菌包木材材积消耗估算*

张忠旭 邱 坚 李世民 李有贵 何海珊

(1. 云南省森林公安技术处，云南 昆明 650224；2. 西南林业大学材料科学工程学院，云南 昆明 650224)

自2013年以来，云南省各级森林公安接到群众多次举报，多家企业收购木材制作以木屑为主要原料的菌包，并发放给村民培育人工菌，再回收人工菌成品，导致村民砍伐天然林的现象频发。人工菌主要为黑木耳 (Auriculariaauricular) 和香菇 (Lentinusedodes)，市场需求量大。硬阔叶材木屑是目前黑木耳和香菇培育过程中最常用也是最适合的原料，因为使用软阔叶、秸秆为原料制作的菌包所产木耳产量和品质较低，而针叶材中的木质素和树脂抗菌性较强[1-2]而不能使用。据云南省森林公安调查，目前在德宏和保山等地大量使用的菌包中，木屑均来源于天然硬阔叶林。虽然这一现象对天然林的危害较大，但由于菌包中的木屑计算成木材材积或株数尚未有相关标准或文献依据，因此森林公安执法缺乏定责依据，不能及时追责，难以有效监管和保护森林生态。鉴于此，云南省森林公安联合西南林业大学木材科学研究室进行合作研究，拟通过测量木屑基本密度、木材含水率推算木材实时密度，根据木材总质量计算木材材积。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

据云南省森林公安局调查，目前大量的木屑菌包配方为：木材11.6 kg，糠1 kg，麦糠1 kg，水5.5 kg，共19.1 kg。企业统一将木材打碎成木屑，将所有原料混匀、分装。云南省森林公安从3家企业取得4批 (每批13包菌包) 菌包，编为甲、乙、丙、丁进行实验。

1.2 实验方法

1.2.1筛分菌包

以8目、20目、40目的网筛筛分菌包中的木屑，使用20目时筛出物质量与菌包总质量之比为70%～86%，与配方中木材、水的质量与总重量之比89.53%较接近，因此以20目网筛筛分菌包，称量筛出物得M筛出。

1.2.2相关参数计算

每包菌包取样2次，每次约20 g木屑 (去除树皮)，以精度0.001天平 (型号为DTT-A+200) 称重得M实时，以循环水式多用真空泵 (郑州长城科工贸易有限公司SHB-III型) 抽真空浸泡木屑至饱水，即真空条件下木屑沉于水底且再无气泡冒出，以漏斗加真空泵抽滤，称得饱水质量M饱水。随后木屑置于原本装有50 mL水的100 mL量筒中，记录体积增量为木屑饱水体积V饱水， (103 ± 2)℃烘干[3]至绝干，置于干燥室冷却后称绝干质量M绝干。分别以体积法和最大含水量法计算木材基本密度。

1) 体积法：菌包中木屑含水率为W实时=M实时/M绝干，木屑基本密度为ρ基本1=M绝干/V体积。

2) 最大含水量法：ρ基本2=1/(((M饱水-M绝干)/M绝干) + (1/1.56))[4]。

根据美国林产品实验室关于木材基本密度、木材实时密度与实时含水率的关系的经验公式[5]，可求得木屑的实时密度：木屑吸水后的密度为ρ实时=Gm(1 +W实时/100)，其中Gm=Gb/[1-0.265Gb(1-W/MCfs)]，MCfs为纤维饱和点，取近似值30，则菌包中木屑的材积V实时=M筛出/ρ实时。

1.3 数据处理

计算结果以Excel分析均值及变异系数，以SPSS分析多组样本间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 基本密度计算

由于木屑在菌包中含水率达50%以上，高于木材纤维饱和点，木材中自由水含量较高，可溶化木材中的水溶性抽出物，而测试过程中真空浸注饱水处理使水溶性内含物溶出，导致绝干质量偏低，基本密度偏小，材积偏大，不符合疑点利益归于被告的法律精神，因此应该将水溶性抽出物含量加回计算过程中的绝干质量。

据文献调查，木材冷水抽出物的成分主要是单糖、低聚糖、淀粉、果胶、黄酮、单宁、木质酚等，阔叶材冷水抽出物含量0.60%～6.89%[6-9]。本研究中，考虑疑点利益归于被告的法律精神，冷水抽出物含量取6%。冷水抽出物测定方法多依据GB/T 2677.4—1993 《造纸原料水抽出物含量的测量》 进行，冷水抽出物含量X1=(G-G1)/G，其中G为样品抽提前绝干质量，G1为样品抽提后绝干重，因此G=G1/(1-X1)。

以此计算木屑基本密度，经差异显著性分析，结果见表1，其中乙批体积法所测基本密度变异系数大于15%，因此剔除该组数据。

表1 不同批次菌包木屑基本密度Table 1 Wood chips density of different batch fungi bags

注：不同小写字母表示显著差异 (P< 0.05)，不同大写字母表示极显著差异 (P< 0.01)。

由表1可知，甲批的体积法与最大含水率法所得基本密度差异性极显著，其他批的2种方法所得基本密度差异性不显著，原因是在测量木屑饱水体积及质量前的抽滤水分的过程中，甲批未使用茶叶袋将木屑包住，使木屑在抽滤水分时大面积暴露于空气中造成抽滤过度，导致饱水质量偏小，则以最大含水量法计算的基本密度偏大而体积法计算的基本密度偏小，呈现2种方法差异性极显著的情况。因此，后续分析中剔除甲批的最大含水量法的数据。四批菌包的基本密度中，甲批与丁批差异性不显著，乙批与甲批差异性不显著。

2.2 材积计算

2.2.1实时材积计算

4个批次木屑实时含水率测量分析结果见表2。丙批的变异系数大于15%，因此剔除该组数据。差异性分析表明，除乙批和丁批木屑间含水率差异不显著外，其余批次木屑含水率相互差异均达极显著水平。

表2 不同批次菌包木屑实时含水率Table 2 Moisture content of wood chips of different batch fungi bags

注：不同小写字母表示显著差异 (P< 0.05)，不同大写字母表示极显著差异 (P< 0.01)。

剔除前述不可靠数据，木屑实时密度按每包的平均实时含水率计算分析见表3。差异性分析表明，甲批实时密度极显著低于丁批。

表3 不同批次菌包木屑实时密度Table 3 Current density of wood chips of different batch fungi bags

注：不同小写字母表示显著差异(P< 0.05)，不同大写字母表示极显著差异(P< 0.01)。

实时材积的计算结果见表4，甲批实时材积极显著低于丁批。

表4 不同批次菌包木屑实时材积Table 4 Current volume of wood chipsof different batch fungi bags

注：不同小写字母表示显著差异 (P< 0.05)，不同大写字母表示极显著差异 (P< 0.01)。

按照配方每批含木材11.6 kg为定值，当甲批基本密度与丁批差异性不显著，甲批实时密度在极显著水平低于丁批时，甲批的实时材积应该显著大于丁批，实时材积的计算结果说明筛出木屑的质量不能反映木屑实际质量，木屑筛出时均以20目分样筛筛出，可能因为每批木屑的粗细程度不同，部分糠和麦糠粘附木屑而部分细木屑随糠和麦糠筛出。若想获得可信的M筛出，需要分析糠、麦糠和木屑的吸水性及其吸水前的含水率，难度较大。

2.2.2气干材积计算

由于实时材积估算存在盲区，因此根据菌包配方中木材打成木屑前的木材质量及气干含水率估算每包菌包消耗的木材气干材积。计算公式如下：

V气干=M配方/ρ气干/n

式中：ρ基本为木材基本密度；W为气干含水率；ρ气干=Gm(1 +W气干/100)，Gm=ρ基本/[1-0.265ρ基本(1-W气干/30)]。

通过森林公安进一步调查发现，制作菌包的公司考虑原材收购的成本，只收购气干后的木材，经初步调查并以木材含水率测试仪测量，木材气干含水率为7%～15%。由于德宏、保山等地地处云南西南部哀牢山区，根据空气温湿度与木材平衡含水率关系对照表[4,10-11]得知该条件下木材气干后的平衡含水率为14.6%～16.0%。

根据经验公式，以4批中最大平均基本密度ρ丁基本(0.501 g/cm3) 为平均基本密度，根据菌包配方中木材质量M配方11.6 kg (13包)，可推算每包菌包消耗的气干材积，据此建立云南西南地区木屑菌包消耗木材的木材含水率与材积的对照表，见表5。

表5 菌包木材含水率与材积对照表Table 5 Checklist of wood moisture content and volume of fungi bags

3 结 论

1) 云南省西南地区菌包抽查研究表明，考虑水抽出物含量后，4批菌包木屑的平均基本密度中最大值为0.501 g/cm3，根据菌包的配方中木材的重量及气干含水率，可依据经验公式Gm=0.501/[1-0.265 × 0.501 (1-W气干30)]，ρ气干=Gm(1 + 12/100)，V气干=M配方/ρ气干/13估算材积。

2) 最大含水量法和体积法所测得的木屑的基本密度差异不显著，测量基本密度时若将木屑暴露于空气中抽滤会使测试所得的基本密度偏大。

3) 经验证，由于筛出木屑受到糠和麦糠的粘附，筛出木屑质量与实际木屑质量差异大，不能作为计算材积的依据。

按照每13包木材重11.6 kg计算，当估计的含水率低于实际含水率，则所计算所得木材材积偏大，基于疑点利益归于被告的法律精神，在含水率不能测量时，应根据较大的含水率值计算木材材积。在实际案例中，如有详实的树种数据或木屑在配方中的质量有变化，也可依据树种查找文献，得到树种的基本密度，再依据经验公式进行计算。