為了使不同栽培條件下生長(zhǎng)的楊樹(shù)木材能找到最佳使用場(chǎng)合，必需對(duì)其木材材性進(jìn)行綜合研究。筆者對(duì)不同密度林分中生長(zhǎng)的無(wú)性系楊樹(shù)（I-63楊、I-69楊和I-214楊）進(jìn)行了干縮、壓縮和抗彎等主要物理力學(xué)性質(zhì)的研究，意在為找出造林密度與楊樹(shù)木材材性之間的關(guān)系，為造林優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理利用楊樹(shù)提供理論依據(jù)。
　　
　　一、試驗(yàn)材料和方法
　　
　　試材是黑楊派無(wú)性系的Populus eltoides Bartr.cv“Harvard”（I-63楊），P.deltoides Barr.cv“Lux”（I-69楊）和P.xeuramericana（Dode）Guinier cv.I-214（I-214楊）。造林密度為525株/公頃、400株/公頃、278株/公頃，相應(yīng)的株行距分別為4×4m、5×5m、6×6m，共計(jì)9株樹(shù)。取0.3～2.3m高處木段的邊材部位的木材進(jìn)行材性測(cè)定，試材按《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》（GB1927-1943-91）進(jìn)行加工?？箯潖?qiáng)度（MOR）和抗彎彈性模量（MOE）的加荷速度為5mm/min，采用三點(diǎn)加載方式測(cè)定MOE和MOR；順紋抗壓強(qiáng)度的加荷速度為3mm/min，橫紋抗壓強(qiáng)度的加荷速度為2mm/min。壓縮厚度為試樣厚度過(guò)的50%，進(jìn)行徑向大變形橫紋抗壓能量吸收。每個(gè)試樣做完試驗(yàn)后立即取一小塊測(cè)定其含水率，試材含水率范圍在12.6－14.5%之間。全部試驗(yàn)均在島津AG-10TA力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。全干縮率和吸水率的測(cè)定完全按國(guó)標(biāo)（GB1927-1943-91）進(jìn)行。微拉伸試樣是取自I-63楊株行距為7×7m的胸高處的木塊，沿徑向從外向內(nèi)用滑走式切片機(jī)連續(xù)切片制成厚度為60μm的薄片，再在模子下用單面刀片加工成啞鈴形試片，兩端用單板粘住，在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上用5KN的傳感器進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。纖絲角采用偏光顯微鏡法進(jìn)行測(cè)定。
　　
　　二、結(jié)果與分析
　　
　　1、測(cè)試結(jié)果與方差分析。方差分析表明：①M(fèi)OE是無(wú)性系之間差異不顯著；株行距之間差異顯著。②MOR是各無(wú)性系之間和株行距之間差異均極顯著。③順紋抗壓強(qiáng)度和橫紋抗壓能量吸收是各無(wú)性系之間差異極顯著，而株行距之間差異不顯著。④橫紋抗壓強(qiáng)度則是各無(wú)性系和株行距之間差異均不顯著。⑤縱向干縮率是株行距間差異極顯著，弦向干縮率是無(wú)性系間差異極顯著。在進(jìn)行抗彎性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)I-69楊在較大彎曲變形下不發(fā)生破壞，具有較好的韌性，而I-63楊常出現(xiàn)脆斷。為此進(jìn)行大變形徑向橫紋抗壓能量吸收的試驗(yàn)，以觀察在超過(guò)彈性范圍進(jìn)入塑性區(qū)域后木材的性能。結(jié)果表明I-69楊能量吸收均大于I-63楊和I-214楊，故I-69楊可作為彎曲木生產(chǎn)的原材料。
　　2、主成分分析。在多指標(biāo)（參數(shù)變量）的研究中，往往由于變量個(gè)數(shù)太多，并且彼此之間存在著一定相關(guān)性，因而使得所觀測(cè)的數(shù)據(jù)在一定程度上反映的信息有所重疊，而且當(dāng)變量較多時(shí)，在高維空間中研究樣本的分布規(guī)律比較麻煩，而利用主成分分析可以找出幾個(gè)綜合因子來(lái)代表原來(lái)眾多的變量，使這些綜合因子能盡可能地反映原來(lái)變量的信息，而且彼此之間互不相關(guān)。以三個(gè)無(wú)性系在三個(gè)株行距下共9株標(biāo)準(zhǔn)木的10個(gè)主要材性的平均值為基本資料，對(duì)10個(gè)主要指標(biāo)編號(hào)如下：X1：MOE（GPa）；X2—MOR（MPa）；X3—順紋抗壓（MPa）；X4—橫紋抗壓（MPa）；X5—橫紋抗壓能量吸收（J）；X6—?dú)飧擅芏龋╣/cm3）；X7—縱向全干縮率（%）；X8—徑向全干縮率（%）；X9—弦向全干縮率（%）；X10—差異干縮。因前三個(gè)特征根的累計(jì)貢獻(xiàn)率己達(dá)94.32%，故前三個(gè)因素己經(jīng)能較好地表達(dá)原始變量所含的大部分信息。第一主成分的貢獻(xiàn)率為52%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為31%，前兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為83%，即前兩個(gè)主成分集中了全部10個(gè)變量83％的信息。第一主成分的X1－X6個(gè)載荷因子都是正值，集中反映了與木材力學(xué)性能有關(guān)的各個(gè)變量，它的大小可表明強(qiáng)度的高低，稱為強(qiáng)度指標(biāo)；第二主成分反映了木材的干縮性能，稱為干縮指標(biāo)。這一結(jié)果與李堅(jiān)對(duì)中國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行主成分分析的結(jié)論完全一致，即木材物理力學(xué)性能的第一主成分為強(qiáng)度指標(biāo)，第二主成分為干縮指標(biāo)。從主成分分析可見(jiàn)，木材物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)通過(guò)簡(jiǎn)化為幾個(gè)彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，使統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并且可以根據(jù)各主成分中因子載荷量的分布推測(cè)主成分批指標(biāo)的意義，從而對(duì)各類綜合指標(biāo)進(jìn)行有效的分析。
　　3、微拉伸強(qiáng)度與木材解剖性狀的關(guān)系。由髓心沿半徑方向從內(nèi)向外在第6年時(shí)順紋抗拉強(qiáng)度急劇上升、纖絲角急劇下降、基本密度明顯上升、年輪寬度突然變窄和纖維長(zhǎng)度增加的現(xiàn)象表明，1-6年為楊樹(shù)的幼齡階段，7-10年進(jìn)入成熟階段。無(wú)性系楊樹(shù)其成熟年齡為6-7年，并與呂士行提出楊樹(shù)的數(shù)量成熟齡的觀點(diǎn)基本一致。為了分析強(qiáng)度與解剖性狀的關(guān)系對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行編號(hào)并進(jìn)行回歸分析，多元回歸方程為：Y=693.25-7.41 X1-1267.78 X2-1.23 X3+2001.79 X4-62.87 X5-40.20 X6。式中X1：纖絲角；X2：基本密度；X3：年輪寬度；X4：纖維長(zhǎng)度；X5：纖維寬度；X6：長(zhǎng)寬比；Y：微片的順紋抗拉強(qiáng)度。復(fù)相關(guān)系數(shù)平方=0.9043，ＤＷ統(tǒng)計(jì)量=2.2787。由此可見(jiàn)，影響木材拉伸強(qiáng)度的主要指標(biāo)是木材密度和纖維長(zhǎng)度。
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　1、I-63楊和I-69楊和強(qiáng)度相近，I-214楊的強(qiáng)度較低。I-69楊具有較好的彎曲韌性可用作曲木家具的原材料。2、無(wú)性系和株行距與各力學(xué)強(qiáng)度的差異各不相同，各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)三種楊樹(shù)均在株行距為4×4m時(shí)最高，因此在進(jìn)行造林密度設(shè)計(jì)和選擇無(wú)性系時(shí)應(yīng)根據(jù)各種定向培育的要求來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。3、主成分分析表明，木材物理力學(xué)性質(zhì)的第一主成分為強(qiáng)度指標(biāo)，第二主成分為干縮指標(biāo)。4、多元回歸的結(jié)果表明，影響木材順紋抗拉強(qiáng)度的主要因素是木材的密度和纖維長(zhǎng)度。5、沿半徑方向，6－7年是楊樹(shù)從幼齡材向成熟材過(guò)度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度、纖絲角、基本密度、纖維長(zhǎng)度和年輪寬度均可以作為判斷木材成熟期的指標(biāo)。
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