落叶松(Larix spp.)是我国东北、西北、华北及南方亚高山区重要速生用材树种。据第七次全国森林资源清查数据，我国现有落叶松总面积1 063万hm²，其中人工林约286万hm²，占全国人工林总面积的7.14%(贾治邦，2009)。由此可见，落叶松不仅天然林资源丰富，人工林后备资源也十分雄厚，具有很大的开发利用前景。但落叶松产区主要位于经济欠发达的边远山区或国有林区，木材利用一直以当地民用、矿柱或原木外销为主，没有形成产销一体化的龙头产业，原木售价仅为400~1 000元·m^-3。因此，研发适销对路、选育具有高附加值的落叶松结构材、非结构材等良种对促进落叶松人工林的发展及当地经济发展具有重要意义。落叶松属树种早期速生、产量大，其木材作为常用工业用材，用途广、强度大、耐腐性强，但由于各种因素落叶松木材也存在许多缺陷，如膨胀干缩性高、构造不均匀、渗透性差、易开裂等(周崟，2001)。能否通过材性育种来改善这些缺陷，将成为今后育种工作的研究重点。木材性质受强遗传控制，通过定向培育能较好地改善用材林的木材性质(Sorensson et al., 2004)。近年来，相继开展了落叶松良种选育研究，特别是基因调控、选择育种及杂交育种等方面的研究(张含国等, 1995; 1996; 1998; 周显昌等, 1999; 王笑山等, 2000; 吴义强等, 2000; 郑重, 2002; 孙晓梅等, 2005; 邢世岩，2007)。落叶松种间材性差异较大，用于建筑、车船制造、桥梁、枕木等结构用材的简称结构材，而用于家具等非重承载用途的称为非结构材(赵秀，2010)。针对结构材和非结构材的种间材性评价研究尚未见报道。本文比较落叶松属主要造林树种日本(L. kaempferi)、长白(L. olgensis)、兴安(L. gmelinii)、华北落叶松(L. principis-rupprechtii)及以日本落叶松为母本的杂种间生长和木材物理力学特性，分别结构材、非结构材进行综合评价，以期为落叶松人工林选种、材性选育及木材高效利用提供支持。

1 材料与方法 1.1 试验地概况和试验材料

试验林设在辽宁省清源县大孤家林场西山沟里，坡度24°，坡向东。地处52°45′21″N，125°48′41″E，属中温带季风气候区。年均气温6 ℃，最低温-30 ℃，最高温34 ℃。全年无霜期128天左右，年降水量650 mm。该区属长白山系千山山脉龙岗支脉北坡。林地土壤为棕色森林土，土层厚达50 m，pH值为6.2~6.8。

供试材料为32年生日本落叶松、长白落叶松、兴安落叶松、华北落叶松4个种，日81自由授粉家系及以日81为母本、以长白落叶松(混合花粉)、兴安落叶松(混合花粉)和华北落叶松(混合花粉)为父本的种间杂种日×长、日×兴、日×华3个杂交组合。1977年春用2年生苗营建试验林(孙晓梅等，2008)，试验林面积0.63 hm²，各处理采用平行对比设计，株行距2 m×2 m。2007年春季对试验林438株落叶松进行全面测定，并根据测定结果对每个种、杂种(家系)选取3株平均木，从胸高1.3 m处向上截取2 m长的木段进行各指标测定。

1.2 各项材性指标及测定方法

各项物理力学指标委托中国林业科学研究院木材工业研究所木材科学与技术重点实验室测定。相关指标测定时木材含水率为12%，其中：心边材宽、年轮宽度测定按照《木材物理力学性质实验方法》中的规定进行；木材气干密度采用软X射线测定；接触角采用日本协和界面科学株式会社的CA-W型接触角测定仪测定；弹性模量、抗弯强度、冲击韧性、顺纹抗拉强度、抗劈力强度分别按照GB 1936.2—91，GB 1936.1—91，GB 1940—91，GB 1938—91，GB 1942—91进行测定；干缩率按照GB1932—91测定；差异干缩通过公式(差异干缩=弦向干缩率/径向干缩率)计算(冯冰等, 2006)。

1.3 隶属函数综合评定方法

依模糊数学中隶属函数法(乔志霞等，2006)，对各指标求隶属值，并累加取平均，综合比较各落叶松种的目标材性优劣。各指标隶属值计算公式为：

式中：X为某种某指标的测定值；X_max为所有种该指标测定值的最大值；X_min为该指标中的最小值。若某指标与材性性质呈反向关系，可通过反隶属函数计算其隶属函数值：

1.4 数据统计分析方法

数据分析采用Excel、SAS6.12版PROC GLM程序模块进行方差分析。

2 结果与分析 2.1 生长及其年轮特征的变异分析

落叶松种间高生长差异极显著(表 1)。日本落叶松树高总生长量为23.1 m，分别显著高于长白、兴安及华北落叶松93.6%，51.8%，42.6%。杂种日×长、日×兴、日×华间树高总生长量与母本差异不显著，但却显著高于相应父本，分别比各自父本大1.16，0.58和0.43倍，表明日本落叶松及以其为母本的日×长、日×兴、日×华杂种具明显的生长优势。

年轮宽窄直接反映树木生长的快慢。落叶松种间年轮均宽差异极显著(表 1)。日本落叶松年轮均宽为4.1 mm，显著高于长白、兴安和华北落叶松，分别是这3个种年轮均宽的1.41，1.95和1.41倍，表明其年平均生长量显著高于这3个种。种间杂种的年轮均宽更接近于母本日81，大于各自父本，日×兴的年轮均宽显著比父本兴安落叶松大1.4 mm，是其的1.67倍，日×兴、日×长的年轮宽还表现出超双亲优势。日本落叶松幼龄期年轮年生长量明显高于长白、兴安和华北落叶松，长白和华北落叶松幼龄期年轮宽随年龄整体变化趋势基本一致，即均表现出随年龄先增加后降低的趋势，而兴安落叶松与其略有不同，其幼龄期年轮均宽先降低再升高，可能是由于其本身生物学特性对环境的反应不同于长白、华北落叶松(图 1)；日81、日×长、日×兴、日×华的年轮宽变化趋势基本一致，均表现出幼龄期年轮均宽增加较快，之后逐步趋于平稳。杂种幼龄期年轮宽均明显高于其父本长白、兴安、华北落叶松(图 1)。

落叶松心材与边材区别明显，心材宽度明显大于边材，属心材树种(成俊卿, 1983)。落叶松种间边材宽差异不显著，而心材宽差异达极显著水平。比较发现，日本落叶松心材宽最大，为170.3 mm，分别比长白、兴安、华北落叶松宽63.8%，77.4%，54.8%。杂种日×长、日×兴、日×华的心材宽均高于双亲，表现出一定的超亲优势，其中日×兴的杂种优势更为突出，分别比父母本宽72.4%，16.5%。心材边材比差异不显著，但杂种心边材比均高于父母本，尤其日×兴杂种明显高于双亲。

木材密度是衡量木材物理力学性质的重要指标(冯冰等, 2006)。落叶松平均木材密度为0.634 g·cm^-3(表 1)。落叶松种间木材密度差异不显著，日本落叶松在4个落叶松种间虽然木材密度最低，为0.620 g·cm^-3，与其他种相比并没有达到显著水平，但其生长量却显著高于其他3个种。种间杂种日×长、日×兴、日×华的木材气干密度均略高于母本日81，其中日×兴、日×华在一定程度上表现出超双亲杂种优势。

2.2 木材物理性能的变异分析

表面润湿性以木材表面接触角大小为判定依据，接触角越小润湿性越好(王文霞等, 2010)。落叶松木材径向、弦向接触角较大，分别为57.70°，59.14°(表 2)，表明落叶松木材对胶、油漆等液体的润湿性较差，但从另一方面也说明，作为结构材在一定程度上较耐腐蚀。落叶松种间木材弦向接触角差异不显著而径向接触角差异显著(表 2)，兴安落叶松径向接触角最大，为69°，显著大于长白、日本，华北落叶松接触角也较大，为61.59°，与兴安落叶松间差异不显著。因此，作为家具等的原材料时，日本和长白落叶松木材的油漆等的润湿性能优于兴安和华北落叶松。日×兴、日×华杂种的木材润湿性能相对于父本兴安、华北也得以较好的改善。

干缩性是衡量木材优劣的重要指标之一，差异干缩(弦向与径向干缩率之比)则说明木材干后翘曲程度(冯冰等, 2006)，是影响木材变形的关键性状。落叶松木材干缩率较大，全干和气干弦向、径向干缩率分别为4.52，8.93和2.14，4.59(表 2)，表明其木材尺寸稳定性较差。落叶松种间弦向气干干缩率差异不显著而径向气干干缩率及径向、弦向全干干缩率差异显著或极显著，种间(全干/气干)差异干缩差异极显著(表 2)。日本落叶松的全干、气干差异干缩分别为1.75，1.88，显著低于兴安、华北和长白落叶松，表明日本落叶松木材与其他种相比不易翘曲。杂种日×长、日×兴、日×华的全干、气干差异干缩分别为1.82、1.91，1.94、2.14和1.82、1.94，略高于母本日81(全干、气干差异干缩分别为1.74，1.84)，但均较父本长白(全干、气干差异干缩分别为2.07，2.35)、兴安(全干、气干差异干缩分别为2.64，2.76)、华北(全干、气干差异干缩分别为2.23，2.70) 有极显著的改善(表 2)，表明与日本落叶松杂交在一定程度上能够改善落叶松木材的翘曲性。

2.3 木材力学特性的变异分析

木材抗弯弹性模量代表木材的劲度或弹性(成俊卿, 1983)。落叶松木材抗弯弹性模量较大，平均达15.36 GPa(表 3)。种间抗弯弹性模量存在极显著差异，日本落叶松弹性模量最高，长白落叶松最低，二者相差3.97 GPa，但与华北、兴安落叶松差异不显著(表 3)。日×长、日×兴和日×华杂种间抗弯弹性模量均优于父母本，尤其是日×长、日×兴的抗弯弹性模量分别显著超出父本长白、兴安30.5%，24.1%，超出值分别达3.79，3.54 GPa，亦超过母本日81(表 3)，表现出明显的超亲杂种优势。

木材抗弯强度为木材承受横向荷载的能力(成俊卿, 1983)。落叶松木材有较好的抗弯强度，平均达120.07 MPa。种间抗弯强度存在极显著差异(表 3)，日本落叶松抗弯强度最大，为126.43 MPa，极显著大于长白落叶松，但与兴安和华北落叶松差异均不显著。杂种间木材抗弯强度差异极显著，且种间杂种均表现出超亲杂种优势，尤其是日×兴、日×华杂种的抗弯强度均显著优于双亲，分别比父、母本大25.96，24.83和24.89，23.98 MPa，均大于父母本20%以上。

落叶松木材有较好的顺纹抗拉强度、冲击韧性以及抗劈力强度，均值分别为134.25 MPa、46.30 kJ·m^-2和9.93 N·mm^-1，顺纹抗拉符合一级材要求(李源哲等, 1986)。供试种及杂种间木材的这些指标的差异均未达显著水平(表 3)，但日本落叶松的相应指标要优于长白、兴安和华北落叶松。

2.4 材性定向评价

对落叶松种及种间杂种生长及木材性状分析可知，年轮特征值中的心材宽度、年轮平均宽度，径向接触角，木材干缩指标中径向气干干缩率、弦向/径向全干干缩及全干/气干差异干缩以及力学指标的弹性模量、抗弯强度这10个数量性状指标达到统计上显著差异。因此，有必要针对结构材和非结构材的材种需求对这些指标进行分类和筛选，并利用数学方法开展不同材种的种间(杂种)定向评价。

1) 种/杂种结构材评价  木材的力学性质是度量木材抵抗外力的能力，是结构用材的主要材性指标(鲍甫成等, 1998)。因此，对落叶松种间及杂种进行结构材评价时除考虑生长指标(胸径、树高生长量)外，还应考虑显著差异的力学指标(弹性模量、抗弯强度)及相关的木材物理性状(径向接触角及气干差异干缩)。利用模糊数学隶属函数法(乔志霞等, 2006)对这6个指标(其中接触角隶属值以其大小取正向值)进行隶属值计算(表 4)，杂种日×兴、日×华、日本落叶松及杂种日×长的隶属值均值分别位居1，2，3，4，表明其相对其他种有较好的结构材性状，因此，日本落叶松及以其为母本的杂种可作为优良结构材材料。

2) 种/杂种非结构材评价  近年来，非结构材在市场上的份额越来越重，对落叶松进行非结构材评价很有必要。非结构材加工利用与木材的物理性质，如木材的胶合质量与润湿性密切相关(Freeman, 1959)，所以在进行落叶松种及种间杂种非结构材评价时除了考虑生长性状外，还应考虑木材的相关物理性状(径向接触角、气干差异干缩)。

利用模糊数学隶属函数法(乔志霞等, 2006)对种/杂种生长及其木材主要物理性状指标进行隶属值(其中接触角的隶属值以其大小取反向值)计算，日本落叶松、日×长、日×华、日×兴的隶属值均值分别位居1，2，3，4，表明其木材物理性状较好，比较适宜于非结构材利用；兴安、华北和长白落叶松隶属函数均值较小(表 5)，表明其木材物理材性状方面表现相对较差。因此，日本落叶松及以日本落叶松为母本的杂种可作为优良非结构材材料。

3 结论与讨论

落叶松种间生长量差异极显著，在辽宁东部山区日本落叶松较兴安、华北和长白落叶松生长优势明显；以日本落叶松为母本，以兴安、长白和华北落叶松为父本的种间杂种在生长和材性性状上多表现出偏母本遗传特性，其木材密度未受显著影响，木材力学性能却得以加强，尤其是以日本落叶松为母本，长白、兴安落叶松为父本的杂交组合集合了双亲的优良性状，在生长、材性和抗寒等方面表现出明显的超亲杂种优势，适宜在北方地区重点推广(孙晓梅等, 2008；2011)。Gaspar等(2009)通过对海岸松(Pinus pinaster)生长速率、形态特性与其材性之间关系的研究也认为，快速生长不会降低木材密度，反而增加径向弹性模量。

落叶松心材与边材区别明显，属心材树种。落叶松木材基本密度较大，高于红松(Pinus koraiensis)(李源哲等, 1986)、马尾松(Pinus massoniana)(朱炜, 2007)、火炬松(Pinus taeda)(刘一星等, 1999)等针叶用材树种；一般认为心材较边材硬度低、力学性能差(Lasserre et al., 2005)，但本研究发现落叶松种间木材心材宽差异显著，心材较宽的日本落叶松及其杂种亦具有较强的力学性能，表明落叶松心材有较好的力学性能。

落叶松种间木材径向接触角、径向气干干缩率、全干干缩率(径向/弦向)、差异干缩(全干/气干)、弹性模量及抗弯强度均存在显著或极显著差异。日本落叶松在这些指标上普遍优于其他3种落叶松，而种间杂种较相应的父本亦有显著改善，表现出一定的超亲杂种优势。因此，针对落叶松材性利用中的限制因子开展种间材性选择是必要的，如针对其木材干缩性能较差，利用种间显著干缩差异，开展木材干缩性良种选育。

落叶松种间生长性状、木材物理特性及力学性状之间存在复杂的相关性，如心材宽与晚材率、全干差异干缩及气干差异干缩显著负相关，而与弹性模量、抗弯强度及顺纹抗拉强度显著正相关，应依据材种需求，分指标进行定向材性评价。利用隶属函数法，选择生长指标(树高、胸径)、木材力学指标(弹性模量、抗弯强度)、物理性状指标(径向接触角)及木材干缩指标(气干差异干缩)6个指标对落叶松种/杂种进行结构材评价，综合排名前4位分别为日×兴、日×华、日本落叶松及日×长杂种；以生长(树高、胸径)、木材主要物理性状(径向接触角、气干差异干缩)的4个指标对落叶松种及种间杂种进行非结构材综合评价，综合排名前4位分别为日本落叶松、日×长、日×华及日×兴杂种。因此，日本落叶松及以其为母本的种间杂种有较好的结构材和非结构材性能，可作为优良结构材和非结构材原料。

落叶松杂种生长及材质性状均存在超亲优势，但优势大小不仅因亲本组合及个体基因型而异，还可能因栽种地区不同而异。本研究结果仅基于辽宁省清源县大孤家林场西山沟一片试验林，用于杂交的母本也只有1个无性系，因此有必要进一步通过多点试验和广泛的交配试验对结论的普遍性加以验证。