2.3　试样制备与测试方法

本次试验需要计算人工林红松木材的碳素储存量；并测定木材的解剖构造特征，其中包括管胞长度、管胞直径、管胞壁厚、壁腔比、长宽比、胞壁率和微纤丝角，以及木材的物理特征，包括生长轮密度、生长轮宽度、晚材率和生长速率。具体的试样制备方法与测试方法介绍如下。

2.3.1　木材碳素储存量的计算

木材碳素储存量是木材中所储存碳素的含量。基于木材学的知识，木材密度越大，木材细胞壁物质就越多，所以，木材密度代表着木材细胞壁物质的多少；而二氧化碳被树木吸收后就储存在体内即细胞壁中，由此得出，细胞壁物质的形成过程就是木材碳素储存的过程，木材细胞壁物质的形成对树木的碳平衡有非常重要的作用［4］。细胞壁是碳的储存体，所以，通过量化细胞壁物质即使用胞壁率可以定量评价树木每年或某段特定时间内的碳素储存能力。

木材碳素储存量的计算方法［5］见式（2-1）。

C=R×V×n×1/02　　（2-1）

式中　C——木材碳素储存量，kg；

R——胞壁率；

V——木材材积，m3；

n——转化系数。

若C的单位为kg，V的单位为m3，则n为103；若C的单位为g，V的单位为cm3，则n为1。其中，本书中的碳素储存量是以年为单位，结合生长轮材质分析方法，计算每株树的连年碳素储存量。

式（2-1）中的胞壁率R是通过木材切片试验和木材显微图像分析处理系统进行测定，具体方法在木材解剖特征的测定中已做介绍；木材材积V是按照伐倒木的区分求积法进行计算［6］，计算方法见式（2-2）。

　　（2-2）

式中　V——木材各龄阶材积，m3；

gi——第i区分段中央断面积，m2；

g'——梢头底端断面积，m2；

l——区分段长度，m；

l'——梢头长度，m；

n——区分段个数。

2.3.2　木材解剖特征的测定

测定木材解剖特征的试验中所用试样是从25mm厚的圆盘中截取得到，试样是高为15～20mm，宽为10mm，长为从髓心到树皮的半径长的小木条。木材管胞长度、管胞壁厚、长宽比、壁腔比、胞壁率和微纤丝角等解剖特征的测定方法介绍如下［7］。

（1）管胞长度　采用离析试验来测定木材的管胞长度。首先将试样劈成片状，将试样浸没在30%硝酸中，再放入烘箱中于80℃状态下烘8～10h。接着，取出试管，将硝酸倒掉，并将试管用水冲洗数次，再摁住试管口，用力摇晃，使得试样变成木浆。然后，用针挑选少量木浆，并放在载玻片上，将一滴水滴在上面，盖好盖玻片，将它放在带有测微尺的显微投影仪下，以便进行测定。最后，对每个试样都测定30次不同值的管胞长度，再求其平均值，这便是平均管胞长度。

（2）微纤丝角　本次研究中采用碘染色法测量生长轮中早材和晚材切片上的微纤丝角。首先，将试样在热水中浸泡7天左右以进行软化处理。然后，再用乙醇和甘油1∶1的混合液中浸泡15天以上取出，按年轮顺序分出早材和晚材的切片，切片尽量保持与弦切面平行。其次，将切片放入10%的硝酸和10%的铬酸混合液中脱去木素，大约需5～6min，再用蒸馏水洗净后经过50%或80%的酒精进行脱水。再次，将切片放在载玻片上，使用4%～6%的碘化钾溶液染色2～3min，接着用滤纸吸走多余的液体，再滴入1～2滴40%的硝酸溶液，待切片变成棕褐色时，盖上盖玻片。最后，将制作完成的切片放在400倍的显微镜下进行测量。

具体测定时，显微镜上带有旋转的刻度盘，可以旋转刻度盘，当其中的“”字线与S2层微纤丝平行排列时，记下此时的读数。两个读数的差，就是微纤丝角度。所测定的每个生长轮内的早材和晚材各取2～3个切片，每个切片随机测取20个数据。

（3）管胞直径、管胞壁厚、长宽比、壁腔比和胞壁率　从25mm厚的圆盘，取向南方向，从髓心到树皮，通过髓心宽10mm，在长度方向上依次截成20mm左右的木块。把木块放入按1∶1比例调配制的乙醇和甘油的混合液中，浸泡数天，待木块充分软化后进行切片。用切片机于横切面上切取15～20μm厚的切片3～5片；接着经番红试剂进行染色；再脱水；然后用光学树脂胶固定载玻片，盖上盖玻片，待切片固定好后，再继续试验；最后，采用木材显微图像分析处理系统测定管胞的直径、壁厚、长宽比、壁腔比和胞壁率。

其中，彩色图像计算机分析软件的测定原理是，基于计算机视觉技术，对木材显微构造图像动态采集系统采集的数字化图像进行图像二值化处理，来提取木材横切面显微构造特征参数。

2.3.3　木材物理特征的测定

试样均是在气干状态下，从25mm厚的圆盘上截取的宽8mm、厚3mm、长是从树皮到髓心的薄片，薄片表面光滑，厚度均匀。各项木材物理特征的测定方法如下。

（1）生长轮密度

①原理　采用X射线微密度扫描仪测量木材生长轮密度［8］，其基本射线穿过木材后强度的衰减与木材密度有如下关系：

　　（2-3）

　　（2-4）

式中　I——穿过木材后的射线强度；

I0 ——穿过木材前的射线强度；

ρ——木材密度，g/cm3；

t——试样厚度，cm；

μ——质量衰减系数，（cm2/g），它的值是与X射线波长以及物质种类有关的常数。

实验中μ的定标方法是，使用红松木材标准样品，先求出其ρ，然后对标准木材样品进行扫描，将扫描曲线积分求得总强度I，其次在同样条件下进行空白扫描，求得I0，代入公式（2-2）求得μ。根据阮锡根等实验研究得知，木材质量吸收系数大小不受木材样品厚度的影响，也不受不同方向的X射线扫描的影响［9］。

该测试方法具有快速、高效、精确的测试优点，能进行木材年轮与密度组成分析，即木材平均密度，平均早材密度，平均晚材密度，最大、最小密度，木材密度梯度和木材密度的变异幅度等，能研究木材密度的动态变化，真正揭示生长过程中木材密度的变化规律，为材性的改良提供了新手段。

②试样制备　试样含水率为12%左右的气干材；从试样尺寸为宽2.5m，厚5cm，长为从髓心到树皮的半径长的样木上，切取2.5cm宽，3mm厚，长度为半径方向长的薄片，薄片厚度必须均匀，表面光滑。

采用X射线微密度扫描仪，测定木材生长轮密度的连续的实测值，在测量的过程中，要使其扫描的路径沿木材的径向方向，而且，其扫描速率为1.6cm/min，取样间隔为0.1mm，并用软盘记录其强度。利用计算机，求出各点的平均密度值，即木材的生长轮密度。

（2）生长轮宽度和晚材率

根据测得的生长轮密度连续的实测值，根据密度变异特点，判定年轮界限和年轮内早材、晚材分界限，利用所编的计算机程序，计算各分界限内的点数，因为每点间的距离为0.1mm，再进一步求得年轮宽度、早晚材宽度，及晚材率。

其中，晚材率的计算方法见式（2-5）。

P=a/b×100%　　（2-5）

式中　P——晚材率， %；

a——晚材带宽度，即相邻两个轮界线间晚材宽度，mm；

b——生长轮宽度，即相邻两个轮界线间的宽度，mm。

（3）生长速率

采用相对半径增大率的方法进行测量［10］；分别测20次取平均值，精确至0.01mm。见式（2-6）。

RR =（r2-r1）/r1×100%　　（2-6）

式中　RR——生长速率， %；

r1 ——髓心与生长轮内部界限（即早材开始处）的距离，mm；

r2——髓心与生长轮外部界限（即晚材终止处）的距离，mm。