木材树种识别技术现状、发展与展望

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1、木材树种识别技术现状、发展与展望木材识别是木材解剖学的重要组成部分。国际木材解剖学家协会 (InternationalAssociation of Wood Anatomist， IAWA)成立于 1931 年，目前 拥有100多个国家与地区的千余名会员。近20年来，木材解剖学已成为植物学、 林木培育、木材科学、木质文物考古和法医学等多学科交叉的新兴学科。随着新 技术的开发和引入，木材树种识别技术不断发展和进步，识别的范围及准确性得 到拓展与提高。1国内外木材树种识别技术的现状木材是国民经济至关重要的、可再生的原材料，也是必不可少的生活资源。 要合理使用木材，必须认识和了解木材性质。木材识别是

2、木材解剖学和木材科学 的重要研究内容之一，木材识别在合理用材、生产、贸易、考古、侦破、古木、 化石木、植物分类以及寻找代用材方面，为维护消费者利益，规范木材市场；打 击非法采伐，保护珍稀濒危树种，高效利用森林资源与保护生态环境，发挥了重 要作用。1.1常规木材树种识别技术1.1.1简易宏观识别宏观识别技术是将试样横切面用清水润湿后，通过肉眼或放大镜，观察宏观 解剖特征及表观特征。心边材、生长轮、导管、射线与轴向薄壁细胞的大小及排 列方式，是常用的识别特征。同时，结合材色、纹理、结构、花纹、气味、滋味、 质量和硬度等进行综合判断。宏观识别法简单易行，可用于生产现场、海关和质检等执法现场。但对进口

3、 热带木材，此方法仅能识别到类。1.1.2微观与宏观结合识别微观识别技术是指将厚度为1520 “m的横、径和弦切面的切片，经染色、 脱水等制成切片，置于光学显微镜下，观察各类细胞与组织的形态与排列。该方 法涉及的木材识别特征较多，极大地提高了识别的准确性。但试验过程较复杂。为保证识别的准确性，对难辨认或有争议的木材，必须将宏观和微观识别相 结合，并与已经正确定名的木材标本的切片进行比对。1）燃烧法将火柴棍大小的木材燃烧，以灰烬的性状区分木材。如异色桉和 边缘桉，燃烧后前者全部灰化，色白灰，后者成为黑炭。2）荧光法 将木屑的浸出液置于阳光或灯光下观察。如紫檀属木材，其水浸 出液在反射光下呈灰棕色

4、，在透射光下为黄绿色或蓝绿色。3）化学法 在木材浸出液中加入化学试剂，利用颜色等变化判断。例如大叶 南洋杉和南洋杉的浸出液，加入浓硫酸后，前者呈粉红色，随即出现橙色沉淀； 后者形成白色沉淀。1.2木材识别特征的术语和定义目前已出版：国际通用的木材识别特征术语和代码。IAWA分别于1989年公 布了阔叶树材识别显微特征一览表，和2004年的针叶树材识别显微特征 一览表，有利于我国木材识别技术与国际接轨和交流。阔叶树材识别显微特征一览表共包括阔叶树材的221个解剖特征和58 个其他方面的各种特征，并配有190张显微照片，是用于木材描述与记载的特征 简表，每一特征均有编号，便于参考和数据库间的数据转

5、换。针叶树材识别显微特征一览表共包含针叶树材的124个解剖特征和76 张显微照片。不仅为全世界针叶树材识别提供了的统一标准，也为描述和研究针 叶树材的结构、性质，编制针叶树材数据库制定统一编码，木材分类、树木进化 和亲缘关系等提供参考。上述两表已由中国林科学院木材工业研究所译成中文版本1-2。此外，中 国木材志、东南亚热带木材、非洲热带木材、拉丁美洲热带木材 以及中国裸子植物木材志等专著，亦分别介绍了 600余种国产木材、600余 种热带木材的宏观和微观构造、性质与用途，并配有宏观和微观构造照片，也可 作为识别的参考依据。1.3木材识别的辅助工具和软件1.3.1对分检索表按照木材解剖特征的主次

6、顺序，依次成对排列，每一对均由正反、对立的两 方面构成。对分检索表可以自行编制，木材种类较少时适用。中国木材志中， 每个科或属均有宏观和微观的对分检索表，简单易行。1.3.2穿孔卡检索法1938年，Clarrke最先提出了穿孔卡检索表（Punched cardkey） ； 1952年， F.P.R. Bulletin发表了世界阔叶树材宏观穿孔卡检索表；1979年，中国林 科院出版了木材穿孔卡检索表一阔叶树材微观构造3。该方法的优点是可随意增减树种或修改树种的特征，按照标本的任一显著特征进行检索，无固定顺 序，大大提高了识别速度。1.3.3计算机辅助识别系统和数据库查询、检索系统70年代末，欧美

7、国家开始了木材信息数据库和计算机辅助识别木材的研究。 80年代初，中国林科院木材工业研究所先后开发了带有图像的计算机辅助木材 识别系统2，包含了东南亚、非洲和拉丁美洲等热带木材的数据库查询系统， 和我国阔叶树材的查询系统，并编制了兼容性较好的软件，使我国计算机辅助木 材识别系统与木材数据库查询和检索系统，达到了世界先进国家的水平。1.4木材命名的依据我国地域辽阔，木材树种繁多。为了规范和促进木材市场的健康发展，中国 林科院木材工业研究所的专家进行了大量木材树种归类、命名，及标准制定工作。1）GB/ T 167341997中国主要木材名称的制定。1997年2月发布，同 年9月1日实施。该标准以树

8、木学或植物学的属为基础，共收录我国907个树种380类木材的 中、英文名称，及其树种的中文名、别名、拉丁名、科别、产地和备注，将材性 和用途相近木材树种名称统一，便于木材的生产、利用、贸易、造林、营林、科 研等，是国产木材命名的依据。2）GB/ T 185312001中国主要进口木材名称的制定。2001年11月12 日发布，2002年5月1日开始实施。内容包括：木材名称及其树种的中文名和拉丁名；国外商品材名称，科别， 材色，密度，主要产地等。标准收录了世界1010个树种423个（类）木材名称， 隶属于366属（针叶树材19属，阔叶树材371属）、84科（针叶树材4科，阔叶 树材80科），基本涵

9、盖了世界重要的商品材树种，是进口木材命名的依据。3）GB/T 181072000红木的制定。2000年5月19日发布，同年8月1 日实施。是红木的各类木材的命名准则。标准明确指出：红木并不是植物（树木）分类学上的一个树种的名称，而是约 定俗称的、用于目前红木家具及其制品的8类树种商品材集合名词。研究确定了 33个树种，归为紫檀木、花梨木、香枝木、黑酸枝木、红酸枝木、乌木、条纹 乌木和鸡翅木8类，分别隶属于紫檀属、黄檀属、柿属、崖豆属及铁刀木属。除 柿属隶属于柿树科外，其余各属均隶属于豆科。2国内外木材树种识别发展与展望近年来，国外采用的遗传法(DNA标记)4、化学法(稳定同位素)5和近红 外光

10、谱(NIR)技术，对珍稀树种保护、实施濒危野生动植物国际贸易公约(CITES)、 建立木材跟踪与认证系统、推进世界天然林的保护和可持续发展，起到了重要的 技术支撑作用。2.1 DNA标记技术因植物/木材树种和产地的不同其DNA也不同，是某种植物/木材所特有的。遗传法可用于木材识别。近10年来，从干燥和加工后的不同树种木材中， 提取DNA技术已有突破，并编制了共同实施方案5-6。2007年，德国林业研究 所利用DNA标记技术，成功进行了 6种杨树木材的识别7。以占热带亚洲木材大多数的龙脑香科树木为例，该科包括重要的商品材种类 和濒危物种。因此研究和开发龙脑香科木材产地的鉴别工具，对于国际木材贸易

11、 和生物多样性保护，具有极其重要的意义。德国联合其他东南亚国家，以3 000 株龙脑香科树木(包括116种)为研究对象，开发了鉴别热带木材产地分子生物标 记的工具，为建立种和产地相关的遗传数据库提供参考8-11。该项目选定龙脑香科的332个木材样品。其中181个样品采自天然林或东南 亚的人工林，余下的151个样品选自德国的木材加工厂。此外，还分别从泰国、 越南、菲律宾和印度尼西亚各选取40余个样本，主要从异翅香属(Anisoptera)、 龙脑香属(Dipterocarpus)、坡垒属(Hopea)、赛娑罗双属(Parashorea)、娑罗双 属(Shorea)、青皮属(Vatica)6个属取

12、样。采用VerificationDNA的提取方法，对样品的DNA片段进行扩增(片段长度、 遗传根源、重复性)，选择适当浓度的模板DNA，并进行DNA的重复性试验，得 到大量的试验数据。研究表明，龙脑香科树木和木材是最适宜热带木材产地识别系统的材料。同 种或相近木材，在不同的地理区域，DNA标记是明显不同的，可用来鉴别木材的 产地和种。研究还发现采用改良的DNA SCAR标记技术，在几个扩增片段长度多 态性(AFLP markers)中，也存在明显的地理差异。研究数据需建立DNA标记信息数据库，并采用数理统计处理，才能获得科学 的数据和资料，有利于木材识别到种及其原产地。实现DNA标记技术的商业

13、化运 用，还需要各国科技工作者进行大量的科学试验，以得到更多重要树种和木材的 DNA标记信息及相关的数据库。2.2稳定同位素分析技术此项技术早已应用于食品等领域，正在引入木材识别系统。该技术是分析在 已知木材中的某些稳定元素，如碳、氧、氢、氮、硫等的稳定同位素的比率。这 种比率在某些地理区域是专一的，故可据此推断木材的原产地12-15。稳定同位素的天然变异可以跟踪木材的产地，特别是D/H (氘/氚)和18O/16O 的比率。由于在全球水系统中，氢、氧稳定同位素的同位素分馏，每个地域均有 其土壤和地下水特有的同位素组成，且与上述二者的同位素比率密切相关。加之 在针叶树材中，由于植物在水分蒸腾中的

14、分馏作用，同位素组成浓度更高。因此， 从木材采伐地区选取标准样品尤为重要。例如德国Agroisolab GmbH实验室的研究人员从北欧的芬兰、瑞典、波兰、 白俄罗斯、俄罗斯等国家获得233个产地的1 651样品，从树木茎十上截取圆盘。 主要木材样品采自针叶林，如欧洲云杉(Picea abies )、欧洲赤松(Pinus sylvestris )和少数桦木(Betula sp。)。此外，由世界野生动物基金会提供， 从东南亚的加里曼丹样、文莱、马来西亚西部、沙巴、苏门答腊、越南等钻取来 自102个产地的487个生长锥树芯。在同一株树干相邻的位置上，钻取的两个树 芯，树芯长10 cm，所有圆盘或树芯

15、至少包括10个年轮。按照常规分析的要求， 将样品磨成细粉，用甲基氯化物清洁萃取4 h后，用索氏抽提器抽提至少4 h， 在70 C下干燥12 h。研究结果表明，在北欧，木材中有机物所含氢的D/H比率，可以跟踪该木材 产地，而同时利用D/H和18O/16O的比率，跟踪原产地更加准确，但在热带地区， 似乎比较困难。研究者正在利用其他元素，如开发利用N或S元素的新技术。D/H比率在东 北欧呈现清晰的梯度特征，即氢和氧的重同位素从南到北、从西到东呈逐渐降低 的趋势。同时，建立水的同位素空间模型，首次应用硫同位素(34S/32S)的比率， 测量来自婆罗洲的某些样品的试验结果，同样可支持该假说12-13。采

16、用地理绘图系统，将稳定同位素的比率和遗传得到的DNA信息相结合，判 定木材的原地理产地和种14-15。今后应从木材中分离不同的纯物质，增加其 他同位素对的测定，进一步改进测试技术和方法，开展大规模的试验，以期得到 更多的科学发现。2.3近红外光谱分析技术NIR分析技术，是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，在食品、 药品、农业等领域已广泛使用。2003年，日本专家利用NIR分析技术识别了 8 种木材16，中国林科院木材工业研究所亦已建立了 20余种木材的NIR光谱数 据库，并申请了红木的近红外光谱识别方法的发明专利(200610149623.0)。但是 该项技术还需更多的木材标本光谱数据，建立更有代表性的数学模型，加速其商 业化应用。3结语虽然宏观和微观特征结合等木材识别技术很成熟，但有一定的局限性，一般 情况下，无法识别到种和产地。以DNA标记、稳定同位素和近红外光谱技术为代 表的木材识别新技术，拓宽了木材的识别范围，并提高了精度，是非常值得研究 和利用的新技术。我国在此方面，应学习国外的先进技术和经验，尽快开展此方 面的研究，为森林保护和木材工业的发展做出贡献。