马尾松幼苗生长特性与生长应变研究

王彩云 汪文胜 刘亚梅 刘盛全

摘 要：该文以60株不同倾斜角度的马尾松为试材，对其生长特性进行了研究，并在这些树木中选择典型的2株马尾松对其生长应变进行测定。结果表明：（1）随着倾斜角度的增加，马尾松的生长量相应减小；（2）马尾松直立幼苗的应变为压应变，在倾斜幼苗下表面的应变为拉应变，应变值都随时间的增加而增大，达到一定值时趋于稳定；（3）方差分析表明，不同倾斜角度下马尾松的生长特性和生长应变的差异达到了显著水平。

关键词：马尾松；幼苗；生长特性；生长应变

中图分类号 S718.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）18-0020-04

Study on Growth Characteristic and Growth Strain of Masson Pine Saplings

Wang Caiyun1 et al.

（1Forestry Bureau of Yuexi County，Yuexi 246600，China）

Abstract：In this study，sixty masson pine saplings with different inclined angle were selected to study the growth characteristic，and two typical masson pine saplings were used to measure growth strain.The result showed that：（1）With the increase of leaning angle，the growth characteristic of masson pine decreased；（2）In the young stem of masson pine，the growth strain in the lower side of the upright stem was pressure strain，the growth strain in the lower side of the leaning stem was tensile strain，and the value all increased with the time，then became stable after reaching certain time；（3）The ANOVA results revealed that there were significant effects of inclined angle on growth characteristic and growth strain

Key words：Masson pine；Sapling；Growth characteristic；Growth strain

生长应力是树木在形成层细胞不断分化形成的木质部细胞间产生的相互作用力。在正常直立生长的树木内，木质部的最外层表现为拉应力，向内则为压应力。由于生长应力的存在，立木在伐倒时容易产生轮裂、脆心和压伤等缺陷，在原木锯解等过程中木材内部应力的平衡被打破，应力释放后产生弓弯边弯、扭曲和夹锯等，给制材行业带来了很大的经济损失。高生长应力和应力分布不均是目前人工林速生材普遍存在的木材缺陷之一，早在20世纪中期生长应力就成为了林学和木材学的研究热点，尤其是生长应力的形成原因以及如何合理有效地降低生长应力对木材加工利用的影响等方面。目前有三种不同的假说（“木质素膨胀假说”、“纤维素张力假说”、“统一假说”）来解释生长应力的成因，虽然三种假说在对生长应力主要形成原因上存在分歧，但都一致认为生长应力的形成跟树木形成层活动有关，而树木形成层活动与生长季节密不可分，所以可以认为生长季节与立木生长应力之间存在某种的联系，这种联系能为研究生长应力形成机理提供必要信息。如Okyuama等使用贴应变片法研究日本柳杉（Cryptomeria japonica（L.f.）D.Don）当年树木形成层表面、前年生木质部和内皮表面在一年当中的四个不同时期的生长应变值，最后得出结论认为，当晚材形成后，轴向表面应变应该停止增长，并在一定范围内波动，生长应力主要由细胞生长（微纤丝的生长）引起，与细胞横切面的形状无关[1-7]。此外，这种联系也可以为通过选择合理的采伐季节来降低生长应力提供一定的理论依据。树干表面和内部的生长应力很难用实验的方法进行测试，所以一般采用测定其局部应力释放所形成的应变，称之为生长应变，利用应力与应变之间的数学关系公式σL≈-EL·εL（EL是木材轴向弹性模量，εL是轴向生长应变，σL是轴向生长应力）来计算生长应力值大小。

马尾松（Pinus massoniana Lamb.）是我国丰富的木材资源之一，遍布南方15个省（自治区）。它是极阳性树种，不耐庇荫，适于高燥的红土和粘质土壤，能耐瘠薄的砂砾和干燥荒废的山地，但不耐盐碱土。树干较直，树皮深褐色，长纵裂，长片状剥落，木材纹理直，结构粗，含树脂，耐水湿，树干可采割松脂，叶可提芳香油。一般在长江下游海拔600～700m以下，中游约1 200m以上，上游约1 500m以下均有分布，是我国南部主要用材树种和造林先锋树种[8]。但人工林马尾松树干容易弯曲，树木生长过程中出现了较大的生长应力，从而影响了马尾松的培育和加工利用。为此，本研究以人工倾斜不同角度人工林马尾松幼苗为对象，测定分析马尾松的生长特性和产生应力的变化，为人工林马尾松的培育和利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料 60株3年生马尾松苗木采集于安徽省岳西县马尾松人工林。把幼苗种植到安徽农业大学林业试验地相同容器中，在直立生长状态下对幼苗生长特性进行第一次测量，之后把60棵马尾松分为5组，每组12棵树，人工使它们倾斜生长，倾斜角度分别为0°、15°、30°、45°、和60°，倾斜生长一个月后，再对它们进行第二次测量。两次主要测量树高、地茎的变化，然后从测出的两组数据中进行加工分析，找出它们在不同倾斜角度生长过程中的差异，以及差异产生的原因。而后选取一株直立生长幼苗（A1）和倾斜15°生长幼苗（A2），测量这两株的生长应变。本次实验是采用应变片法[9-10]，使用YE2533程控静态应变仪分别对马尾松进行测量，所测树木如图1所示：

1.2 实验方法

1.2.1 生长特性测量 树高的测量：采用卷尺从地面往上沿着树干的倾斜方向至树干顶部测量。地径的测量：采用游标卡尺测量，方向为与倾斜方向垂直，并在树干最下部测量。

1.2.2 生长应变测量 首先，对选择好的幼苗在合适的部位进行刮切，小心刮去韧皮部，在剥去树皮的同时一定要不能损伤到裸露的新鲜木质部，长度大约为5cm，宽为1.5～2.5cm；其次，把应变片用胶水粘于中部位置，再使用小刀在上下刮口处切割，切出上下两个刻槽，切割为使木质部断裂，直到读数稳定。直立马尾松（A1）的切口距离地面23cm（图2），倾斜马尾松（A2）的切口距离地面14cm（图3），应变片法示意见图4。

在进行生长应变测量时，应注意以下几点：（1）由于应变片对变形感应比较灵敏，因此要求涂胶均匀，粘贴完全。（2）对测试时天气条件的要求也较高，一要保证当天气温、湿度变化不大，否则都会影响到测试的准确性，如果气候太干燥，还要防止由于测试点水分蒸发造成的影响，可以适当在应变片周围涂刷油脂。（3）刮风使树冠产生摆动，会影响到树干内应变的分布，进而影响应变的大小，因此要求在风和日丽的天气测试最好。（4）要尽量减小导线自重对测试的影响。尽管这样，只要测试时尽量满足上述条件，这些外在的因素还是能够克服，可以获得较为稳定的测试结果。分别对马尾松、杨树的直立和倾斜幼茎在同一时间，用电脑把间隔时间设为2s进行测量，待测量的数据趋于稳定时可以停止测量。

2 结果与分析

2.1 马尾松幼苗生长特性分析 表1为2次测量的不同倾斜角度的树高和地径值的平均值、标准差和变异系数，通过对马尾松先后两次的测量，比较每组倾斜角度的数据发现马尾松树木生长量基本上是随着倾斜角度的增加而减小的，变异系数也是随着倾斜角度的增加呈减小的趋势。

把两次测得的马尾松树高、地茎的数据进行方差分析（表2所示），结果表明人工倾斜不同角度后马尾松幼苗生长的差异在5%水平达到显著水平。

通过对马尾松的测量和每组在不同倾斜角度下的比较分析发现：随人工倾斜着角度的增加生长量相应减小，说明树干倾斜是影响树干生长的原因之一。可以推测，树木经自然界风吹、雪压后弯曲，树木生长都受到抑制，并随倾斜角度的增加，树木生长量也逐渐减小。

2.2 马尾松幼苗生长应变的分析 图5、6为直立和倾斜马尾松生长应变随时间的变化情况，可以得出，直立的马尾松幼苗应变值为负值，并且随时间的增加趋于逐渐增大的；倾斜的马尾松幼苗应变值为正值，随时间的增加而也逐渐增大的。

由于倾斜幼苗和直立幼苗的应变值明显不同，它们的最大值、最小值和平均值也有着差别，可以得出，它们的变异系数也不相同。表3是根据测量的数据所计算出的马尾松倾斜和直立幼苗的变异系数值。

直立树木表现的是拉应变，但由图2可见，在选择的切口处下有个树疤，由于树疤的作用，此处的应变表现为压应变，这从本文测出的数据可以明确证实这一点，从开始测出的数值就为负数，并且随着时间的增加压应变也逐渐增大，达到一定时间后压应变趋于稳定。图3中的马尾松是一棵倾斜幼苗，它的切口A7在倾斜处的上方，此处的应变表现为拉应变，从测得的数据中也可以看出，测出的应变开始就为正值，并且随时间的增加而增大，达到一定时间后趋于稳定。由于在两株马尾松A1、A2所测得的应变是不同的。A1是压应变，A2是拉应变，所以它们的各项值也完全不同，A1处测得的最大值为-29，最小值为-2 148，平均值为-673，A2处的最大值为231，最小值为12，平均值为183，A1处的标准偏差为510.41，A2处的标准偏差为26.21。用标准偏差除以平均值可以得出变异系数A1处的变异系数为0.76，A2处的变异系数为0.14，有树疤的A1处的压应变的变异系数大于A2处的拉应变的变异系数。直立和倾斜马尾松生长应变方差分析如表4所示，从表4可以看出，倾斜角度对马尾松生长应变影响在差异0.1%水平达极显著水平。

]

3 结论

通过以上分析得出：（1）随着倾斜角度的增加，马尾松的生长量相应减小；（2）马尾松直立幼苗的应变为压应变，在倾斜幼苗下表面的应变为拉应变，应变值都随时间的增加而增大，当达到一定值时，趋于稳定；（3）方差分析表明，不同倾斜角度下，马尾松的生长特性和生长应变的差异达到显著水平。

参考文献

[1]RR Archer.Growth Stresses and Strains in Trees[M].Berlin：Springer-Verlag，1987.

[2]Yang J.L.，Gary，W.Growth Stress，it measurement and effects[J].Australia Forestry，2002，64（2）：127-135.

[3]Chafe S.C.Growth Stress in Trees[J].Australia Forestry Research，1979，9：203-223.

[4]Watanabe H.On the internal stress in tree stems I[J].J Jap For Soc.，1942，24：135-137.

[5]Watanabe H.On the internal stress in tree stems II：Internal stress in tree stems of sugi（Cryptomeria japonica D.Don）and Hinoki（Chamaecyparis obtuse S.et Z）[J].J Jap For Soc.，1944，26：104-109.

[6]Bamber R.K.The origin of growth stresses in trees.Part I.Micro mechanics of the developing cambial cell wall[J].Wood Sci.Technol.，1979，21：139-154.

[7]张文标，李文珠，阮锡根.树木的生长应变[J].世界林业研究，2001，14（3）：30-35.

[8]安徽农学院林学系.马尾松[M].北京：中国林业出版社，1980.

[9]胡继青，姜笑梅，侯祝强，等.三中人工桉树轴向生长应变变异初探[J].木材工业，2000，14（6）：9-11.

[10]李国旗，安树青，张继林.海岸带防护林4种树木的风压应变分析[J].南京林业大学学报，1999，23（4）：76-80.