郭瑩瑩 徐有明 李曉東 李宜文 張志軍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，武漢，430070) (日照市林業(yè)局)

魯東南引種火炬松人工林生長(zhǎng)特性與材性變異1)

郭瑩瑩 徐有明 李曉東 李宜文 張志軍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，武漢，430070) (日照市林業(yè)局)

報(bào)道了我國(guó)魯東南引種栽培火炬松18年生人工林生長(zhǎng)、材性的變化規(guī)律。18年生林分樹(shù)高為8.2m，胸徑為15.38cm，單株材積均值約為0.055 77m3。樹(shù)高和胸徑的速生期分別為2～5 a、1～9 a，材積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量曲線的交叉點(diǎn)估測(cè)在20～25 a后，其數(shù)量成熟齡有待進(jìn)一步確定?；久芏鹊膹较蜃兓伤栊奶?0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趨于穩(wěn)定(0.44～0.46g/cm3)。髓心處熱水浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，可達(dá)11.2％。管胞長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、壁腔比、腔徑比變化范圍分別為1 582～3 127μm、44.7～70.5、0.23～0.41、0.70～0.81?；久芏扰c管胞寬度、腔徑、腔徑比多呈負(fù)相關(guān)，與雙壁厚、壁腔比呈正相關(guān)，管胞形態(tài)特征值、晚材率、基本密度、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生長(zhǎng)輪回歸分析，均在F0.01水平上顯著，表明樹(shù)齡是材性的主要影響因子。該區(qū)引種栽培火炬松木材密度數(shù)值較大，管胞形態(tài)特征數(shù)值好，適宜造紙。該區(qū)適宜栽培的用材樹(shù)種少，火炬松表現(xiàn)出典型的速生特性，材質(zhì)好，是值得推廣的用材樹(shù)種。

火炬松;生長(zhǎng)量;管胞形態(tài);晚材率;木材密度;變異

我國(guó)引種栽培火炬松(Pinus taeda)已有80多a，該樹(shù)種是我國(guó)南方14個(gè)省、區(qū)建筑用材、造紙材和膠合板材的主要栽培速生樹(shù)種之一[1-2]。山東省日照市地處魯東南沿海，為我國(guó)引種火炬松的最北端。該區(qū)引種栽培火炬松已有20多a的歷史，現(xiàn)已發(fā)展到2 000 hm2。該樹(shù)種在日照栽培區(qū)的生長(zhǎng)適應(yīng)性研究已有報(bào)道[3-4]，但目前其生長(zhǎng)規(guī)律與材性尚缺乏研究。木材性質(zhì)變異規(guī)律的研究是林木材質(zhì)遺傳改良的基礎(chǔ)，控制木材質(zhì)量和產(chǎn)量并達(dá)到有效的利用就必須很好地了解掌握木材性狀的變異[5-10]。筆者在研究火炬松生長(zhǎng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究其紙漿材材性的變化，為該區(qū)域火炬松培育、林分經(jīng)營(yíng)管理和木材資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

火炬松試驗(yàn)林位于日照市嵐山區(qū)巨峰鎮(zhèn)，其地理位置是N35°05′～36°02′，E118°35′～119°39′，年均降水量 901mm，年平均氣溫12.6℃，極端低溫-14.5℃，無(wú)霜期226d，四季分明;夏季降雨集中，屬暖溫濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，與火炬松原產(chǎn)地的氣候條件比較接近。

試驗(yàn)選擇火炬松2個(gè)林分為對(duì)象。1號(hào)樣地為丘陵山崗，海拔200m，1992年造林;2號(hào)樣地為崗地，海拔50m，1990年造林。每個(gè)樣地設(shè)置20m×30m標(biāo)準(zhǔn)地[11]，選擇中間5行為樣木，按順序測(cè)定50株火炬松胸徑和樹(shù)高;樹(shù)高采用現(xiàn)場(chǎng)估測(cè)法，并根據(jù)林分樹(shù)干枝條樹(shù)節(jié)的輪數(shù)和和林場(chǎng)前8 a樹(shù)高測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算火炬松高生長(zhǎng)量;每個(gè)樣地隨機(jī)選取20株，利用內(nèi)徑5mm生長(zhǎng)錐在樹(shù)高1.3m處錐取木芯樣本，測(cè)定40個(gè)生長(zhǎng)錐樣本木芯長(zhǎng)短徑方向的生長(zhǎng)輪寬度、晚材寬度，取均值計(jì)算生長(zhǎng)輪寬度和晚材率。

從樹(shù)皮方向向著髓心切取每輪木材，測(cè)定管胞形態(tài)特征值、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和木材密度。木材密度采用最大含水量法測(cè)定;利用沸水浴處理樣本前后干質(zhì)量之差，計(jì)算熱水浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù);每個(gè)樣地選取優(yōu)勢(shì)木、平均木和劣勢(shì)木各2株，共計(jì)12個(gè)樣本，進(jìn)行管胞形態(tài)的測(cè)定。管胞形態(tài):將木芯材料切片，并用鉻酸和硝酸混合液離析后，利用光電立體投影儀測(cè)定，放大倍數(shù)為50、100倍。

數(shù)據(jù)處理利用軟件Excel、SPSS進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 火炬松生長(zhǎng)規(guī)律

2.1.1 樹(shù)高生長(zhǎng)規(guī)律

火炬松是典型的速生樹(shù)種，圖1為火炬松樹(shù)高的平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量，樹(shù)高的速生期為2～5 a，其峰值為第4年，連年生長(zhǎng)量達(dá)1.04m;第5年后平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量相交。此后，高生長(zhǎng)每年約在0.50m，可持續(xù)至第10年，總樹(shù)高達(dá)到6.18m;11 a后樹(shù)高生長(zhǎng)較慢，18年生林分樹(shù)高約為8.2m，此階段樹(shù)高生長(zhǎng)緩慢，生長(zhǎng)量在0.2m左右。樹(shù)木的生長(zhǎng)過(guò)程理論上應(yīng)成指數(shù)增長(zhǎng)，但因?yàn)閱蝹€(gè)細(xì)胞或器官之間相互作用會(huì)限制細(xì)胞生長(zhǎng)潛力的無(wú)限性，樹(shù)高總生長(zhǎng)曲線近似 S 型[11]。

圖1 火炬松樹(shù)高平均生長(zhǎng)量、連年生長(zhǎng)量和總生長(zhǎng)量變化曲線

2.1.2 胸徑生長(zhǎng)規(guī)律

從圖2可看出，火炬松胸徑在前9 a生長(zhǎng)較快，年生長(zhǎng)量為0.79～1.21cm，第4年達(dá)到最高值1.21cm，10～13 a處于相對(duì)穩(wěn)定期，維持在0.59～0.66cm，14 a后開(kāi)始降低。18 a后胸徑生長(zhǎng)較慢，其生長(zhǎng)量?jī)H0.33cm。胸徑的平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量相交于第6年，反映出該林齡段林分郁閉，可考慮間伐。胸徑總生長(zhǎng)量和樹(shù)高總生長(zhǎng)量變化趨勢(shì)基本相同。日照火炬松帶皮胸徑的總生長(zhǎng)量在8～22cm，平均值為15.38cm，多數(shù)樹(shù)干胸徑為12.1～18.0cm，其胸徑的頻率分布遵從正態(tài)分布，符合同齡純林直徑結(jié)構(gòu)分布規(guī)律[11]。

圖2 火炬松胸徑連年生長(zhǎng)量、平均生長(zhǎng)量和總生長(zhǎng)量變化曲線

2.1.3 材積生長(zhǎng)規(guī)律

圖3為日照地區(qū)18年生火炬松材積變化曲線，平均生長(zhǎng)量和總生長(zhǎng)量隨年齡增大逐年增加，材積的連年生長(zhǎng)量在1～13 a處于增加階段，第9年開(kāi)始進(jìn)入速生期，達(dá)到最大值的樹(shù)齡比樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)量達(dá)到最高值的樹(shù)齡晚得多。18年生單株材積均值為0.055 77m3。材積的連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量曲線的交叉點(diǎn)估測(cè)在20～25 a后，其數(shù)量成熟齡有待進(jìn)一步確定。

圖3 火炬松材積連年生長(zhǎng)量、平均生長(zhǎng)量和總生長(zhǎng)量變化曲線

2.2 生長(zhǎng)輪寬度和晚材率的變異

生長(zhǎng)輪寬度是重要的林木生長(zhǎng)量指標(biāo)，能夠反映樹(shù)木生長(zhǎng)的快慢，晚材率是同一生長(zhǎng)輪內(nèi)晚材寬度與生長(zhǎng)輪寬度的比值，與木材密度、力學(xué)性質(zhì)關(guān)系密切，對(duì)林木良種改良選育的重要指標(biāo)之一[7-8]。

表1 火炬松生長(zhǎng)輪寬度和晚材率的徑向變異

表1為生長(zhǎng)輪寬度和晚材率的徑向變異曲線，火炬松的生長(zhǎng)輪寬度在由髓心向外第3年達(dá)到最大值0.77mm后，有逐年降低的趨勢(shì)，在10～13 a趨于穩(wěn)定，之后繼續(xù)遞減;18 a后生長(zhǎng)輪寬度只有0.12～0.15mm，直徑生長(zhǎng)量也只有0.24～0.30mm，反映該生長(zhǎng)階段火炬松生長(zhǎng)很慢。晚材率由髓心向外1～8 a有逐漸增加的趨勢(shì)，9 a后趨于穩(wěn)定，晚材率在27％～38％，均值約為30％。

生長(zhǎng)輪寬度(y1)、晚材率(y2)和生長(zhǎng)輪(x)之間的多項(xiàng)式回歸方程為:

y1=-9E-05x4+0.003 6x3-0.049 1x2+0.215x+0.403 1(x≤18，R2=0.952 5＊＊)，經(jīng)檢驗(yàn)在 F0.01水平上顯著。

y2=0.000 4x4-0.017 5x3+0.057 1x2+3.579 8x+3.640 3(x≤18，R2=0.933 6＊＊)，經(jīng)檢驗(yàn)在 F0.01水平上顯著。

2.3 火炬松株內(nèi)管胞形態(tài)變異

管胞是針葉材主要組成部分，體積比可達(dá)89％～98％;纖維在闊葉材中約占體積50％。二者形態(tài)特征中的細(xì)胞長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、腔徑、雙壁厚、壁腔比和腔徑比等7個(gè)性狀的變化，直接影響木材密度、木材強(qiáng)度、制漿造紙性能及木材資源的加工利用，是材性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[1-2，5-10]。管胞寬度可導(dǎo)致管胞長(zhǎng)寬比的變化，間接影響紙張強(qiáng)度。管胞壁厚是針葉材木材質(zhì)量、基本密度和強(qiáng)度性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其大小體現(xiàn)了細(xì)胞實(shí)體物質(zhì)含量，對(duì)木材物理力學(xué)性質(zhì)和造紙的紙漿得率影響很大。管胞腔徑直接影響壁腔比和腔徑比(又稱柔性指數(shù))，從而影響紙漿的強(qiáng)度。

表2為火炬松由髓心向外各生長(zhǎng)輪管胞形態(tài)特征數(shù)值。可看出管胞長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，長(zhǎng)度在1 582～3127μm。其中，管胞長(zhǎng)度1～5 a增加較快，6～11 a增加速度下降，14 a以后趨于穩(wěn)定，此種變異模式屬于Panshin總結(jié)管胞長(zhǎng)度徑向變異的第一種，與紅松[9]和油松[10]變異模式一致。管胞寬度的徑向變異增加速度明顯比長(zhǎng)度變異值小，在35.41～44.52μm。管胞長(zhǎng)寬比的變異趨勢(shì)與長(zhǎng)度變異完全一致，變化范圍為44.7～70.5。管胞腔徑變化趨勢(shì)不明顯，寬度和雙壁厚有增加趨勢(shì)，二者在第8年趨于穩(wěn)定。壁腔比和腔徑比呈典型的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.999＊＊，壁腔比在第8年趨于穩(wěn)定，變化范圍為0.23～0.41。壁腔比小于1為上等造紙用材[6-10]，柔性指數(shù)變化范圍為0.70～0.81。綜合管胞形態(tài)值的數(shù)值評(píng)價(jià)，該地區(qū)火炬松是紙漿的優(yōu)質(zhì)原料。

表2 火炬松不同生長(zhǎng)輪管胞形態(tài)的變異

管胞形態(tài)7個(gè)性狀與和生長(zhǎng)輪進(jìn)行回歸分析，其多項(xiàng)式方程見(jiàn)表3，管胞腔徑在F0.05水平上顯著，其余6個(gè)性狀在F0.01水平上顯著，反映出樹(shù)齡是影響木材性狀變化的主要原因。

2.4 火炬松基本密度、浸提物的變異

木材密度是決定木材物理性質(zhì)的重要指標(biāo)。浸提物不是細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)，但其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化影響到木材密度大小，對(duì)木材耐磨性、木材防腐改性處理、紙漿蒸煮、板材干燥膠合和木材強(qiáng)度等方面均具有一定的影響[7-8]。

表4中火炬松木材基本密度徑向變化規(guī)律與Panshin密度變異第一種情況相符合，由髓心(0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趨于穩(wěn)定(0.44～0.46g/cm3)。木材熱水浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的徑向變異是，由髓心向外隨生長(zhǎng)輪增加浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，第8年后為6.8％～7.8％;髓心處質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，可達(dá)11.2％?；久芏?、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與生長(zhǎng)輪回歸分析，均在F0.01水平上顯著(表3)，表明樹(shù)齡是影響木材密度、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要影響因子。

表3 火炬松管胞形態(tài)特征值、木材密度與浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與樹(shù)齡相關(guān)分析

表4 火炬松基本密度和熱水浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的徑向變異

樹(shù)木生長(zhǎng)受遺傳因子和環(huán)境條件的綜合影響，栽培環(huán)境的變化影響到樹(shù)木生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)尺寸的改變，引起木材密度的變化[7]。木材密度值取決于木材早晚材的比例、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、細(xì)胞尺寸、胞壁厚度、生長(zhǎng)速率等。表5中相關(guān)系數(shù)說(shuō)明，基本密度與前5 a生長(zhǎng)輪寬度呈顯著負(fù)相關(guān)，6 a后與生長(zhǎng)輪寬度相關(guān)性不大;基本密度與各生長(zhǎng)輪晚材率呈正相關(guān)，部分生長(zhǎng)輪段顯著;基本密度與前4 a浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)正相關(guān)，髓心處在0.01水平上顯著，其它生長(zhǎng)輪相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值為0.052～0.265，無(wú)顯著性?；久芏扰c管胞形態(tài)中的長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比2個(gè)因子相關(guān)性不明顯，與管胞寬度、腔徑、腔徑比多呈負(fù)相關(guān)，并且基本密度與腔徑比在部分生長(zhǎng)輪段呈顯著負(fù)相關(guān)。木材基本密度與雙壁厚、壁腔徑比呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大，反映出生長(zhǎng)輪管胞寬度、腔徑增大，木材密度有由變小的趨勢(shì);壁厚增大，壁腔比增大，木材密度有由變大的趨勢(shì)。這與文獻(xiàn)[1]、[2]、[7]、[8]、[13]研究結(jié)果一致。

表5 火炬松基本密度與管胞特征間相關(guān)分析

3 結(jié)論與討論

火炬松在山東日照地區(qū)引種栽培表現(xiàn)出速生特性樹(shù)種，18年生林分樹(shù)高為8.2m，帶皮胸徑為15.38cm，單株材積均值約為0.05577m3。樹(shù)高、胸徑速生期分別為2～5 a、1～9 a;18年生后林分，其樹(shù)木生長(zhǎng)緩慢，樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)量在0.2m、0.35cm左右。胸徑的平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量相交于第6年，反映出魯東南地區(qū)火炬松初植密度過(guò)大，7年生林分已郁閉，可考慮間伐。其材積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量曲線的交叉點(diǎn)估測(cè)在20～25 a后，其數(shù)量成熟齡有待進(jìn)一步確定。

火炬松晚材率由髓心向外1～8 a有逐漸增加的趨勢(shì)，9 a后趨于穩(wěn)定，晚材率在27％～38％，均值約為30％?；久芏鹊膹较蜃兓伤栊奶?0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趨于穩(wěn)定(0.44～0.46g/cm3)。熱水浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)由髓心向外隨生長(zhǎng)輪增加，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，第8年后為6.8％～7.8％;髓心處質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，可達(dá)11.2％。管胞長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比的徑向變異符合樹(shù)木管胞形態(tài)變異的一般規(guī)律，管胞長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比、壁腔比、腔徑比變化范圍分別為1 582～3 127μm、44.7～70.5、0.23～0.41、0.70～0.81，符合造紙要求，是很好的造紙?jiān)稀?/p>

基本密度與前5 a生長(zhǎng)輪寬度呈顯著負(fù)相關(guān)，6 a后與生長(zhǎng)輪寬呈相關(guān)性不大;基本密度與各生長(zhǎng)輪晚材率呈正相關(guān);基本密度與前4 a浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)正相關(guān)?；久芏扰c管胞寬度、腔徑、腔徑比多呈負(fù)相關(guān)，與雙壁厚、壁腔比呈正相關(guān)，反映出隨著管胞寬度、腔徑的增大，木材密度有變小的趨勢(shì);隨雙壁厚和壁腔比的增大，木材密度有增大的趨勢(shì)。管胞形態(tài)特征值、晚材率、基本密度、浸提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生長(zhǎng)輪回歸分析，均在F0.01水平上顯著，表明樹(shù)齡是影響材性的主要影響因子。

魯東南日照地區(qū)引種栽培火炬松木材，管胞長(zhǎng)寬比變化范圍為44.7～70.5，壁腔比的變化范圍為0.23～0.41，腔徑比變化范圍為0.70～0.81，徑向上8 a后木材密度穩(wěn)定在0.44～0.46g/cm3范圍內(nèi)，說(shuō)明該區(qū)火炬松木材密度數(shù)值較大，管胞形態(tài)特征數(shù)值好，適宜造紙。該區(qū)適宜栽培的用材樹(shù)種少，引種栽培火炬松表現(xiàn)出速生特性，材質(zhì)好，是值得推廣的用材樹(shù)種。

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Growth Characteristics and Wood Property Variations of Exotic Loblolly Pine Planted in the Southeast of Shandong Province，China

/Guo Yingying，Xu Youming，Li Xiaodong(College of Forestry and Horticulture，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，P.R.China);Li Yiwen，Zhang Zhijun(Forestry Bureau of Rizhao City，Shandong Province)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-1～3，7

Loblolly pine;Tree increment;Tracheid morphological features;Latewood percent;Wood density;Variations

S781.1:S791.255

1)國(guó)家自然科學(xué)基金(30871970)與國(guó)際科學(xué)基金(IFS2260-3)項(xiàng)目的部分內(nèi)容。

郭瑩瑩，女，1985年11月生，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，碩士研究生。

徐有明，男，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，教授。E-mail:xuyouming@mail.hzau.edu.cn。

2010年12月21日。

責(zé)任編輯:戴芳天。

The variation patterns of tree growth characteristics and wood properties for 18-year-old loblolly pine planted in the southeast of Shandong Province of China were studied.The growth characteristics of two stands were 8.2m in tree height，15.38cm in diameter at breast height(DBH)and 0.055 77m3in volume.The fast growth period was 2-5 years for tree height increment and 1-9 years for DBH.The intersection of annual and mean increment of volume was at 20-25 years，and the quantitative mature age needed for further determination.The radial variation in wood basic density gradually increased from the pith(0.35-0.37g/cm3)to the bark and tended to be stable after 8 years(0.44-0.46g/cm3).The highest hot water extractive content reached 11.2 percent in the pith.The changing ranges of tracheid length，ratios of tracheid length-width，tracheid double wall thickness-diameter and tracheid diameter-width in radial direction were 1582-3 127μm，44.7-70.5，0.23-0.41 and 0.70-0.81 respectively.Basic density was negatively correlated with the tracheid width，tracheid diameter and ratio of tracheid diameter-width，and positively correlated with tracheid wall thickness and ratio of tracheid double wall thickness-diameter.The annual ring number had significant correlations with tracheid morphological features，late wood percentage，basic density and hot-extractive content at the 0.01 level in the regression analysis，indicating that the tree age was the remarkable influence factor on wood properties.The exotic loblolly pine in the southeast of Shandong Province has high basic density and good tracheid morphological features，which meets the pulpwood requirement and can be used as materials of paper-making.There is fewer commercial tree species suitable for cultivation in this area，so it is a recommended variety due to its rapid growth characteristic.