雨淋对不同泡桐品系木材颜色的影响1)

许雅雅 常德龙 胡伟华 黄文豪 张云岭

(经济林种质创新与利用国家林业和草原局重点实验室(国家林业和草原局泡桐研究开发中心)，郑州，450003)

泡桐是玄参科泡桐属(Paulownia)植物，落叶乔木[1]。原产我国，是重要的速生用材林树种，在25个省(市、区)有自然分布；越南等地亦有引种栽培[2]。泡桐生长快(7～8 a即可成材)，适应性强，繁殖容易，是农民经济收入的重要来源之一[2-4]。此外，其隔音、阻燃、防潮性能良好，广泛用于制作家具、室内装饰材料、乐器[5-6]等。泡桐木材作为速生轻质木材，凭借其自身优良的特性[7-8]，获得了消费者的认可。

泡桐木材色浅，具有乳白丝绢光泽，质感柔和；径切面多呈带状纹，颜色不同的带状线条排列规律，通直美观；泡桐木材的颜色白度、光泽度、纹理美观度，是衡量其木材材质优劣的重要指标[9-11]。泡桐木材拥有天然美观的纹理色泽，符合市场需求。日本泡桐加工产业非常发达，桐木产品精美，多为同类产品中的上品，价格也高出几倍到几十倍不等[2]，由此可见，我国桐木产品还有极高的附加值有待挖掘。

目前关于泡桐木材材性[12-15]、木材材色[8，16]的研究成果不多，对同种不同立地的泡桐材色之间的比较分析、泡桐材色随时间变化趋势等方面的研究较少。本研究针对泡桐主要资源品系，以白花泡桐(Paulowniafortunei)、毛泡桐(Paulowniatomentoda)、兰考泡桐(Paulowniaelongata，产地包括甘肃天水和河南兰考)、楸叶泡桐(Paulowniacatalpifolia)及优良无性系毛白33(PaulowniaבTefu(TF)33’)、豫林1号(PaulowniafortuneiCL‘YL01’)木材为研究对象，分析了不同品系泡桐材色、不同部位泡桐材色、同种泡桐不同立地的材色差异、泡桐材色随时间变化趋。此外，还对雨淋环保法优化泡桐材色进行探索。以往为了优化泡桐材色，对其预处理往往采用浸泡的方式[17-19]，但这种方法会产生大量的污水，难以处理；本研究使用环保雨淋法对木材进行预处理，利用自然的力量使泡桐木材材色趋于稳定，使用极少的人力成本、资源成本，无毒无害，是一种节能环保的泡桐木材预处理方法。本研究结果可为探寻泡桐材色变化规律、环保型材色优化方法、提升泡桐木材加工利用附加值提供参考。

1 材料与方法

以白花泡桐(Paulowniafortunei)、毛泡桐(Paulowniatomentoda)、兰考泡桐(Paulowniaelongata)、楸叶泡桐(Paulowniacatalpifolia)、毛白33(PaulowniaבTefu(TF)33’)、豫林1号(PaulowniafortuneiCL‘YL01’)6种泡桐木材为试验材料(见表1)，其中兰考泡桐分别来自河南兰考县、甘肃天水。每个树种取6株树，兰考泡桐在2个立地各取6株树。

表1 各品系泡桐试材基本信息(各采集6株样树)

将各品系泡桐木材分上、中、下木段，在每段锯制8 cm厚的圆盘，圆盘分心部、中间部位、边部，锯制8块试件，试件尺寸为70 mm×50 mm×12 mm，每个试件取其径切面测量8次。材色测量利用国际发光照明委员会(CIE)规定的一套颜色测量方法，参照L*、a*、b*均匀色空间，进行计算和分析泡桐材色数据。

每种选3株(兰考泡桐选用河南兰考泡桐)，将切取圆盘后的木段锯制2 cm厚的板材，尺寸为400 mm×200 mm×20 mm，取其径切板。将泡桐板材自然干燥后，在室内干燥清爽环境下存放(年气温12～16 ℃，相对湿度45%～60%)，将板材平均区分为8个正方形，取其中心位置为测色点，每半年对其进行测色，分析木材颜色随时间变化趋势。

将剩余木段锯制板材(2 cm厚)，放置于湖北咸宁赤壁市(北纬29.46～29.91，东经113.53～114.22，年平均气温16.9 ℃，降水量1 251～1 608 mm)户外2 a，进行自然雨淋；搭支架摆放，板材垂直横梁放置(见图1)，每周板面正反调换1次，使其均匀得到雨水冲刷。在雨淋处理后的板材上取样，截取试件尺寸为400 mm×200 mm×20 mm，放置于试验室(河南新郑，年均气温14.2 ℃)气干3个月至平衡含水率(12±2)%；同时将前期采集的试件置于试验室(河南新郑，年均气温14.2 ℃)内同期存放，作为对照，平衡含水率可达(12±2)%；将试件刨削掉表层2 mm(去除表层的灰质等物质)后，供材色指标测试。

雨淋过程中每4个月对木材取样测色，雨淋材的材色在2 a左右基本稳定，因此设定了2 a的时间。自然雨淋包括雨淋及晾干的整个过程，日晒、雨淋温湿度变化均会对材色产生影响，本试验将自然因素作为一个整体，分析以雨淋为主的自然因素对材色产生的影响。对照样放置于室内，排除雨淋和日晒等自然因素。

图1 雨淋试验试件码垛示意图

2 结果与分析

2.1 不同种类泡桐材色差异

由表2可见：6种泡桐木材的白度(W)差异均达到显著水平，木材白度由高到低依次为白花泡桐木材、毛白33木材、豫林1号木材、兰考泡桐木材、楸叶泡桐木材、毛泡桐木材，其中湖南白花泡桐木材白度最高(67.56)、湖北毛泡桐木材白度最低(61.21)。湖北毛泡桐木材与湖南白花泡桐木材相比，色度指标亮度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、总色差(ΔE)、白度(W)在种间的差异均达到显著水平，亮度最高的白花泡桐木材比亮度最低的毛泡桐木材高6.52。木材总色差，由小到大依次为兰考泡桐木材、毛白33木材、白花泡桐木材、豫林1号木材、毛泡桐木材、楸叶泡桐，兰考泡桐木材的色差比楸叶泡桐木材低5.42；山东楸叶泡桐木材的黄度和红度均为6品系泡桐木材中最高的；白花泡桐木材红度和黄度最低；兰考泡桐木材白度不高，色差是6种材料中最低的，说明兰考泡桐材色的均一性最好。

表2 各品系泡桐材色指标

2.2 同种不同立地泡桐材色

由表3可见：|t|均小于t0.05；河南兰考泡桐与甘肃兰考泡桐色度指标总色差(ΔE)、亮度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、白度(W)，均无显著差异，其中亮度、色差、白度的变化范围不超过1。但是，由于生长于不同的立地条件，河南兰考泡桐白度和亮度略高于甘肃兰考泡桐，总色差也是兰考泡桐较低；甘肃兰考泡桐比河南兰考泡桐偏红、偏黄。不同产地的兰考泡桐材色无显著差异(见表4)。

表3 “甘肃兰考泡桐-河南兰考泡桐”木材材色指标的成对样本检验

表4 甘肃兰考泡桐、河南兰考泡桐木材材色指标

2.3 泡桐不同部位材色变化

(1)树干不同高度材色变化。由表5可见：泡桐树干下部、中部、顶部之间的色度指标，总色差(ΔE)、亮度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、白度(W)均具有极显著差异(P<0.01)。亮度的极差值为1.43，中部的亮度值仅比顶部低0.49，而比下部高0.94；白度的变化趋势与亮度相似，由大到小依次为顶部、中部、下部，极差达到1.46，中部比顶部低0.54、比下部高0.92；色差的极差值为1.92，顶部最低，下部最高；红度和黄度由小到大依次为顶部、中部、下部，即泡桐木材颜色随着高度的降低而变红变黄。综合分析，泡桐木材顶部材色品质最好，中部稍差，下部最差。木材在生长过程中，顶部的生命活动比较旺盛，生命活动产生的有色产物的累积比较少，这是顶部材色品质好的原因之一。

(2)径向材色变化。由表5可见：泡桐木材圆盘直径方向上，即圆盘心、中、边部位的色度指标，总色差(ΔE)、亮度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、白度(W)均具有极显著差异(P<0.01)。圆盘中心部位的亮度最好(72.81)，边部次之(72.37)，中间部位最低(71.81)；白度变化趋势与亮度相同，中心部位、边部、中间部位白度，分别为63.69、63.36、62.8；总色差为中心部位最小，边部与中间部位均较大，极差值为0.82；中间部位和中心部位的变红度相同，比边部位置高0.07，差异很小；变黄度，由大到小依次为中心部位、边部、中间部，中心部位比中间部位高0.4。综合分析，圆盘中心部位亮度(L*)、变红度(a*)、变黄度(b*)、白度(W)均最大，色差最小，材色指标表现最好，边部次之，中间部位最低。

综合分析表5数据表明，泡桐木材纵向材色的变异程度大于径向材色的变异程度。

表5 树干不同高度材色测定结果

2.4 木材颜色随时间变化趋势

由图2可见：不同种类的泡桐在室内干燥清爽环境下存放，随着时间的变迁颜色有劣化趋势。其主要原因在于这一阶段，木材内含物在自然干燥状态下，有缓慢释放并随着水分向外迁移的趋势，并且与空气中的氧发生氧化还原反应，特别是木材在加工成板材后变化尤为明显，白度几乎呈一定比例降低；但是，半年过后白度趋于稳定，呈缓慢下降趋势。泡桐木材在储存过程中的颜色变化规律，经历时两年五次颜色测试观察，各品系泡桐均在干燥后半年内白度变化明显，其中前6个月楸叶泡桐相对下降了14%、甘肃兰考泡桐下降了12%，其它几种泡桐白度下降幅度非常接近，均在10%左右，以后持续下降，但下降速度较慢，且趋于一致；7种泡桐2 a后白度都基本下降了12%～14%。

图2 不同种类泡桐木材白度随时间变化规律

2.5 雨淋法对泡桐材色的影响

泡桐木材经过反复的雨淋、干燥过程，水分反复浸入和渗出，木材内部的发色物质随着水分逐渐扩散、溶出，并被雨水冲刷走，进而保证了木材材色的均匀性和稳定性。由表6可见：，雨淋材亮度均高于未雨淋材的，雨淋试验对湖北毛泡桐木材的亮度影响最大，未雨淋泡桐木材的亮度为71.34，雨淋处理后的亮度为77.75，提升了9%；其次，受影响比较大的是豫林1号木材，对湖南白花泡桐木材的影响最小，白花泡桐亮度指标值变化了1.63，提升了约2.1%。雨淋试验对其它几种泡桐木材的亮度均有不同程度的影响，受雨淋试验影响程度，由大到小依次为湖北毛泡桐木材、山东豫林泡桐木材、山东楸叶泡桐木材、兰考县兰考泡桐木材、甘肃兰考泡桐木材、湖南白花泡桐木材。甘肃兰考泡桐木材、湖北毛泡桐木材、山东豫林泡桐木材、兰考县兰考泡桐木材、山东豫林1号木材、湖南白花泡桐木材的总色差，均低于未雨淋(对照)的木材，变化幅度分别为53.90%、70.60%、44.10%、37.20%、24.10%、19.80%，表明经过雨淋处理后，泡桐的材色变得更稳定均一。雨淋处理前的泡桐木材总色差变化范围为4.36～7.78，处理后的泡桐木材总色差变化范围为2.29～4.19，6种泡桐木材的总色差值更加接近。雨淋试验对6种泡桐木材白度的影响变化规律与亮度基本一致，白度提高幅度最大的为湖北毛泡桐木材，提高了12%；最低的为湖南白花泡桐木材，提高2.5%；6品系泡桐木材，均为雨淋处理后的白度高于处理前的。雨淋后，5品系泡桐木材变红度提升，仅山东楸叶泡桐木材变红度略有减小。雨淋后毛泡桐木材、白花泡桐木材变黄度升高，另外4品系木材变黄度降低。

3 结论

本研究以白花泡桐、毛泡桐、兰考泡桐(产地包括甘肃天水和河南兰考)、楸叶泡桐及优良无性系毛白33、豫林1号木材为研究对象，分析了不同品系泡桐材色、不同部位泡桐材色、同种泡桐不同立地的材色差异、泡桐材色随时间变化趋，还对雨淋环保法优化泡桐材色进行探索。

不同种泡桐木材，在颜色上都是不尽相同的。其中，白花泡桐木材的亮度、白度最高，红度最低，色差也处于较低水平；兰考县兰考泡桐木材，色差最小，仅为4.54；毛泡桐木材的亮度、白度最低，红度、黄度也较高；豫林1号木材的红度、黄度最高；楸叶泡桐色差最大，为9.96。

表6 各品系泡桐木材雨淋试验材色指标值

甘肃兰考泡桐木材与河南兰考县兰考泡桐木材，亮度、色差、白度的变化范围均不超过1，在材色上无显著差异。由于不同的立地条件，兰考县兰考泡桐木材白度和亮度略高，色差较小。

泡桐木材不同部位，材色差异很大。在轴向上，泡桐木材顶部材色综合品质最好，中部稍差，下部最差；在径向上，圆盘心部、边部位置材色综合品质较高，中间部位则较低。

随着时间的变迁，泡桐木材颜色有劣化趋势。其中，最初的半年时间内，材色品质下降最快；随着时间的增加，材色品质下降速度变缓。

雨淋后，材色更为均一，色差显著变小，白度、亮度明显变高，其中毛泡桐变化最大，木材亮度提升了9%，白度提升了10.81%。材色品质受雨淋试验的影响程度，由大到小依次为湖北毛泡桐木材、山东楸叶泡桐木材、山东豫林泡桐木材、甘肃兰考泡桐木材、兰考县兰考泡桐木材、湖南白花泡桐木材。