一个重要标志。其计算公式如下:
        B
    P×100%
      A                                               
  式中:P----晚材率(%)           
                    A----个年轮的宽度(MM)
                    B----个年轮中晚材的宽度(MM)
    晚材率在横切面的径向,自髓心向外逐渐增加,但达到最大限度后便开始降低,所以年轮愈靠近树皮,晚材率就愈小(指老龄木)。以新疆亚伯利亚落叶松为例,自髓心到7.5CM处,晚材率增加28.8%,平均每向外生长1CM增加3.8%,到7.5CM外又转低。在树干高度上,自下而上,逐渐减低,到达树冠区域便停止下降。从0.3—17.3M,晚材率降低33.3%,平均每升高1m,降低2%。晚材率的高低是估测木材物理力学性质的重要因素之一。晚材率高,木材的物理力学指标一般也高;相反,晚材率低,物理力学指标也低。

本文发布于:2024-09-20 20:30:11,感谢您对本站的认可!

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