桉树广泛应用于制浆造纸、人造纤维和纤维板等方面, 已成为世界性的短周期工业原料林的首选造林树种之一。但因桉树种类繁多, 不但不同的种、种源以及无性系之间生产量差异大, 而且木材性状往往也相差较大(Geoffrey, 1999; 吴义强等, 2000a; 2000b;宋永芳, 1998)。作为纤维材来培育, 无性系选择得当与否直接关系到其产量高低、品质优劣和经济效益, 是桉树短周期工业原料林发展中必须解决的首要问题。为此, 福建省漳州市林场处、岩溪和天马国有林场从1999年起开展闽南山地优质纤维材优良无性系的选择试验研究, 旨在选择出适合广泛种植的桉树纤维材优良无性系, 实现桉树人工林高产、优质、高效目标。

1 试验点概况

试验点分别设在福建省地处东经117°50′, 北纬20°41′的长泰岩溪国有林场(科山工区8林班1小班、良山工区6林班3小班)和地处东经117°28′, 北纬24°37′的天马国有林场(东溪工区3林班1、2、3小班、南霞工区1林班2小班)。两试验地均属南亚热带海洋性季风气候(见表 1)。林地海拔高200 ~ 300 m, 坡度19°~ 26°, 土壤均为花岗岩发育的红壤, 土层厚度80 ~ 100 cm, 腐殖质层较薄(15 ~ 20 cm), 土壤呈酸性反应, 土壤肥力为中下至中等水平, 立地质量等级为Ⅲ类。

2 材料与方法 2.1 试材来源

1999年参试的桉树无性系13个, 详见表 2。

2.2 试验设计与造林

以无性系为处理, 随机区组设计, 5个重复, 每处理小区16株, 初植密度1 665株·hm-2, 株行距2 m ×3 m。造林地原为杉木采伐迹地, 林地经全翻土10 ~ 15 cm后, 挖穴70 cm ×40 cm ×35 cm, 造林前每穴施钙镁磷肥500 g作基肥, 造林当年7 ~ 8月每株施尿素、复合肥各100 g。造林前投放灭蚁灵诱杀白蚁, 每hm2 375 ~ 450包, 造林时每穴施放呋喃丹5 g, 以防治白蚁危害, 造林当年锄草抚育2次。

2.3 野外调查及采样方法

造林前调查林地土壤肥力状况, 造林后每年定期调查各样地林木树高、胸径、冠幅, 观察风害及病虫害等情况。2002年6月底对试验林进行每木调查后, 每个无性系分别选取5株平均木作为生物量测定和材性测定取样对象。平均木伐倒后, 在胸径处截取5 cm厚的圆盘1个用以测定木材密度, 在胸径处向上和向下各截取一个5 cm厚的圆盘用以测定木材纤维形态和化学组成, 共取得圆盘样品195个, 样株65株。在取样的同时, 结合做地上部干、枝、皮各组分生物量测定。

2.4 分析测定与数据处理

采集的样品经处理后, 按有关纤维形态和化学组分的测定方法进行测定:纤维素含量采用硝酸-乙醇法(屈维均, 1990); 木材密度、纤维长度和宽度、1 %NaOH抽出物、苯醇抽出物、木质素含量等均按相应的国标分析方法测定(轻工业标准化编辑出版委员会, 1993; 1994;1989)。

数据统计分析采用美国版STATISTICA(简称SAS)5.0统计软件包, 在计算机上完成。

3 结果与分析

就纤维林来说, 最终目标是尽可能多地提供优质的纤维, 既要考虑林分生产力, 又要顾及木材纤维形态和化学成分即品质问题。因生长量关系到木材产量, 也就关系到纤维产量, 直接与经济效益相关。而木材的纤维形态和化学成分影响以木纤维为基础的产品质量、产量和工艺特性, 尤其是在造纸制浆上, 影响到木质制浆的得率、化学药品的用量以及纸浆的质量, 也即决定该材种的利用价值(纪文兰, 1997)。因此, 纤维用材林的产量以及纤维形态和化学成分是短周期工业材木质纤维性能基础研究的一个重要方面。

桉树以纸浆纤维材为培育目标, 在闽南山地生产上的主伐年龄为5 ~ 7 a(李宝福, 2000)。虽然, 桉树的生长量、木材纤维形态以及化学成分等性状随着林龄的增大、林木生长会发生变化, 但桉树为早期速生树种, 通常3 ~ 4 a生的林木各性状基本上可以反映树木本身的遗传潜力(罗建举, 1998; 王豁然等, 1994), 且在桉树无性系的测定上, 评定林龄也一般为3 ~ 4 a(白嘉雨, 1993)。此时, 参试无性系的林龄已达半个轮伐期, 不同无性系间各性状的差异, 基本上可以反映林木今后的发展趋势。为此, 本研究暂以3 a生时的性状来初步评价不同无性系的优劣。

3.1 不同无性系的生长量(产量)差异分析

两个试验点不同林龄的参试无性系的生长量和干材(去皮)生物量调查结果见表 3。从表 3看出, 岩溪点参试的13个无性系, 3 a生(1999年春造林)的群体平均树高、胸径和单株干材生物量分别达13.8 m、12.2 cm和30.67 kg·株^-1, 均表现出较高的林分生产力, 但不同无性系间的生长量、生物量相差较大, 树高、胸径和干材生物量的变异幅度分别在11.4 ~ 15.8 m、11.0 ~ 14.9 cm和16.21 ~ 49.90 kg·株^-1之间, 经方差分析及其显著性测定表明, 不同无性系间的树高、胸径和单株干材生物量的F值分别为163.78^**、356.41^**、56.23^**[ F_0.05(12, 52)=1.95, F_0.01(12, 52)=2.56], 均达极显著的差异水平。参试的无性系中生长量、生物量指标高于群体均值的无性系有:C9、C1、C6、EC1, 其3 a生平均树高分别达15.8、14.8、13.9和15.1 m, 平均胸径分别达14.9、13.7、13.4和12.6 cm, 干材重量分别达49.90、39.55、40.58和35.63 kg·株^-1。天马点参试的13个无性系, 3 a生的群体平均树高、胸径和干材生物量分别达17.4 m、11.9 cm和40.07 kg·株^-1, 变异幅度分别在14.2 ~ 19.8 m、9.0 ~ 14.2 cm和16.8 ~ 61.43 kg·株^-1之间, 经方差分析及其显著性测定结果表明, 不同无性系间的树高、胸径和干材生物量的F值分别为203.64^**、412.34^**、362.45^**, 均达极显著的差异水平。参试的无性系中生长量、生物量指标高于群体均值的无性系有:C10、C6、C9、C8、G2, 3 a生平均树高分别达19.8、18.8、17.8、17.9和17.5m, 平均胸径分别达14.2、12.7、12.7、12.0和12.1 cm, 干材重量分别达61.43、48.62、48.20、41.84和42.67 kg·株^-1。

3.2 不同无性系的干形及木材基本密度差异分析

干形是林木长期遗传进化的结果, 良好的干形有利于提高木材的产量、质量和木材的利用率, 而径高比是衡量林木质量好坏的主要指标。一般认为, 径高比在1.0左右, 表明径高比例适当, 抗风性能较好, 木材利用率高。在闽南山地通常径高比小于0.7时, 林木易造成风折, 相反, 径高比大于0.7时, 则抗风性好, 不易形成风折木; 木材基本密度是一个复合性状, 与木材的力学性质和纸浆产量及纸的质量有很强的相关, 决定着单位材积的干物质重量, 其不仅是工业用材材性的重要指标, 而且得浆率和纸张的质量在很大程度上受到木材基本密度的控制(柴修武等, 1993), 其一般与速生性并不相关, 而是独立遗传的(李晓清, 1999; 罗真付等, 1999), 为此, 林木育种学者常将纤维长度和密度作为林木选育的重要指标(吴义强等, 2000a)。

从表 3看出, 同一试验点同一林龄的参试无性系间的径高比虽有差异, 但普遍在0.7 ~ 1.0之间, 表现出较好的干形。以岩溪点3 a生参试无性系为例, 群体径高比为0.89, 变化幅度在0.73 ~ 1.17之间, 经方差分析及其显著性检验表明, 参试无性系间的径高比达显著性差异水平, 但总体上看, 径高比例都较为理想, 径高比在0.8以上的个数占参试无性系的77 %。可见, 参试的各无性系干形均较好, 为此, 可以认为干形不是本研究选择无性系的主要依据。

木材基本密度在参试的无性系间差异较大, 变异幅度为0.35 ~ 0.90 g·cm^-3之间, 绝大部分无性系的木材基本密度在0.5 ~ 0.6 g·cm^-3之间, 但最大的密度值是最小密度值的2.8倍, 说明木材基本密度在无性系选择上潜力巨大。其中岩溪点3 a生参试无性系的群体木材基本密度平均0.550 g·cm^-3, 变化幅度在0.356 ~ 0.881 g·cm^-3之间; 天马点参试无性系的群体木材基本密度平均0.631 g·cm-3, 变化幅度在0.445 ~ 0.884 g·cm-3之间。人们常认为采用基本密度为0.450 ~ 0.650 g·cm^-3的浆材可获得最佳产值(黄宝灵等, 2000), 从图 1、2看出, 如以这个值来衡量, 则岩溪点参试的13个无性系中, 木材符合工艺最优要求的无性系有:EC2、C1、32、C8、C9、C6、C10和EC3, 而天马点符合工艺最优要求的无性系有:C6、C3、G2、C1、N、C2、C9、C4和C10, 分别占参试无性系个数的61.5 %和69.2 %, 随着工艺技术的提高, 可以认为参试的无性系基本上适合于作为纤维材来培育。从追求纤维产量和经营经济效益出发, 生产上还是偏向于选择一般符合工艺要求而基本密度偏大的无性系。此外, 从测定的结果还看出, 参试的各无性系的干率较大(干重/含皮干重), 均在0.8以上, 这对出材量有利。

3.3 不同无性系木材纤维形态与化学组分的差异分析

木材的纤维形态和化学组分是影响以木纤维为基础的产品质量、产量和工艺特性的重要因素。一般来说, 纤维含量直接与纤维产量有关, 含量越高, 相同干物质所得到的纤维产量也就越多; 纤维形态如长度、长宽比越大, 越有利于纸浆的打浆、纸或纤维板的质量; 而1 %NaOH、苯醇抽取物含量越高, 越不利于制浆造纸, 因为1 %NaOH、苯醇抽取物含量越高, 漂白的化学剂和碱回收所需的药品量也就越大, 且废液回收的难度也大, 经济成本也就高(彭彩莲, 2000; 罗建举, 1998)。对参试桉树无性系的纤维形态和化学组分测定结果表明, 各无性系的木材纤维素含量、纤维长度、长宽比均较高, 而1 %NaOH、苯醇抽取物含量却较低, 但不同无性系间的纤维形态和化学组分差异较大, 上述各指标变异范围分别为:44.1 %~ 48.7 %、0.78 ~ 1.05 mm、42 ~ 60、13.0 %~ 18.5 %、0.90 %~ 3.00 %之间。

从表 3看出, 岩溪点参试的13个无性系, 3 a生的群体平均纤维含量、纤维长度、长宽比、1 %NaOH和苯醇抽取物含量分别达45.4 %、0.86 mm、52、15.6 %和2.25 %, 变异幅度分别在44.2 %~ 47.8 %、0.787 ~ 0.964 mm、42 ~ 60、13.0 %~ 18.5 %、1.63 %~ 2.89 %之间。参试无性系中纤维含量、纤维长度和长宽比指标高于群体均值而1 %NaOH和苯醇抽取物含量却低于群体均值的无性系有:EC2、N、EC3、C6。天马点参试的13个无性系, 3 a生的群体平均纤维含量、纤维长度、长宽比、1 %NaOH和苯醇抽取物含量分别达46.7 %、0.925 mm、52、14.9 %和1.92 %, 不同无性系间的纤维形态和化学组成的变异幅度分别在45.0 %~ 48.7 %、0.803 ~ 1.049 mm、48 ~ 59、13.6 %~ 16.1 %、0.9 %~ 3.0 %之间。一般认为, 平均纤维长度约0.7 ~ 1.7 mm、长宽比大于30 ~ 45的木材是良好的造纸原料(吴义强等, 2000b), 可见, 两试验点参试的13个无性系均表现出较好的纤维形态和化学组成即品质较优, 但不同无性系间的纤维形态和化学组成相差较大, 仍有一定的选择潜力。

3.4 桉树纤维材优良无性系多性状综合选择

为了客观正确地选择适宜的优良纤维材无性系, 在上述各性状差异分析的基础上, 利用表 3的资料, 以树高、胸径、去皮干重、木材密度、纤维素含量、纤维产量、纤维长度、纤维长宽比、1 %NaOH抽出物和苯醇抽出物含量以及干率等11个指标, 分别对2个试验点的参试无性系采用主成分聚类分析方法进行综合选择。

主成分分析结果表明, 岩溪点3 a生的13个参试无性系, 第Ⅰ ~ Ⅳ主成分的累积贡献率达88.857 %, 以累积贡献率达85 %为阀值选取主成分, 则第Ⅰ ~ Ⅳ主成分中以纤维产量、木材基本密度、纤维长宽比、纤维长度和苯醇抽出物含量5个指标对综合指标的贡献最大, 可作为无性系综合选择的依据。同理, 天马点3 a生的13个参试无性系, 第Ⅰ ~ Ⅲ主成分的累积贡献率达85.474 %, 3对主成分综合结果以纤维素产量、木材基本密度、纤维长宽比3个指标对综合指标的贡献最大, 用作无性系综合选择的依据。

以主成分分析所确定的主导因子为性状评价指标, 分别对两试验点的参试品系进行聚类分析。根据聚类分析结果, 分别可以将两试验点参试的无性系分成优、良、中和差4类, 见表 4。从表 4看出, 适合闽南山地发展的桉树纤维材优良无性系有:C9、C10、EC1、EC3、C6, 其中尤以C9、C10、EC1三个无性系为最优。这5个无性系有较高的生长量、生物量和纤维产量, 3 a生年平均树高和胸径生长量及每株干材重量、纤维产量分别可达3.93 ~ 6.60 m、3.83 ~ 4.97 cm、9.71 ~ 20.48 kg·a^-1和4.36 ~ 9.52 kg·a ^-1, 而且木材纤维形态和化学组成等特性良好, 平均木材基本密度、纤维含量、纤维长度、纤维长宽比、1 %NaOH抽出物、苯醇抽出物等指标分别为0.551 g·cm-3、44.5 %、0.875 mm、52、16.98 %和2.43 %。此外, 从表 4还看出, 个别相同的无性系在两试验点的性状表现很不相同, 存在着明显的无性系×立地互作, 如32和C1无性系在岩溪点综合性状评定为良等, 而在天马点却表现为中等; 相反, C3无性系在天马点综合性状为良等, 而在岩溪点却表现为差等。这主要与两试验点的立地条件存在差异有关。

4 结论

2个试验点13个桉树无性系选择试验结果表明, 不同无性系间的树高、胸径、干材重量、纤维产量等生长性状以及木材密度、纤维含量、纤维长度、纤维长宽比、1 %NaOH抽出物和苯醇抽出物等纤维形态和化学组分性能指标存在着较大的差异。经多性状综合评判, 选择出C9、C10、EC1、EC3、C6共5个适合闽南山地发展的桉树纤维材优良无性系, 其中尤以C9、C10、EC1三个无性系为最优。这5个无性系不但有较高的生长量、生物量和纤维产量, 而且木材纤维形态和化学组成等特性良好, 可进一步扩大繁殖、推广应用。

某些相同的无性系在不同试验点上的性状表现很不相同, 如32和C1无性系在岩溪点综合性状评定为良等, 而在天马点却表现为中等; 相反, C3无性系在天马点综合性状为良等, 而在岩溪点却表现为差等。可见, 存在着明显的无性系×立地互作, 这主要与两试点的立地条件存在差异有关, 也初步说明这3个无性系适应性窄, 还有待于进一步测定选择。