早期采脂对马尾松生长和材性的影响

2022-12-03徐慧兰唐生森韦兵览韦树捌杨章旗

中南林业科技大学学报 2022年10期

徐慧兰，唐生森，韦兵览，韦树捌，杨章旗

（1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002；2.广西环江毛南族自治县华山林场，广西环江 547100）

马尾松Pinus massonianaLamb.是我国南方主要的造林和用材树种，在广西、广东、湖南、贵州、福建、浙江等全国16 个省（区、市）均有分布，占我国南方森林蓄积量的一半以上。马尾松生长迅速，松脂产量高，是南方山区林业经营的重要组成部分，也是林业的支柱产业之一。马尾松木材密度适中，在建筑、家具及包装材料等领域均有应用[1-4]。马尾松是传统的木结构用材之一，马尾松的强度等级是TC13-A，在针叶树中属于中等强度级别。同时，马尾松又是优良的纸浆和纤维板原料[5-6]。松脂是松类树种的萜类次生代谢物，主要含有松香、松节油和少量水分。松脂用途广泛，是重要的林产化工原料。我国松脂产量占全世界50%以上，马尾松松脂因其独特且不可替代的化学成分成为最有特色的产品。现我国木材供给全面转向人工林生产，人工林短期集约经营和木材的提质增效定向培育是缓解我国木材供需矛盾的重要举措。马尾松作为多用途用材林树种，提高马尾松林的经济效益、加速定向培育、充分开发其经济价值是马尾松人工林经营的重要发展方向。

采脂对林分生长和木材材性有一定的影响。大部分研究[7-10]显示接近成熟的林分年生长量已经趋于平缓，采脂对其生长产生的影响相对较小，而幼、中龄林处于生长旺盛期，生理代谢活跃，需要消耗大量有机物质，所以采脂对其生长影响极大。材性方面，采脂对成熟林的材性影响有限，甚至可提高如气干密度、顺纹抗压、抗弯强度和顺纹抗剪等部分材性[11]，也有研究表明，被采割松脂的木材力学性能除了冲击韧性降低外，其他性能略有提高[12]。采脂对材性的研究大多集中在中龄林以上的林分或成熟材，尚没有早期采脂对其材性的影响研究。马尾松作为速生树种，又经过世代改良，早期生长速度和生长量已经有很大的提高。在此前提下，了解马尾松早期采脂对其生长和材性的影响显得尤为重要。本研究通过不同树龄、不同径级连年采脂与未采脂对比试验，深入分析了早期采脂对马尾松生长和材性的影响，旨在为马尾松的科学经营、规范生产提供依据，丰富马尾松两用林培育技术体系。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在广西环江毛南族自治县华山林场，位于180°15′E、25°06′N，海拔高度为320 m，属中亚热带季风气候。年均气温为19.8℃，最高气温38.9℃，最低气温5.1℃，年降水量约1 400 mm，常年日照充足，热量充沛，干湿季节明显。地貌类型为低山丘陵，地土壤为红壤，土层厚100 cm，表土厚8 cm，母岩砂页岩，石含量20%。

1.2 试验设计

试验林于2005 年5 月造林，行间距2.0 m×2.0 m。试验设置了不同的起始采脂年龄。采脂起始年龄设置了8 年生采脂（2013 年开始持续采脂5 a）、9 年生采脂（2014 年开始持续采脂4 a）、11 年生采脂（2016 年开始持续采脂2 a）等3 个水平。选取奇数编号植株为采脂树，偶数编号植株为对照，样本量为120～130 株。割面负荷率控制在40%左右。采脂时间是每年5 月7 日—12 月10 日，每年采脂结束后测定各样地植株的生长情况。

1.3 试验方法

用直径12 mm 的生长锥在立木树高1.3 m 的北面位置（采脂对立面）钻取一根树皮至髓心的完整木芯，置于塑料管，密封，编号。采脂与未采脂立木根据不同径级共钻取30～40 个木芯。根据GB/T1930—2009[13]的方法，测定木材年轮宽度和晚材率。木材基本密度采用最大饱和含水量法测定。木芯以3 a 为一个单位进行分段，并对各个分段的木芯进行密度的测定。

2 结果与分析

2.1 采脂后胸径、树高、枝下高和冠幅的变化

图1～4 是连续5 a 和连续4 a 采脂与未采脂4 个生长指标连年生长量的比较。采脂与未采脂的胸径、冠幅、树高和枝下高的连年生长量均未达到差异显著水平。从图中可以看到，径级越大，连年生长量越高，胸径连年生长势在采脂后有一定程度的降低，冠幅、树高和枝下高未看出受采脂影响。连续采脂5 a 后22 径级以上胸径连年生长量在2015 年达到1.6 cm，此结果不排除测定不确定性。从图1 和图2 可以看出，连续采脂5 a 和4 a，采脂与未采脂之间的胸径连年生长量差异不大。径级是每个立木连年生长量差异的最直接原因。

图1 连续5 年采脂胸径连年生长量Fig.1 Annual increment of DBH with five years of consecutive tapping

图2 连续4 年采脂胸径连年生长量Fig.2 Annual increment of DBH with four years of consecutive tapping

t检验结果显示，采脂1 a 后采脂与未采脂胸径平均水平没有差异，连续采脂2 a 后，其胸径平均水平差异显著（P＜0.05），3 年后又显示差异不显著。研究显示马尾松采脂胸径最好是18 径级以上[8,10,14,15]。本研究生长数据显示，18 径级以上立木（起始采脂时）开始采脂后胸径的连年生长量无一负增长。16 径级以下立木（起始采脂时），连续采脂5 a 后负增长占32.1%，连续采脂4 a 后负增长占23.3%。

图3 连续5 年采脂树高、枝下高、冠幅连年生长量Fig.3 Annual increment of tree height,height under branches and crown width with five years of consecutive tapping

图4 连续4 年采脂树高、枝下高、冠幅连年生长量Fig.4 Annual increment of tree height，height under branches and crown width with four years of consecutive tapping

2.2 采脂对年轮宽度和晚材率的影响

图5 是年轮宽度与晚材率的比较。马尾松前5年是快速生长期，第6 年开始胸径生长量低于前5年。一直到第15 年，马尾松的年轮宽度始终保持在2 mm 以上，马尾松的晚材率均未超过50%，这也说明树龄15 a 的马尾松尚处于生长旺盛阶段。判断松树幼龄材和成熟材的最简单方法是晚材率的大小，即晚材率连续两年超过50%，可认为此松树进入成熟材的阶段[16-17]。开始采脂后，采脂反面年轮变宽，对应晚材率降低。采脂时间越长，年轮宽度和晚材率的变化越大。年轮宽度的这种变化证明了连年生长量的表现，同时看出马尾松受到采脂影响后自身恢复势积极影响生长的情况。采脂结束后年轮宽度和晚材率开始与未采脂趋于一致。

图5 不同采脂处理年轮宽度、晚材率比较Fig.5 Comparison of ring width and latewood ratio under different tapping treatments

2.3 采脂对木材密度的影响

图6～9 是采脂与未采脂不同径级基本密度径向比较。不同处理的密度在0.32～0.50 g·cm-3之间。可以看出，采脂导致径向密度的增长斜率有略微的降低，小径级密度稍大于大径级密度。统计结果显示采脂与未采脂之间的木材基本密度没有达到差异显著水平。比较了采脂与未采脂密度差异的绝对值，发现连续5 年采脂影响大于其他处理，大径级立木的密度受采脂影响大于小径级立木。

图6 16 径级以下不同采脂处理木材基本密度比较Fig.6 Comparison of wood basic density below 16 diameter class under different tapping treatments

图7 18～20 径级不同采脂处理木材基本密度比较Fig.7 Comparison of wood basic density of 18-20 diameter class under different tapping treatments

2.4 马尾松与湿地松比较

对马尾松（树龄8 a）与湿地松（树龄5 a）连续采脂5 a 的胸径连年生长量进行了对比[18-19]。试验设计除采脂起始树龄不同，种植时间、种植方式和割面负荷率等其他条件均相同。图10 是2种松树连年生长量的比较。图中可以看出采脂导致胸径连年生长量小于对照，也可以看出采脂时间越长，其影响越大。2 种松树的连年生长量有一定差异，这是由于2 种松树高速生长期不同，其次是湿地松起始采脂时其平均胸径是10 径级，所以连年生长量明显小于马尾松（平均胸径16径级）。

图8 22 径级以上不同采脂处理木材基本密度比较Fig.8 Comparison of wood basic density above 22 diameter class under different tapping treatments

图9 全径级不同采脂处理木材基本密度比较Fig.9 Comparison of wood basic density of all diameter class under different tapping treatments

图10 马尾松与湿地松连续5 年采脂胸径连年生长量比较Fig.10 DBH comparison of five-year consecutive tapping between masson pine and slash pine

图11 是木材基本密度比较。由于湿地松是2014（树龄9 a）年采的木芯，只有3 个年轮段的密度。2 种松树采脂后，密度都有一定程度的下降，范围在1%～4%之间，均未达到差异显著水平。相对于湿地松，马尾松的木芯密度受采脂影响较小，这可能与树龄、径级有关。

图11 马尾松与湿地松连续5 年采脂基本密度比较Fig.11 Basic density comparison of five-year consecutive tapping between masson pine and slash pine

对比了相同树龄、相同采脂年限的马尾松和湿地松的生长[18-19]。马尾松和湿地松共同采脂年份是2013 年和2014 年，即马尾松（8 a，平均胸径15.1 cm）连续5 年采脂前2 年和湿地松（8 a，平均胸径13.8 cm）连续2 年采脂。图12 是按照胸径升序排列的连年生长量比较。胸径越大，连年生长量越大，胸径越小负增长越多。湿地松未采脂连年生长量的趋势斜率略微大于采脂处理，但是平均生长量大小却小于采脂处理，这是由于起始采脂时决定采脂的立木平均胸径大于未采脂立木的缘故。2 种松树各自采脂与未采脂之间的连年生长量的斜率差异很小，但2 种松树连年生长量的斜率差异明显，说明树龄8 a 的马尾松生长明显快于湿地松，即2 种松树的生长速度不同。

图12 8 年生马尾松和湿地松连续2 年采脂胸径连年生长量比较Fig.12 Comparison of annual DBH increment of eight-year-old masson pine and slash pine after two-year consecutive tapping

3 讨论

本研究通过马尾松不同树龄、不同径级连年采脂与未采脂对比试验，深入分析了早期采脂对马尾松生长和材性的影响。采脂与未采脂胸径、冠幅、树高和枝下高的连年生长量均未达到差异显著水平。18 径级以上立木起始采脂后胸径的连年生长量全都是正增长。16 径级以下立木连年生长量有部分负增长。这表明起始采脂方案应与立木的胸径有关，与立木的树龄无关，这与其他研究结果一致[9-10,20-21]。t检验结果显示，采脂1 年后采脂与未采脂胸径平均水平没有差异，连续采脂2年后，其胸径平均水平差异显著（P＜0.05），3年后又显示差异不显著，表明割面负荷40%以下时，马尾松自身生长势受采脂影响有限，这与湿地松的研究结果一致[18]。树龄15 a 的马尾松尚处于生长旺盛阶段，其年轮宽度均在2 mm 以上，晚材率未超过50%。马尾松经采脂后年轮宽度变宽，对应晚材率也相应降低。这可能是由于采脂阻断了树干单侧养分运输，为了保障养分正常输送，可能刺激非采脂面的生长，以降低采脂对树干养分输送造成的影响。木材基本密度显示采脂与未采脂之间没有达到差异显著水平，仅导致径向密度的增长斜率有略微的降低。同时，大径级立木的密度受采脂影响大于小径级立木。这可能是由于小径级立木的生长缓慢，恢复生长势有限，其晚材率的相对变化较小导致。

对比了马尾松和湿地松采脂后的生长和材性变化，由于2 种松树的快速生长期不同，胸径连年生长量差异显著，马尾松在8 a 时生长速度快于湿地松。采脂后密度都有一定程度的下降。湿地松降幅稍大于马尾松。马尾松和湿地松采脂后的生长量遵循胸径越大，连年生长量越大，胸径越小负增长越多的规律。2 种松树采脂试验共同结论是采脂后松树的自身恢复势大于采脂导致的胸径损失，采脂与未采脂之间的木材基本密度最大差异小于4%。然而，马尾松连续3 年采脂试验的缺失使数据和结果具有一定的缺陷性。同时，2 种松树没能同步进行试验，其对比只能是相对结果。今后的研究除了上述几个指标的基础上还要测定其他材性指标，同时把连续割脂的时间进一步拉长，观察多长时间的连续采脂可以确保松脂收益的同时把材性和生长损失降到最低。