应拉木是树木中的非正常木材组织，通常是指阔叶材在外力作用下形成的弯曲树干或树枝试图恢复到它原来位置，从而在倾斜树干上部形成的解剖和物理力学性质明显不同的木材(Wheeler et al., 1989)。应拉木不仅出现在倾斜、弯曲和偏冠的树木中，而且大量出现在速生杨树的垂直树干中(鲍甫成等，1997)，是人工林杨树培育过程中的主要缺陷之一(李坚，1995; Thibaut et al., 2001; Coutand et al.，2004)。由于应拉木在加工过程中往往伴随着产生干燥应力，锯材起毛、翘曲，人造板胶压时开胶，制浆造纸撕裂强度低等各种缺陷，使得应拉木的研究成为与木材科学、木材加工工艺学等密切相关的热点方向。

应拉木在形成过程中各木材组织(纤维、导管、木射线和微纤丝角等)的变化导致其物理力学性质与正常材不同。各木材组织和物理力学性质的变化在解释应拉木特殊的性质中都必须考虑到(Kaiser et al., 1965)。由于微纤丝角对木材的物理力学性质有很大影响，而在这些物理力学性质中基本密度与轴向干缩率是评价木材性质的重要指标，因此，对应拉木微纤丝角、基本密度和轴向干缩率的研究就变得非常重要。尽管过去对应拉木微纤丝角、基本密度和轴向干缩率有很多研究(Arganbright et al., 1970; Baba et al., 1996; Clair et al., 2003)，但大多集中在对成熟材倾斜树干的测试方面，至今对应拉木形成过程中微纤丝角、基本密度和轴向干缩率演化规律缺乏了解，特别是采用人工授力树干分应拉区和对应区来研究应拉木木材性质的变化及相互关系在国内外还罕见报道。

本文以欧美杨107杨(Populus×euramericana‘Neva’)为研究对象，在相同环境和立地条件下，先在春季通过营养盆培育杨树苗木，再在生长旺盛时期人工控制树干的倾斜角度，跟踪测定不同倾斜角度下杨树应拉木应拉区和对应区的细观构造，分析不同倾斜角度和区域对微纤丝角、基本密度和轴向干缩率的影响程度，以及微纤丝角、基本密度和轴向干缩率之间的关系。以期揭示杨树人工授力树干应拉木的形成规律，从而为在人工林营林培育和木材加工利用中有效地控制应拉木，减少应拉木缺陷造成的损失。

1 材料与方法 1.1 试验材料

2007年4月初，于安徽农业大学的实验苗圃地内种植了60株2年生的欧美杨107杨，所选苗木平均高度为145 cm，平均地径为1.1 cm。苗木栽植在营养盆内，分5组栽植，每组12株，采用相同的措施进行管理。至5月，将5组幼苗与垂直方向倾斜成不同的角度: 0°，15°，30°，45°和60°(图 1)。为了避免外界对树木生长的干扰，每株苗木自地面高度往上用一根2 m长的竹竿固定住并使用宽的塑料扎带捆扎住树干和竹竿。

1.2 试验方法 1.2.1 试样的选取

不同倾斜角度的苗木经过一段时间生长后，自2007年9月(树龄为30个月)至2009年3月(树龄为42个月)每隔3个月测定树干的生长应力，每组测定完生长应力后，从每组中砍伐1株试样，依次从树干1/3高处截取轴向2 cm长的幼茎1节和3 cm长的幼茎2节，分别用于测定微纤丝角、基本密度与轴向干缩率。所选部位为树干最外围年轮的次生木质部，试样地径与树龄如表 1所示。

1.2.2 测量方法

试样从树干部位采集后首先划分成2个区域:以髓心为分界点倾斜树干上部为应拉区(tension wood area，TW); 倾斜树干下部为对应区(opposite wood area，OW)。微纤丝角的测定方法是:将20 μm厚的弦切面切片，经脱木素、染色和固定处理，使用偏光显微镜测量2~3个切片，随机测取30根纤维的微纤丝角，取平均值，得出该试样的微纤丝角。基本密度和轴向干缩率的测量方法是:将应拉区和对应区从树皮向髓心依次制成30 mm(轴向)×5 mm(径向)×5 mm(弦向)的长方体试样，尽量多取; 然后把2个不同区域的试样浸泡在水中，至试样尺寸稳定后测量其饱和体积(V_g)和饱和轴向尺寸(L_s); 而后试块放到103 ℃的烘箱中烘至绝干，测量其绝干质量(M_o)和绝干轴向尺寸(L_o)。其基本密度(basic density，BD)和绝干时轴向干缩率(longitudinal shrinkage，LS)通过以下公式计算:

(1)

(2)

1.2.3 数据处理方法

采用Excel及SPSS软件对数据进行分析处理。

2 结果与分析 2.1 不同倾斜角度欧美杨107杨应拉木应拉区和对应区微纤丝角的变化

微纤丝角是次生壁S₂层中微纤丝排列方向与细胞轴向之间的夹角，是细胞壁的基本性质之一，对木材的物理力学性质有很大影响。一般来说，木材的顺纹强度、抗弯强度、硬度都与木材细胞壁的纤丝角呈反比关系，纤丝角越小，木材的强度就越大(徐有明，2006)。表 2为不同倾斜角度欧美杨107杨应拉区与对应区微纤丝角的变化。从表 2可以看出:随着倾斜角度的增加，微纤丝角总平均值0°为最大值(12.1°)，60°为最小值(9.0°)，而其他角度介于两者之间。微纤丝角总平均值为10.9°，变化幅度为4.2°~22.7°。比较不同角度的应拉区与对应区微纤丝角可以看出:应拉区比对应区微纤丝角小，其原因主要是由于应拉木中含有大量的胶质层，而胶质层S₂层微纤丝几乎与纵向平行，导致应拉木微纤丝角比正常材小(Baba et al., 1996; Wardrop et al., 1948; 1955; Lehringer et al., 2009)。

图 2为应拉区与对应区微纤丝角随倾斜角度的变化情况。从图 2可以看出:应拉区与对应区微纤丝角随倾斜角度的增加均呈递减趋势，而随着倾斜角度的增加，应拉木胶质纤维含量的增加导致了应拉木微纤丝角小。表 3为不同倾斜角度和不同区域微纤丝角、基本密度和轴向干缩率的双因素方差分析结果。从表 3可知:倾斜角度和区域对微纤丝角的影响均在0.001水平达极显著。

2.2 不同倾斜角度欧美杨107杨应拉木应拉区和对应区基本密度的变化

由于基本密度与木材的其他物理和力学性质的相关性较高，因而成为评价木材性质的重要指标(Jourez et al., 2001)。一般来说，应拉木的基本密度比对应木或正常木的基本密度大(Arganbright et al., 1970)，主要原因是胶质层存在导致细胞壁厚度的增加(Tsoumis，1991)。表 4为不同倾斜角度欧美杨107杨应拉木基本密度的变化。从表 4可以看出:0°~15°基本密度从0.243增加到0.263 g·cm-3，而30°~60°基本密度分别为0.262，0.260和0.265g·cm3，其均值变化较小。不同倾斜角度下基本密度变化幅度为0.145~0.346 g·cm3。5组不同的倾斜角度中应拉区基本密度比对应区基本密度大5.7%~14.4%;而对于不同杨树无性系的研究，Panshin等(1981)研究得出胶质层厚度较厚时，应拉木基本密度比对应木密度大30%左右。本文结论与前人研究相一致。相比而言，本文得到的基本密度平均值比较小，可能与试验所用幼茎均为幼龄材以及无性系品系的不同或生长环境等因素有关。表 4中应拉区变异系数小于对应区变异系数，可能与胶质层含量不同有关，应拉区胶质层分布较多较均匀，变异系数较小; 对应区胶质层分布较少造成细胞壁厚度不均，变异系数较大。

图 3为倾斜角度对欧美杨107杨基本密度的影响。从图 3可以看出:随着倾斜角度的增加，应拉区的基本密度值呈增大趋势，对应区的基本密度值在0°~15°范围内增大，在15°~60°范围内略有下降。Jourez等(2001)对倾斜角度为10°和30°的倾斜杨树基本密度分析得出:应拉区与对应区从10°~ 30°基本密度呈增加趋势，其未对其他倾斜角度进行研究。本文对5组不同倾斜角度杨树基本密度连续跟踪测定，所得结论与其一致。而从表 3可知倾斜角度对基本密度影响不显著，区域对基本密度影响在0.01水平达显著; 倾斜角度与区域的交互作用对基本密度影响也不显著。

2.3 不同倾斜角度欧美杨107杨应拉木应拉区和对应区轴向干缩率的变化

在应拉木中，轴向干缩较大，其值可达1%以上(Barefoot，1963); 而相比对应木和正常木，一般要大得多(Clair et al., 2003; U. S. Department of Agriculture，1987; Yamamoto et al., 2005)。表 5为不同倾斜角度欧美杨107杨应拉区与对应区轴向干缩率的变化情况。从表 5可以看出:在0°时2个方向的轴向干缩率基本相等，应拉区轴向干缩比对应区高1.0~2.0倍，说明应拉木的大量产生导致了应拉区轴向干缩比对应区大得多; 同时，由于应拉木的产生导致了对应区轴向干缩比应拉区干缩有较大的波动。从不同区域轴向干缩率的频率分布柱状图(图 4)可以看出:轴向干缩率在2个不同的区域分布类型不一样，对应区分布较分散，导致其变异系数大; 而应拉区分布接近正态分布，变异系数较小。

图 5为应拉区与对应区轴向干缩率随倾斜角度变化情况。从图 5可以看出:随着倾斜角度的增加，应拉区轴向干缩率在0°~15°范围内增大，从15°之后轴向干缩率减小; 对应区轴向干缩率呈减小趋势。Lowell等(1993)研究了倾斜角度对红桤木(Alnus rubra)密度和干缩率的影响中也得到相似的结论。从表 3可知:倾斜角度对轴向干缩率影响不显著，区域对轴向干缩率影响在0.001水平达极显著; 倾斜角度与区域的交互作用对轴向干缩率影响也不显著。

2.4 不同倾斜角度欧美杨107杨应拉木微纤丝角与轴向干缩率、基本密度与轴向干缩率之间的关系

图 6，7为应拉区和对应区微纤丝角与轴向干缩率、基本密度与轴向干缩率之间的关系。从图 6可以看出:应拉区和对应区轴向干缩率与微纤丝角之间均呈负相关，应拉区相关方程为y=-0.12x+2.003 6，R²=0.454 8(r=-0.67);对应区相关方程为y=-0.069x+1.261 6，R²=0.289 6(r=-0.54)。其中y为轴向干缩率(LS)，x为微纤丝角(MFA)。

从图 7可以看出:应拉区和对应区轴向干缩率与基本密度均呈负相关，应拉区相关方程为y=-0.047 3x+0.311 1，R²=0.243 2(r=-0.49);对应区相关方程为y=-0.080 4x+0.291 7，R²=0.483 8(r=-0.69)。其中y为轴向干缩率(LS)，x为基本密度(BD)。Akins等(1950)研究倾斜的白橡树得出对应木密度与轴向干缩率呈负相关，而应拉木的关系比较不明显。Arganbright等(1970)对银槭树研究同样在应拉木中未得到基本密度和轴向干缩的相关性，在对应木中得到负的相关性。本文应拉区相关性比对应区低，与上述文献研究结果相一致。究其原因，主要是由于应拉区胶质纤维的大量存在使得密度增大，轴向干缩率也增大，降低了应拉区轴向干缩率与基本密度的相关性。

3 结论与讨论

本文以60株2年生的欧美杨107杨为研究对象，在生长季节开展人工倾斜树干试验，将苗木分成5组(每组12株)与垂直方向倾斜成不同的角度(0°，15°，30°，45°和60°)，苗木生长4个月后开始取样，分应拉区(TW)和对应区(OW)对其微纤丝角、基本密度和轴向干缩率进行测定分析，得出以下结论: 1)随着倾斜角度的增加，应拉区和对应区微纤丝角均呈递减趋势，应拉区微纤丝角比对应区小。方差分析表明不同倾斜角度和区域对微纤丝角影响显著。2)随着倾斜角度的增加，应拉区基本密度呈增大趋势，对应区基本密度先增大后略有减小。应拉区比对应区基本密度大5.7%~14.4%。方差分析表明不同区域对基本密度影响显著，不同倾斜角度和角度与区域交互作用对其影响不显著。3)随着倾斜角度的增加，应拉区轴向干缩率先增大后减小，对应区呈减小趋势。应拉区轴向干缩率是对应区的1.0~2.0倍。方差分析表明不同区域对轴向干缩率影响显著，不同倾斜角度和角度与区域交互作用对其影响不显著。4)应拉区和对应区轴向干缩率与微纤丝角之间均呈负相关，应拉区和对应区轴向干缩率与基本密度之间均呈负相关。

综上所述，欧美杨107杨人工倾斜后，应拉区和对应区微纤丝角、基本密度和轴向干缩率随倾斜角度的变化都有一定的变异模式，方差分析表明不同倾斜角度对微纤丝角影响显著，但对基本密度和轴向干缩率影响不显著; 而不同区域对微纤丝角、基本密度和轴向干缩率影响均显著，说明倾斜角度和区域都是影响应拉木形成过程中木材性质变化的重要因素，在人工林培育中为了防止应拉木的形成，在树木受到外力作用而使其自然生长习惯被改变时可以固定减小其倾斜角度来实现; 同时在加工利用中考虑到应拉木应拉区与对应区物理性质的不同，可以使用碘氯化锌溶液染色等方法快速检测应拉木区域，区分对待应拉区和对应区，从而提高生产利用效率。