郭桂芬，吳旭冬，夏 磊，章麗紅

(龍泉市林業(yè)局，浙江 麗水 323700)

1 引言

力學(xué)性質(zhì)是評(píng)價(jià)林木價(jià)值的關(guān)鍵要素，早期相關(guān)資料顯示，不同樹種、同種不同源樹木的木材力學(xué)性質(zhì)存在明顯差異，且環(huán)境因素也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響[1]?；诖苏J(rèn)為，在開展木材生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理過程中，確定林木定向培育規(guī)劃應(yīng)兼顧的內(nèi)容包括水熱條件、遺傳控制、遺傳變異等因素。武國(guó)芳等[2]、韓劉楊等[3]，對(duì)不同種源林木遺傳變異規(guī)律進(jìn)行研究，能夠掌握林木生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制，有助于提高林木經(jīng)營(yíng)效益。季孔庶等[4]、曹展洪等[5]發(fā)現(xiàn)，年降水量、年平均氣溫與林木木材力學(xué)性質(zhì)之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，即水熱條件是木材力學(xué)性質(zhì)的限制因子。馬尾松(PinusmassonianaLamb)生長(zhǎng)速度快，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在我國(guó)南方有廣泛的種植。自20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)南方多地開展馬尾松種源試驗(yàn)，目的在于選出更多速生優(yōu)質(zhì)用材[6]。在既往關(guān)于馬尾松的研究中，學(xué)者們將關(guān)注點(diǎn)放在其抗性機(jī)制、種子萌發(fā)、間伐作業(yè)等方面。例如，牛瓊?cè)A等[7]對(duì)馬尾松毛蟲抗阿維菌素種群的抗性機(jī)制進(jìn)行研究；武欣怡等[8]通過多年試驗(yàn)，揭示了酸脅迫對(duì)馬尾松種子萌發(fā)不同時(shí)期酶活性的影響；李鵬等[9]以馬尾松人工林林齡為研究對(duì)象，分析土壤、葉片養(yǎng)分含量；程傳鵬等[10]分析間伐作業(yè)對(duì)亞熱帶馬尾松人工林碳動(dòng)態(tài)的影響。師志強(qiáng)等[11]針對(duì)暖溫帶馬尾松進(jìn)行研究，分析馬尾松莖干徑向變化特點(diǎn)，并探究其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)。關(guān)于馬尾松力學(xué)性質(zhì)的研究，也多集中在中幼齡馬尾松上[12,13]。針對(duì)輪伐期馬尾松力學(xué)性質(zhì)影響因素的報(bào)道比較有限。為此，本研究選取不同種源33年生馬尾松，分析影響其力學(xué)性質(zhì)的因素。

2 材料與方法

2.1 材料來源地概況

本研究材料來自浙江省龍泉市某國(guó)有林場(chǎng)馬尾松種源試驗(yàn)林，位于北緯27°42′～28°20′，東經(jīng)118°42′～119°25′，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，四季分明，年平均溫度17.6 ℃，冬季霜期短，全年作物生長(zhǎng)期長(zhǎng)，年降水量為1699.4 mm，無霜期263 d。

2.2 試驗(yàn)材料

種源試驗(yàn)林采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，8株雙列，株行距2.0 m×2.0 m，8次重復(fù)。于2021年6月選擇試驗(yàn)林中保存相對(duì)完整的4個(gè)區(qū)組，包含來自10個(gè)省(區(qū))的10個(gè)具有代表性的種源材料(表1)，每個(gè)種源選擇5株長(zhǎng)勢(shì)良好的33年生馬尾松個(gè)體，共200株作為試驗(yàn)材料。

表1 10個(gè)種源材料具體情況

2.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定方法及力學(xué)指標(biāo)測(cè)定依據(jù)

生長(zhǎng)指標(biāo)包括：樹高(H)、胸徑(DBH、材積(V)，H采用測(cè)高桿進(jìn)行測(cè)量；DBH采用圍尺測(cè)量；V=0.000062341803×H(0.95682492)×DBH(1.8551497)[14]。

力學(xué)指標(biāo)：包括抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、硬度、氣干密度、沖擊韌性，測(cè)定依據(jù)見表2。

表2 木材力學(xué)相關(guān)指標(biāo)以及測(cè)定依據(jù)[15]

2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

方差和相關(guān)性分析采用22.0版本SPSS軟件，結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，篩選環(huán)境因子(與馬尾松力學(xué)性質(zhì)顯著相關(guān))，通過種源與材料試驗(yàn)地的相對(duì)差值，分別與力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建立回歸模型，分析試驗(yàn)林中不同種源馬尾松的力學(xué)性質(zhì)。與此同時(shí)，不同種源馬尾松力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的隸屬值采用隸屬函數(shù)法，隸屬值參照權(quán)威文獻(xiàn)[16]的相關(guān)計(jì)算方法：

力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隸屬值=(W-Wmin)/(Wmax-Wmin)×100%

(1)

式(1)中，W表示某種源馬尾松力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值，Wmin表示全部種源測(cè)定值中的最小值，Wmax表示全部部種源測(cè)定值中的最大值。

3 結(jié)果與分析

3.1 種源間生長(zhǎng)和力學(xué)指標(biāo)的差異

方差分析結(jié)果顯示，生長(zhǎng)指標(biāo)中，種源間樹高差異顯著(P<0.05)，材積、胸徑差異極顯著(P<0.01)，試驗(yàn)地間樹高、材積差異極為顯著(P<0.01)；力學(xué)指標(biāo)中，種源間抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、端面硬度、徑面硬度、弦面硬度、氣干密度、沖擊韌性差異極顯著(P<0.01)，試驗(yàn)地間弦面硬度、氣干密度差異極顯著(P<0.01).其中，變異系數(shù)最小的是氣干密度(5.41%)，最大是沖擊韌性(21.06%)，具體結(jié)果見表3。

3.2 種源地理氣候因子與力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果表明，種源地緯度、經(jīng)度與馬尾松力學(xué)性質(zhì)相關(guān)性不夠顯著(P>0.05)；抗壓強(qiáng)度只與地理氣候因子中年降水量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；抗彎強(qiáng)度地理氣候因子中年平均氣溫、≥10 ℃積溫呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；在種源地理氣候因子中，端面硬度與年均溫、絕對(duì)低溫呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與7月均溫、1月均溫、≥10 ℃積溫呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；年平均氣溫、7月均溫、≥10 ℃積溫與馬尾松徑面硬度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；馬尾松弦面硬度僅與7月均溫呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，結(jié)果見表4。

表3 不同種源間馬尾松生長(zhǎng)性狀與力學(xué)性質(zhì)的方差分析結(jié)果

表4 馬尾松力學(xué)指標(biāo)與種源地理氣候因子的相關(guān)性

3.3 生長(zhǎng)指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，馬尾松力學(xué)指標(biāo)間互為正相關(guān)，其中端面、弦面和徑面硬度兩兩間對(duì)比結(jié)果顯示，均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；氣干密度與沖擊韌性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與抗壓強(qiáng)度和徑面、弦面硬度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，說明單一力學(xué)指標(biāo)增加后，其他力學(xué)指標(biāo)也會(huì)隨之增加；力學(xué)指標(biāo)和生長(zhǎng)指標(biāo)呈現(xiàn)較為復(fù)雜的相關(guān)性：其中，端面硬度與高徑比呈顯著正相關(guān)，與胸徑呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；弦面硬度與高徑比呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；徑面硬度與高徑比呈顯著正相關(guān)，與材積、胸徑呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，說明速生馬尾松種源很有可能會(huì)造成其力學(xué)性質(zhì)下降，見表5。

表5 馬尾松力學(xué)指標(biāo)與生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性

4 結(jié)論與討論

通過與《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照證實(shí)，表3中馬尾松種源力學(xué)指標(biāo)的平均值處于中低等水平，但是本研究中部分力學(xué)指標(biāo)值比高楠[17]的測(cè)定結(jié)果要高，出現(xiàn)差異的原因在于本研究試驗(yàn)材料為輪伐期馬尾松，樹齡比較大。有報(bào)道[18,19]認(rèn)為，通常只有在經(jīng)歷極端氣候的情況下，林木才能完全適應(yīng)造林地的自然環(huán)境條件，說明木材力學(xué)性質(zhì)是有比較顯著的年齡效應(yīng)的，高楠所選用的是9年生馬尾松，可能無法更加真實(shí)地反映收獲期馬尾松的力學(xué)特點(diǎn)。本研究為避免此類問題，并更加準(zhǔn)確地反映種源之間變異規(guī)律，故選則33年生馬尾松進(jìn)行研究。通過方差分析證實(shí)，不同種源間33年生馬尾松生長(zhǎng)情況與力學(xué)性質(zhì)存在明顯的差異性，與文獻(xiàn)[20]報(bào)道結(jié)果相一致，說明通過種源選擇，能夠獲取預(yù)期的遺傳改良效果，為馬尾松生長(zhǎng)和定向培育提供一定理論依據(jù)。

方差和相關(guān)性分析結(jié)果顯示，不同種源間輪伐期馬尾松力學(xué)性質(zhì)存在顯著差異性，且馬尾松力學(xué)指標(biāo)與種源降水量、氣溫存在顯著的相關(guān)性，氣溫越低，馬尾松抗彎強(qiáng)度和木材硬度在試驗(yàn)地的表現(xiàn)越好。結(jié)合權(quán)威文獻(xiàn)[21]報(bào)道內(nèi)容認(rèn)為，上述研究結(jié)果說明馬尾松種源力學(xué)性質(zhì)差異使其對(duì)環(huán)境因素選擇適應(yīng)和進(jìn)化的遺傳結(jié)果。表3中數(shù)據(jù)顯示，種源間生長(zhǎng)和力學(xué)指標(biāo)的差異特點(diǎn)為：力學(xué)指標(biāo)種源×試驗(yàn)地互作效應(yīng)顯著，生長(zhǎng)指標(biāo)種源×試驗(yàn)地互作效應(yīng)不顯著，說明個(gè)體生長(zhǎng)微環(huán)境對(duì)馬尾松力學(xué)性質(zhì)影響比較大，對(duì)馬尾松生長(zhǎng)指標(biāo)的影響相對(duì)較小，不同造林區(qū)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況正確選擇種源進(jìn)行造林。而表4中馬尾松力學(xué)性質(zhì)之所以存在差異，主要是受到種源水熱條件的影響，其中以氣溫影響最為顯著[22]。馬尾松生長(zhǎng)指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果則顯示，氣干密度與多數(shù)力學(xué)性質(zhì)之間均呈顯著正相關(guān)，表明氣干密度可作為馬尾松力學(xué)性質(zhì)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)指標(biāo)，根據(jù)兩者之間的相關(guān)性制定育種改良、定向培育策略，從而促進(jìn)林木選擇效率的提升[23]。

綜上所述，本研究所得結(jié)果初步揭示不同種源輪伐期馬尾松力學(xué)性質(zhì)存在的豐富的遺傳變異，為種源選擇提供一定理論基礎(chǔ)，在造林時(shí)可根據(jù)不同利用方向?qū)︸R尾松開展定向培育。在未來研究中，應(yīng)將重點(diǎn)放在馬尾松不同種源在不同環(huán)境下生長(zhǎng)狀況，進(jìn)一步評(píng)價(jià)其生長(zhǎng)適應(yīng)性，從而方便馬尾松遺傳改良策略的制定。