环境温度对活立木树干内含水率和含冰率的影响规律研究
我国东北林区处于温带和寒温带区域，其面积占全国森林面积的37%，该区域森林的一个重要影响因子是环境温度。树木的生长离不开水，而不同环境温度影响着森林的群落结构、树种组成、树木生长发育状况以及木材材质等诸多方面。因此，有必要研究环境温度对活立木含水率的影响规律，进而提高木材利用率和实现精准木材无损检测。 为揭示环境温度对活立木横截面内含水率和含冰率的影响规律，在室外不同环境温度（26.0℃～-23.5℃）下，以落叶松和小叶杨活立木为研究对象，通过野外长时间检测及试验，分别使用树木电阻断层成像仪获取截面二维电阻图像，时域反射仪获取电磁波传播时间连续变化值推导出含水率和含冰率，并通过实验室仪器校正试验校核数据。 通过不同角度探究环境温度对活立木含水率和含冰率的影响规律，分析不同环境温度下造成活立木含水率和含冰率变化的原因，最终构建环境温度-含水率-含冰率之间的数学模型，验证并校正模型。主要结论如下： （1）在较长时间周期内(2014.11.06～2014.12.22)，随日均树内温度(3.5℃～-15.2℃)的降低，活立木样本含水率均呈下降趋势，含冰率呈上升趋势。落叶松样本的含水率和含冰率随环境温度的变化曲线均在高于-6.3℃时变化率较大，低于-6.3℃后变化率较小，变化率分别为14.75%/℃和0.94%/℃，小叶杨与之变化相似，变化跳跃点为-6.9℃。 （2）环境温度与两活立木样本含水率的关系图像呈三次多项式关系，决定系数 R2均高于0.62；环境温度与两活立木样本含冰率的关系图像也呈三次多项式关系，决定系数R2均高于0.77。因此可以利用环境温度来预测活立木的含水率和含冰率。 （3）树内温度和环境温度二者相关性极显著（P<0.01），利用环境温度能够预测树内温度，进而预测活立木含水率和含冰率是可行的。 （4）随环境温度降低，两活立木样本电阻值均增大，两者存在极显著的指数函数回归模型关系（P<0.01）。电阻值随环境温度变化的趋势线在零点温度附近出现跳跃现象。当活立木横截面电阻值超过20000Ω的区域，认为已经有冰晶形成。 环境温度改变活立木含水率和含冰率含量的原因，主要是因为温度降低使木材中的活化能降低，即自由水含量减少，自由离子移动速度减慢，活立木内部导电能力下降，电阻增大，整体含水率减小。当温度低于0℃时，自由水一部分缓慢地转化为冰状态，含冰率增加，导致电阻值呈几何倍数增加，这是由于水分相变引起的。 总之，本论文的研究为实时、准确地确定活立木内部含水率和含冰率，为更准确的判断不同状态下木材存在的缺陷，为活立木正常生长发育、节水技术体系的有效实施提供了强有力的理论支撑。并希望能够为低温条件下高效无损检测活立木质量提供理论基础，并为研究树干冻裂、木材低温脆断和树木抗冻提供科学依据。
活立木;树干含水率;树干含冰率;木材材质;环境温度;时域反射法
东北林业大学
硕士
森林工程
徐华东
2017
中文
S781.33;S781.2
63
2018-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）