马尾松(Pinus massoniana)是我国南方分布最广的工业用材树种, 它因具有适应性强、速生、丰产, 全树综合利用率高等优良特性而成为我国南方山区造林的首选树种。木材材性是连结森林培育和森林利用方向的纽带, 它直接影响木材加工利用方向, 因此国内外学者对木材性质进行了研究(成俊卿, 1983; 鲍甫成等, 1998), 但对于马尾松木材性质的研究多见于天然林, 而人工林马尾松木材性质的研究刚刚起步(鲍甫成, 1992; 刘盛全等, 1998), 特别是造林密度对马尾松材性的影响未见报道。随着人工林定向培育方针的实施, 研究营林措施与木材性质的关系, 渐成为国内外科学工作者关注的热点。针对以往研究中存在的不足, 本文进行了5种不同造林密度对马尾松木材性质影响的研究, 目的是为培育马尾松优质高效用材林和特用林确定营林措施提供科学依据。

1 材料和方法 1.1 试验材料

试材采自贵州省龙里林场15 a生马尾松造林密度试验林。该试验设5个处理试验区, 即1 111株· hm^-2, 2 500株·hm^-2, 4 444株·hm^-2, 10 000株·hm^-2, 20 408株·hm^-2, 分别以A、B、C、D、E表示。三次重复, 各试验地立地指数为16。在每个小区各取一株平均木(共14株)作为样木, 伐倒后每一样木取厚度为5cm的胸径盘供生长轮特性和解剖特性分析用, 同时各样木分别按3:4:5(上部:中部:下部)截取木段, 混合制样供木材基本密度测试用。A、B、C、D、E各处理试验区平均树高分别为8.66 m、9.62 m、9.37 m、10.18 m、10.01 m, 平均胸径是11.58 cm、11.61 cm、9.22 cm、8.45 cm、7.47 cm。

1.2 试验方法 1.2.1 木材基本密度

木材基本密度按AS1301.IS -79标准¹⁾测定, 采用排水法测定体积。

1) 木材基本密度是根据林业部“九五”国家科技攻关“优质工业用材林培育与高效利用技术”项目简讯(总第三期, 1997)中, “优质纸浆纤维用材林定向培育和高效利用技术”课题专家组扩大会议通过的“纸浆材课题关于纸浆材造纸适应性评价主要指标要求”采用了AS1301.IS-79标准。

1.2.2 木材构造

将胸径圆盘刨光沿南北方向划一直线逐年测定生长轮宽度, 计算南北向平均值和晚材率。后沿南北向截取2cm宽, 由髓心向北隔年轮取样, 将样品切片并测定管胞列数, 分别测定早、晚材和径向、弦向管胞直径, 胞腔直径(简称腔径)和胞壁厚度(简称壁厚)各30次。另外, 按照Franklin法离析试样, 与样品切片相对, 分别测定早、晚材管胞长度30次。根据称量法测定管胞、树脂道和木射线的组织比量。

2 结果分析 2.1 木材基本密度

经统计分析, 不同造林密度的木材基本密度虽未达到统计学的差异显著水平, 但却具有明显的规律性(表 1)。随着造林密度加大, 木材基本密度也增加, 但到一定造林密度后木材基本密度反而有所下降。此特点与其它针叶材相似(Panshin, 1980; Cownd, 1981)。

2.2 生长轮宽度和晚材率

造林密度对生长轮宽度影响极显著, 对晚材率的影响显著(表 1)。生长轮宽度与造林密度呈负相关关系, 与许多学者对其它树种的研究结果一致(Zobel, 1989; 方文彬, 1997)。而晚材率则基本呈正相关关系。

不同造林密度马尾松逐年生长轮宽度的变化过程见图 1。此图反映了不同造林密度在不同树龄时期生长轮宽度变化, 又表现了各个树龄阶段不同造林密度树木生长轮宽度差异程度的不同。造林密度对马尾松生长轮宽度的影响在其树木生长过程中具有明显的规律性。随着树龄的增大, 马尾松生长轮逐年增宽, 最晚到达9 a时生长轮宽度达到最大。在此以前造林密度对生长轮宽度无影响。从第9 a开始造林密度的影响明显增强, 到15 a时马尾松生长轮趋于稳定。随树龄增长生长轮宽度具增加─降低─平稳的规律。但不同造林密度随树龄增长其生长轮宽度变化程度不同, A、B、C、D、E五种造林密度马尾松生长轮宽度径向变异F值分别为2.15、7.15、5.92、3.04、2.87, 其中B、C造林密度生长轮宽度变化达显著水平, 而较低或较高的造林密度, 即A、D、E造林密度变化不显著。

不同造林密度生长轮宽度最大值出现的树龄不一致, 此反映树木直径生长速率受造林密度的影响。造林密度大马尾松生长轮宽度最大值出现早, 造林密度小生长轮宽度最大值出现较晚。即造林密度增大使树木生长高峰提前, 直径生长减小。

造林密度对晚材率的影响与树龄关系密切, 不同造林密度晚材率径向变异差异不显著(图 1), 但幼龄后期约9 a, 即林分郁闭以后造林密度的影响开始显现, 造林密度大的林分木材晚材率较大。图 1表明晚材率随树龄增大逐渐增加, 但不同造林密度木材晚材率径向变异程度不同。D造林密度晚材率径向变异甚至达到统计学的差异显著水平(F值3.73)。

不同造林密度生长轮宽度、晚材率和木材基本密度变化说明, B造林密度的生长轮宽度和晚材率较大, 具一定的木材基本密度; C、D造林密度的木材基本密度较大, 达到了生产纸浆的要求。因此, B造林密度可用于培育大径材, 如建筑材等; C、D造林密度可用于培育纤维用材, 如纸浆材等。造林密度小的林分比造林密度大的林分木材成熟期稍晚。所以建筑材林轮伐期应比纸浆材林长一些。

2.3 解剖特性 2.3.1 管胞形态

不同造林密度马尾松木材管胞总体平均指标(即各年综合平均值)差异不大(表 2), 差异均不显著, 但管胞壁厚与壁腔比, 随造林密度增大有所增加。管胞长度径向变异受造林密度影响。表 3和图 2表明同一处理的管胞长度随着树龄增加长度增加的趋势相同, 但造林密度不同其差异显著程度不同。表 3方差分析表明, A、B、C、D、E五种造林密度, 管胞长度径向变异F值分别为0.311、5.244、5.001、6.165、6.087, 说明较低的造林密度管胞长度随树龄增长而增长未达到显著水平。较高的造林密度如B、C、D、E各生长轮管胞长度逐年显著增长, 15 a时达到最大。

造纸用材适宜的管胞形态是:管胞长, 尤其是长宽比大, 管胞壁薄, 腔大, 即壁腔比小(≤1)。表 3表明, 各种造林密度的马尾松, 15 a时管胞平均长度3.024 ~ 3.220mm, 长宽比84 ~ 95, 壁腔比0.36 ~ 0.45 ≤ 1。不同造林密度管胞形态虽然差异不显著, 但通过综合比较可以认为, 培育纸浆林较为合适的造林密度是C。

2.3.2 管胞列数和组织比量

不同造林密度对马尾松管胞列数有显著影响。造林密度大则管胞列数少(表 4), 恰与造林密度和生长轮宽度的关系相呼应, 其影响程度与马尾松树龄关系密切。造林密度对马尾松管胞列数的影响在幼龄前期最显著(图 3)。随着树龄的增大其影响程度减弱。另外不同树龄, 即各生长轮管胞列数差异亦显著。树龄小管胞列数多, 11 a以后管胞列数急剧减少。不同造林密度组织比量差异不大。

3 结果与讨论

通过研究5种不同造林密度15 a生马尾松木材基本密度、生长轮特性和解剖特性, 证明造林密度影响马尾松木材性质。密度对生长轮宽度、晚材率和管胞列数影响较大, 经方差分析达显著或极显著水平。A、B、C、D、E五种造林密度马尾松生长轮分别为4.81 mm、3.81mm、3.01mm、3.00 mm、2.50 mm, 即造林密度越大则年轮宽度越窄, 其中A比E造林密度生长轮宽60 %。对木材基本密度的影响虽未达到统计上的显著水平, 但不同造林密度马尾松木材基本密度具明显的规律性, 即造林密度大则木材基本密度亦大, 但造林密度过大反而下降。组织比量不管是树脂道比量、射线比量还是管胞比量几乎不受造林密度影响。

造林密度对马尾松木材性质的影响与树木树龄有关。对于生长轮宽度和晚材率, 造林密度影响是在幼龄期稍后几年, 即约9 a时林分郁闭后开始出现, 而对于管胞列数的影响则是在幼龄期最初几年。

对于管胞形态, 各种造林密度各生长轮变化(径向变异)符合一般规律(鲍甫成等, 1998)。造林密度对管胞形态的影响不显著, 除管胞长度和壁厚及壁腔比以外无明显规律。管胞长度径向变异程度受造林密度影响。在较低的造林密度条件下径向变化规律不显著, 较高的造林密度下管胞长度径向变异程度显著增大。造林密度对管胞壁厚和壁腔比的影响虽未达到统计学的显著水平, 但具有一定的规律性, 造林密度大, 壁厚和壁腔比较大, 但达到E造林密度时又有所下降。

综上所述, 造林密度对马尾松木材性质的影响一方面受树龄制约, 另一方面又影响木材性质随树龄变化规律的显著程度。本文在前人研究的基础上, 将造林密度与树木生长过程(即年轮径向变异)结合起来, 发现生长轮宽度和管胞形态等材性径向变异规律虽然与许多学者研究结果一致, 但造林密度不同其径向变异程度不同。造林密度较低或较高生长轮宽度径向变异不显著, 中等造林密度其径向变异显著。