新發(fā)現(xiàn)的全新木材“中木”究竟是啥？它比硬木軟木好在哪？

圖蟲創(chuàng)意

日常生活中，軟木和硬木各有用途。最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種介于中間的全新木材——“中木”。它不僅結(jié)合了硬木軟木的優(yōu)點(diǎn)，還能大幅度增強(qiáng)樹木儲(chǔ)存碳的能力。

先說一個(gè)反直覺的知識(shí)點(diǎn)，我們通常認(rèn)為結(jié)實(shí)的木材都產(chǎn)自大雪紛飛的東北林區(qū)，實(shí)際上真正高級(jí)的硬質(zhì)木材，特別是各種紅木，主要出自熱帶雨林。

硬木和軟木的區(qū)別，并不是硬木就硬，軟木就軟，而是基于其生長環(huán)境、木材結(jié)構(gòu)等諸多因素，它們是樹木分類的兩種常見方式。

軟木通常來自針葉樹，硬木通常來自闊葉樹。一般來說，軟木通常比硬木密度小、質(zhì)地較軟，但是，例外的情況也很多，比如說花旗松密度和一些硬木一樣，而作為硬木的輕木，材質(zhì)反倒如泡沫塑料一樣輕質(zhì)和柔軟。

硬木和軟木各自的優(yōu)點(diǎn)很突出，缺點(diǎn)也很明顯。比如說，軟木通常紋理平順，用于建筑結(jié)構(gòu)框架的木材大部分來自軟木，這是相對豐富和便宜的，且便于加工，干縮濕脹率小，不易開裂，但是硬度和耐磨性是硬傷。而硬木則恰恰相反，它們的材質(zhì)更密實(shí)，紋理更豐富，具有漂亮的外觀，和較高的耐磨性，特別適合制作家具、地板和精細(xì)的木制品，但是硬木常常容易變形和開裂，在北方使用過紅木家具的朋友，一定對此深有感觸。

硬木和軟木的基本區(qū)別還是在于木材的微觀結(jié)構(gòu)。

軟木結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由較大的縱向細(xì)胞(管胞)和少量的徑向細(xì)胞(木射線)組成，垂直分布的管胞決定了軟木的基本結(jié)構(gòu)，覆蓋在木質(zhì)部細(xì)胞上的纖維也比較粗。

硬木的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，木射線在木材中所占比例較大，在很大程度上影響了木材的質(zhì)地。另外，硬木中縱向細(xì)胞分布更為復(fù)雜，有直徑大的導(dǎo)管來輸送水分和無機(jī)鹽，周圍細(xì)一些的木纖維則賦予樹木更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，硬木樹（例如橡樹或樺樹）通常擁有直徑約為15納米的巨原纖維；而如松樹或云杉的軟木樹巨原纖維的直徑可高達(dá)25納米或以上，這種差異決定了木材的材質(zhì)差別。

另外，硬木和軟木還有一個(gè)巨大的差別，就是在對二氧化碳的吸收和固定方面，軟木類樹木往往具有更高的效率，這種能力被認(rèn)為是一個(gè)應(yīng)對和破解全球氣候變化的重要選項(xiàng)。

那么，有沒有一種樹木可以結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長避短呢？

目前現(xiàn)存的兩種鵝掌楸屬植物，即北美鵝掌楸和鵝掌楸，擁有約20納米的巨原纖維，介于軟木和硬木之間。這也就使得鵝掌楸擁有傳統(tǒng)硬木和軟木的雙重特性，既有相當(dāng)?shù)哪静挠捕?，也有軟木類樹木?qiáng)大的二氧化碳吸收和固碳能力。

在3000萬到5000萬年前，當(dāng)鵝掌楸從木蘭科祖先分化出來的時(shí)候，地球經(jīng)歷了二氧化碳濃度下降事件，大氣中二氧化碳濃度從1000ppm左右急劇下降至約320ppm。這種條件下，具有較強(qiáng)固碳能力的鵝掌楸在這個(gè)變化中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

在今天，兼具傳統(tǒng)軟木和硬木特征的鵝掌楸，不僅為我們提供了很好的木材選擇，也為碳中和提供了非常重要的植樹造林選擇。

很多朋友關(guān)心的木材品質(zhì)問題，除了硬木和軟木，木材品質(zhì)還與什么因素有關(guān)？

木材的品質(zhì)與樹木種類有著非常緊密的聯(lián)系。通常來說，除了特殊用途——比如做暖瓶塞子，會(huì)選用栓皮櫟松軟的木栓層，造紙可以選用柔韌纖維多的構(gòu)樹樹皮——絕大多數(shù)情況下，我們通常會(huì)選用硬度大、強(qiáng)度高、心材多的木材來制作家具、衣柜等家居用品。

所謂心材，顧名思義就是指樹木中央的木材部分。它們是老化的木質(zhì)部，位于髓心與邊材之間，這些細(xì)胞曾經(jīng)是為大樹的枝葉輸送水分的管道。在大樹生長過程中，位于大樹中央的導(dǎo)管逐漸失去疏導(dǎo)功能，這些逐漸失去輸導(dǎo)功能的心材細(xì)胞，會(huì)因?yàn)樘畛淞擞椭?、樹膠、單寧或其他物質(zhì)而顏色加深，使得部分木材的邊材與心材界線鮮明。至于說那些仍然維持著活性，沒有填充次生代謝產(chǎn)物的邊材會(huì)顯得柔軟一些。

正是因?yàn)榇紊x產(chǎn)物的存在，讓木材有了某些特殊性能。但是，這種性能的取得往往需要時(shí)間。

黃花梨的珍貴在于時(shí)間的積累，雖然經(jīng)過五十年，黃花梨已經(jīng)長到了碗口粗細(xì)，但是其心材恐怕還沒有1根搟面杖粗。心材之所以珍貴是因?yàn)樵跇淠旧L的過程中積累了次生代謝產(chǎn)物，把曾經(jīng)用于輸送水分的管道填得滿滿當(dāng)當(dāng)，這樣的木材才有了相當(dāng)?shù)挠捕?、色澤和香氣，也就成了上好的木料。就拿降香黃檀來說，在水肥條件良好的情況下，通常每年可長高約2厘米，直徑增加3厘米左右，要經(jīng)過6-7年的生長才能產(chǎn)生心材。而在野生生長條件下，心材的累積速度還要更緩慢，甚至要在10年之后才能產(chǎn)生心材。從這個(gè)角度來看，紅木類樹木雖然有強(qiáng)大的生命力，但是在可見的時(shí)間段內(nèi)，它們很難產(chǎn)生大量的木材資源。從這個(gè)意義上來說，紅木其實(shí)又是一種稀缺的、“不可再生”資源。

而我們今天發(fā)展像鵝掌楸這樣的中木類樹材，將為我們未來木材選擇和植樹造林提供一個(gè)新的選項(xiàng)。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：史軍 中國科學(xué)院植物學(xué)博士

審核：馬莎 中國林學(xué)會(huì)科普處處長 高級(jí)工程師

出品：中國科協(xié)科普部

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