加勒比松和湿地松形态、密度与抗风能力分析

徐慧兰，冯源恒，吴东山，陈新华，许承荣，杨章旗

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002； 2.广西壮族自治区南宁市林业科学研究所，广西 南宁 530107； 3.广西壮族自治区合浦县林业科学研究所，广西 合浦 536199)

加勒比松和湿地松形态、密度与抗风能力分析

徐慧兰1，冯源恒1，吴东山1，陈新华2，许承荣3，杨章旗1

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002； 2.广西壮族自治区南宁市林业科学研究所，广西 南宁 530107； 3.广西壮族自治区合浦县林业科学研究所，广西 合浦 536199)

为了具体分析加勒比松和湿地松抗风能力，对遭受台风袭击的加勒比松和湿地松的树高、枝下高、胸径、冠幅和密度等进行测定，并对这些指标进行主成分分析。结果显示：形态和密度指标主成分分析导出的综合得分分值(F)与受损等级相关性极显著，表明可利用易测量的形态和密度指标，间接判断加勒比松和湿地松的抗风能力；6项指标对抗风能力的权重大小依次为：冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸径>树高，形态指标对抗风能力的权重大小依次为：枝下高>冠幅>胸径>树高；加勒比松和湿地松形态和密度指标的具体差异不大，但加勒比松的抗风能力远优于湿地松，可以推断抗风能力不受某几个重要指标的左右，而是多个指标共同作用的结果。

加勒比松；湿地松；形态和密度指标；抗风能力；主成分分析

加勒比松(PinuscaribaeaMorelet)是热带地区速生针叶树种之一，适应性广，生长快，材质优良，并且其树脂产量高，是很好的经济树种。湿地松(PinuselliottiiEngelm.)是我国南方人工林大面积引种推广的树种之一，育苗造林容易、产脂量高、树干通直、力学强度良好，是很好的用材林树种。对这2种松树的对比研究很多，大多集中在杂交育种及其子代的研究[1-7]。而对这2种松树的抗风能力比较研究很少。国内涉及林木抗风的相关研究中，有些是涉及木材纤维的解剖学，有些是力学性质特点，有些是生长指标和根系的研究[8-13]。上述的研究方式和对象的现场操作性不高。本文采用几个易调查、具有代表性的指标作为判断依据，分析2种松树的抗风能力，为2种树种抗风性能的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地在广西北海市合浦县，位于东经109 °15 ′、北纬21 °36′，海拔30 m左右，属中亚热带季风型海洋性气候。年均气温23.6 ℃，年均降水量2030.4 mm，常年日照充足，热量充沛。试验林是1992年营造的实生种子园，最初种植密度为3 m×4 m，现植株间距不小于8 m×8 m。面积一共是13.3 hm2，其中加勒比松占5.3 hm2，湿地松占8 hm2。2014年8月遭受台风袭击。2014年9月通过现场调查发现，加勒比松林的受灾情况相对优于湿地松的情况。湿地松林倒树和折断的植株比例远多于加勒比松。

1.2 材料与方法

测定受灾树木的各个形态指标，具体为树高、胸径、枝下高、冠幅。同时判断具体受损程度。受损程度分为4个等级：一级为基本没有受风灾的状态，二级为部分小枝折断，三级为大枝折断，四级为主干折断。从受损树木1.3 m处采木芯，置于密封袋，编号。确定木芯的各个年轮后，以6～7年为1个单位分成3个部分，分别测定这3个不同年轮段的基本密度。采用SPSS软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 形态指标比较

加勒比松和湿地松形态指标的方差分析结果见表1。2个松树的4个形态指标均显示为差异极显著。枝下高和冠幅的变异系数高于树高和胸径的变异系数。除了冠幅略小之外加勒比松的其他指标均高于湿地松，即加勒比松比湿地松树高大6.8%，枝下高大9.0%，胸径大12.9%，冠幅小3.5%。

表1 形态指标的方差分析

*：*、**分别为0.05、0.01水平上差异显著；种源间自由度为1，种源内自由度为145；平均值为2种松树的平均值。

2.2 密度比较

木材密度是木材材性中的一项重要指标。由图1可知，与其他松树一样，加勒比松和湿地松密度的径向变化由髓心至树皮逐渐增加。加勒比松平均密度是0.471 g·cm-3，湿地松的平均密度是0.467 g·cm-3。

图1 加勒比松和湿地松3个年轮段密度频率分布

从加勒比松和湿地松的年轮宽度的观察发现，在2～8 a之间，湿地松年轮宽度大于加勒比松。2种松树第3、第4年的年轮宽度开始有差距，其差距在第5、第6年时最大，平均差异为1.42 cm。第7、第8年差距开始减少，到了第9年，2种松树年轮宽度大小基本相似，走势也基本一致。从年轮宽度和密度的变化趋势可以判断，湿地松早期生长速度快是导致其密度相对低于加勒比松的原因之一。2种松树3个年轮段平均密度、最高、最低密度等见表2。对各个年轮段的密度及平均密度进行方差分析，1～6年轮段加勒比松的密度明显高于湿地松，其他年轮段差异均不显著。

表2 3个年轮段密度值 g·cm-3

2.3 主成分分析结果

利用SPSS统计软件的主成分分析法对上述的几个指标进行分析。分析对象共117个，其中加勒比松62个，湿地松55个。具体指标为树高、枝下高、胸径、冠幅、13～20年轮段密度(简称密度3)和平均密度。这些指标标准化后的KMO值是0.508，适合利用主成分分析法分析。通过分析提取了3个主成分，且3个主成分的累计贡献率是81%。3个特征向量(u)值各为1.878、1.602、1.373。3个主成分的初始因子(λ)载荷矩阵见表3。从表3可以看出，密度3和平均密度在第一主成分上有较高的载荷，说明第一主成分基本反映了这2个指标的信息；第二主成分上有较高载荷的指标是树高和枝下高；第三主成分上有较高载荷的是胸径和冠幅。

表3 各个指标主成分初始因子载荷矩阵

F1=0.29X1+0.42X2-0.04X3-0.33X4+0.56X5+0.56X6

(1)

F2=0.52X1+0.49X2+0.33X3-0.28X4-0.41X5-0.36X6

(2)

F3=0.32X1-0.17X2+0.67X3+0.59X4+0.13X5+0.24X6

(3)

(4)

式中：F1、F2、F3分别为主成分分值；F为综合得分分值；X1—X6为6个指标的标准化值。6个指标对抗风能力的权重依次为：冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸径>树高。其具体权重值分别是18.53%、18.04%、17.84%、17.17%、15.02%、13.41%。

117个试件的受损情况和F综合分值的排序见表4。从表4可以看出，加勒比松的F值排名靠前，排名前30位中湿地松只有4个。排名前30位的受损等级，一级占76.7%，二级占6.67%，三级占3.33%，四级占13.3% 。人为判断的受损等级与计算得出的F值都显示加勒比松的抗风能力大于湿地松的抗风能力。F值与受损等级在0.01水平上相关性显著，Pearson系数为-0.267。

从更简单的实际操作和应用出发，仅仅对4个形态指标即树高、枝下高、胸径和冠幅进行主成分分析。结果显示F值与受损等级在0.05水平上相关性显著，Pearson系数为-0.201。4个指标对抗风能力的权重大小依次是枝下高>冠幅>胸径>树高。其具体权重值分别是26.62%、25.64%、24.70%、23.03%。

3 结论与讨论

本研究对受台风袭击的加勒比松和湿地松林的受灾情况进行调查，并利用主成分分析法分析了4个形态指标和2个密度指标对抗风能力的影响。结果表明，6个指标的F值与受损程度相关性极显著，可间接利用6个指标判断2种松树的抗风能力。这6个指标对抗风能力的权重大小依次是冠幅>密度3>枝下高>平均密度>胸径>树高。4个形态指标对抗风能力的权重大小依次是枝下高>冠幅>胸径>树高。综合结果显示，影响抗风能力较大的指标是冠幅、枝下高和密度3，胸径和树高对抗风性能的影响较小。与罗冠勇等[14]对海南的10种园林乔木进行的抗风性关联分析得出胸径>树高>冠幅>枝下高的关联结果相反。说明立木抗风能力的各个因素权重大小因树种和统计方法的不同而不同。

表4 受损等级与F值排序

*：C为加勒比松；S为湿地松。

2种松树的形态和密度指标差异不大。根据现场所观察的受损情况，加勒比松的抗风能力远高于湿地松。可以推论抗风能力是多个指标共同作用的结果。除了上述6个易测指标以外，还有影响抗风能力的其他因素，如冠幅浓密程度、冠形、根系情况和力学性能等[8，15]。更好地了解某树种的抗风能力，需要综合分析各个方面的因素，并根据树种的具体特点去判断各个因素的作用大小。

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Principal Component Analysis of the Morphology，Density and Wind Resistant Ability of Caribbean pine and Slash pine

XU Huilan1，FENG Yuanheng1，WU Dongshan1，CHEN Xinhua2，XU Chengrong3，YANG Zhangqi1

(1.GuangxiForestResearchInstitute，Nanning530002，Guangxi，China；2.GuangxiNanningForestryDivision，Nanning530107，Guangxi，China；3.GuangxiHepuForestryDivision，Hepu536199，Guangxi，China)

In order to analyze the differences of the wind resistant ability of Caribbean pine and Slash pine，morphological and density indexes of Caribbean pine and Slash pine were measured after a typhoon hit.Correlation between wind resistant ability and those indexes were analyzed by the way of PCA.The results showed thatFcomprehensive score which derived from PCA and the damage level were significantly correlated.The morphological and density indexes can indirectly estimate the wind resistant ability of Caribbean pine and Slash pine.The weight of several indexes which considered density to the wind resistant ability was as follows：crown>density 3>height under branch>average density>DBH>height.The weight of morphological indexes to the wind resistant ability was as follows：height under branch>crown>DBH>height.Morphological and density indexes of the Caribbean pine and Slash pine were not that different，but the wind resistant ability of the Caribbean pine was much better than that of the Slash pine.It can be concluded that the wind resistant ability is not affected by few important indexes，but the results of combined effects of a number of indexes.

PinuscaribaeaMorelet；PinuselliottiiEngelm.；morphological and density indexes；wind resistant ability；PCA

2016-11-16；

2017-01-17

广西八桂学者创新团队(松树资源培育及产业化关键技术，2011A015)；“十二五”农村领域国家科技计划专题(广西国外松高世代育种和种苗繁育关键技术研究与示范，2012BAD01B0203-04)；“十二五”农村领域国家科技计划专题(加勒比松高世代育种和种苗繁育关键技术研究与示范，2012BAD01B0203-1)

徐慧兰(1982—)，女，吉林延吉人，广西壮族自治区林业科学研究院工程师，博士，从事木材物理学研究。E-mail：xuhuilan1220@hotmail.com。

杨章旗(1964—)，男，广西资源人，广西壮族自治区林业科学研究院教授级高级工程师，博士，从事林木遗传育种学研究。E-mail：yangzhangqi@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.02.012

S791.244；S791.248；S761.2

A

1002-7351(2017)02-0065-04