毛竹人工林的林学因子对毛竹材化学组成的影响

林金国，王水英，林秀芳

随着世界性天然林资源的枯竭和保护工程的实施，木材供需矛盾更加突出。以竹代木成为解决木材资源短缺的重要途径之一。毛竹〔Phyllostachysedulis（Carr.）H.de Lehaie〕是中国南方最主要的经济竹种之一，分布在秦岭汉水流域以南各地，分布广、用途多、资源蕴藏量大，大量用于制浆造纸，是主要的纸浆材竹种之一，具有很高的经济价值。营造毛竹纸浆林对于缓解纸浆原料紧张局面具有重要意义。

林型材质变异规律是培育优质木竹材的理论依据，具有重要的研究价值[1]。化学组成是研究竹材材性的基础之一，也是竹材利用的依据之一，对竹材的加工利用有显著影响，是选择造纸原料时必须首先了解的因素[2]。作为重要的纸浆原料，毛竹的化学组成对产品质量影响很大。在毛竹的生长过程中，各种林学因子通过影响毛竹的生长对毛竹材的材质产生影响，掌握海拔、立地级、坡向、林分结构和立竹度等因子对毛竹材化学组成的影响规律，对定向培育制浆造纸工业需要的优质毛竹材具有重要的指导意义，探明不同林学因子对毛竹材化学组成的影响还可为毛竹材的合理加工和利用提供科学依据。迄今为止，国内外对木材材性变异的研究较多，但对毛竹材材质变异研究较少[3-12]，而有关毛竹人工林的林学因子对毛竹材化学组成影响的研究尚未见报道。

鉴于此，作者初步分析了毛竹人工林的不同林学因子（海拔、立地级、坡向、林分结构和立竹度）对毛竹材化学组成的影响，以期为毛竹材材质的定向培育和高效合理利用提供理论依据。

1 研究地概况和研究方法

1.1 研究地概况

供试毛竹人工林位于福建省建瓯市迪口镇，处于福建中部偏北，地理坐标为东经118°16′～118°36′、北纬26°38′～26°50′，林地所处山脉位于武夷山脉东南面、鹫峰山脉西北侧，属武夷山系杉岭东南延伸的支脉。该地区四季分明、夏长冬短、温暖湿润，属中亚热带海洋性季风气候，非常适宜毛竹生长。全年平均日照时数为1612 h，太阳辐射充足，日照时数适中；年平均气温19.4℃，1月份平均气温9.0℃，7月份平均气温28.5℃，极端最高气温44℃，极端最低气温-6.0℃，全年日均温≥10℃的积温为5865.3℃；全年无霜期270 d，偶有降雪，年均降雪天数4.3 d；年均降水量1726.6mm，3月份至6月份降水量最多，占全年降水量的65％，年均空气相对湿度83％，年均蒸发量1386.2mm，蒸发量小于降水量。地带性土壤为红壤，土层深厚，厚度多在1m以上。

1.2 林地选择

供试毛竹人工林内的毛竹均为福建建瓯种源，林地坡度约为25°，均为下坡位，各林地均已施用化肥（300 kg·hm-2尿素，配以60 kg·hm-2过磷酸钙，春、秋季各施1次）。林地基本因子为海拔300m、立地级Ⅱ级、坡向阴坡、林分结构为毛竹纯林、立竹度3000株·hm-2，在此基础上，每一因子分别选择2～3个不同水平的林地取样分析。

海拔不同的3种林地（300、600和900m）除海拔外其余因子保持不变，样竹平均胸径依次为8.6、9.0和7.3 cm，平均竹高依次为11.9、12.6和11.7m；立地级不同的3种林地（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级）除立地级外其余因子保持不变，样竹平均胸径依次为10.6、8.6和7.5 cm，平均竹高依次为15.0、11.9和10.7m；坡向不同的2种林地（阴坡和阳坡）除坡向外其余因子保持不变，样竹平均胸径依次为8.6和9.5 cm，平均竹高依次为11.9和13.8m；林分结构不同的3种林地为毛竹纯林、毛竹-杉木〔Cunninghamialanceolata（Lam b.）Hook.〕混交林和竹-阔混交林，除林分结构外其余因子保持不变，样竹平均胸径依次为8.6、7.1和8.8 cm，平均竹高依次为11.9、10.9和13.5m；立竹度不同的3种林地（1500、3000和4500株·hm-2）除立竹度外其余因子保持不变，样竹平均胸径依次为10.7、8.6和7.8 cm，平均竹高依次为12.9、11.9和11.6m。

在各林地中分别选取15株竹龄6 a、生长良好且无缺陷的样竹，齐地伐倒，以距竹竿基部1.5m处的高度为基准向上截取2m竹段作为试材。

1.3 测定方法

按照 GB/T2677.4—1993、GB/T2677.5—1993、GB/T2677.6—1994、GB/T2677.10—1994、GB/T2677.9—1994、GB/T2677.8—1994和GB/T2677.3—1993的方法分别测定毛竹材样品中的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素、戊聚糖、K lason木素和灰分含量，其中纤维素含量测定采用硝酸-乙醇法[13]。各指标均重复测定3次。

1.4 数据处理

应用数理统计方法，采用 Excel和 SPSS10.0软件进行数据处理和统计分析[14]，并采用 Duncan’s新复极差检验法进行多重比较。

2 结果和分析

2.1 海拔对毛竹材化学组成的影响

在海拔不同的3种毛竹人工林中毛竹材的化学组成见表1。由表1可见，在海拔300、600和900m的林地中，毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素、戊聚糖、K lason木素及灰分含量分别为6.11％～6.74％、22.31％～25.34％、5.12％～5.96％、42.08％～43.51％、26.67％～28.50％、24.30％～24.44％和1.43％～2.45％。其中，热水抽出物、苯-醇抽出物、K lason木素和灰分含量随着海拔升高而增加；1％氢氧化钠抽出物和纤维素含量随着海拔升高而减小；戊聚糖含量在海拔900m的林分中最高，在海拔600m的林分中最低。

差异显著性分析结果表明，海拔300和600m的毛竹材中热水抽出物和纤维素的含量无显著差异，但与海拔900m的毛竹材有极显著差异；海拔不同的毛竹材的1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、戊聚糖及灰分含量均差异极显著，但 K lason木素含量差异不显著。纤维素、半纤维素和木素是构成竹材细胞壁的主要成分，其含量影响竹材的使用，一般以戊聚糖含量反映半纤维素含量。作为纸浆原料时，竹材中的纤维素含量越高、木素含量越低越有利[15]。因此，毛竹纸浆材培育宜选择海拔300～600m的区域。

表1 海拔对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table1 Effect of a ltitude on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de L eha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

表1 海拔对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table1 Effect of a ltitude on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de L eha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

1）同列中不同的大写和小写字母分别表示在1％和5％水平上差异显著 D ifferentcap italsand small letters in the same co lumn indicate the significantdifferences at1％and5％levels，respectively.

海拔/m A ltitude含量/％ Content热水抽出物Ho tw ater extractive1％氢氧化钠抽出物1％NaOH extractive苯-醇抽出物Benzene-ethanol extractive纤维素Cellu lose戊聚糖Pen tosan K lason木素K lason lignin灰分A sh300 6.11±0.15Aa 25.34±0.49Cc 5.12±0.13Aa 43.51±0.58Bb 27.83±0.52Bb 24.30±0.45Aa 1.43±0.02Aa600 6.25±0.12Aa 24.73±0.45Bb 5.45±0.11Bb 43.49±0.62Bb 26.67±0.43Aa 24.41±0.41Aa 1.80±0.03Bb900 6.74±0.14Bb 22.31±0.41Aa 5.96±0.12Cc 42.08±0.56Aa 28.50±0.47Cc 24.44±0.44Aa 2.45±0.04Cc

2.2 立地级对毛竹材化学组成的影响

在立地级不同的3种毛竹人工林中毛竹材的化学组成见表2。由表2可见，在立地级不同的3种毛竹人工林中毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素、戊聚糖、K lason木素及灰分含量分别为5.68％～6.87％、24.05％～26.22％、4.59％～5.12％、42.31％～43.51％、27.49％～27.93％、23.64％～24.33％和1.42％～1.54％。其中，立地级Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级的毛竹人工林中毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、K lason木素和灰分的含量依次提高，戊聚糖含量依次减少；立地级Ⅱ级林分中毛竹材的苯-醇抽出物和纤维素含量最高。

差异显著性分析结果表明，立地级不同的3种林分中毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物和纤维素含量均有极显著差异；立地级Ⅱ级的林分中毛竹材的苯-醇抽出物和纤维素含量极显著高于Ⅰ和Ⅲ级林分，但Ⅰ级林分中毛竹材的苯-醇抽出物含量与Ⅲ级林分差异不显著，而其纤维素含量则极显著高于Ⅲ级林分；Ⅰ和Ⅱ级林分中毛竹材的戊聚糖和灰分含量差异不显著，但与Ⅲ级林分分别有极显著差异；Ⅰ级林分中毛竹材的 K lason木素含量极显著低于Ⅱ和Ⅲ级林分，但后二者间差异不显著。因此，毛竹纸浆材培育宜选择Ⅱ级立地地域营造毛竹人工林。

2.3 坡向对毛竹材化学组成的影响

不同坡向毛竹人工林中毛竹材的化学组成见表3。由表3可见，阴坡的毛竹材中热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素和灰分含量均高于阳坡，而戊聚糖和 K lason木素含量却略低于阳坡。

差异显著性分析结果表明，生长于不同坡向的毛竹材中热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物和苯-醇抽出物含量均有极显著差异，而纤维素、戊聚糖、K lason木素和灰分含量差异不显著。总体上看，在毛竹纸浆材培育过程中宜选择阴坡进行栽种。

表2 立地级对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table2 Effect of site class on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

表2 立地级对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table2 Effect of site class on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

1）同列中不同的大写和小写字母分别表示在1％和5％水平上差异显著 D ifferentcap italsand small letters in the same co lumn indicate the significantdifferences at1％and5％levels，respectively.

立地级Site class含量/％ Content热水抽出物Hotwater extractive1％氢氧化钠抽出物1％NaOH extractive苯-醇抽出物Benzene-ethanol extractive纤维素Cellu lose戊聚糖Pentosan K lason木素Klason lignin灰分A shⅠ 5.68±0.12Aa 24.05±0.52Aa 4.59±0.11Aa 42.95±0.62Bb 27.93±0.56Bb 23.64±0.42Aa 1.42±0.03AaⅡ 6.11±0.15Bb 25.34±0.49Bb 5.12±0.13Bb 43.51±0.58Cc 27.83±0.52Bb 24.30±0.45Bb 1.43±0.02AaⅢ 6.87±0.13Cc 26.22±0.57Cc 4.62±0.10Aa 42.31±0.65Aa 27.49±0.53Aa 24.33±0.38Bb 1.54±0.03Bb

表3 坡向对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table3 Effect of aspect on chem ica l com position s of Moso〔Phy llostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

表3 坡向对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table3 Effect of aspect on chem ica l com position s of Moso〔Phy llostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

1）同列中不同的大写和小写字母分别表示在1％和5％水平上差异显著 D ifferent cap itals and sm all letters in the sam e co lum n indicate the significantdifferences at1％and5％levels，respectively.

坡向A spect含量/％ Content热水抽出物Hotw ater extractive1％氢氧化钠抽出物1％NaOH extractive苯-醇抽出物Benzene-ethano l extractive纤维素Cellu lose戊聚糖Pentosan K lason木素Klason lignin灰分A sh阴坡 Shady slope 6.11±0.15Bb 25.34±0.49Bb 5.12±0.13Bb 43.51±0.58Aa 27.83±0.52Aa 24.30±0.45Aa1.43±0.02Aa阳坡 Sunny slope 5.62±0.12Aa 24.71±0.45Aa 3.44±0.10Aa 43.40±0.55Aa 27.93±0.53Aa 24.51±0.42Aa1.39±0.01Aa

2.4 林分结构对毛竹材化学组成的影响

在林分结构不同的毛竹人工林中毛竹材的化学组成见表4。在毛竹纯林、毛竹-杉木混交林、竹-阔混交林中毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素、戊聚糖、K lason木素和灰分含量分别为6.11％～6.63％、24.92％～25.34％、4.43％～5.12％、41.48％～43.51％、27.69％～27.84％、24.22％～24.32％和1.42％～1.47％。毛竹纯林中毛竹材的1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物和纤维素含量均高于毛竹-杉木混交林和竹-阔混交林，其热水抽出物含量低于毛竹-杉木混交林和竹-阔混交林，而其戊聚糖、K lason木素和灰分含量介于毛竹-杉木混交林和竹-阔混交林之间。

差异显著性分析结果表明，毛竹纯林和毛竹-杉木混交林中毛竹材的热水抽出物含量差异不显著，但均极显著低于竹-阔混交林；毛竹纯林和竹-阔混交林中毛竹材的1％氢氧化钠抽出物和苯-醇抽出物含量差异不显著，但均与毛竹-杉木混交林有极显著差异；毛竹纯林和毛竹-杉木混交林中毛竹材纤维素含量差异不显著，但均与竹-阔混交林有极显著差异；3种林分中毛竹材的戊聚糖、K lason木素和灰分含量均无显著差异。总体上看，在毛竹纸浆材培育过程中宜营造毛竹纯林。

2.5 立竹度对毛竹材化学组成的影响

在立竹度（竹林密度）不同的3种人工毛竹林中毛竹材的化学组成见表5。在立竹度分别为1500、3000和4500株·hm-2的林分中毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素、戊聚糖、K lason木素和灰分含量分别为6.11％～7.48％、23.06％～25.45％、3.52％％～5.12％、42.68％～43.51％、27.61％～28.62％、24.23％～24.59％和1.48％～1.53％。立竹度3000株·hm-2的林分中毛竹材热水抽出物含量最低，苯-醇抽出物、纤维素及灰分含量最高；毛竹材中1％氢氧化钠抽出物含量随着立竹度的提高而增加，戊聚糖和 K lason木素含量随立竹度的提高而减小。

表4 林分结构对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table4 Effect of stand structure on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de L eha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

表4 林分结构对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table4 Effect of stand structure on chem ica l com position s of Moso〔Phyllostachys edu lis（Carr.）H.de L eha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

1）同列中不同的大写和小写字母分别表示在1％和5％水平上差异显著 D ifferent cap itals and sm all letters in the sam e co lum n indicate the significant differences at1％and5％levels，respectively.2）P：毛竹纯林 Phyllostachys edu lis pure forest；M1：毛竹-杉木混交林 P.edu lis-Cunningham ia lanceo la ta（Lam b.）Hook.m ixed fo rest；M2：竹-阔混交林 P.edu lis-broad leaves speciesm ixed forest.

林分结构2） Stand structure2）含量/％ Content热水抽出物Hotwater extractive1％氢氧化钠抽出物1％NaOH extrac tive苯-醇抽出物Benzene-ethanol extractive纤维素Cellu lose戊聚糖Pentosan K lason木素Klason lignin灰分A sh P6.11±0.15Aa 25.34±0.49Bb 5.12±0.13Bb 43.51±0.58Bb 27.83±0.52Aa 24.30±0.45Aa1.43±0.02Aa M1 6.15±0.17Aa 24.92±0.41Aa 4.43±0.12Aa 42.93±0.55Bb 27.84±0.49Aa 24.22±0.44Aa1.42±0.02Aa M2 6.63±0.16Bb 25.31±0.42Bb 5.03±0.14Bb 41.48±0.53Aa 27.69±0.48Aa 24.32±0.47Aa1.47±0.03Aa

表5 立竹度对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table5 Effect of bam boo den sity on chem ica l com positions of Moso〔Phy llostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

表5 立竹度对毛竹材化学组成的影响（±SD）1）Table5 Effect of bam boo den sity on chem ica l com positions of Moso〔Phy llostachys edu lis（Carr.）H.de Leha ie〕cu lm-wood（±SD）1）

1）同列中不同的大写和小写字母分别表示在1％和5％水平上差异显著 D ifferentcap italsand small letters in the same co lumn indicate the significantdifferences at1％and5％levels，respectively.

立竹度/株·hm-2 Bam boo density含量/％ Content热水抽出物Hotw ater extractive1％氢氧化钠抽出物1％NaOH extractive苯-醇抽出物Benzene-ethano l extractive纤维素Cellu lose戊聚糖Pentosan K lason木素Klason lignin灰分A sh1500 6.99±0.13Bb 23.06±0.42Aa 4.74±0.10Bb 42.68±0.51Aa 28.62±0.44Bb 24.59±0.41Bb 1.50±0.03Aa3000 6.11±0.15Aa 25.34±0.49Bb 5.12±0.13Cc 43.51±0.58Bb 27.83±0.52Aa 24.30±0.45Aa 1.53±0.02Aa4500 7.48±0.16Cc 25.45±0.47Bb 3.52±0.08Aa 43.38±0.56Bb 27.61±0.48Aa 24.23±0.39Aa 1.48±0.03Aa

差异显著性分析结果表明，3种立竹度林分中毛竹材的热水抽出物和苯-醇抽出物含量均差异极显著，但灰分含量无显著差异；立竹度3000或4500株·hm-2的林分中毛竹材的1％氢氧化钠抽出物、纤维素、戊聚糖和 K lason木素含量无显著差异，但均与立竹度1500株·hm-2的林分有极显著差异。从立竹度角度综合比较后可见，在毛竹纸浆材培育过程中毛竹人工林的立竹度宜控制在3000株·hm-2左右。

3 讨论和结论

竹材化学组成是竹材性质的重要体现，直接关系到竹材的加工利用，尤其是其中的纤维素、半纤维素和木素的含量最为重要。林地的海拔、立地级、坡向、林分结构和立竹度等林学因子对毛竹材的化学组成均有较为明显的影响。在海拔300、600和900 m的毛竹人工林中，毛竹材的热水抽出物、苯-醇抽出物、K lason木素和灰分含量随海拔的升高而增加，而1％氢氧化钠抽出物和纤维素含量随着海拔的升高而减少，这是由于随海拔的升高林地气温下降，低温有利于毛竹中的 K lason木素和苯-醇抽出物等化学物质的合成和积累，不利于纤维素的合成和积累。在立地级Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级的毛竹人工林中，毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、K lason木素和灰分含量逐渐增加而戊聚糖含量逐渐减少，在立地级Ⅱ级的林分中毛竹材的苯-醇抽出物和纤维素含量最高，这是由于在立地级Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ级的林分中，土壤肥力依次增强，不利于 K lason木素的合成和积累，却有利于戊聚糖的合成和积累。不同坡向的毛竹材化学组成也有明显的差异，阴坡毛竹材中的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、纤维素和灰分含量均高于阳坡，而戊聚糖和 K lason木素含量却低于阳坡，这是由于阳坡光照充足，有利于戊聚糖和 K lason木素的合成和积累，不利于纤维素等物质的合成和积累。不同林分结构对毛竹材的化学组成也有明显影响，毛竹纯林中毛竹材的1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物和纤维素含量均高于毛竹-杉木混交林和竹-阔混交林，其热水抽出物含量则低于上述2种混交林，而其戊聚糖、K lason木素和灰分含量则介于2种混交林之间，这是由于毛竹纯林中毛竹不与其他树种产生竞争，有利于纤维素的合成和积累。毛竹人工林立竹度的不同也能够导致毛竹材化学组成的差异，立竹度3000株·hm-2的林地中毛竹材的热水抽出物含量最低，而苯-醇抽出物、纤维素和灰分含量最高；随立竹度的增大，毛竹材的1％氢氧化钠抽出物含量逐渐提高，而戊聚糖和 K lason木素含量则逐渐减少，这是由于随立竹度的增大，毛竹个体间的竞争增强，不利于戊聚糖和 K lason木素的合成和积累。

根据差异显著性分析结果可见，海拔对毛竹材中1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物、戊聚糖和灰分含量有极显著影响，对热水抽出物和纤维素含量也有一定的影响，而对 K lason木素含量无显著影响；立地级对毛竹材中热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物和纤维素含量有极显著影响；坡向对毛竹材中热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物和苯-醇抽出物含量有极显著影响，对纤维素、戊聚糖、K lason木素和灰分含量无明显影响；林分结构对毛竹材中戊聚糖、K lason木素和灰分含量无显著影响；立竹度对毛竹材中热水抽出物和苯-醇抽出物含量有极显著影响，但对灰分含量影响不显著。总体上看，毛竹材的热水抽出物、1％氢氧化钠抽出物、苯-醇抽出物及纤维素含量受毛竹人工林林学因子的影响较大。

根据上述测定分析结果和毛竹人工林造林实践综合分析后认为：定向培育毛竹纸浆材应选择海拔300m的阴坡Ⅱ级区域营造毛竹纯林，且立竹度应控制在3000株·hm-2左右。

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