水曲柳人工林节子愈合与变色特征1)

关追追 冯晨辛 张彦东

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

随着人们生活水平的提高，对高质量木材的需求日益增加。节子会显著影响木材的纹理和力学性质，降低木材的质量和等级[1-3]。如何减少节子对木材质量的影响已成为森林培育领域的重要研究内容。

节子根据质地及其与周围木材的连生程度不同，可分为活节和死节。活节与周围木材紧密连生，质地坚硬；死节不与周围木材连生，质地松软，在板材加工时容易脱落，形成空洞[4]。因此，减少死节的数量、减小死结尺寸对提高木材质量十分重要。据报道，死节半径随枝条直径、死枝桩长度增长而显著增大[5]，随节子着生角度增大而缩小[6-7]。节子变色是影响木材质量的另一个重要因子。节子变色主要是真菌等微生物在节子未完全愈合时侵染引起，节子愈合时间决定真菌侵染程度，进而影响节子变色长度[8-9]。有研究指出，节子愈合时间与枝条尺寸有关，枝条直径越大，节子愈合时间越长[10-11]；树干直径生长速率越高，节子愈合时间越短[5]。Petruncio et al.[12]对花旗松(Pseudotsugamenziesii)以及O’Hara et al.[13]对北美黄松(Pinusponderosa)研究发现，节子愈合时间随着死枝桩长度增长而增加。枝条直径、死枝桩长度、节子愈合期间树干直径生长速率均会影响节子愈合时间，改变节子变色长度[14-16]。目前，关于针叶树自然整枝条件下节子内部属性和分布的研究较多[7，17-20]，阔叶树节子特征的报道较少[4，21]，也鲜有关于节子属性、节子愈合过程及其变色特性之间关系的研究。

水曲柳(Fraxinusmandshurica)是我国东北地区珍贵用材树种，其木材坚硬致密，纹理美观，是工业和民用的高级用材。通常水曲柳林冠下死枝较多，容易形成死节。目前关于水曲柳节子愈合及其变色特性研究较少。本研究通过对自然整枝条件下形成的水曲柳节子进行解剖，探究水曲柳节子直径、死节半径等对其愈合时间与变色长度的影响规律，为培育水曲柳优质良材提供参考。

1 研究地概况

试验区设在黑龙江省佳木斯市孟家岗林场，地理坐标为130°32′42″～130°52′36″E，46°20′～46°30′50″N。该林场地处完达山西麓余脉，以低山丘陵为主，坡度较为平缓，平均海拔为250 m。该地区属东亚大陆性季风气候，春季少雨干旱；夏季温暖湿润，降雨较多；冬季寒冷干燥。年平均气温为2.7 ℃，年平均降水量约为550 mm，无霜期120 d左右。地带性土壤为暗棕壤，非地带性土壤有白浆土、草甸土等。

2 材料与方法

在孟家岗林场79林班，选择49年生的水曲柳和落叶松人工混交林，设置4块样地，每块样地面积0.15 hm2。混交林中水曲柳和落叶松比例约为1∶1，林分密度为1 110株·hm-2。其中水曲柳平均树高18.4 m、平均胸径15.29 cm、平均枝下高9.3 m，该林分一直未进行人工修枝。在每块样地中随机选取4株水曲柳优势木或亚优势木进行破坏性取样，共获取16株样木，所选样木的平均树高19.5 m、平均胸径15.84 cm、平均枝下高9.7 m。

对选取的16株水曲柳样木进行节子取样，取样前利用罗盘定下北向(N)，并从树干基部向上标出，测定节子方位角时，以此方向为0°。沿顺时针方向测量节子方位角，节子方位角分布0～360°。取样时将样木伐倒，测量每个节子的着生高度，从伐根到树冠基部每间隔1 m截成木段，每个木段中挑选含有节子的部分截取10～30 cm长的圆盘。节子位置由枝条被包藏后留在树干上的疤痕确定，每个圆盘中随机选取2个节子进行解剖，共获取372个节子。解剖时使用油锯沿树干和节子髓心方向纵向剖开，得到节子剖面(图1)，电刨打磨光滑后带回实验室。

节子剖面图(从Hein[4]中修改)：节子中灰色区域是死节，其余部分是活节。死节半径；活节半径；节子总半径；节子直径；∠FGC.节子着生角度；节子髓心；树干髓心；YB.节子形成年份；Y1.节子径向生长的最后1年；Y2.节子开始愈合的第1年；YD.节子死亡年份，YD=(Y1+Y2)/2；YO.节子完全愈合年份；节子变色长度；OT.节子愈合时间(YO-YD)。

利用20倍放大镜，根据Hein[4]提出的方法进行节子属性测量，测量指标包括：节子形成年份、死亡年份、完全愈合年份、节子着生角度、节子直径、活节半径、死节半径、节子总半径、节子变色长度、节子愈合时间(图1)，所测定的水曲柳节子基本特性见表1。

本研究使用SPSS22.0对数据进行统计分析；最小显著性差异法(LSD)进行多重比较，差异显著性水平α=0.05；Microsoft Office Excel 2010和Photoshop7.0软件制图、制表。

3 结果与分析

3.1 节子愈合时间与变色长度频率分布

水曲柳节子愈合时间为1～17 a，平均愈合时间约为6.7 a(表1)。愈合时间为7 a的节子，所占频率最高约为16.1%；节子愈合时间大于11 a和小于2 a时，所占频率明显降低，均不超过2.0%。大部分节子(约占91.1%)的愈合时间为3～11 a；约有5.9%节子的愈合时间超过了11 a；节子愈合时间低于3 a的节子所占频率不足3.0%(表2)。

水曲柳节子均出现了变色现象，平均变色长度约为30.93 mm(表1)。变色长度在20.01～40.00 mm的节子所占频率最高约为42.7%；节子变色长度超过40.00 mm时，所占频率随着节子变色长度的增长而逐渐减小。大部分节子(约占92.2%)的变色长度不超过60.00 mm；仅有不足3.0%的节子变色长度超过80.00 mm(表3)。

表1 水曲柳人工林节子属性统计

表2 水曲柳节子愈合时间频率分布

表3 水曲柳节子变色长度频率分布

3.2 节子愈合时间水平分布

水曲柳节子愈合时间在水平方向上的分布存在明显差异。位于东北方向的节子愈合时间最短，约为6.1 a；位于西南方向的节子愈合时间最长，约为7.3 a；位于东南和西北方向的节子愈合时间基本相同，分别约为6.6 a和6.8 a。与东北方向的节子愈合时间相比，东南、西南、西北方向的节子平均愈合时间分别增加了0.5、1.2、0.7 a，其中西南方向的节子愈合时间与东北方向达到显著差异(P<0.05)，东南、西北方向的节子愈合时间与东北方向节子愈合时间差异不显著(P>0.05)。

3.3 节子愈合时间与变色长度垂直分布

水曲柳节子愈合时间与变色长度随节子着生高度不同而发生改变。位于树干高度10.0 m以下的节子，愈合时间与变色长度总体上随节子着生高度增加而逐渐增长(P<0.05)。位于树干高度8.1～10.0 m的节子愈合时间最长，约为7.9 a，此时节子变色长度最大，约为34.57 mm；位于树干高度0.1～2.0 m的节子愈合时间最短，约为5.3 a，此时节子变色长度最小，约为25.64 mm。位于树干高度8.1～10.0 m的节子，愈合时间明显长于高度在6.0 m以下的节子(P<0.05)。节子着生高度低于2.0 m时，节子变色长度明显小于高度在6.0 m以上的节子(P<0.05)；节子着生高度高于2.0 m时，节子变色长度差异未达到显著水平(P>0.05)(表4)。

表4 水曲柳节子愈合时间、变色长度随节子着生高度变化的规律

3.4 节子直径对愈合时间与变色长度的影响

水曲柳节子直径对节子愈合时间、变色长度的影响规律相似，节子愈合时间、变色长度均随节子直径的增加而增大。节子直径低于5.00 mm时，节子平均愈合时间约为4.9 a，平均变色长度约为18.24 mm；节子直径在10.01～15.00 mm时，节子平均愈合时间约为7.7 a，节子平均变色长度约为26.13 mm；节子直径超过15.00 mm时，节子变色长度显著增大(P<0.05)；节子直径超过20.00 mm时，节子愈合时间明显增长(P<0.05，表5)。

表5 水曲柳节子愈合时间、变色长度与节子直径的关系

3.5 死节半径对节子愈合时间与变色长度的影响

水曲柳节子愈合时间与变色长度均随着死节半径的增加而增加，但二者的变化趋势不同。节子愈合时间随死节半径呈幂函数形式增加，节子变色长度随死节半径呈指数形式增加。死节半径低于20.00 mm时，节子愈合时间不超过7.3 a，节子变色长度不超过29.52 mm；死节半径为30.00 mm时，节子愈合时间约为10.4 a，节子变色长度约为51.31 mm；死节半径高于40.00 mm时，节子愈合时间大于13.2 a，节子变色长度大于89.21 mm。当死节半径扩大2倍，节子愈合时间增加近2倍，节子变色长度增加近3倍(图2)。

图2 水曲柳节子愈合时间、变色长度与死节半径的关系

3.6 节子愈合时间对变色长度的影响

水曲柳节子变色长度随着节子愈合时间的增加呈显著增大的趋势(P<0.05)。节子愈合时间为1～3 a时，节子变色长度最小，约为16.30 mm；愈合时间为4～6 a时，变色长度约为24.26 mm；愈合时间为7～9 a时，变色长度约为34.60 mm；愈合时间为10～12 a时，变色长度约为43.74 mm；愈合时间为13～15 a时，变色长度达到最大，约为62.09 mm；愈合时间为16～18 a时，变色长度略有减小，约为60.51 mm。当节子愈合时间低于15 a时，各时间段的节子变色长度均差异显著(P<0.05)。

4 结论与讨论

节子愈合时间决定了枝条暴露在空气中时间的长短，影响木材受到真菌侵染的程度[8]。本研究发现水曲柳节子的平均愈合时间约为6.7 a(表1)，略低于同属的欧洲白蜡(Fraxinusexcelsior)[3](约7.7 a)，但高于米老排(Mytilarialaosensis)[21](约4.6 a)和西南桦(Betulaalnoides)[5](约1.9 a)的节子平均愈合时间，说明水曲柳在自然整枝条件下节子愈合时间相对较长。节子愈合时间与树种生长特性密切相关，直径生长速率越快的树种，节子愈合时间越短[5，22]。光照会影响节子的空间分布[26-28]，水曲柳在西南方向的节子愈合时间明显长于东北方向的节子(P<0.05)。位于西南方向的枝条接收太阳有效辐射较多，提高叶片的净光合速率，促进枝条直径的生长，但增加了节子愈合的难度，延长节子愈合时间。随节子着生高度的增加，节子愈合时间与变色长度逐渐增加(P<0.05，表4)。这与米老排[21]的研究结果类似，原因是随着树干高度的增加，节子直径逐渐增大，节子愈合时间与变色长度也随之增加(表5)。本研究发现水曲柳节子愈合时间随着节子直径和死节半径的增加而增长(表5和图2)。对西南桦[5，22]、欧洲白蜡、欧亚槭(Acerpseudoplatanus)[3]等树种的研究也得到类似结果：树木节子直径越大，死枝桩长度越长，节子被树干包藏的难度增大，从而延长节子愈合时间。为减少节子愈合时间应尽量降低节子直径和死枝桩长度。

本研究中水曲柳节子均出现了变色现象，平均变色长度约为30.93 mm(表1)。与欧洲白蜡(平均变色长度约为37.20 mm)和欧亚槭(平均变色长度约为65.10 mm)[14]自然整枝条件下节子平均变色长度相比，水曲柳节子平均变色长度较短。水曲柳绝大多数节子(约占92.2%)的变色长度低于60.00 mm，仅有不足3.0%的节子变色长度超过了80.00 mm(表3)。由此说明，尽管水曲柳节子容易发生变色，但只有极少数节子会出现严重变色。水曲柳节子变色长度随着节子直径的增加而增大，当节子直径超过15.00 mm时，节子变色长度会随着节子直径的增加而明显增大(P<0.05，表5)。据Nicolscu et al.[24]、Wardlaw et al.[23]对欧洲白蜡和光亮桉(Eucalyptusnitens)的研究表明，在节子直径超过30.00 mm时，节子变色风险才显著增加。说明水曲柳节子随直径的增大更容易受真菌侵染而发生变色现象。节子变色程度与树木活力、自身的防腐能力有关，活力旺盛的树种防腐能力较强，节子发生变色的频率较低。树木节子直径越大，死节半径越大，越容易受到真菌侵染发生变色和病腐现象[3，5，25]。因此，减小节子直径有助于缩短死节半径和节子变色长度。

总之，水曲柳在自然整枝条件下节子愈合时间较长，极易受到真菌侵染而发生变色。节子直径和死节半径是决定节子变色程度的主要因素，当节子直径超过15.00 mm，死节半径超过30.00 mm时，节子变色长度均明显增加。因此，为了减少水曲柳节子变色现象发生，在水曲柳枝条直径达到15.00 mm时应及时进行修枝，去掉死亡的枝条，减小死节半径，从而降低木材变色风险。