鲁东南引种火炬松人工林生长特性与材性变异1)

郭莹莹 徐有明 李晓东 李宜文 张志军

(华中农业大学，武汉，430070) (日照市林业局)

鲁东南引种火炬松人工林生长特性与材性变异1)

郭莹莹 徐有明 李晓东 李宜文 张志军

(华中农业大学，武汉，430070) (日照市林业局)

报道了我国鲁东南引种栽培火炬松18年生人工林生长、材性的变化规律。18年生林分树高为8.2m，胸径为15.38cm，单株材积均值约为0.055 77m3。树高和胸径的速生期分别为2～5 a、1～9 a，材积连年生长量和平均生长量曲线的交叉点估测在20～25 a后，其数量成熟龄有待进一步确定。基本密度的径向变化由髓心处(0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趋于稳定(0.44～0.46g/cm3)。髓心处热水浸提物质量分数最高，可达11.2％。管胞长度、长宽比、壁腔比、腔径比变化范围分别为1 582～3 127μm、44.7～70.5、0.23～0.41、0.70～0.81。基本密度与管胞宽度、腔径、腔径比多呈负相关，与双壁厚、壁腔比呈正相关，管胞形态特征值、晚材率、基本密度、浸提物质量分数与生长轮回归分析，均在F0.01水平上显著，表明树龄是材性的主要影响因子。该区引种栽培火炬松木材密度数值较大，管胞形态特征数值好，适宜造纸。该区适宜栽培的用材树种少，火炬松表现出典型的速生特性，材质好，是值得推广的用材树种。

火炬松;生长量;管胞形态;晚材率;木材密度;变异

我国引种栽培火炬松(Pinus taeda)已有80多a，该树种是我国南方14个省、区建筑用材、造纸材和胶合板材的主要栽培速生树种之一[1-2]。山东省日照市地处鲁东南沿海，为我国引种火炬松的最北端。该区引种栽培火炬松已有20多a的历史，现已发展到2 000 hm2。该树种在日照栽培区的生长适应性研究已有报道[3-4]，但目前其生长规律与材性尚缺乏研究。木材性质变异规律的研究是林木材质遗传改良的基础，控制木材质量和产量并达到有效的利用就必须很好地了解掌握木材性状的变异[5-10]。笔者在研究火炬松生长规律的基础上，重点研究其纸浆材材性的变化，为该区域火炬松培育、林分经营管理和木材资源合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

火炬松试验林位于日照市岚山区巨峰镇，其地理位置是N35°05′～36°02′，E118°35′～119°39′，年均降水量 901mm，年平均气温12.6℃，极端低温-14.5℃，无霜期226d，四季分明;夏季降雨集中，属暖温湿润季风气候区，与火炬松原产地的气候条件比较接近。

试验选择火炬松2个林分为对象。1号样地为丘陵山岗，海拔200m，1992年造林;2号样地为岗地，海拔50m，1990年造林。每个样地设置20m×30m标准地[11]，选择中间5行为样木，按顺序测定50株火炬松胸径和树高;树高采用现场估测法，并根据林分树干枝条树节的轮数和和林场前8 a树高测量数据计算火炬松高生长量;每个样地随机选取20株，利用内径5mm生长锥在树高1.3m处锥取木芯样本，测定40个生长锥样本木芯长短径方向的生长轮宽度、晚材宽度，取均值计算生长轮宽度和晚材率。

从树皮方向向着髓心切取每轮木材，测定管胞形态特征值、浸提物质量分数和木材密度。木材密度采用最大含水量法测定;利用沸水浴处理样本前后干质量之差，计算热水浸提物质量分数;每个样地选取优势木、平均木和劣势木各2株，共计12个样本，进行管胞形态的测定。管胞形态:将木芯材料切片，并用铬酸和硝酸混合液离析后，利用光电立体投影仪测定，放大倍数为50、100倍。

数据处理利用软件Excel、SPSS进行分析。

2 结果与分析

2.1 火炬松生长规律

2.1.1 树高生长规律

火炬松是典型的速生树种，图1为火炬松树高的平均生长量和连年生长量，树高的速生期为2～5 a，其峰值为第4年，连年生长量达1.04m;第5年后平均生长量和连年生长量相交。此后，高生长每年约在0.50m，可持续至第10年，总树高达到6.18m;11 a后树高生长较慢，18年生林分树高约为8.2m，此阶段树高生长缓慢，生长量在0.2m左右。树木的生长过程理论上应成指数增长，但因为单个细胞或器官之间相互作用会限制细胞生长潜力的无限性，树高总生长曲线近似 S 型[11]。

图1 火炬松树高平均生长量、连年生长量和总生长量变化曲线

2.1.2 胸径生长规律

从图2可看出，火炬松胸径在前9 a生长较快，年生长量为0.79～1.21cm，第4年达到最高值1.21cm，10～13 a处于相对稳定期，维持在0.59～0.66cm，14 a后开始降低。18 a后胸径生长较慢，其生长量仅0.33cm。胸径的平均生长量与连年生长量相交于第6年，反映出该林龄段林分郁闭，可考虑间伐。胸径总生长量和树高总生长量变化趋势基本相同。日照火炬松带皮胸径的总生长量在8～22cm，平均值为15.38cm，多数树干胸径为12.1～18.0cm，其胸径的频率分布遵从正态分布，符合同龄纯林直径结构分布规律[11]。

图2 火炬松胸径连年生长量、平均生长量和总生长量变化曲线

2.1.3 材积生长规律

图3为日照地区18年生火炬松材积变化曲线，平均生长量和总生长量随年龄增大逐年增加，材积的连年生长量在1～13 a处于增加阶段，第9年开始进入速生期，达到最大值的树龄比树高和胸径生长量达到最高值的树龄晚得多。18年生单株材积均值为0.055 77m3。材积的连年生长量和平均生长量曲线的交叉点估测在20～25 a后，其数量成熟龄有待进一步确定。

图3 火炬松材积连年生长量、平均生长量和总生长量变化曲线

2.2 生长轮宽度和晚材率的变异

生长轮宽度是重要的林木生长量指标，能够反映树木生长的快慢，晚材率是同一生长轮内晚材宽度与生长轮宽度的比值，与木材密度、力学性质关系密切，对林木良种改良选育的重要指标之一[7-8]。

表1 火炬松生长轮宽度和晚材率的径向变异

表1为生长轮宽度和晚材率的径向变异曲线，火炬松的生长轮宽度在由髓心向外第3年达到最大值0.77mm后，有逐年降低的趋势，在10～13 a趋于稳定，之后继续递减;18 a后生长轮宽度只有0.12～0.15mm，直径生长量也只有0.24～0.30mm，反映该生长阶段火炬松生长很慢。晚材率由髓心向外1～8 a有逐渐增加的趋势，9 a后趋于稳定，晚材率在27％～38％，均值约为30％。

生长轮宽度(y1)、晚材率(y2)和生长轮(x)之间的多项式回归方程为:

y1=-9E-05x4+0.003 6x3-0.049 1x2+0.215x+0.403 1(x≤18，R2=0.952 5＊＊)，经检验在 F0.01水平上显著。

y2=0.000 4x4-0.017 5x3+0.057 1x2+3.579 8x+3.640 3(x≤18，R2=0.933 6＊＊)，经检验在 F0.01水平上显著。

2.3 火炬松株内管胞形态变异

管胞是针叶材主要组成部分，体积比可达89％～98％;纤维在阔叶材中约占体积50％。二者形态特征中的细胞长度、宽度、长宽比、腔径、双壁厚、壁腔比和腔径比等7个性状的变化，直接影响木材密度、木材强度、制浆造纸性能及木材资源的加工利用，是材性评价的重要指标[1-2，5-10]。管胞宽度可导致管胞长宽比的变化，间接影响纸张强度。管胞壁厚是针叶材木材质量、基本密度和强度性质的物质基础，其大小体现了细胞实体物质含量，对木材物理力学性质和造纸的纸浆得率影响很大。管胞腔径直接影响壁腔比和腔径比(又称柔性指数)，从而影响纸浆的强度。

表2为火炬松由髓心向外各生长轮管胞形态特征数值。可看出管胞长度、长宽比呈现逐渐增加的趋势，长度在1 582～3127μm。其中，管胞长度1～5 a增加较快，6～11 a增加速度下降，14 a以后趋于稳定，此种变异模式属于Panshin总结管胞长度径向变异的第一种，与红松[9]和油松[10]变异模式一致。管胞宽度的径向变异增加速度明显比长度变异值小，在35.41～44.52μm。管胞长宽比的变异趋势与长度变异完全一致，变化范围为44.7～70.5。管胞腔径变化趋势不明显，宽度和双壁厚有增加趋势，二者在第8年趋于稳定。壁腔比和腔径比呈典型的负相关，相关系数为-0.999＊＊，壁腔比在第8年趋于稳定，变化范围为0.23～0.41。壁腔比小于1为上等造纸用材[6-10]，柔性指数变化范围为0.70～0.81。综合管胞形态值的数值评价，该地区火炬松是纸浆的优质原料。

表2 火炬松不同生长轮管胞形态的变异

管胞形态7个性状与和生长轮进行回归分析，其多项式方程见表3，管胞腔径在F0.05水平上显著，其余6个性状在F0.01水平上显著，反映出树龄是影响木材性状变化的主要原因。

2.4 火炬松基本密度、浸提物的变异

木材密度是决定木材物理性质的重要指标。浸提物不是细胞壁结构物质，但其质量分数变化影响到木材密度大小，对木材耐磨性、木材防腐改性处理、纸浆蒸煮、板材干燥胶合和木材强度等方面均具有一定的影响[7-8]。

表4中火炬松木材基本密度径向变化规律与Panshin密度变异第一种情况相符合，由髓心(0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趋于稳定(0.44～0.46g/cm3)。木材热水浸提物质量分数的径向变异是，由髓心向外随生长轮增加浸提物质量分数逐渐降低，第8年后为6.8％～7.8％;髓心处质量分数最高，可达11.2％。基本密度、浸提物质量分数分别与生长轮回归分析，均在F0.01水平上显著(表3)，表明树龄是影响木材密度、浸提物质量分数的主要影响因子。

表3 火炬松管胞形态特征值、木材密度与浸提物质量分数与树龄相关分析

表4 火炬松基本密度和热水浸提物质量分数的径向变异

树木生长受遗传因子和环境条件的综合影响，栽培环境的变化影响到树木生长，从而导致木材细胞结构尺寸的改变，引起木材密度的变化[7]。木材密度值取决于木材早晚材的比例、浸提物质量分数、细胞尺寸、胞壁厚度、生长速率等。表5中相关系数说明，基本密度与前5 a生长轮宽度呈显著负相关，6 a后与生长轮宽度相关性不大;基本密度与各生长轮晚材率呈正相关，部分生长轮段显著;基本密度与前4 a浸提物质量分数正相关，髓心处在0.01水平上显著，其它生长轮相关系数绝对值为0.052～0.265，无显著性。基本密度与管胞形态中的长度、长宽比2个因子相关性不明显，与管胞宽度、腔径、腔径比多呈负相关，并且基本密度与腔径比在部分生长轮段呈显著负相关。木材基本密度与双壁厚、壁腔径比呈正相关，相关系数大，反映出生长轮管胞宽度、腔径增大，木材密度有由变小的趋势;壁厚增大，壁腔比增大，木材密度有由变大的趋势。这与文献[1]、[2]、[7]、[8]、[13]研究结果一致。

表5 火炬松基本密度与管胞特征间相关分析

3 结论与讨论

火炬松在山东日照地区引种栽培表现出速生特性树种，18年生林分树高为8.2m，带皮胸径为15.38cm，单株材积均值约为0.05577m3。树高、胸径速生期分别为2～5 a、1～9 a;18年生后林分，其树木生长缓慢，树高和胸径生长量在0.2m、0.35cm左右。胸径的平均生长量与连年生长量相交于第6年，反映出鲁东南地区火炬松初植密度过大，7年生林分已郁闭，可考虑间伐。其材积连年生长量和平均生长量曲线的交叉点估测在20～25 a后，其数量成熟龄有待进一步确定。

火炬松晚材率由髓心向外1～8 a有逐渐增加的趋势，9 a后趋于稳定，晚材率在27％～38％，均值约为30％。基本密度的径向变化由髓心处(0.35～0.37g/cm3)向外逐年增加，第8年后趋于稳定(0.44～0.46g/cm3)。热水浸提物质量分数由髓心向外随生长轮增加，其质量分数逐渐降低，第8年后为6.8％～7.8％;髓心处质量分数最高，可达11.2％。管胞长度、宽度、长宽比的径向变异符合树木管胞形态变异的一般规律，管胞长度、长宽比、壁腔比、腔径比变化范围分别为1 582～3 127μm、44.7～70.5、0.23～0.41、0.70～0.81，符合造纸要求，是很好的造纸原料。

基本密度与前5 a生长轮宽度呈显著负相关，6 a后与生长轮宽呈相关性不大;基本密度与各生长轮晚材率呈正相关;基本密度与前4 a浸提物质量分数正相关。基本密度与管胞宽度、腔径、腔径比多呈负相关，与双壁厚、壁腔比呈正相关，反映出随着管胞宽度、腔径的增大，木材密度有变小的趋势;随双壁厚和壁腔比的增大，木材密度有增大的趋势。管胞形态特征值、晚材率、基本密度、浸提物质量分数与生长轮回归分析，均在F0.01水平上显著，表明树龄是影响材性的主要影响因子。

鲁东南日照地区引种栽培火炬松木材，管胞长宽比变化范围为44.7～70.5，壁腔比的变化范围为0.23～0.41，腔径比变化范围为0.70～0.81，径向上8 a后木材密度稳定在0.44～0.46g/cm3范围内，说明该区火炬松木材密度数值较大，管胞形态特征数值好，适宜造纸。该区适宜栽培的用材树种少，引种栽培火炬松表现出速生特性，材质好，是值得推广的用材树种。

[1] 徐有明，邹明宏，唐万鹏.火炬松种源木材管胞特征值的差异分析[J].南京林业大学学报:自然科学版，2002，26(5):15-20.

[2] 徐有明，林汉，班龙海，等.不同环境下火炬松种源造纸材材性遗传差异与遗传稳定性分析[J].林业科学，2008，44(6):157-163.

[3] 李国华，李宜文，魏树勇，等.鲁东南沿海地区火炬松适应性研究[J].林业科技通讯，2000(5):23-25.

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[10] 徐有明.油松木材管胞特征值的变异[J].林业科学，1990，8(4):544-549.

[11] 孟宪宇.测树学[M].北京:中国林业出版社，1996.

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[13] Panshin A J.Textbook of wood technology[M].4th ed.New York:McGraw-Hill Conpany，1980.

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)国家自然科学基金(30871970)与国际科学基金(IFS2260-3)项目的部分内容。

郭莹莹，女，1985年11月生，华中农业大学园艺林学学院，硕士研究生。

徐有明，男，华中农业大学园艺林学学院，教授。E-mail:xuyouming@mail.hzau.edu.cn。

2010年12月21日。

责任编辑: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.