大叶相思(Acacia auriculiformis), 又称垂耳相思, 原产澳大利亚, 是含羞草科相思属速生常绿乔木。我国20世纪60年代初引种, 多年来对大叶相思人工林栽培技术、更新、采伐方式进行了较多研究(翁启杰等, 1993; 黄世能, 1994; 1995), 目前大叶相思已成为我国南方地区荒山绿化、水土保持和作薪炭材的主要树种之一。迄今为止, 广东、广西、海南、福建等省(区)造林面积远超7.0×10⁴ hm²。但对大叶相思的综合利用研究报道较少, 特别是对大叶相思的多糖、单宁、氮、磷、钙等营养元素的利用研究迄今未见详文报道。本文通过连续7 a (1987~1994)对同林龄不同林分大叶相思林进行生长量调查、木材理化性质测定和相关部位利用的研究, 并以各产品所产生的经济效益为依据, 进行利用方式组合的比较研究, 旨在为合理利用大叶相思人工林提供依据。

1 材料与方法 1.1 试验设计与试样采集

试验地设在福建省平和县西林村(A)、五寨乡林业站(B)两块林分起源、经营措施、立地条件相近的3 a生大叶相思纯林地上, 各样地面积约为0.08 hm², 林分密度2 000~2 500株·hm^-2。用平分法进行分组试验, 方案如图 1所示。图中A₁、B₁为伐桩萌芽更新试验组, A₂、B₂为原生林试验组, A_1-1、B_1-1为3 a生萌生林放养紫胶虫试验组(简称挂胶), A_2-1、B_2-1为3 a生实生林挂胶试验组。A_1-2、B_1-2、A_2-2、B_2-2分别为相应对照组。采用序列统计插孔刀切法(黄世能, 1990)测定各林分试验地生物量并确定样株, 然后从伐倒样木胸径以上截取5 cm厚的圆盘和2 m长的木段各两段作为试材。

1.2 试验方法 1.2.1 伐桩萌芽更新试验

取3 a生样地做伐桩更新试验(翁启杰, 1993), 将A₁、B₁试验地的3 a生大叶相思树皆伐, 留伐根高40 cm, 伐后一周开始观测每个伐桩的萌芽率和萌芽条数, 直至确认伐桩不再萌芽或枯死为止(约40 d), 伐后每年4月观测每个萌条的直径、高和保存条数, 连续3 a, 采用双重回归分析法测定, 在双重抽样的第二重中, 应用系列统计和插孔刀切数据分析法得各林分单株平均生物量估计值(黄世能, 1990), 然后再乘以各林分总株(条)数, 得同期不同林分总产量。

1.2.2 试材材性、纤维形态及化学组成分析

将所取试材(树皮, 木质部)分别切片, 用四分法取样粉碎, 按国标测定各试样的化学组成(轻工业标准编委会, 1990), 单宁按GB2615-81测定, 全氮测定用凯氏法, 纤维形态测定按标准方法进行(屈维均, 1992), 木材基本密度按GB/T1993-91规定测定。

1.2.3 紫胶虫放养比较试验

试验分两批进行, 第1批(1987-05-18~1987-11-18)在A_2-1、B_2-1试验地进行。为使寄主树保持旺盛长势, 试验采用分株分行轮放方式。首先调查样地样株的有效枝条长度, 接着对样株编号登记, 修剪枯枝、病虫枝和1 cm以下的枝条。选用福建省南靖县南岭黄檀一级种胶取虫, 用直接放紫胶虫上树的放养方法, 选择晴暖天气的上午或中午, 在寄主树有效枝条处贴上装有紫胶虫的小纸袋(25 g装), 开启袋口放虫, 约3 h袋中紫胶虫即可全部上树固定。观察并按要求控制固虫量。第2批在截杆萌芽3 a后的A_1-1、B_1-1试验地进行, 方法如前。分别记录试验地各世代胶被长度及厚度、固虫率、鲜原胶产量和质量。

1.2.4 大叶相思树皮栲胶的提炼和性能测定

将采集的树皮(挂胶与未挂胶的)风干、粉碎, 取粒径0.5~2.0 cm的试样置入自制浸提罐内, 采用常压间歇式六罐组方式浸提。浸提条件:首罐85℃, 尾罐98℃, 出液系数400, 每1 h转液1次。浸提毕, 浸提液经澄清、过滤、浓缩、干燥得栲胶产品。按GB2615-81标准分析产品质量。以猪裸皮重的60%计量称取栲胶产品, 在实验室硬塑转鼓中以47.5 r·min^-1的转速进行小型鞣革试验, 并与国产木麻黄栲胶在相同条件下作对照比较, 记录鞣透时间。鞣透的皮经退鞣、漂洗、晾干等处理得成品猪底革。按QB180-62标准检测各成品革的理化性能。

1.2.5 大叶相思材硫酸盐法(KP法)制浆造纸试验

取去皮木段试样, 制KP浆, 然后将浆料充分洗涤、筛选, 测细浆得率、纸浆硬度、残碱量(屈维均, 1992)。用23 L仿Valley实验室打浆机, 打浆至45°SR, 在ZQJ-A型纸样抄取器上, 抄造60 g·m^-2的纸片, 按轻工业部颁发的标准测定纸片物理强度。用坐标综合评定法(龚木荣等, 1998)对不同林龄、不同林分大叶相思材的制浆性能进行综合评价。

1.2.6 食用菌栽培试验

参照林秀兰(1991)的试验方法, 取挂胶与未挂胶的大叶相思枝丫材(大头直径≤3 cm), 经切片、粉碎(粒径1.5~2.0 mm), 然后根据试样的营养组成(N/C), 添加食糖、硫酸镁、磷酸二氢钾调整培养料配比得试验组A, 并以木屑常规配方配制CK对照组, 按常规制作培养基各200袋, 常压灭菌(100℃, 8 h), 接种培养, 待各菌丝长满袋后再移栽培室栽培管理。待子实体成熟后, 按不同菌种采收计产, 并以生物效率(表示每100 kg培养料产1 kg鲜菇的比率)来评价培养料的使用价值。供试菌种:香菇Cr04、毛木耳781、金针菇8123等均由福建省三明市真菌研究所提供。

2 结果与分析 2.1 同树龄不同林分材积与生物量

统计结果, A₁、B₁试验地平均萌芽率达90.7%, 平均每桩萌条9根以上, 考虑萌芽后既要有利于林分生长, 又能有利于综合利用, 故萌芽1 a后定株, 即平均每桩保存3条。同林龄不同林分材积与生物量测定结果见表 1。从表 1可见萌芽更新林分材积和生物量比实生林分分别提高14.8%和43.9%, 证实大叶相思人工林萌芽力强, 且萌芽更新后形成次生林的幼树具有早期速生的特点(孙时轩等, 1992), 同时也表明3 a生大叶相思人工林以萌生林经营方式, 萌芽更新后可明显提高林分总产量。

2.2 试材材性、纤维形态及化学组成分析结果

试材材性、纤维形态和不同部位化学组成的测定结果见表 2、表 3。从表 2可见, 不同林分材性变化甚微, 试材基本密度均≤0.6g·cm^-3, 处于专用商品制浆材范畴之内。纤维细胞壁较薄(2.61~2.97 μm), 胞腔直径较大(8.80~10.24 μm), 壁腔比 < 1, 纤维柔性系数在75~50范围内, 纤维柔软性好, 有利于打浆和浆张强度, 纤维长度比较大, 对纤维的交织有利, 有较好的结合面积(龚木荣, 1998), 可见, 大叶相思材是一种有发展前途的制浆造纸原料。

从表 3可见, 木材与树皮的化学组成与林分无关而与林龄有关系, 木材化学组成除戊聚糖、全氮之外其余项目均随林龄增加而增加。挂胶与否对不同林分木材化学组成几乎不影响而对树皮有影响。挂胶后树皮的化学组成除苯-醇抽出物有所增加, 其余均略有下降。初步分析, 很可能是紫胶虫在吮吸寄主树皮中的营养汁液时将分泌的果胶、树脂、蜡和色素残留在树干表皮所致。但不论挂胶与否, 树皮含单宁量均大于8%, 纯度 > 50%, 可供作栲胶生产原料。表中还可见, 木材、枝丫材富含对食用菌菌丝生长和子实体形成十分有利的纤维素、木素、戊聚糖、氮、磷、钙等营养元素, 是栽培食用菌的好原料。

2.3 综合利用效果分析 2.3.1 放养紫胶虫效果分析

A_2-1、B_2-1试验地样本株平均有效枝条长12.90 m与9.38 m。夏代固虫率53.0%与52.6%, 平均胶被厚度0.79 cm与0.81 cm。冬代固虫率均为40%, 平均胶被厚度0.56 cm与0.53 cm。A_1-1、B_1-1试验地样本株平均有效枝条长为24.0 m与21.1 m, 夏代固虫率为60.0%与55.9%, 平均胶被厚度0.85 cm与0.86 cm。冬代固虫率为49%与43%, 平均胶被厚度0.55 cm与0.51 cm, 个体平均怀卵量276~303粒, 成虫活虫密度28~31头·cm^-2。胶块率夏代≥52%, 冬代≥40%。不论哪种林分, 不论夏代或冬代, 所得原胶质量均能达标。说明大叶相思树是紫胶虫的优良寄主树。不同地点不同林分样本株(各40株)的平均产鲜原胶量见图 2。从图上看, 萌生林分较实生林分单株净增产鲜原胶1.20~1.64 kg。用坐标综合评定法对不同林分大叶相思对放养紫胶虫的适宜性进行评价(龚木荣, 1998), 算得A_1-1、B_1-1、A_2-1、B_2-1的P_i²值分别为:0.828、1.334 9、24.601、12.929 8。可见A_1-1、B_1-1样地P_i²值明显低于A_2-1、B_2-1样地P_i²值, 得出3 a生萌生林分更适宜放养紫胶虫。

2.3.2 大叶相思树皮栲胶质量与鞣革性能

按GB2615-81标准分析本试验所得产品, 结果见表 4。表 4中H为挂胶的大叶相思树皮栲胶, WH为大叶相思树皮栲胶, CK为一级木麻黄栲胶指标。

从表 4可见, 经挂胶的大叶相思树皮提炼的栲胶质量虽略逊于未挂胶的大叶相思树皮栲胶, 但二者质量与鞣革性能均优于国产木麻黄栲胶一级标准。鞣透猪裸皮时间24.5 h, 革面丰满, 颜色浅淡。试验证实大叶相思树皮不仅可作栲胶生产原料, 而且提炼的栲胶可用于制革工业。

2.3.3 大叶相思材制浆造纸适宜性分析

大叶相思木浆性能测定结果见表 5。从表 5可见, 树龄对浆性能有影响, 6 a生较3 a生得浆率高、硬度小、碱耗低、性能好。各林分所得KP浆的物理强度性能均可达本色硫酸盐阔叶木浆标准, 表明大叶相思材完全适用于制浆造纸。用坐标综合评定法评价不同林龄不同林分大叶相思材制浆性能, 从计算所得P_i²值(P_i²是各单项指标试验点与标准点的距离平方值)看, 6 a生实生林P_i²值最小, 得出6 a生实生林制浆性能最优, 3 a生实生林次之, 3 a生萌生林较差。

2.3.4 食用菌栽培效果分析

对不同培养基栽培的香菇、金针菇和毛木耳的产量、生物效率进行整理统计, 经方差分析, 其产量与生物效率均值差异均达极显著(F < F_0.05), 再采用L.S.D法对各均值进行差异显著性检验, 结果见表 6。从表中可见, A组与CK组比较, 金针菇、毛木耳袋平均鲜产量和生物效率均值差异不显著, 而香菇的袋平均鲜产量和生物效率均值差异均达极显著。试验表明, 大叶相思小径材、枝丫材完全可做香菇等食用菌栽培料。采用A组配方栽培效果较CK组好。

综上所述, 大叶相思材质除做薪材外, 还可以做制浆造纸及培养食用菌的原料, 树皮可提炼栲胶, 适当修枝可做为紫胶虫的优良新寄主树。

2.4 不同利用方式的效益分析

各产品经济效益分析结果见表 7。不论哪种利用方式, 每公顷萌生林分年均利润均大于实生林分, 而且枝丫材、杆材做薪材的利润均低于做食用菌和造纸。

为合理有效利用人工大叶相思林, 营造质量效益林业, 对表 7的各种利用进行优化组合, 并计算各组合方式的年均利润, 从表 8可以看出, 相同组合方式, 萌生林分的年盈利均高于实生林分, 萌生林分的第16号组合方式, 即D+F+G+H的年盈利最大, 达19 561.60元·hm^-2, 是年盈利最小的第5号利用组合方式的8倍还多。可见, 开展综合利用经济效益显著, 萌生林分较实生林分效益更显著。

采用萌芽更新作业有利于提高林分总产量, 但由于轮作时间短, 杆材径阶小, 在枝丫材、小径材剥皮与切片难的问题尚未很好解决之前用于造纸, 其效益必然明显低于栽培食用菌的效益。面对南方诸省对薪材的需求量逐年减少, 而对食用菌的需求量却逐年增加的状况, 利用枝丫材、小径材生产食用菌, 投资少、见效快、效益高, 按市场价计算, 每公顷年均盈利1.2万元以上, 同时栽培食用菌后的菌渣可肥田, 实现无污染生产。所以, 以经济效益和环境效益为依据, 综合考虑资源特点和有效利用, 认为大叶相思人工林的最佳利用方式是, 首先以3 a生萌生林挂放紫胶虫, 采收后砍伐、剥皮, 然后将去皮杆材、枝丫材做食用菌生产原料, 树皮做栲胶原料。

3 结语

大叶相思人工林萌芽力强, 3 a生人工林以萌生林经营方式, 萌芽更新后可明显提高林分总产量。

大叶相思枝、杆、皮富含食用菌、紫胶虫生长繁殖的营养元素, 适用于生产食用菌和挂放紫胶虫, 而且效益显著。该研究结果为缺乏壳斗科阔叶树资源的闽南地区, 发展食用菌生产开辟新资源, 为发展紫胶生产增加优良新寄主。

大叶相思树皮可用于生产栲胶, 质量可与木麻黄栲胶相媲美。

大叶相思材可用于制浆造纸, 其浆料的各项性能, 经坐标综合评定法评价, 得出6 a生大叶相思制浆性能较3 a生效果好。若作为人工纸浆用材林利用, 建议进一步探讨该树种的合理采伐树龄及较佳制浆工艺。

综合分析得出大叶相思人工林萌芽更新林分的最佳利用组合式为去皮杆做食用菌+枝做食用菌+皮做栲胶+紫胶。该利用方式在福建省平和县运作结果, 年均每公顷比做薪材利用方式净增利润1.66万元, 效益十分显著。本研究为南方诸省合理有效利用大叶相思资源提供科学依据。