研究人工林木材性质与营林培育的关系, 可以探明不同遗传结构、立地条件和栽培措施对木材性质影响的规律, 有助于研究和制订最佳林木选育措施和栽培技术, 使人工林真正达到速生、丰产、优质和多用途指标的统一, 以满足国民经济各部门对木材质量越来越高的要求(成俊卿, 1985; 鲍甫成等, 1996; Panshin et al., 1980)。目前, 这方面的研究越来越受到国内外林木培育和木材科学工作者的广泛重视, 每年都有大量文章发表, 但这方面研究往往是单一培育措施对某树种木材材性的影响, 而对木材材性与多种林木培育措施之间的关系研究得较少。为此, 本文以长江滩地3种滩地条件、3种栽植密度下的3个品系[欧美杨无性系72杨(Populus ×euramericana cv.Ⅰ-72/58), 美洲黑杨物性系63杨(P.deltoides cv. Ⅰ-63/51)、69杨(P.deltoides cv.Ⅰ-69/55), 以下简称72杨、63杨、69杨]速生杨树为研究对象, 在研究长江滩地人工林杨树木材性质及其变异规律的基础上, 将材性与营林培育结合起来深入探讨长江滩地人工林杨树木材性质与培育的关系, 旨在为长江滩地人工林杨树的定向培育提供理论先导和科学依据, 同时, 为深入开展人工林材性与培育及利用关系研究摸索经验, 探索方法。

1 材料和方法 1.1 试材采集

本文所用的试材分别来3个杨树品系[欧美杨无性系72杨(Populus ×euramerica cv.Ⅰ-72/58), 美洲黑杨无性系63杨(P.deltoides cv.Ⅰ-63/51)和69杨(P.deltoides cv.Ⅰ-69/55)], 3种滩地类型(江滩、洲滩、湖滩), 3种栽植密度(3m ×4m, 4m ×5m, 5m×6m)下的28株杨树, 其生长情况和立地条件同作者前一文(鲍甫成等, 1998)。试材采集方法按照国家标准GB1927-1946-91《物理力学性质实验方法》进行。每个品系(72、63、69杨)、每种滩地类型分别采集3株, 每株取5 cm厚胸高圆盘一个和胸高处1 m长(0.3 m~1.3 m)和2 m长(1.3 m~3.3 m)试材2段。对于湖北黄洲江滩样地上生长的速生杨树每个品系(72、63、69杨)又分3种栽植密度(3m×4m, 4m ×5m, 5m ×6m)来采集, 每个品系每种栽植密度分别按上述方法采集试材1株, 同时选择另外2株采集胸高(1.3 m)处生长锥试样用于解剖特征的测定和分析。

1.2 试材加工

每个5 cm厚圆盘先沿南北方向通过髓心截取宽2 cm试条, 每个试条再锯成宽2 cm, 高1.5 cm 3部分。其中第1部分用于木材解剖性质研究及微纤丝角, 组织比量, 胞壁厚度, 胞壁率, 胞腔直径, 导管分布频率和导管弦向直径的测定; 第2部分用于测定纤维长度、宽度, 导管长度; 第3部分用于年轮宽度和微密度测定用试样。解剖性质的取样方法是自髓心向外在偶数年轮取样。每株所取2 m段试材供加工物理、力学性质试样用, 其解剖测定试样的切取分配和物理力学试样锯解的详细情况见作者前一文(鲍甫成等, 1998)。

1.3 试验方法

组织比量的测定采用常规法制片(生长锥试条采用蜡包埋法切片), 在Quantimet-570图像处理系统进行测量和数据处理; 纤维长度和宽度用常规法离析后在光电图影仪下, (400 ×)测定; 微纤丝角采用弦面薄片在偏光显微镜下测定。物理性质中的年轮宽度在圆盘上测量; 气干密度、全干密度、基本密度指标和干缩性质在同一个试样上测定。力学性质按国家标准GB1927-43-91物理力学性质试验方法测定。

1.4 数据处理方法

采用EXCEL软件对各种培育措施下的各种材性指标之间的差异进行统计分析和方差分析(翁东风, 1996)。

2 结果与讨论 2.1 人工林杨树木材性质与品系之间的关系 2.1.1 人工林杨树木材主要解剖特征与品系之间的关系

解剖特征主要包括:纤维形态特征, 微纤丝角和组织比量。这里选取纤维长度, 微纤丝角和组织比量等指标来进行分析。长江滩地不同品系72、63、69杨主要解剖特征如表 1所示。从表 1可以看出:安徽新洲洲滩上生长的63杨纤维长度最长(1361.2 μm), 72杨纤维长度次之(1297.3 μm), 69杨纤维长度最短(1251.1 μm), 63杨微纤丝角也是最小(9.2°), 导管比量最大(34.3%), 比69杨(31.5%)大8.2%比72杨(32.6%)大4.9%, 而纤维比量、木射线比量皆为最小, 分别为54.7%、10.9%, 比69杨分别小1.4%、1.9%。从湖北黄洲江滩上生长的速生杨树来看, 63杨纤维长度最长(1138.5 μm), 69杨(1091.5 μm)和72杨(1072.4 μm)次之。就微纤丝角而言, 63杨(10.6°)小于72杨(10.7°)和69杨(11.8°); 从组织比量来看, 63杨纤维比量最大(62.2%), 导管比量(24.6%)和木射线比量(11.1%)较小。湖南沅江湖滩上生长的72杨纤维长度最长(1272.9 μm), 69杨(1174.9 μm)和63杨(1171.0 μm)次之。72杨微纤丝角最小, 导管比量最大; 69杨与63杨相比, 微纤丝角度小(9.9° < 10.3°), 纤维比量大(60.1%>58.7%), 导管比量最小(27.4% < 28.3%)。因此, 从本研究来看, 72、63、69杨主要解剖特征之间存在着较大差异, 安徽新洲洲滩和湖北黄洲江滩上生长的63杨, 湖南沅江湖滩上生长的72杨纤维长度最长, 微纤丝角最小, 导管比量最大, 方差分析结果(表 2)表明安徽新洲洲滩上3个品系杨树唯微纤丝角差异显著(5%检验水平), 湖南沅江湖滩上生长的72、63、69杨之间导管比量、木射线比量在5%检验水平下差异显著。

2.1.2 人工林杨树木材主要物理力学与品系之间的关系

物理力学性质是木材加工利用的主要依据(成俊卿等, 1985), 其包括的指标很多, 这时主要选择年轮宽度、基本密度、木材全干缩率、抗弯弹性模量、抗弯强度来进行分析, 由表 1可知, 安徽新洲洲滩上生长的速生杨树的物理力学性质差异情况是:年轮宽度72杨大于63杨, 63杨大于69杨(11.3 cm >10.9 cm>10.3 cm), 72杨年轮宽度比69杨大1.7%, 比63杨大8.5%, 基本密度的变化情况是:63杨比72杨大7.6%, 比69杨大10.8%, 抗弯强度和抗弯弹性模量均是63杨大于69杨, 69杨又大于72杨。全干干缩率均是63杨大于69杨, 69杨又大于72杨。用同样的方法来分析湖北黄洲江滩和湖南沅江湖滩上生长的72杨、63杨、69杨也可以得出上述类似结论, 即抗弯强度和基本密度都是69杨大于63杨, 63杨又大于72杨, 但径向、弦向和体积全干缩率差异较大, 规律不明显。72、63、69杨不同品系物理力学性质方差分析(表 2)表明:安徽新洲洲滩上生长的72、63、69杨之间的抗弯弹性模量, 径向、体积全干缩率差异均极显著(0.1%水平), 抗弯强度差异均显著(1%水平), 基本密度, 弦向全干缩率差异均显著(5%水平); 在湖北黄洲江滩上生长的72、63、69杨之间的抗弯弹性模量, 基本密度以及弦向和体积全干缩率差异均极显著(0.1%水平), 抗弯强度在5%水平下差异显著; 在湖南沅江湖滩上生长的72、63、69杨之间的抗弯强度差异极显著(0.1%水平), 抗弯弹性模量, 弦向全干缩率差异均显著(1%水平), 基本密度, 弦向和体积全干缩率在5%水平下差异均达显著。

综上所述, 品系对滩地杨树木材材性有较大的影响。安徽新洲洲滩和湖北黄洲江滩上生长的63杨, 湖南沅江湖滩上生长72杨纤维长度最长, 微纤丝角最小, 导管比量最大, 方差分析表明:72、63、69杨微纤丝角和主要物理力学性质差异均达显著和极显著。

2.2 人工林杨树木材性质与滩地类型之间的关系 2.2.1 人工林杨树木材主要解剖特征与滩地类型之间的关系

不同滩地类型下72、63、69杨解剖特征统计结果(表 1)表明:72杨、63杨、69杨纤维长度最大值和微纤丝角最小值均出现在洲滩上; 3个品系杨树、纤维比量和木射线比量最小值也出现在洲滩上, 纤维比量最大值出现在江滩上, 木射线比量最大值出现在湖滩上, 而导管比量与纤维比量变化正好相反。72、63、69杨不同滩地类型下主要解剖特征的方差分析(表 3)表明:72杨微纤丝角, 导管比量, 纤维比量和木射线比量在3种滩地类型下, 差异均不显著。说明72杨材性较为稳定, 不易受滩地环境条件影响; 63杨和69杨微纤丝角在不同滩地条件下差异均达显著(5%水平)。说明63杨、69杨微纤丝角受滩地环境影响较大。

2.2.2 人工林杨树木材主要物理力学性质与滩地类型之间的关系

由表 1可知63杨抗弯强度和基本密度均是洲滩大于江滩, 江滩大于湖滩。对于干缩性质来讲, 63杨最大值也是出现在洲滩上, 但最小值出现在江滩上。如洲滩上63杨径向、弦向和体积全干缩率分别比江滩上大26.3%、18.1%、19.9%;比湖滩上大21.4%、11.3%、11.4%。洲滩上生长的63杨密度大, 抗弯强度大, 但干缩率也较大, 江滩上63杨木材密度和抗弯强度中等, 但干缩率较小。说明江滩上生长的63杨物理力学性质最优; 对69杨来说, 湖滩上生长的69杨抗弯强度和抗弯弹性模量最大, 木材密度中等, 干缩率最小, 因而湖滩上生长的69杨物理力学性质最好; 对72杨而言, 生长在湖滩上的72杨干缩性质最小, 抗弯强度最大, 生长在湖滩上的72杨木材密度和抗弯弹性模量最大, 但抗弯强度和干缩性质中等。因而江滩上生长的72杨物理力学性质较好。

72、63、69杨在3种滩地类型条件下物理力学性质方差分析(表 3)表明:72杨抗弯弹性模量差异极显著(0.1%水平), 径向全干缩率在1%水平上差异显著, 基本密度和弦向全干缩率在5%检验水平上差异显著; 63杨体积全干缩率差异极显著(0.1%水平), 弦向全干缩率在1%水平上差异显著, 径向全干缩率在5%水平上差异显著; 69杨唯抗弯强度和基本密度分别在0.1%和5%水平下差异显著。由此可以看出:69杨在不同滩地条件下干缩性质较为稳定(差异不显著), 但基本密度和抗弯强度差异显著; 63杨在不同滩地条件下基本密度和抗弯强度、抗弯弹性模量差异不显著, 唯全干缩率(轴向、径向、弦向和体积)均显著, 说明63杨木材干缩性质受不同滩地条件影响较大, 72杨则介于两者之间, 干缩性质和力学性质都有部分指标差异显著, 说明72杨物理力学性质相对比较稳定, 受环境条件影响较小。

综上所述, 滩地类型对72、63、69杨木材材性都有或大或小的差异。方差分析表明:63杨、69杨微纤丝角、基本密度、抗弯强度和干缩率差异显著, 说明72杨受滩地类型影响较小, 而63杨和69杨受滩地类型影响较大。

2.3 人工林杨树木材性质与栽植密度之间的关系 2.3.1 人工林杨树木材主要解剖特征与栽植密度之间的关系

由表 4可知:不同栽植密度下72、63、69杨主要解剖特征都有差异。就72杨来讲, 栽植密度越大, 纤维长度越小。其中栽植密度为3m ×4m的72杨纤维长度比栽植密度为5m ×6m的72杨要长7.9%, 63、69杨也有相似的结论。72、63杨微纤丝角最小值出现在4m ×5m的栽植密度上, 69杨则出现在3m ×4m的栽植密度上。这说明栽植密度较小, 微纤丝角度也较小; 72杨导管比量随着栽植密度的增大而增大, 而纤维比量和木射线比量则相反; 69杨纤维比量随着栽植密度的增大而增大, 而导管比量随栽植密度的变化规律与纤维比量变化相反。木射线比量最大值出现在3m ×4m的栽植密度上。方差分析表明(表 5):除72杨微纤丝角和木射线比量在3种栽植密度下差异显著(1%水平)外, 其它指标均未达到显著水平。

2.3.2 人工林杨树木材主要物理力学性质与栽植密度之间的关系

不同栽植密度下72、63、69杨物理力学统计结果(表 4)表明:63杨年轮宽度最大值出现在最大栽植密度(5m ×6m)上, 但72杨和69杨年轮宽度最大值则出现在中等栽植密度(4m ×5m)上, 原因可能与试材采集样地的环境差异有关, 另一方面也说明只要栽植密度适宜, 树木生长速度(年轮宽度)可能达到最大, 并非栽植密度越大越好。72杨基本密度是随着栽植密度的增大而减小, 如72杨在栽植密度为3m ×4m条件下的基本密度比其在栽植密度为4m×5m和5m ×6m条件下的基本密度大4.7 %、9.5 %。69杨基本密度的最大值出现在栽植密度5m ×6m条件下, 最小值出现在栽植密度为4m ×5m条件下。72杨、63杨和69杨干缩性质变化规律不明显; 72、63、69杨抗弯强度的最小值出现在栽植密度为4m ×5m条件, 而最大值出现在栽植密度为3m ×4m条件下。这说明栽植密度越小, 树木生长越慢, 力学性质指标相应较好, 而栽植密度越大, 并非力学性质最差。方差分析(表 5)表明:72杨的抗弯弹性模量和基本密度在不同栽植密度下差异显著和极显著(1 %和0.1 %水平); 69杨抗弯强度, 基本密度, 弦向和体积全干干缩率在1 %水平均达显著。

综上所述, 栽植密度对72、63、69杨木材材性的影响因材性指标的不同而不同。对72、63、69杨来讲, 栽植密度越大, 纤维长度越小, 微纤丝角变大, 导管比量增大, 木纤维、木射线都减小; 基本密度、抗弯弹性模量和抗弯强度越小。方差分析表明, 72杨和69杨受栽植密度影响较大, 63杨受影响较小。

3 结论

品系对滩地杨树木材材性有较大的影响。安徽新洲洲滩和湖北黄洲江滩上生长的63杨, 湖南沅江湖滩上生长的72杨纤维长度最长, 微纤丝角最小, 导管比量最大, 方差分析表明:72、63、69杨微纤丝角和主要物理力学性质差异均达显著和极显著。

滩地类型对72、63、69杨木材材性都有或大或小的差异。方差分析表明:63杨、69杨微纤丝角、基本密度、抗弯强度和干缩率差异显著, 说明63杨和69杨受滩地类型影响较大。

栽植密度对72、69杨木材材性的影响因材性指标的不同而不同。对72、63、69杨来讲, 栽植密度越大, 微纤丝角、导管比量增大, 纤维长度、木纤维比量、木射线比量都减小, 基本密度、抗弯弹性模量和抗弯强度也越小。方差分析表明, 72杨和69杨受栽植密度影响较大, 63杨受栽植密度影响较小。