崔令軍

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

王保平 喬杰 楊代貴 張建國(guó)

(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開(kāi)發(fā)中心) (湖北省荊門(mén)市林業(yè)局) (中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所)

泡桐(Paulownia)是我國(guó)多用途鄉(xiāng)土樹(shù)種，具有分布廣、種質(zhì)資源豐富、優(yōu)質(zhì)、速生、用途廣泛，并適于農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)等優(yōu)良特性［1-2］。從上世紀(jì)70 年代開(kāi)始，我國(guó)主要面向黃淮海平原以速生為目標(biāo)先后選育出30 多個(gè)泡桐優(yōu)良無(wú)性系，但隨著裝飾業(yè)桐材利用途徑和栽培區(qū)域向南方地區(qū)的拓展，適材適育、優(yōu)材優(yōu)價(jià)是泡桐木材生產(chǎn)的必然趨勢(shì)，因此亟需在速生性基礎(chǔ)上選育出材質(zhì)優(yōu)良的泡桐無(wú)性系。

材色是反映木材表面視覺(jué)和心理感覺(jué)的最為重要的特征［3-6］。由于泡桐木材在采伐、鋸解、干燥等過(guò)程中會(huì)逐漸產(chǎn)生色變，在其表面出現(xiàn)深褐色或黑褐色色斑，嚴(yán)重影響其使用和制品價(jià)值，因此，材色成為評(píng)價(jià)泡桐木材質(zhì)量乃至決定桐木制品尤其是裝飾材制品價(jià)值的重要指標(biāo)之一［7-8］。以往對(duì)于泡桐材色的研究，多集中于變色原因及其預(yù)防和脫色技術(shù)等方面［9-10］;對(duì)于通過(guò)選育材色優(yōu)良無(wú)性系，實(shí)現(xiàn)材色改良的研究少見(jiàn)報(bào)道。國(guó)內(nèi)已有的研究表明，不同泡桐種類(lèi)、不同產(chǎn)地、不同無(wú)性系、不同單株的材色主要指標(biāo)，尤其是白度指標(biāo)，具有顯著性差異［11-15］;泡桐材色性狀表現(xiàn)為獨(dú)立遺傳，與其它性狀的相關(guān)性不強(qiáng)［16-18］。這為直接選擇材色優(yōu)良的泡桐無(wú)性系和實(shí)現(xiàn)材色改良，提供了重要依據(jù)。但由于現(xiàn)有研究多集中在單一白度指標(biāo)或少量指標(biāo)的簡(jiǎn)單對(duì)比分析上，加之材色指標(biāo)的多樣性、不同材色指標(biāo)評(píng)價(jià)的差異性以及試材采集的不可控性等原因，使得材色優(yōu)良無(wú)性系的選育一直未獲顯著進(jìn)展。

本研究以湖北低山丘陵區(qū)5 年生泡桐無(wú)性系測(cè)定林的19 個(gè)無(wú)性系為材料，選擇明度(L*)、變紅度(a*)、變黃度(b*)、總色差(ΔE*)、白度(W)5 個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)其材色進(jìn)行分析和比較，以期篩選出適宜該區(qū)域發(fā)展的材色優(yōu)良的泡桐無(wú)性系。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于湖北省咸寧市崇陽(yáng)縣石城鎮(zhèn)，海拔180 m，為典型的低山丘陵區(qū)，坡度15°～25°;土壤為黃紅壤，質(zhì)地為中壤土。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛;平均氣溫15．8 ℃，年均降水量1 988．5 mm，相對(duì)濕度為80%。自然植被主要以杉木(Cvnninghamia lanceolata)、櫟類(lèi)(Quercus)、胡枝子(Lespedeza)、芒(Miscanthus)為主的稀樹(shù)灌草叢及小塊雷竹(CV． Ventricousinternode)叢。2008 年春季按梯田狀整地，采用前期收集和初選的泡桐無(wú)性系根樁造林(1 年生根樁、基徑3 ～4 cm);每個(gè)小區(qū)6株，株行距4 m×5 m，3 次重復(fù);完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，統(tǒng)一定苗、定干、施肥、修枝等撫育管理措施;定期測(cè)定和分析各無(wú)性系的高、徑、側(cè)枝等生長(zhǎng)狀況。2013年4 月伐取解析木時(shí)，平均苗干高(3．5±0．8)m、一接干高(4．5±0．9)m、胸徑(18．0±2．3)cm。

2 材料與方法

選擇前期初選的18 個(gè)生長(zhǎng)表現(xiàn)相對(duì)較好的泡桐無(wú)性系，并以當(dāng)?shù)匕谆ㄅ萃﹥?yōu)樹(shù)無(wú)性系為對(duì)照(CK)，編號(hào)及來(lái)源見(jiàn)表1。按其來(lái)源，可分為毛泡桐、白花泡桐、蘭考泡桐和人工雜交無(wú)性系4 大類(lèi)。

表1 參試無(wú)性系編號(hào)及來(lái)源

在每個(gè)小區(qū)選擇有代表性的樣株，每株按3 個(gè)部位(基部、1．3 m、2．6 m)分別截取8 cm 長(zhǎng)的樣段;每個(gè)樣段分4 個(gè)試件，縱向、徑向、弦向尺寸，分別按70、50、12 mm 的規(guī)格制作試件。放置至氣干狀態(tài)時(shí)，采用柯尼卡美能達(dá)CR-400 色差計(jì)、D65 標(biāo)準(zhǔn)光源，對(duì)每個(gè)試件正、反兩面各4 個(gè)點(diǎn)的三刺激值(X、Y、Z)進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)應(yīng)用泡桐木材時(shí)對(duì)其色度指標(biāo)的要求和前期相關(guān)研究，選擇L*a*b*色空間的明度(L*)、紅綠軸色品指數(shù)(a*)、黃藍(lán)軸色品指數(shù)(b*)、總色差(ΔE*)、亨特Lab 色空間的白度(W)共5 個(gè)指標(biāo)，按公式(1)～公式(8)進(jìn)行計(jì)算和分析［6］。

式中:Xn、Yn、Zn分別為全反射漫射體的三刺激值95．054 6、100．000 0、108．925 8。

式中:ΔL*、Δa*、Δb*分別為試件與校正模板間L*、a*、b*的差值，校正模板L*=94．57、a*=-0．39、b*=4．31。

式中:L 為亨特Lab 色空間明度;a 為亨特Lab 色空紅綠軸色度;b 為亨特Lab 色空間黃藍(lán)軸色度。

各無(wú)性系木材的材色指標(biāo)參數(shù)分別為3 株、3部位、4 個(gè)方向，共36 個(gè)試件測(cè)定的平均值;采用單因素方差分析方法和Duncan 多重比較方法，分析無(wú)性系間各材色指標(biāo)的差異性。對(duì)18 個(gè)參試無(wú)性系和CK 的木材色度指標(biāo)的平均值，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化到均值為1 的范圍內(nèi)，采用歐氏距離和最遠(yuǎn)鄰法進(jìn)行分層聚類(lèi)分析。采用Excel2003 和SPSS18．0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

3 結(jié)果與分析

3．1 各項(xiàng)色度指標(biāo)在泡桐無(wú)性系間的差異性

3．1．1 無(wú)性系間L*的差異性

L*的大小表明木材色澤鮮亮程度，是判斷泡桐木材質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)。明度高，木材表面色度明快、光亮，木材制成品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高;明度低，木材表面灰暗、污濁，木材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越低。由表2 可見(jiàn):19 個(gè)無(wú)性系間，L*的差異達(dá)極顯著水平。但由于L*值范圍在77．19～80．38 之間，最大值僅較最小值高4．13%，變異系數(shù)也僅為1．94%～3．97%，因此，L*值是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的指標(biāo)，選擇的增益相對(duì)較小。與CK 相比，有13 個(gè)無(wú)性系的L*值相對(duì)較高，高出幅度0．07%～2．07%之間。多重比較表明，僅有603 和702 二個(gè)無(wú)性系的L*值較CK 的分別高2．07%、1．55%，與CK 間的差異達(dá)顯著水平;608、605、204、209、203、901 等6 個(gè)無(wú)性系的L*值，較CK的高0．77%～1．29%，與603 無(wú)性系間無(wú)顯著差異，同屬木材明度較高的無(wú)性系。

3．1．2 無(wú)性系間a*的差異性

a*表示米制(紅綠軸)色度指數(shù)。正值偏紅，負(fù)值偏綠;正值越大，木材色澤趨紅;負(fù)值越小，木材越發(fā)灰暗;木材的a*值過(guò)高、過(guò)低，都會(huì)使木材失去本色［3］。由表2 可見(jiàn):19 個(gè)無(wú)性系間，a*值的差異達(dá)極顯著水平。a*值范圍在3．60 ～4．84 之間，最大值較最小值高34．50%，變異系數(shù)為11．19%～27．28%;因此，a*值是一個(gè)相對(duì)變異明顯的指標(biāo)，有相對(duì)較大的選擇增益。與CK 相比，有11 個(gè)無(wú)性系的a*值相對(duì)較低，低出幅度0．88%～13．08%之間。多重比較表明:603、702、204 等3 個(gè)無(wú)性系的a*值，分別較CK 的低13．08%、11．74%、11．58%，與CK 間的差異均達(dá)顯著水平;605 無(wú)性系的a*值，較CK 的低6．94%，與上述3 個(gè)無(wú)性系間無(wú)顯著差異，同屬木材紅綠軸色品指數(shù)較高的無(wú)性系。

3．1．3 無(wú)性系間b*的差異性

b*表示米制(黃藍(lán)軸)色度指數(shù)。正值表明木材的顏色偏黃，負(fù)值表明木材的顏色偏藍(lán)，值越大表明越偏離木材本身的顏色;其體現(xiàn)的木材黃色調(diào)差異顯著，對(duì)木材的色澤、鮮亮、質(zhì)感有影響，影響木材經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由表2 可見(jiàn):19 個(gè)無(wú)性系間，b*值的差異達(dá)極顯著水平。b*值范圍在13．79～15．69 之間，最大值較最小值高13．82%，變異系數(shù)為5．67%～12．65%;因此，b*值是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的指標(biāo)，有相對(duì)較小的選擇增益。與CK 相比，有10 個(gè)無(wú)性系的b*值相對(duì)較低，低出幅度0．13%～4．49%之間。多重比較表明:僅有702 無(wú)性系的b*值較CK 的低4．49%，與CK間的差異達(dá)顯著水平;209、202、203、608、605、101、601、204 等8 個(gè)無(wú)性系的b*值，較CK 的低0．67%～3．57%，與603 無(wú)性系間無(wú)顯著差異，同屬木材黃藍(lán)軸色品指數(shù)較高的無(wú)性系。

3．1．4 無(wú)性系間ΔE*的差異性

ΔE*表示色差變異程度和穩(wěn)定性。值越大表明木材顏色變異大;值越小表明木材色澤越穩(wěn)定，木材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高。由表2 可見(jiàn):19 個(gè)無(wú)性系間ΔE*值的差異達(dá)極顯著水平。ΔE*值范圍在17．92 ～21．37 之間，最大值較最小值高19．22%，變異系數(shù)為8．58%～16．06%;因此，ΔE*值是一個(gè)相對(duì)變異明顯的指標(biāo)，有相對(duì)較大的選擇增益。與CK 相比，有13 個(gè)無(wú)性系的ΔE*值相對(duì)較低，低出幅度0．53%～7．52%之間。多重比較表明:僅有702 無(wú)性系的ΔE*值較CK 的低7．52%，與CK 間的差異達(dá)顯著水平;603、608、209、605、204、203、901 等7 個(gè)無(wú)性系的ΔE*值，較CK 的低2．40%～5．49%，與702 無(wú)性系間無(wú)顯著差異，同屬木材總色差較低的無(wú)性系。

3．1．5 無(wú)性系間W 的差異性

W 對(duì)泡桐尤為重要，是評(píng)價(jià)泡桐木材等級(jí)的重要指標(biāo)之一;其值越大，白度越好，質(zhì)量等級(jí)越高。由表2 可見(jiàn):19 個(gè)無(wú)性系間，W 值的差異達(dá)極顯著水平。但由于W 值范圍在68．92 ～72．42 之間，最大值僅較最小值高5．09%，變異系數(shù)也僅為2．43%～4．82%，因此，W 值與L*值一樣是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的指標(biāo)，選擇的增益也相對(duì)較小。與CK 相比，有13 個(gè)無(wú)性系的W 值相對(duì)較高，高出幅度0．16%～2．14%之間。多重比較表明:僅有603、702 二個(gè)無(wú)性系的W值，較CK 的分別高2．14%、2．13%，與CK 間的差異達(dá)顯著水平;608、209、605、204、203、901、101 等7 個(gè)無(wú)性系的W 值，較CK 的高0．59%～1．62%，與603、702 二個(gè)無(wú)性系間無(wú)顯著差異，同屬木材白度較高的無(wú)性系。

綜合5 項(xiàng)色度指標(biāo)在無(wú)性系間的差異性分析結(jié)果，702、605、204 三個(gè)無(wú)性系具有L*、W 較高，a*、b*、ΔE*較低的一致性趨勢(shì)，可選為材色性狀優(yōu)良的無(wú)性系。

3．2 泡桐無(wú)性系木材材色指標(biāo)的聚類(lèi)分析

采用泡桐材色的L*、a*、b*、ΔE*、W 共5 項(xiàng)指標(biāo)，選擇最遠(yuǎn)鄰系統(tǒng)聚類(lèi)方法對(duì)18 個(gè)參試無(wú)性系和CK 的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析。結(jié)果表明:18 個(gè)無(wú)性系和CK 可分為3 類(lèi)(見(jiàn)圖1)。其中:Ⅰ類(lèi)包括102、201、205、607 等4 個(gè)無(wú)性系;Ⅱ類(lèi)包括601、202、901、203、209、608、301、604、606、101 和CK 等11 個(gè)無(wú)性系;Ⅲ類(lèi)包括204、605、702、603 等4 個(gè)無(wú)性系。

對(duì)上述3 類(lèi)無(wú)性系材色指標(biāo)的比較和分析結(jié)果(見(jiàn)表3)可以看出:第Ⅰ類(lèi)無(wú)性系具有L*、W 值最低，a*、b*、ΔE*最高等特點(diǎn)，為材色性狀較差無(wú)性系;第Ⅱ類(lèi)無(wú)性系各指標(biāo)介于第Ⅰ類(lèi)和第Ⅲ類(lèi)無(wú)性系之間，為材色性狀中等無(wú)性系;第Ⅲ類(lèi)無(wú)性系包括的204、605、702 三個(gè)無(wú)性系，與綜合各單項(xiàng)材色指標(biāo)分析的結(jié)果相一致，除了603 無(wú)性系b*值較高外，該類(lèi)無(wú)性系具有明度較高、白度較大、總色差較小、色品指數(shù)較高等特點(diǎn)，為材色性狀較好的無(wú)性系，有望成為適宜在該區(qū)域發(fā)展的材色優(yōu)良泡桐無(wú)性系。

圖1 泡桐無(wú)性系材色指標(biāo)聚類(lèi)分析

表3 3 類(lèi)泡桐無(wú)性系的材色指標(biāo)比較

4 結(jié)論和討論

參試泡桐無(wú)性系的L*、a*、b*、ΔE*、W 值，分別變化在77．19 ～80．38、3．60 ～4．84、13．79 ～15．69、17．92～21．37、68．92～72．42，在泡桐無(wú)性系間的差異性均達(dá)極顯著水平，使得選擇材色性狀優(yōu)良的無(wú)性系成為可能。

綜合無(wú)性系間5 項(xiàng)材色指標(biāo)的差異性分析結(jié)果和聚類(lèi)分析的結(jié)果，204、605、702、603 等4 個(gè)無(wú)性系可選為材色性狀優(yōu)良的無(wú)性系。其中:204、605、702 三個(gè)無(wú)性系，L*、W 值分別提高0．97%～1．55%、1．22%～2．13%，a*、b*、ΔE*值分別降低6．94%～11．74%、0．67%～4．49%、4．04%～7．52%;603 無(wú)性系，L*、W 值分別提高2．07%、2．14%，a*、ΔE*值分別降低13．08%、5．49%，但b*值增加4．37%。

泡桐木材顏色對(duì)木材價(jià)格及其使用價(jià)值具有重要影響，色度指標(biāo)好的品系，即亮度大、白度高、色差小、色澤均勻的泡桐木材價(jià)值高，利于生產(chǎn)高品質(zhì)板材。與常德龍［12］對(duì)4 種泡桐木材材色的差異性所得出的結(jié)果相比較可以看出，本次試驗(yàn)的L*、a*、W等3 項(xiàng)指標(biāo)偏高，而b*、ΔE*值2 項(xiàng)指標(biāo)偏低，這與試材的樹(shù)齡有關(guān)，因?yàn)槟静牡念伾S著樹(shù)齡的增加會(huì)由于色素的逐步累積而逐漸變深，本次試驗(yàn)的泡桐為5 年生幼齡材，而常徳龍的試驗(yàn)材料均為18 年以上的成熟材，因此選擇材色性狀優(yōu)良無(wú)性系的結(jié)果尚為初步的。本文只對(duì)泡桐無(wú)性系的材色指標(biāo)進(jìn)行研究，而泡桐木材品質(zhì)的定向選育，還有物理、力學(xué)性質(zhì)等諸多指標(biāo)均需進(jìn)一步深入研究。

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