超短轮伐期经营是一种适用于阔叶速生树种并采用集约管理措施建立和维护的经营体系(方升佐等，1993)。超短轮伐期林业不仅是劳动密集型产业，更是一种技术密集型、知识密集型产业, 它追求的是在最短的时间内生产出最多的生物量，满足纤维、能源以及饲料等不同林产品的需要。自1970年Schreiner提出超短轮伐期林业的概念后，国内外在超短轮伐期经营的品种与造林密度选择、生物量、材性分析及经济评价等方面开展了广泛研究(方升佐等，1993; Gambles et al., 1984; Wright，1988; 智信等，1997; Pallardy et al., 2003; 黄秦军等，2008; Spinelli et al., 2008; Walle et al., 2007; Al Afas et al., 2008)，探讨林业超短轮伐期的可行性。

三倍体毛白杨(triploid hybrids of Populus tomentosa)具有速生、优质、高效的特点，尤其适合纸浆材生产(朱之悌等，1995)。此前，有学者对其木材基本密度、化学组分特点以及遗传变异规律进行了系统的研究(邢新婷等，2000; 姚春丽等，1998; 蒲俊文等，2002); 而有关三倍体毛白杨超短轮伐栽培条件下木材材性的研究未见报道。本研究采用三倍体毛白杨容器硬枝扦插苗直接造林，建立了超短轮伐期经营纸浆林。造林满3年时测量其木材基本密度及化学组分，从材性角度来探讨三倍体毛白杨超短轮伐栽培的可行性。

1 材料与方法 1.1 试验材料的采集与制备

试验地位于鲁西南地区兖州市，115°52′—117°36′E，34°26′—35°57′N，东南亚季风气候区，属暖温带季风气候，受热带海洋气团或变性热带海洋气团影响而高温多雨; 土壤类型为沙壤土; 地下水位4~5 m; 年均气温13.3~14.1 ℃，平均无霜期199天; 年平均降水量597~820 mm。

2008年11月下旬，从定植于山东兖州、以密度(9 990, 6 660, 4 995, 4 440, 3 330和2 490株·hm^-2)为主处理、三倍体毛白杨无性系(B301，B302，B307，B330，B331)为副处理、重复3次的3年生裂区设计试验林中，每小区200~400个样本中抽取平均木3株。从平均木的1.3 m处截取5~6 cm厚的圆盘，分无性系和造林密度做好标记后带回北京。然后切成长×宽×厚为(15~20)mm×(10~20)mm×(3~5)mm的木片，充分混合后存储，平衡水分，挑出无树节木片将其切成火柴梗粗细并混合均匀，置于粉碎机中磨至细末。过筛，截取能通过40目而不能过60目筛的部分，风干，储存于塑料自封袋中，留待化学成分分析用。

1.2 试验方法 1.2.1 木材基本密度测定

将三倍体毛白杨试样截成20 mm×20 mm×20 mm尺寸大小的试件，挑选无节疤的试件进行真空抽气3~5 min后在水中浸泡2~3天，直到不再吸水膨胀为止，然后重新测量试件体积并记录。试件烘干、秤重以及基本密度计算按照GB 1927—1943—91《木材物理力学性质实验方法》的有关规定进行(国家技术监督局，1991)。每处理测定5~8个试件，取其平均值作为基本密度测量值，共测量528个试件。

1.2.2 木材化学成分测定

样品中苯醇抽出物含量、木素含量、纤维素含量、戊聚糖含量的测定均按照陈佩蓉等(1990)的测定方法进行。

1.2.3 数据处理

木材基本密度、苯醇抽出物含量、木素含量、纤维素含量以及聚戊糖含量等数据均以3次重复的平均值为统计值。数据处理时，本文中涉及的百分比数据均先进行反正弦变换，然后采用SPSS10.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析 2.1 基本密度

木材基本密度是影响纸浆性能和木材质量的重要因素。基本密度越大，单位体积木材的质量就越大，其制浆得率也就越高。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材基本密度测定结果如图 1。

从图 1可以看出:三倍体毛白杨超短轮伐期经营时，木材基本密度相对较低，除三倍体毛白杨无性系B330的木材基本密度随造林密度的减小而变化不大外，其他几个三倍体毛白杨无性系的基本密度都有随着造林密度的减小而增大的趋势。三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材的基本密度在0.247~0.282 g·cm^-3之间变化，其中以无性系B331，B302的木材基本密度最大，平均为0.272 g·cm^-3，无性系B330的木材基本密度最小，平均为0.252 g·cm^-3。方差分析结果表明:无性系对超短轮伐纸浆材基本密度影响极显著，造林密度对超短轮伐纸浆材基本密度影响显著，密度与无性系间的交互作用则对超短轮伐纸浆材基本密度影响不显著。无性系B331，B302，B307的木材基本密度显著大于无性系B301，B330的基本密度; 在2 490，3 330株·hm^-2密度栽培条件下的纸浆材基本密度显著大于9 990株·hm^-2密度栽培的超短轮伐纸浆材(表 1)。

2.2 三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材化学成分

利用三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材制备化学浆时，化学组分中的纤维素含量在一定程度上决定了纸浆得率，木素含量则决定了化学药品的消耗和污染负荷(蒲俊文等，2002)。因此，分析原料中的化学成分对化学浆的制浆工艺、经济效益和环境污染有重要意义。

2.2.1 苯醇抽出物含量

造纸植物纤维原料中苯醇抽提物含量大约为3%~5%，它在蒸煮中大部分溶于药液中，少量存留于纸浆内，容易使纸浆着色。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材苯醇抽出物含量测定结果如图 2。

从图 2可以看出:同一三倍体毛白杨无性系在不同栽培密度条件下，苯醇抽出物含量没有明显的变化规律; 同一栽培密度的不同三倍体毛白杨无性系间苯醇抽出物含量存在差异。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材苯醇抽出物平均含量介于3.68%~4.39%之间，其中，在3 330株·hm^-2密度栽培条件下，无性系B301的苯醇抽出物含量最高，为5.45%，无性系B302的苯醇抽出物含量最低，为3.42%。与9年生三倍体毛白杨木材的苯醇抽出物含量1.5%~3.0%相比，显得略微偏高一些(蒲俊文等，2002)，这可能是因为三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材经营周期短、木材还没有得到充分生长发育所致。方差分析结果表明:无性系、造林密度以及无性系与造林密度间的交互作用对超短轮伐纸浆材苯醇抽出物含量的影响均不显著。

2.2.2 聚戊糖含量

存在于木材中的聚戊糖，是木材半纤维素中以木糖基为主链的一种高聚糖。对于一般造纸用浆来说，保留一定量的半纤维素，有利于提高纤维结合力，从而提高纸张的裂断长、耐破度和耐折度，也有利于节省打浆动力消耗。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材聚戊糖含量测定结果如图 3。

从图 3可以看出:同一三倍体毛白杨无性系在不同栽培密度条件下，聚戊糖含量先随着造林密度减小而增大，然后随着造林密度进一步减小而降低; 同一栽培密度的不同三倍体毛白杨无性系超短轮伐纸浆材聚戊糖含量差异明显，9 990与6 660株·hm^-2密度栽培条件下尤其明显。三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材聚戊糖平均含量介于12.86%~13.47%之间，其中，6 660株·hm^-2密度栽培的无性系B302聚戊糖含量最高，为14.06%，2 490株·hm^-2密度栽培的无性系B307聚戊糖含量最低，为12.05%。方差分析结果表明:无性系对聚戊糖含量影响达到了极显著水平，造林密度以及无性系与造林密度间的交互作用对聚戊糖含量影响均不显著。无性系B302，B330聚戊糖含量显著高于无性系B331，B301，B307(表 2)。

2.2.3 木素含量

木素是在化学制浆中需要除去的成分，原料中木素含量多，将造成制浆困难、耗用的化学品多、漂白困难等一系列问题。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材木素含量测定结果如图 4。

从图 4可以看出:同一三倍体毛白杨无性系在不同栽培密度条件下，木素含量没有明显的变化趋势; 同一栽培密度的不同三倍体毛白杨无性系超短轮伐纸浆材木素含量差异明显。三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材木素平均含量介于18.16%~19.77%之间，其中，6 660株·hm^-2密度栽培的无性系B307木素含量最高，为20.47%，6 660株·hm^-2密度栽培的无性系B301木素含量最低，为17.10%。方差分析结果表明:无性系对超短轮伐纸浆材木素含量的影响达到了极显著水平，造林密度以及无性系与造林密度间的交互作用对木素含量影响均不显著，三倍体毛白杨无性系B307木素含量显著高于无性系B301，B302，B331(表 2)。

2.2.4 综纤维素含量

综纤维素是植物原料中的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素的总和, 与纸浆得率有直接的关系，通过预测综纤维素含量可以间接地评估纸浆得率。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材综纤维素含量测定结果如图 5。

从图 5可以看出:同一三倍体毛白杨无性系在不同栽培密度条件下，综纤维素含量随着造林密度减小呈现先减小后增大的趋势; 同一栽培密度的不同三倍体毛白杨无性系超短轮伐纸浆材综纤维素含量差异明显，无性系B302的综纤维素含量远远高于其他无性系。三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材综纤维素平均含量介于74.91%~77.61%之间，其中，9 990株·hm^-2密度栽培的无性系B302综纤维素含量最高，为78.54%，3 330株·hm^-2密度栽培的无性系B307综纤维素含量最低，为73.93%。方差分析结果表明:无性系对综纤维素含量影响达到了极显著水平，造林密度以及无性系与造林密度间的交互作用对综纤维素含量影响均不显著，无性系B302综纤维素含量显著高于无性系B301，B307，B331，B330(表 2)，是进行超短轮伐纸浆材培育的优良无性系。

2.2.5 α-纤维素含量

α-纤维素含量与木材性能、纸浆得率和纸浆质量等关系紧密，原料中α-纤维素含量高，制浆的得率就高。因此，通过测定原料中的纤维素含量，可以确定原料的使用价值，推测纸浆得率。超短轮伐栽培的三倍体毛白杨无性系木材α-纤维素含量测定结果如图 6。

从图 6可以看出:同一三倍体毛白杨无性系在不同栽培密度条件下，α-纤维素含量无明显的变化规律; 同一栽培密度的不同三倍体毛白杨无性系超短轮伐纸浆材α-纤维素含量差异明显，无性系B302的α-纤维素含量远远高于其他无性系。三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材α-纤维素平均含量介于40.28%~43.49%之间，其中，2 490株·hm^-2密度栽培的无性系B302 α-纤维素含量最高，为44.28%，3 330株·hm^-2密度栽培的无性系B330 α-纤维素含量最低，为39.60%。方差分析结果表明:无性系对α-纤维素含量影响达到了极显著水平，造林密度以及无性系与造林密度间的交互作用对α-纤维素含量的影响均不显著，无性系B302的α-纤维素含量显著高于无性系B301，B307，B331，B330(表 2)，是进行超短轮伐纸浆材培育的良好无性系。

3 结论与讨论 3.1 无性系与造林密度对纸浆材基本密度的影响

木材基本密度是衡量纸浆材材性的重要指标。绝大多数杨树材性遗传变异的研究中都包括了无性系间木材密度的变异，研究结果一致表明:不同无性系间木材密度存在显著差异(Yanchuk et al., 1983; 刘洪谔等, 1990)。Farmer等(1968)和Olson等(1986)分别对美洲黑杨(Populus deltoides)的研究表明:木材密度的广义遗传力较高，分别为h²=0.70和h²=0.62; 刘洪谔等(1990)对黑杨派和青杨派的12个杨树杂种无性系进行了研究，得出无性系间木材密度的重复力为R=0.789;王明庥等(1989)对黑杨派无性系木材基本密度的研究得出，其广义遗传力为h²=0.84;宋婉等(2000)对不同毛白杨无性系间木材基本密度开展了研究，得出无性系间木材基本密度的重复力为0.82~0.89。以上研究结果均表明:杨树的木材基本密度受较强的遗传因素控制，可以通过无性系选择而得到改良。

造林密度决定了林木生长空间，对林木个体生长发育具有重要的影响; 林分密度变化会对纸浆材的木材密度产生一定的影响。徐永吉等(1995)对北京杨(Populus×beijingensis)不同间伐强度与木材基本密度间的关系进行了研究，结果表明对照林分的基本密度为0.325 g·cm^-3，而间伐强度为43.6%和63%时，其木材基本密度分别0.305 g·cm^-3和0.290 g·cm^-3，分别降低了约6.2%与10.8%; Cown(1981)报道，间伐会使辐射松(Pinus radiata)木材密度下降; Cao等(2008)对欧洲云杉(Picea abies)间伐强度与木材基本密度关系的研究结果显示，随着间伐强度的增大，木材基本密度会轻微下降; 而落叶松(Larix gmelinii)与马尾松(Pinus massoniana)间伐后则会使木材密度增加(Lowery, 1967; 卫广杨，1980)。尽管间伐后林分密度减小，部分树种的木材密度会减小而造成一定的经济损失, 但是通过间伐可以大大提高单位面积上木材产量，所获得的收益远高于因木材密度减小而导致的损失。

本研究获得了与大多数研究者基本一致的结论:三倍体毛白杨无性系对超短轮伐纸浆材木材基本密度影响极显著，造林密度对超短轮伐纸浆材木材基本密度影响显著，密度与无性系间的交互作用则对超短轮伐纸浆材基本密度影响不显著; 印证了毛白杨木材基本密度受到更强遗传控制的结论(宋婉等，2000); 与短轮伐期毛白杨木材相比，超短轮伐纸浆材的木材基本密度偏低(邢新婷等，2000)。

3.2 无性系与造林密度对纸浆材化学组分的影响

与木材基本密度一样，苯醇抽出物、聚戊糖、木素以及综纤维素等化学组分是衡量纸浆材好坏的重要材性指标。有关杨树的材性研究表明:三倍体毛白杨、欧美杨、I-214杨(Populus euramericana cv. ‘I-214’)、I-69杨(Populus euramericana cv. ‘I-69’)等杨树木材的化学组分在不同无性系间存在显著差异(蒲俊文等, 2002; 黄秦军等, 2008; 柴修武，1991; 1993)。施肥能显著提高欧洲云杉以及桉树(Eucalyptus)纸浆林的生长量，但对其木材的木质素含量以及纤维素含量等没有显著影响(Raymond et al., 2000; Jaakkola et al., 2007; Cao et al., 2008)。这充分说明杨树化学组分也属于其树种本身的一种生物学特性，主要受自身遗传基础的控制，基本不受林地管理措施的影响。Jaakkola等(2007)对欧洲云杉间伐强度与木质素含量关系的研究结果表明:随着间伐强度的增大，木材的木质素含量略微升高，但没有显著的差异。这说明木质素的含量与林分密度间没有显著的相关性。

三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材化学组分研究取得了与上述研究相一致的结果:无性系对聚戊糖含量、木素含量、综纤维素含量以及α-纤维素含量的影响极显著，而造林密度以及造林密度与无性系间的交互作用对聚戊糖含量、木素含量、综纤维素含量以及α-纤维素含量的影响均不显著。9年生三倍体毛白杨苯醇抽出物含量为1.5%~3.0%，综纤维素含量在80.0%以上(蒲俊文等, 2002)。与9年生短轮伐期三倍体毛白杨木材相比，超短轮伐纸浆材综纤维素含量低2.0%~5.0%，苯醇抽出物含量稍高1.0%~2.0%。因此，三倍体毛白杨超短轮伐纸浆材制浆得率会比短轮伐期纸浆材偏低。