我国木材供需矛盾突出，造纸原料尚未改变以草为主的局面，木浆造纸仅占总浆量的18%，而世界造纸工业的木浆比例达90%以上(汤景明，1997)。因此，选用速生树种，实行短轮伐期定向培育，营建造纸木材原料林基地，发展以杨木等阔叶材的制浆造纸工业，不仅能缓解木浆原料紧缺的局面，也是迅速解决我国草浆厂带来环境污染问题的最有效途径和方法(吴定新等，1997)。以往的杨树短轮伐期栽培技术研究无明确材种目标，研究重点追求在短期内获得更多的生物产量。但大量研究表明，造纸用材林的木材能否达到制浆造纸的性能要求更为重要，不同品种及不同栽培措施可以直接通过树木的遗传和生理过程影响木材材性，也可以通过改变树干的形态使木材材质有所改变，培育过程对木材材性的能动作用，对定向培育措施的选择具有重要意义(管宁等，1992)。

本研究以山东省速生性能好、栽植面积大的14个杨树品种为对象，探讨了不同品种、不同培育措施对林木生长量及木材纤维形态和化学成分的影响，提出包括品种选择、合理栽植密度、采伐年龄、肥水管理为主要内容的纸浆材定向培育技术。

1 材料与方法 1.1 材料

山东省长清县西仓村，位于北纬36°30′，东经116°45′，属暖温带季风区大陆性气候，年平均气温13.7℃，年平均降水量616.3 mm，无霜期215 d。土壤为黄河冲积砂壤质潮土，地下水2~3 m。

参试的杨树品种为：I-69杨(Populus deltoides cv.'LUX')、I-214杨(P. × euramericana ‘I-214')、沙兰杨(P. ×eur. ‘Sacrau-79')、健杨(P. × eur. ‘Robusta')、I-45杨(P. × eur. ‘I-45')、露伊莎杨(P. × eur.‘Luisa Avanzo')、西玛杨(P. × eur. ‘Cima')、I-72杨(P. × eur. ‘San Martino')、中林46杨(P. × eur. ‘Zhong Lin 46')、中林45杨(P. × eur. ‘Zhong Lin 45')、中林23杨(P. × eur. ‘Zhong Lin 23')、中林28杨(P. × eur. ‘Zhong Lin 28')、中林14杨(P. × eur. ‘Zhong Lin 14')、八里庄杨(P. × xiaozhuanica)。

品种试验林株行距4 m×5 m；栽植密度试验林设3 m×2 m、3 m×3 m、3 m×4 m 3个密度；施肥试验林株行距3 m×3 m，设每年施N肥、NPK肥、CK(不施肥)3个处理；浇水试验林株行距3 m×4 m，设每年浇1、3、5遍和不浇水4个处理；幼林农林间作试验林株行距3 m×4 m，设间作瓜、豆+小麦、间作大豆、间作棉花、不间作4个处理；综合技术措施试验林株行距3 m×4 m。各试验随机区组，3~4次重复设计。

1.2 方法 1.2.1 林分调查

对各种试验林，定期进行林分生长状况调查，并根据试验要求，对部分试验林进行了土壤水分、土壤及植株养分、间作作物产量以及投入、产出等方面的观测记载。

1.2.2 试材采集与取样

每品种或处理均设标准地，选取3株平均木，测量其树高、胸径。伐倒后取3个5 cm厚的圆盘，它们分别位于每株树干下部距地径0.5 m高处、树干上部直径5~6 cm处和二者的中间树高位置处，将圆盘堆放风干。风干后从髓心沿半径方向取一厚度均匀的薄片，剪成火柴杆状以备离析、制片，测定纤维形态。从髓心沿半径方向取一厚木片，粉碎后筛取大于40目、小于60目网筛的粉末，以备测定木材化学成分。分别取具有标准弦、径面的短木条，制成2 cm×2 cm×2 cm的试样，用于测定木材密度。

1.2.3 试材测定

木材纤维性状按《制浆造纸分析与检验》规定的方法进行。木材化学成分按GB 2677.1-10-81、GB 2678.1-3-81、GB 2679.1-8-81中的有关规定进行。木材基本密度测定按GB 1943-92的有关规定进行。

1.2.4 经济效果评价

采用静态和动态分析方法，静态分析指标为年均利润、投入产出比、成本利润率、投资效果系数，动态分析指标为内部受益率(IRR)、净现值(NPV)、净现值指数(PVI)。

2 结果与分析 2.1 品种材质遗传差异和制浆适宜性

营造纸浆林的树种、品种在具备生长量和生物量高，能够在单位面积内获得率最大的木材产量的同时，木材的纤维形态、化学成分也应适合制浆造纸的要求。一般认为：木材密度影响纸浆强度和纸浆得率(郭祥胜，1989)；木材纤维宜细而长，其长宽比应大于30，且愈大愈好；木材纤维长度应呈较均整的正态分布；纤维细胞壁宜薄、腔宜宽，壁腔比应小于1，且在0.3以上时，愈小愈好；木材纤维素含量宜高(应高于40%)，木素、灰分和抽提物含量宜低(曹福亮等，1989)。从表 1看出：14个杨树品种6 a生试材的全树平均基本密度以I-214杨、沙兰杨、八里庄杨、中林46杨较低，为0.285~0.307 g·cm^-3，其它品种在0.347~0.3797 g·cm^-3之间。纤维长度在0.863~1.051 mm之间，除I-214杨、I-45杨、沙兰杨外，均达到了国际木材解剖学会规定的中级纤维长度(0.91~1.6 mm)标准(徐锡增等，1989)。木材的纤维长宽比在33.9~47.8之间，均超过了30这一指标。平均纤维壁腔比在0.35~0.52之间，都小于1，表明用作造纸时纤维将有较好的交织性能，适于制浆造纸。纤维素含量51.37%~58.17%之间，均高于50%，是制浆的好原料。木素含量在20.79%~26.35%之间，灰分含量在0.78%~1.37%之间，热水抽提物含量在2.27%~5.73%之间，1%NaOH抽出物含量在13.96%~20.66%之间，苯-醇抽出物含量在1.39%~3.38%之间，品种间有较大遗传差异。

根据多维空间En多向量理论，选择平均胸径、平均树高、每公顷蓄积量、每公顷产材量4个产量指标和纤维长度、0.9 mm以上纤维所占比例、长宽比、纤维素含量、木素含量等多个指标进行综合评定。按横向求和得各品种间的距离平方和Σp_i²=Σ(1-a_ij)²，并按Σp_i²值的大小排出评价序号，Σp_i²值越小，则说明造纸适宜性越优，反之，则越差。计算结果表明各参试品种的优劣顺序依次为：中林46杨(A)、中林23杨(B)、Ⅰ-69杨(F)、中林28杨(C)、Ⅰ-72杨(M)、中林14杨(E)、中林45杨(D)、露易莎杨(K)、西玛杨(L)、Ⅰ-45杨(J)、健杨(H)、Ⅰ-214杨(G)、沙兰杨(I)、八里庄杨(N)。

2.2 栽植密度及采伐年龄 2.2.1 不同栽植密度对杨树木材纤维性状和化学成分影响

从表 2看出，在3 m×2 m、3 m×3 m、3 m×4 m 3种栽植密度下，健杨的纤维素含量分别为53.70%、54.18%、53.17%，高于40%；纤维长度分别是0.994 9 mm、0.979 1 mm、0.970 5 mm；纤维长宽比分别为42.40、42.01、41.96。说明影响木材制浆造纸性能的几个主要指标，在此3种栽植密度下没有显著差异，均达到制浆造纸要求。这与徐锡增等(1989)对I-63杨(P. × eur.‘I-63’)、I-69杨、I-72杨4个不同栽培密度及柴修武等(1991)对I-69杨4个栽植密度的木材材性研究结果一致。因此，杨树纸浆材林的栽植密度确定可着重考虑林分是否有较高的生物产量和适于短轮伐期经营。

2.2.2 不同栽植密度健杨的数量成熟龄

不同栽植密度间单位面积产量(林分蓄积量)的多少是确定纸浆材林合理密度的主要依据，密度试验结果(表 3)表明：(1)6 a生以前，3 m×2 m、3 m×3 m、3 m×4 m 3种密度林分的单位面积蓄积量以3 m×2 m的最大，3 m×3 m的次之。这期间，虽然较稀林分林木有较大的单株材积，但因林分蓄积主要取决于单位面积林木的株数，所以总蓄积量不如前两种密度。因此如以5 a生为轮伐期，以3 m×2 m为行株距为宜。随着林龄的增大，不同密度林分的蓄积量差异越来越小，到第6~7 a生时，3 m×3 m的林分蓄积量已接近或超过3 m×2 m的林分蓄积量，说明以6~7 a生为培养杨树造纸林轮伐年龄，3 m×3 m的载植密度更为适宜，因相同蓄积量下，树体要大于3 m×2 m行株距者。(2)从平均生长量看，3 m×2 m、3 m×3 m、3 m×4 m林分的平均生长量高峰分别出现在第5、6、7 a，说明较密林分速生期来得较早。(3)从连年生长量看，3 m× 2m、3 m×3 m、3 m×4 m的林分，其数量成熟龄分别为6、7、8 a，林分密度越大，数量成熟较早。因此，要因不同轮伐期的经济比较效益来选用适宜的载植密度。

2.2.3 适宜制浆造纸的年龄

以14 a生的沙兰杨为研究对象，在树干离地1.3 m高处的圆盘上，测定了每个年轮的木材纤维长度、宽度、长宽比、纤维素含量，结果(表 4)表明：沙兰杨第1 a木材平均纤维长度为0.86 mm，从第2 a起纤维长度已高于0.9 mm, 达到中级纤维长度标准；从第1~4 a，木材平均纤维长度增加较快，第8 a后虽稍有升或降，但稳定在近似水平。木材纤维含量以第1 a最低，仅为42.3%，以后逐年上升至第8 a达到最高为54.3%，以后趋向稳定，在49.3%~53.2%之间变化。可以看出：衡量木材制浆造纸性能的两重要指标纤维长度和纤维素含量并非树龄越长越好，沙兰杨林木适宜制浆造纸的年龄为5~8 a，第8 a最好。由此可以看出，在4~14 a时沙兰场的纤维特征和纤维素含量已达稳定，能满足制浆要求，但随着树龄增高，高质量纤维在从木材中的比例增加，故高龄材比幼龄材更适宜制浆造纸。

综合分析造林密度对杨树木材纤维性状及化学成分的影响和不同树龄纤维特征及纤维素含量的动态，认为可因不同轮伐期比较效益的不同，杨树纸浆林采用每公顷840~1 665株的造林密度，采伐年龄为6~8 a。6 a生时采伐，每公顷1 665株；6~7 a生时采伐，每公顷1 110株；7~8 a生时采伐，每公顷840株。

2.3 育林措施 2.3.1 施肥

对施N肥，NPK肥和不施肥3种处理的林木纤维形态和纤维含量测定的结果(表 5)表明：单施N肥与施NPK肥的健杨纤维长度和纤维长宽比均稍高于不施肥者，而纤维素含量则以不施肥的稍高，但差异均不显著。这与柴修武等(1991)对I-69杨3种施肥处理的木材材性研究结果相符，表明不同施肥处理对于杨树品种的木材纤维性状和纤维素含量影响不大。但在有机质、氮素较贫乏的粉砂壤质潮土上，施肥能明显提高林分的生长量和生物产量，施用N肥有明显的增产效果，NPK配合施用效果更好，施肥与不施肥相比，林分蓄积量可提高36%~44%，林分生物产量可提高34%~40%。因此，应把施肥作为培育杨树纸浆材的重要措施之一，不必担心有负面影响。

2.3.2 浇水

杨树生长对土壤水分条件反应敏感(徐纬英，1988)。对长清县西仓村4 a生Ⅰ-69杨幼林进行胸径、树高旬生长量与土壤含水率关系的统计也表明：二者在4月上旬至7月中旬干旱季节呈正相关关系，进入雨季(7月下旬以后)相关不显著。浇水(3次)处理的胸径生长量主要在干旱季节高于不浇水的处理，进入雨季后，2种处理的旬生长量已无明显差别，说明在集约栽培条件下，于干旱季节对林木进行浇水，能提高林木生长量。

为分析浇水对杨树木材纤维性状的影响，对每年进行5次、3次、1次浇水处理的Ⅰ-69杨作纤维长度、宽度及长宽比测定。结果(表 6)表明：每年进行5次浇水处理者平均纤维长度明显高于3次和1次浇水处理者，而3次浇水处理和1次浇水处理比较，差异不显著。木材纤维长宽比也是这一趋势。王世绩等(1991)研究了不同供水条件下Ⅰ-69杨的材性，也认为以培育纤维材为目的，在天然降水与人工灌溉量合计达800~1 000 mm的范围内，可以明显提高木材的纤维产量，而不降低木材的纤维长度。说明浇水不仅有利于提高杨树生长量，还能改善杨树品种的纤维性状，在营建杨树造纸用材林时应把增加土壤水分作为一项管理措施。

2.3.3 农林间作

在长清县西仓村露伊莎杨幼林中，为以耕代抚和增加经济收入，开展了间种大豆，棉花，西瓜、大豆+小麦的试验。结果(表 7)表明：幼林连续间种2 a，由于对间种作物进行肥水管理，不同处理林地0~50 cm深土层有机质、全氮和速效氮含量都高于不间种作物的林地，而且，林下间种作物能明显改善林木树体营养状况，间作作物的林木与不间作作物的林木比较，其叶片的N、P、K养分含量均有所提高。

间种作物林木高径生长量均高于对照，连续间作3 a，林木的胸径、树高、材积生长量分别较对照提高6.2%~8.8%、1.7%~3.4%、7.0%~23%。间种大豆，棉花，瓜豆+麦，前2 a每公顷林地纯收入分别为1 602.0元、2 040.0元、8 113.5元，而不间种作物的林地，不仅没有收入，反而需支付林地抚育费。3 a总计，间种作物纯收入较对照提高20.8%~454.9%。可见，幼林间种作物可作为培养造纸用材林的有效抚育措施。

2.4 杨树纸浆材林经济效益评价

长清县西仓村的欧美杨、美洲黑杨不同品种的造纸材试验林，通过综合运用多项集约栽培技术，均达到速生丰产的效果(表 8)。各杨树品种林分胸径年均生长量均在3.0 cm以上，树高年生长量为2.5 m以上，5~6 a生试验林，每公顷蓄积年均生长量已达27~31.5 m³。这在国内相似研究中已属很高水平。

分析以长清县西仓村中林23杨定向培育综合措施试验林为例，密度每公顷1 110株，轮伐年限6 a。年均蓄积生长量每公顷30 m³，规格材出材率85%，采伐时每公顷产材量154 m³，价格按每立方米300元计。各种税费按木材销价的30%计，即产品税10%，特产税8%，城建及教育附加税2%，育林基金10%。

2.4.1 静态分析

6 a生每公顷木材生产成本12 045元(造林费1 575元，抚育费2 160元，土地使用费7 200元，木林采伐、集材费1 110元)。6 a生每公顷木材产值300元·m^-3×154 m³=46 200元。木材生产年均税前收入=(木材产值-木材成本)/年限=5 641.5元·hm^-2a^-1。木材生产年均利润=(木材产值-木材成本-税费)/年限=3 348元·hm^-2a^-1。木材生产投入产出比=木材产值/木材成本=1:3.8。木材生产年均成本利润率=(木材生产年均利润/木材生产年均成本)×100%=167%。投资效果系数=年利税总额/总投资=0.22。由于林地前2 a间种农作物(棉花)，每公顷共投入4 125元, 作物产值6 825元。按轮伐期6 a平均，每年每公顷的间种作物利润为339元。将二者相加，杨树纸浆材定向培育试验林的年均利润为3 687元·hm^-2。

2.4.2 动态分析

由表 9看出：中林23杨每公顷1 110株的纸浆材综合措施定向培育林分，当i=25%时，净现值(NPV)之和为3 639；当i=35%时，净现值之和为-3 489，采用内差法求得内部受益率(IRR)为25.5%。远高于我国国家计委颁布的社会贴现率(12%)，投资效果显著。以国家计委颁布的社会贴现率12%当作目标收益率，计算出纸浆材试验林在0年时的NPV为9 472.5元·hm^-2。当NPV大于零时, 说明投资效果不仅能达到目标收益率，而且还可有一定的额外追加的现金收入。经计算，该试验林的净现值指数PVI=1.80，说明试验林在达到12%的投资收益率的基础上，每单位投资还可获1.80元的额外收入。

3 结论

14个欧美杨与美洲黑杨品种6 a生林木木材纤维性状和化学成分测定表明，它们的木材平均纤维长度为0.863~1.051 mm, 除沙兰杨、I-214杨、I-45杨外，均达到中级纤维长度标准(0.9~1.6 mm)；纤维素含量51.37%~58.66%，达到了造纸材的要求。考虑木材的造纸性能和产材量，在选择纸浆材品种时，应首先考虑使用中林46杨、中林23杨、I-69杨、中林28杨；其次为I-72杨、中林14杨、中林45杨、露伊莎杨、西玛杨。

通过对沙兰杨、健杨等速生杨树品种不同年龄，不同部位试材的纤维性状和化学成分测定，速生杨树品种木材的适宜制浆年龄可确定在6~8 a。杨树纸浆林造林初植密度，因轮伐期不同，变动在每公顷840~1 665株，6 a为轮伐期，每公顷1 665株；6~7 a采伐，每公顷1 110株；7~8 a采伐，每公顷840株。不仅可获得较高木材产量，且木材纤维适合制浆造纸。

造林密度、合理施肥、合理灌溉等栽培措施，对木材的纤维性状和纤维素含量并无负面效应，农林间作，以耕代抚，结合农作物管理进行浇水、施肥、中耕，不仅能增加额外效益，还能改善林地土壤及树体营养状况，提高林木生长量，是提高造纸用材林木材产量和经济效益的有效技术措施。

选用优良品种，采用综合措施定向培育纸浆林，实行短轮伐期经营。每公顷年均蓄积生长量可达27~31.5 m³，年均利润可达3687.0元，成本利润率167%，投资效果系数达0.22，内部受益率25.5%，净现值为9 472.5元，净现值指数为1.80，投资效果显著。在目前农业种植结构调整中，制浆材经营应占一定的比例。