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2022 年度 実施状況報告書

樹木の加齢にともなう木材性質変動の物理学的考察

研究課題

研究課題/領域番号 21K05709
研究機関鳥取大学

研究代表者

藤本 高明  鳥取大学, 農学部, 准教授 (40446331)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード不可逆過程 / 秩序化 / 持続可能性
研究実績の概要

樹木は、加齢にともない性質の著しく異なる木部組織を形成する。この現象は、適切な森林の管理・育成や木材資源の有効利用と深く関連するが、未だ本質的な理解に至っていない。本研究の目的は、加齢にともなう木材性質変動を、単一の性質で直接的におうのではなく、多数の性質(情報)を用いて包括的に評価し、得られた結果を物理学的に考察することである。前年度は針葉樹4種を対象に所定の実験・データ解析を行い、樹種の違いに依らず、樹木は樹齢を重ねるにつれてより秩序化した状態になることを確認した。また、この変化は不可逆的なものであることから木材資源の再生産に対する新たな知見を提案した。
今年度は広葉樹4種のサンプル収集および実験を終えた。データ解析の結果、針葉樹の場合と同様に、樹種の違いに依存しない普遍的な加齢現象を確認した。すなわち、各樹齢に対応した木部から計測した近赤外スペクトルのデータ行列の固有値は、加齢にともない拡散する傾向が認められた。この固有値分布からヘルムホルツ自由エネルギーやエントロピーを計算した結果、樹木は加齢にともないより秩序化した状態になることが示唆された。また、得られた固有値と固有ベクトルから算出される密度行列の時間発展を検討した結果、広葉樹についても加齢現象は明らかに不可逆的な過程であることも分かった。以上の結果は同じ性質(状態)の木材を再生産することは不可能であることを意味しており、木材資源の持続可能な利用に対して重要な示唆を与えるものと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

予定した実験等の計画は全て終了できた。得られた結果も期待したものであった。

今後の研究の推進方策

当初の予定どおり多次元ベクトルデータとしてX線回折スペクトルデータを収集し、前年度までと同様のデータ解析方法を適用する。これによって、特定の座標系に依らない普遍的な木材の振る舞いを明らかにする。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Detecting the changes of wood properties with respect to elapsed years since wood formation by the eigenvalue distribution of near infrared spectral matrices2023

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Fujimoto
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: 69 ページ: 3

    • DOI

      10.1186/s10086-023-02078-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of the age dependent variation of wood properties based on the eigenvalue distribution of near infrared spectral matrices2022

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Fujimoto
    • 雑誌名

      Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems

      巻: 225 ページ: 104576

    • DOI

      10.1016/j.chemolab.2022.104576

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monitoring the physical state of wood during multiple tensile load-unload cycles by the eigenvalue distribution of near infrared spectra2022

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Fujimoto
    • 雑誌名

      Journal of Near Infrared Spectroscopy

      巻: 30 ページ: 345

    • DOI

      10.1177/09670335221130469

    • 査読あり
  • [学会発表] 固有値分布に基づく木材の ばらつき評価2023

    • 著者名/発表者名
      藤本高明
    • 学会等名
      第73回日本木材学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Geometric evaluation of the stress relaxation process of wood based on the differential form2022

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Fujimoto
    • 学会等名
      The 8th Asian NIR Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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