張忠旭 邱 堅(jiān) 李世民 李有貴 何海珊

(1. 云南省森林公安技術(shù)處，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

自2013年以來(lái)，云南省各級(jí)森林公安接到群眾多次舉報(bào)，多家企業(yè)收購(gòu)木材制作以木屑為主要原料的菌包，并發(fā)放給村民培育人工菌，再回收人工菌成品，導(dǎo)致村民砍伐天然林的現(xiàn)象頻發(fā)。人工菌主要為黑木耳 (Auriculariaauricular) 和香菇 (Lentinusedodes)，市場(chǎng)需求量大。硬闊葉材木屑是目前黑木耳和香菇培育過(guò)程中最常用也是最適合的原料，因?yàn)槭褂密涢熑~、秸稈為原料制作的菌包所產(chǎn)木耳產(chǎn)量和品質(zhì)較低，而針葉材中的木質(zhì)素和樹(shù)脂抗菌性較強(qiáng)[1-2]而不能使用。據(jù)云南省森林公安調(diào)查，目前在德宏和保山等地大量使用的菌包中，木屑均來(lái)源于天然硬闊葉林。雖然這一現(xiàn)象對(duì)天然林的危害較大，但由于菌包中的木屑計(jì)算成木材材積或株數(shù)尚未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或文獻(xiàn)依據(jù)，因此森林公安執(zhí)法缺乏定責(zé)依據(jù)，不能及時(shí)追責(zé)，難以有效監(jiān)管和保護(hù)森林生態(tài)。鑒于此，云南省森林公安聯(lián)合西南林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)研究室進(jìn)行合作研究，擬通過(guò)測(cè)量木屑基本密度、木材含水率推算木材實(shí)時(shí)密度，根據(jù)木材總質(zhì)量計(jì)算木材材積。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

據(jù)云南省森林公安局調(diào)查，目前大量的木屑菌包配方為：木材11.6 kg，糠1 kg，麥糠1 kg，水5.5 kg，共19.1 kg。企業(yè)統(tǒng)一將木材打碎成木屑，將所有原料混勻、分裝。云南省森林公安從3家企業(yè)取得4批 (每批13包菌包) 菌包，編為甲、乙、丙、丁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1篩分菌包

以8目、20目、40目的網(wǎng)篩篩分菌包中的木屑，使用20目時(shí)篩出物質(zhì)量與菌包總質(zhì)量之比為70%～86%，與配方中木材、水的質(zhì)量與總重量之比89.53%較接近，因此以20目網(wǎng)篩篩分菌包，稱量篩出物得M篩出。

1.2.2相關(guān)參數(shù)計(jì)算

每包菌包取樣2次，每次約20 g木屑 (去除樹(shù)皮)，以精度0.001天平 (型號(hào)為DTT-A+200) 稱重得M實(shí)時(shí)，以循環(huán)水式多用真空泵 (鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)易有限公司SHB-III型) 抽真空浸泡木屑至飽水，即真空條件下木屑沉于水底且再無(wú)氣泡冒出，以漏斗加真空泵抽濾，稱得飽水質(zhì)量M飽水。隨后木屑置于原本裝有50 mL水的100 mL量筒中，記錄體積增量為木屑飽水體積V飽水， (103 ± 2)℃烘干[3]至絕干，置于干燥室冷卻后稱絕干質(zhì)量M絕干。分別以體積法和最大含水量法計(jì)算木材基本密度。

1) 體積法：菌包中木屑含水率為W實(shí)時(shí)=M實(shí)時(shí)/M絕干，木屑基本密度為ρ基本1=M絕干/V體積。

2) 最大含水量法：ρ基本2=1/(((M飽水-M絕干)/M絕干) + (1/1.56))[4]。

根據(jù)美國(guó)林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室關(guān)于木材基本密度、木材實(shí)時(shí)密度與實(shí)時(shí)含水率的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式[5]，可求得木屑的實(shí)時(shí)密度：木屑吸水后的密度為ρ實(shí)時(shí)=Gm(1 +W實(shí)時(shí)/100)，其中Gm=Gb/[1-0.265Gb(1-W/MCfs)]，MCfs為纖維飽和點(diǎn)，取近似值30，則菌包中木屑的材積V實(shí)時(shí)=M篩出/ρ實(shí)時(shí)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

計(jì)算結(jié)果以Excel分析均值及變異系數(shù)，以SPSS分析多組樣本間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本密度計(jì)算

由于木屑在菌包中含水率達(dá)50%以上，高于木材纖維飽和點(diǎn)，木材中自由水含量較高，可溶化木材中的水溶性抽出物，而測(cè)試過(guò)程中真空浸注飽水處理使水溶性內(nèi)含物溶出，導(dǎo)致絕干質(zhì)量偏低，基本密度偏小，材積偏大，不符合疑點(diǎn)利益歸于被告的法律精神，因此應(yīng)該將水溶性抽出物含量加回計(jì)算過(guò)程中的絕干質(zhì)量。

據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查，木材冷水抽出物的成分主要是單糖、低聚糖、淀粉、果膠、黃酮、單寧、木質(zhì)酚等，闊葉材冷水抽出物含量0.60%～6.89%[6-9]。本研究中，考慮疑點(diǎn)利益歸于被告的法律精神，冷水抽出物含量取6%。冷水抽出物測(cè)定方法多依據(jù)GB/T 2677.4—1993 《造紙?jiān)纤槌鑫锖康臏y(cè)量》 進(jìn)行，冷水抽出物含量X1=(G-G1)/G，其中G為樣品抽提前絕干質(zhì)量，G1為樣品抽提后絕干重，因此G=G1/(1-X1)。

以此計(jì)算木屑基本密度，經(jīng)差異顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表1，其中乙批體積法所測(cè)基本密度變異系數(shù)大于15%，因此剔除該組數(shù)據(jù)。

表1 不同批次菌包木屑基本密度Table 1 Wood chips density of different batch fungi bags

注：不同小寫(xiě)字母表示顯著差異 (P< 0.05)，不同大寫(xiě)字母表示極顯著差異 (P< 0.01)。

由表1可知，甲批的體積法與最大含水率法所得基本密度差異性極顯著，其他批的2種方法所得基本密度差異性不顯著，原因是在測(cè)量木屑飽水體積及質(zhì)量前的抽濾水分的過(guò)程中，甲批未使用茶葉袋將木屑包住，使木屑在抽濾水分時(shí)大面積暴露于空氣中造成抽濾過(guò)度，導(dǎo)致飽水質(zhì)量偏小，則以最大含水量法計(jì)算的基本密度偏大而體積法計(jì)算的基本密度偏小，呈現(xiàn)2種方法差異性極顯著的情況。因此，后續(xù)分析中剔除甲批的最大含水量法的數(shù)據(jù)。四批菌包的基本密度中，甲批與丁批差異性不顯著，乙批與甲批差異性不顯著。

2.2 材積計(jì)算

2.2.1實(shí)時(shí)材積計(jì)算

4個(gè)批次木屑實(shí)時(shí)含水率測(cè)量分析結(jié)果見(jiàn)表2。丙批的變異系數(shù)大于15%，因此剔除該組數(shù)據(jù)。差異性分析表明，除乙批和丁批木屑間含水率差異不顯著外，其余批次木屑含水率相互差異均達(dá)極顯著水平。

表2 不同批次菌包木屑實(shí)時(shí)含水率Table 2 Moisture content of wood chips of different batch fungi bags

注：不同小寫(xiě)字母表示顯著差異 (P< 0.05)，不同大寫(xiě)字母表示極顯著差異 (P< 0.01)。

剔除前述不可靠數(shù)據(jù)，木屑實(shí)時(shí)密度按每包的平均實(shí)時(shí)含水率計(jì)算分析見(jiàn)表3。差異性分析表明，甲批實(shí)時(shí)密度極顯著低于丁批。

表3 不同批次菌包木屑實(shí)時(shí)密度Table 3 Current density of wood chips of different batch fungi bags

注：不同小寫(xiě)字母表示顯著差異(P< 0.05)，不同大寫(xiě)字母表示極顯著差異(P< 0.01)。

實(shí)時(shí)材積的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，甲批實(shí)時(shí)材積極顯著低于丁批。

表4 不同批次菌包木屑實(shí)時(shí)材積Table 4 Current volume of wood chipsof different batch fungi bags

注：不同小寫(xiě)字母表示顯著差異 (P< 0.05)，不同大寫(xiě)字母表示極顯著差異 (P< 0.01)。

按照配方每批含木材11.6 kg為定值，當(dāng)甲批基本密度與丁批差異性不顯著，甲批實(shí)時(shí)密度在極顯著水平低于丁批時(shí)，甲批的實(shí)時(shí)材積應(yīng)該顯著大于丁批，實(shí)時(shí)材積的計(jì)算結(jié)果說(shuō)明篩出木屑的質(zhì)量不能反映木屑實(shí)際質(zhì)量，木屑篩出時(shí)均以20目分樣篩篩出，可能因?yàn)槊颗拘嫉拇旨?xì)程度不同，部分糠和麥糠粘附木屑而部分細(xì)木屑隨糠和麥糠篩出。若想獲得可信的M篩出，需要分析糠、麥糠和木屑的吸水性及其吸水前的含水率，難度較大。

2.2.2氣干材積計(jì)算

由于實(shí)時(shí)材積估算存在盲區(qū)，因此根據(jù)菌包配方中木材打成木屑前的木材質(zhì)量及氣干含水率估算每包菌包消耗的木材氣干材積。計(jì)算公式如下：

V氣干=M配方/ρ氣干/n

式中：ρ基本為木材基本密度；W為氣干含水率；ρ氣干=Gm(1 +W氣干/100)，Gm=ρ基本/[1-0.265ρ基本(1-W氣干/30)]。

通過(guò)森林公安進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制作菌包的公司考慮原材收購(gòu)的成本，只收購(gòu)氣干后的木材，經(jīng)初步調(diào)查并以木材含水率測(cè)試儀測(cè)量，木材氣干含水率為7%～15%。由于德宏、保山等地地處云南西南部哀牢山區(qū)，根據(jù)空氣溫濕度與木材平衡含水率關(guān)系對(duì)照表[4,10-11]得知該條件下木材氣干后的平衡含水率為14.6%～16.0%。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，以4批中最大平均基本密度ρ丁基本(0.501 g/cm3) 為平均基本密度，根據(jù)菌包配方中木材質(zhì)量M配方11.6 kg (13包)，可推算每包菌包消耗的氣干材積，據(jù)此建立云南西南地區(qū)木屑菌包消耗木材的木材含水率與材積的對(duì)照表，見(jiàn)表5。

表5 菌包木材含水率與材積對(duì)照表Table 5 Checklist of wood moisture content and volume of fungi bags

3 結(jié) 論

1) 云南省西南地區(qū)菌包抽查研究表明，考慮水抽出物含量后，4批菌包木屑的平均基本密度中最大值為0.501 g/cm3，根據(jù)菌包的配方中木材的重量及氣干含水率，可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式Gm=0.501/[1-0.265 × 0.501 (1-W氣干30)]，ρ氣干=Gm(1 + 12/100)，V氣干=M配方/ρ氣干/13估算材積。

2) 最大含水量法和體積法所測(cè)得的木屑的基本密度差異不顯著，測(cè)量基本密度時(shí)若將木屑暴露于空氣中抽濾會(huì)使測(cè)試所得的基本密度偏大。

3) 經(jīng)驗(yàn)證，由于篩出木屑受到糠和麥糠的粘附，篩出木屑質(zhì)量與實(shí)際木屑質(zhì)量差異大，不能作為計(jì)算材積的依據(jù)。

按照每13包木材重11.6 kg計(jì)算，當(dāng)估計(jì)的含水率低于實(shí)際含水率，則所計(jì)算所得木材材積偏大，基于疑點(diǎn)利益歸于被告的法律精神，在含水率不能測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)較大的含水率值計(jì)算木材材積。在實(shí)際案例中，如有詳實(shí)的樹(shù)種數(shù)據(jù)或木屑在配方中的質(zhì)量有變化，也可依據(jù)樹(shù)種查找文獻(xiàn)，得到樹(shù)種的基本密度，再依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。