活树杨木防腐药液上升机理及模型构建

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31670558
项目类别：
面上项目
资助金额：
62.0万
负责人：
张耀丽
依托单位：
南京林业大学
学科分类：
C1603.木材物理学
结题年份：
2020
批准年份：
2016
项目状态：
已结题
起止时间：
2017-01-01 至2020-12-31

项目参与者：
石江涛；王卫东；王军锋；王旋；刘芳芳；梅萍；吴青思；朱续娜；
关键词：
开始时间活树树液流速杨木防腐保持时间

项目摘要

This project is aimed at investigating poplar wood preservation mechanism by adding preservatives to a living tree. During trees grow, tree juice flows upward. The liquid preservatives will be injected into the roots of the trees and upward transported to the tree tops and branches as the movement of the tree juice. Based on Murray law and Darcy law, the juice flow model upon the time and space in poplar stems will be developed. Capillary forces, permeable pressure and water molecular forces are considered as driving forces. The time of preservative injection and the treatment time will be determined. Using titration color analysis, the preservative injection time and transportation speed in the living tree will be monitored. As a result, a liquid upward transportation mechanism in a living tree will be proposed. After the treated tree is cut, the preservative distribution in the longitudinal and radial directions and the content of preservative in the treated logs will be examined. In addition, the method of introducing fungi will be used to examine the preservation treatment results. Finally the lumber from the treated logs will meet the requirements of the preservation standards and better preservation results will be obtained.

本项目以活树杨木为研究对象，在采伐前，从活树杨木基部注入防腐液，利用树液上升流动现象，防腐液从杨木树干基部开始向上运输至树梢，在活树时完成对杨木的防腐处理。借助流体动力学Murray's 定律和达西（Darcy）定律模拟活树液流流动，分别就毛细管张力、渗透压和水分子的内聚力所提供的驱动力进行计算和分析, 用数值法求解，构建活树液流上升传递模型。通过对杨木树液流速的测量和分析，确定防腐液向活树杨木注入的初始时间。监控活树杨木防腐处理过程，滴定显色分析，研究防腐液在树木中上升高度与时间响应关系，揭示活树防腐液上升机理。结合活树液流上升传递模型，确定活树杨木采伐时间。防腐处理材伐倒后，研究防腐液在杨木树高和半径方向渗透的均匀程度，测量防腐处理材中药剂成分含量及载药量。采用接菌试验法检验防腐效果，使活树防腐处理效果超过目前常规的防腐水平。

结项摘要

目前木材防腐处理方式是将树木采伐，对木材进行防腐处理，在处理过程中会产生大量废液，污染环境。本项目采用一种新的方式，在树木生长过程中对树木注入防腐药液，利用树液上升流动现象，防腐药液从树木的基部开始向上运输至树梢，在活树时完成对树木的防腐处理。.本项目以耐腐性差的杨树为研究对象，研究了一年四季杨树树干茎流规律、杨树树液的表面张力和粘度，根据Lucas–Washburn方程和达西（Darcy）定律，构建了活树树液上升传递模型，模拟了药液在杨树树干中的流动过程，实验结果和模型预测相吻合，验证了模型的可行性。确定了初始注药时间在凌晨5点至4点，对12株幼龄杨树和12株10年生杨树（幼龄杨树和10年生杨树各分成4组，每组各3株）向其注入不同浓度的ACQ-D药液，其中1组作对比，不注射药液。研究揭示：随注药时间的延长，防腐药液在杨树树高方向呈上升高趋势，且白天药液上升快，晚上防腐药液不上升。药液在树干中的上升速率与太阳辐射强度和空气温度呈正相关，和空气相对湿度呈负相关，建立了活树杨木注防腐药液上升速率与太阳辐射强度、空气温度、空气相对湿度的相关性回归方程，揭示了活树防腐药液的上升机理。.药液在杨树中的上升速率与注药浓度有关，低浓度的药液在杨树中的上升速率大，高浓度的则相反。防腐药液在幼龄杨树中的上升速率明显大于在10年生杨树中的上升速率。活树防腐药液在半径方向上分布不均匀，靠近注药口药液分布面积最大，载药量高，远离注药口则药液分布面积减小，载药量较低。10年生杨树活树注入0.5%浓度的ACQ-D药液时，树高4m的木材载药量达到了与真空加压和常压浸渍防腐木材相同的水平。可通过提高注药量和药液浓度，提高杨木活树防腐效果，使其超过常规防腐水平。.由于药液在幼龄杨树中上升速度比在大树中上升速度快，防腐药液很容易上升到树梢，因此从幼龄树木开始，可每2-3年给幼树注入一次防腐药液，待幼树长成高大乔木时，整株树木都可达到防腐效果，这项研究成果可进行推广。