木材化学与木材保护学 — 第十二讲 西南林 郭梦麟副教授

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本讲概要:

  树皮蠹虫(Bark beetles):根据生活习性与损坏木材时机,树皮蠹虫也属于棘胫小蠹(Scolytidae),但只在树内皮喂食而不破害木材,是针叶树尤其是松树的重要害虫,不但侵袭弱势立木,往往造成大片松林枯死。成虫钻进树皮后,在内皮产卵,孵化后幼虫四散嚼食内皮而不钻进边材,仅在木质部表面留下浅沟。成虫由胫部孢子贮槽带进感染真菌孢子,幼虫不食真菌,但边材遭到严重的感染,幼虫蛹化之后钻出树皮,可重行进入树皮,每个生长季可达好几个生命周期,直到立木枯死而止。

  防患与治理:遭到树皮蠹虫感染的立木,应迅速采伐、去皮、制材及干燥,以减轻边材遭到感染。

  膜翅目(Hymenoptera):根据生活习性与损坏木材时机,尾树蜂主要危害针叶树,弱势木、火灾后立木、新近伐倒木、甚至伐木后的树头都会遭受侵击。成虫利用腹后极长的产卵器(ovipositor)穿刺树皮及木质部,在木质部里产卵并且留置真菌孢子,每只成虫在各处可产数百个卵。幼虫靠滋长的真菌为营养,起先直向内钻穴并将木屑紧塞其后,到达心材后又缓缓向外转使穴道成C字形,然后在边材边缘筑茧蛹化,成虫嚼圆孔而出。木蜂体形甚大,常带彩斑,成虫及幼虫都不吃食木材,但在干材表面之下筑窝穴,成虫以花粉及花蜜为食,在窝穴里过冬,次年或嚼新穴或在老穴育幼,窝穴等,好几个平行的沿木纹方向的穴道共享一个出孔,穴道的直径可达12mm,因此木材的破坏严重。成虫采集花粉及花蜜分堆在穴道里,在每个食堆之上产一个卵,幼虫吃此食堆成长,约5至7星期后变成蜂。因便于咬嚼,木蜂喜在松软的针叶树材里筑巢,但经风化后变得松软的阔叶材也不免。木蚁和木蜂一样不吃食木材,只在木材里筑巢栖息,工蚁把木材里己腐朽或半腐朽的部份挖空和清理变成窝巢,巢内整洁、巢壁平滑,窝巢出口之下堆集有木屑及粪便。木蚁经常漫游在外寻食,因此有时会在屋内厨房发现木蚁寻食,这表示庭院有朽木及木蚁窝巢,或屋内有木材遭腐朽,木蚁体形及大小与白蚁极为相似,但很容易互相辨认。

  防患与治理:长尾树蜂产卵多,如不立及处遭侵击的立木,除了严重破坏木材,边材还被感染。遭袭的立木,应及时采伐、制材及窑干,以期遏止为害继续恶化。木蜂最易在未涂布的木材表面嚼洞到里面筑巢,最简单而且有效的防止方法是把外露的木材表面油漆覆盖。屋内发现木蚁时,一方面清除庭院里的腐木及枯枝,并且详细检查屋内结构木材是否发生真菌腐朽,除了修整腐朽部位,还须寻查及修正腐朽源由。

  鳞翅目(Lepidoptera):根据生活习性与损坏木材时机,只有极少种类的木蠹蛾科(Cossidae)昆虫为害木材,木虫(carpenterworm)是最重要的一种。木虫为害阔叶立木,尤其是檪木及白蜡树等环孔材树,成虫在树皮缝隙或伤口产卵,幼虫先在内皮吃食,钻进边材少许之后转弯沿木纹方面向上钻垂直穴道,穴道内不留废物,直径可达约12mm、长约15至22.5cm,出孔下方树皮上有树汁液流出,一个生命周期2至4年,受击立木不致枯死。木虫将真菌带进边材使之感染,还会造成腐朽。

  防患与治理:受害立木应及时采伐、制材及窑干。
  海蟲(marine borers):主要有三种海水生物破坏木材,最重要的是船虫(shipworm,Terrdo和Bankia属),海芛(pholad,Martesia属)和海蚤(gribble,Limnoria属)的破坏力较小。船虫幼虫从木材表面垂直钻入木材,钻孔数目不多孔径约2mm,进入木材内部后沿木纹方向嚼食,随着虫体增长圆形嚼食道越来越大,其直径可达1cm,嚼食道壁有薄层的白色石灰质物,船虫可长到30cm以的长度。船虫至死都在木材里,表面钻既小又少,往往里头遭到极度破坏还不知觉。海芛形状似蚌具有两片硬壳,开始时海芛的钻孔径约0.5cm,随着海芛长大钻孔径可达增大到2.5cm、5cm深,造成表面破坏。海蚤形状如陆上的蚤子,也造成木材表面的破坏,钻孔直径约2mm,垂直或稍为倾斜进入木材嚼食,深度约达2.5cm。海蚤虽仅在低潮和高潮高度之间的木材造成表面破坏,密集的钻孔加上海潮的冲击,破坏相当严重。

预防与预处理
  木材之自然耐腐能力(natural durability)
各材种的边材不但不耐腐,而且因有可被直接摄取的养份,还是微生物和昆虫的温床。各材种心材的耐腐能力,全看其内抽出物的成分及含量而定,一般来说,芬芳和色深的材种比较耐腐。有香气的木材如红桧、扁柏、肖楠、擦木及梓木等,表示含有杀菌力极强的低分子量芬芳族抽出物;色深的木材如世界爷、黑核桃及黑刺槐(black locust)则表含大量具毒性的高分子量芬芳族抽出物。

木材菌虫害之预防措施
  主要的预防措施及其原理分项于下,这些措施仅是一般原则,细节则不能详细举例讨论。
1)使用窑干的木材,不但能消灭已存在的昆虫、真菌及细菌,还使木材尺寸及形状稳定和增加其强度。

2)保持木材干燥:真菌孢子无所不存,木材虽经窑干,只要再度变湿,孢子即可在其上滋长,腐朽一旦发生,多种虫害也会跟着发生。大多数的昆虫与真菌都不能在含水低于20%的木材里滋长。木材潮湿一旦发生,须立即纠正原因。

3)易遭潮湿如门窗框及槛板等处,应使用耐腐木材,至少也得将木材表面油漆涂装,甚至于使用防腐处理后之木材。建材不与土壤直接接触,须与地面保持距离以防白蚁。

4)优良的房舍设计:包括房舍应建在排水良好的位置,地基以及房舍身之设计必须有排水之措施,房舍里外不但要不积水,而且也还要通风良好。房舍的墙壁的绝缘层里外都加防水膜,以期防止冷凝水在夹墙里发生。

5)注意环境卫生;房舍四周地面上下不可置留木质物,避免引白蚁、木蚁等入室,必须勤于检查。木材变色及发霉味、外墙发现白蚁走道、墙角和家俱下发现虫粪粒及细粉、厨房里发现木蚁走动等都是警示,必须立即处置。

木材处理难易度(Treatability)
  木材的处理度完全取决于其渗透度(permeability)。木材的渗透度,边材大于心材,纵向大于径向,径向又大于弦向。以美国南方松己干燥材为例,其边材的纵向/径向/弦向透气度的比例约为7200/37/1,心材的透气度三向比例为780/90/1,南方松的长叶松(logleaf)、短叶松(shortleaf)及火炬松(loblolly)心材焦油的三向渗透度比分别为100/4/1、55/7/1及80/40/1。边材转变成心材的时候,由于薄壁细胞死亡,该区域的水分降底,使纹孔膜向外贴靠而封闭纹孔口(pit aspiration),使渗透度降低。心材里晚材的渗透度比早材者高,因为晚材的纹孔膜较厚,比较不容易被推动而封闭纹孔口。抽出物层积在纹孔膜的表面,更使木材的渗透度大幅度降低,如果抽出物填满纹孔口和纹孔腔,气体或液体的流动就完全被堵塞。世界爷的心材是最受欢迎的热浴桶材料,因为它抽出物含量高,不但耐腐,又极不透水。具有树脂沟的树种,如各种松木和云杉等,除非树脂沟完全被树脂堵塞,其纵向和径向渗透度比其它树种高。

  总结上节的讨论,影响渗透度的因素为材种、结构方向、导管是否有填充物、抽出物多寡及纹孔口之闭塞。前三者都是无法克服的自然因素,把抽出物用溶剂淬出,虽然可以增进渗透度,除非抽出物有利用价值,溶剂萃取颇不经济,另一方面把有抗虫菌的抽出物萃出不失反其道而行。因此从纹孔口之闭塞这个因素设想是最实际的办法,如能打开这个通道而不影响其它木材性质,即可增进木材的渗透度,同时促进干燥率和防腐剂处理度。

1)压缩法:将己干燥的板材施压达到5%至12%变形,可增加防腐剂的注入。施压后春材反弹而浮面,显微观察显示,秋材部份细胞壁因压力而破裂,也有些秋材细胞壁沿着中胶层分裂,木材强度随着压力之增加而降低,但只有极少数秋材的纹孔膜被破裂。防腐剂注入的增加,显然是从秋材被破裂处进入,而未遭破坏的春材部份仍然没有被防腐剂渗透。一项2000年的美国专利详述运用滚轴同时将木材施予压力及振动(vibration)以增进防腐剂注入的方法,压力程度为8.3%至16.6%变形,振动率为9000 次/分钟。根据这个专利报道的数据分析,施压、振动及施压配合振动这三种处理法都没有使防腐剂注入明显增加。压缩法不但效果不明显,又有使木材失强的重大缺陷,所以并非是一个好方法。

2)汽蒸法:对于汽蒸木材是否能改进渗透度,没有得到明确的结论,有人说有效,也有人说无效。一般来说,生(湿)材在压力下汽蒸(温度大于100℃)10小时以上,才能得到有限度的效果,汽蒸对纹孔膜结构没有明显的影响。一般认为,湿木材长时间处于高温下,半纤维素被水解而导致木材失去强度,因此汽蒸法没有被广泛使用。日本的柳杉(Cryptomeria japonica)不易干燥和处理,而开发了一个特殊的方法增进渗透度。其法是将刚采伐的原木放在一个特殊窑里,将窑底瓷砖烧成红热,透过红热的瓷砖以远红外线(far infrared)把原木加热6小时,原木内部的温度为均匀的80至100℃。由于内部的蒸汽压,边材和心材纹孔膜的破坏率分别为60%和50%,液体注入量也随着增加。这个方法对柳杉有效,可能是因为柳杉心材含水量高(120%至140%),对其他心材含水量低的材种是否有效则有待查证。

3)生物法:严重的真菌感染木材,因其髓线组织和纹孔膜被菌丝破坏而使渗透度增加,细菌也能破坏髓线组织和纹孔膜而使渗透度剧增。这两种微生物并不造成严重的木材强度损失,因此有人研究利用真菌和细菌来促进防腐剂处理度,甚至有人直接用脢来破坏纹孔膜。染色真菌只限于在边材滋长,细菌和脢也仅易于注入边材,基本上还是不能解决心材难于处理的重点,同时这样的生物处理费时,目前尚在试验阶段。
 

编辑:Pi Ning