文章信息
- 徐慧兰, 颜培栋, 唐生森, 韦钧翔, 杨章旗
- XU Huilan, YAN Peidong, TANG Shengsen, WEI Junxiang, YANG Zhangqi
- 采脂处理对湿地松幼龄林生长和材性的影响
- Influence of resin tapping treatment on the growth and physical properties of slash pine young forests
- 森林与环境学报, 2016, 36(02): 252-256
- Journal of Forest and Environment, 2016, 36(02): 252-256.
- http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2016.02.021
-
文章历史
- 收稿日期: 2015-09-15
- 修订日期: 2015-10-20
2. 广西环江毛南族自治县华山林场, 广西环江 547100
2. Guangxi Huashan Forest Farm, Huanjiang, Guangxi 547100, China
湿地松(Pinus ellottii Engelm.)是速生常绿乔木,它适应性强、育苗造林容易、早期生长迅速、产脂量大,可作建筑材及纸浆材,是很好的经济树种。采脂对林分生长和木材材性有一定的影响。张梅林等[1]的研究显示,接近成熟的林分年生长量趋于平缓,采脂对其生长影响相对较小,而中龄林处于生长旺盛期,采脂对其生长影响极大。皱文魁[2]的研究结果表明,随着采脂强度的提高,对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)中龄林生长的影响也越大。还有研究[3, 4]表明采脂对林分生长有一定负面影响。陈光华[5]对50-68年生马尾松进行割脂后的木材物理性质的实验表明其材性基本不会降低,相反气干密度、顺纹抗压、抗弯强度和顺纹抗剪等力学性能有所提高,唯有冲击韧性下降。陈鉴朝[6]研究表明,被采割松脂的木材的力学性能除了冲击韧性降低外,其他性能略有提高。余光[7]对高温脱脂后的马尾松进行材性分析得出,脱脂处理后木材静曲强度和顺纹抗压强度比正常减少10%-11%。JIM et al[8]认为木材中的树脂可轻微增加部分木材性质强度。采脂对林分生长和材性的影响主要取决于林分年龄和采脂强度,上述的研究大多集中在中龄林以上的林分或成熟材,尚没有幼龄林采脂对林分生长和材性的影响研究。由于湿地松是早期生长迅速而后期生长相对较慢的树种,有必要了解早期采脂对其生长和材性的影响。文中通过不同试验设计,更深入地分析了湿地松幼龄林不同采脂处理对湿地松生长和材性的影响。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验地设在广西环江毛南族自治县华山林场,位于东经180°15′,北纬25°06′,海拔320 m,属中亚热带季风气候。该区年平均气温19.8 ℃,最高气温38.9 ℃,最低气温5.1 ℃,年平均降水量1 402.1 mm,常年日照充足,热量充沛。
1.2 试验设计试验林于2005年5月造林,初植密度为2 924 株·hm-2。试验设置了不同的起始采脂年龄:5年生采脂(2010年开始持续采脂,无间伐)、6年生采脂(2011年开始持续采脂,2011年间伐20%)、7年生采脂(2012年开始持续采脂,2011年间伐20%)、8年生采脂(2013年开始持续采脂,2011年间伐20%)、9年生采脂(2014年开始持续采脂,无间伐)等5个水平。样本量为120-130株,选取奇数编号植株为采脂树,偶数编号植株为对照。割面负荷率控制在40%左右。采脂时间是每年5月7日至12月10日,每年采脂结束后测定各样地植株的生长情况。
1.3 试验方法用Φ12 mm的生长锥在立木树高1.3 m的东面位置钻取1根树皮至髓心的完整木芯,置于塑料管,密封,编号。采脂与未采脂树各钻取20-30根木芯。根据木材工业标准[9]测定木材年轮宽度和晚材率。木材基本密度采用最大饱和含水量法测定。木芯以3 a为1个单位进行分段,并对各个分段的木芯进行密度测定。伐倒2010年试验的同一径级采脂和未采脂树并制作力学试件。根据木材工业标准[9]测定顺纹抗压强度、抗弯强度和冲击韧性。
2 结果与分析 2.1 湿地松幼龄林胸径和树高生长情况从2008年,即第3年开始测定胸径和树高。表1是湿地松幼龄林生长情况,对照林没有进行间伐和采脂。由表1可知,前3 a林分平均胸径达到6.93 cm,占10年生的51.8%,前6 a为快速生长期,生长率大于10%,第7-8年为胸径生长快速下降期,第9-10年胸径生长趋于缓慢,10年生湿地松林分平均胸径达到13.39 cm。湿地松树高生长前7 a为快速生长期,10年生林分平均树高超过8 m,树高平均生长量变化规律与胸径平均生长量变化规律相似,随树龄上升而下降。
树龄Tree age/a | 胸径DBH/cm | 平均生长量Average growth/cm | 连年生长量Annual growth/cm | 生长率Growth rate/% | 树高Tree height/m | 平均生长量Average growth/m | 连年生长量 Annual growth/m | 生长率Growth rate/% |
3 | 6.93±0.98 | 2.31 | - | - | 4.04±0.43 | 1.35 | - | - |
4 | 8.57±1.19 | 2.14 | 1.64 | 19.1 | 4.84±0.57 | 1.21 | 0.80 | 16.5 |
5 | 10.19±1.17 | 2.04 | 1.62 | 15.9 | 5.49±0.63 | 1.10 | 0.65 | 11.8 |
6 | 11.32±1.40 | 1.89 | 1.13 | 10.0 | 6.05±0.72 | 1.01 | 0.56 | 9.3 |
7 | 11.95±1.61 | 1.71 | 0.63 | 5.3 | 6.81±0.86 | 0.97 | 0.76 | 11.2 |
8 | 12.67±1.86 | 1.58 | 0.72 | 5.7 | 7.40±0.97 | 0.93 | 0.58 | 8.0 |
9 | 13.03±2.03 | 1.45 | 0.36 | 2.8 | 7.98±1.13 | 0.89 | 0.58 | 7.3 |
10 | 13.39±2.35 | 1.34 | 0.36 | 2.7 | 8.71±1.26 | 0.87 | 0.73 | 8.4 |
表2是采脂与未采脂胸径和树高的连年生长量比较。采脂对胸径的连年生长量有负面影响,采脂当年和次年都表现出生长量不同程度的下降。5年生采脂林连续2 a采脂林分胸径连年生长量均小于未采脂林分,第3年采脂林连年生长量开始超越未采脂林,表现出后期较强的自我恢复和生长能力。6年生采脂试验第4年的胸径连年生长量差异仅为0.02 cm,也表现出恢复生长势。采脂对树高基本没有影响。采脂与未采脂连年生长量的差异积累量胸径不超过0.5 cm,树高不超过0.15 m。
起始采脂年龄Age for tapping | 树龄Tree age/a | 胸径连年生长量DBH annual growth/cm | 树高连年生长量Tree height annual growth/m | ||||
采脂Tapping | 未采脂Non-tapping | 差异Difference | 采脂Tapping | 未采脂Non-tapping | 差异Difference | ||
5年生5-year-old | 5 | 0.43 | 0.46 | 0.03 | 0.61 | 0.51 | -0.10 |
6 | 0.51 | 0.84 | 0.33 | 0.67 | 0.69 | 0.02 | |
7 | 0.85 | 0.54 | -0.31 | 0.44 | 0.37 | -0.07 | |
8 | 0.64 | 0.26 | -0.38 | 0.48 | 0.54 | 0.06 | |
9 | 0.50 | 0.32 | -0.18 | 0.44 | 0.38 | -0.06 | |
6年生6-year-old | 6 | 0.56 | 0.74 | 0.18 | 0.79 | 0.81 | 0.02 |
7 | 0.46 | 0.66 | 0.20 | 0.42 | 0.39 | -0.03 | |
8 | 0.31 | 0.37 | 0.06 | 0.47 | 0.42 | -0.05 | |
9 | 0.29 | 0.31 | 0.02 | 0.43 | 0.52 | 0.09 | |
7年生7-year-old | 7 | 0.55 | 0.72 | 0.17 | 0.68 | 0.60 | -0.08 |
8 | 0.35 | 0.44 | 0.09 | 0.75 | 0.66 | -0.09 | |
9 | 0.15 | 0.32 | 0.17 | 0.61 | 0.65 | 0.04 | |
8年生8-year-old | 8 | 0.21 | 0.34 | 0.13 | 0.62 | 0.55 | -0.07 |
9 | 0.23 | 0.28 | 0.05 | 0.72 | 0.79 | 0.07 | |
9年生9-year-old | 9 | -0.24 | 0.10 | 0.34 | 0.72 | 0.66 | -0.06 |
年轮宽度反映了林木生长速度,晚材率的大小反映了林木木材质量的优劣。图1是不同采脂处理年轮宽比的比较,年轮宽比是每个年轮宽在整个年轮宽中所占的比例。由于胸径的不同,年轮宽比能更好的解释年轮宽度的变化情况。 图2是不同采脂处理晚材率的比较,6、7、8年生未采脂的年轮宽比和晚材率差异很小,所以取其平均值作为对照。 从年轮宽比的曲线可以观察到采脂当年生长量下降,尤其是5年生采脂次年的降幅很大,5、6年生采脂的年轮宽比曲线在采脂第3、4年出现反弹。晚材率曲线很难判断采脂是否对晚材率的大小有影响,5年生采脂的平均晚材率在采脂次年开始高于未采脂树,这个结果有待于进一步研究。对各个年轮宽比和晚材率的采脂与未采脂数据进行了统计分析,均没有达到差异显著的水平。
![]() |
图1 不同采脂处理年轮宽比 Figure.1 Comparison of ring width ratios in different tapping treatments |
![]() |
图2 不同采脂处理晚材率 Figure.2 Comparison of latewood percentages in different tapping treatments |
木材密度是木材材性中的一项重要指标,利用木材密度可以估计木材的各种物理材性和力学材性[10]。从表3可看出,采脂与未采脂的密度差异较大,最大差异达到9%以上。纵向比较可看出,采脂年限越长其密度越低,即采脂5 a的密度远小于采脂1 a的。从差异值的比较可看出,采脂对7-9年轮段密度的影响大于对1-3年轮段和4-6年轮段的影响,可以判断从树皮到髓心,采脂对密度的影响逐渐减弱。
起始采脂年龄Age for tapping | 年轮段Ring segment | 采脂密度Wooddensityunder tapping/(g·cm-3) | 未采脂密度Wooddensityunder non-tapping/(g·cm-3) | 差异Difference | 差异占比Percentage/% |
5年生5-year-old | 1-3 | 0.304 6 | 0.316 5 | -0.011 9 | 3.76 |
4-6 | 0.376 6 | 0.368 5 | 0.008 1 | 2.20 | |
7-9 | 0.377 6 | 0.403 6 | -0.026 0 | 6.44 | |
6年生6-year-old | 1-3 | 0.304 7 | 0.324 5 | -0.019 8 | 6.10 |
4-6 | 0.375 7 | 0.396 2 | -0.020 5 | 5.17 | |
7-9 | 0.379 0 | 0.418 0 | -0.039 0 | 9.33 | |
7年生7-year-old | 1-3 | 0.322 9 | 0.324 7 | -0.001 8 | 0.55 |
4-6 | 0.394 1 | 0.403 3 | -0.009 2 | 2.28 | |
7-9 | 0.412 1 | 0.445 9 | -0.033 8 | 7.58 | |
8年生8-year-old | 1-3 | 0.326 1 | 0.336 9 | -0.010 8 | 3.21 |
4-6 | 0.398 9 | 0.405 5 | -0.006 6 | 1.63 | |
7-9 | 0.427 4 | 0.439 8 | -0.012 4 | 2.82 | |
9年生9-year-old | 1-3 | 0.340 7 | 0.330 5 | 0.010 2 | 3.09 |
4-6 | 0.410 4 | 0.405 7 | 0.004 7 | 1.16 | |
7-9 | 0.436 0 | 0.429 2 | 0.006 8 | 1.58 |
表4是湿地松幼龄林采脂与未采脂各个力学强度的比较,采脂湿地松的各个力学强度均小于未采脂的,试件的含水率都在35%以上,是生材试验结果,所以各个力学性能的绝对值只做为采脂与未采脂的差异比较。力学试验未考虑不同起始采脂年度等因素,只分为5年生采脂试验中同一径级采脂和未采脂2种。结果显示除了冲击韧性(F=0.814,P=0.371>0.05)以外,顺纹抗压强度(F=6.285,P=0.017<0.05)和抗弯强度(F=5.432,P=0.023, 0.05)的统计分析结果表明采脂与未采脂差异达到显著水平。
项目Item | 平均顺纹抗压强度Average compressive strength parallel to grain/MPa | 平均抗弯强度Average bending strength/MPa | 平均冲击韧性Average impact toughness/(kJ·m-2) |
采脂Tapping | 20.52 (3.97) | 49.04 (8.50) | 33.04 (15.42) |
未采脂Non tapping | 23.21 (5.22) | 54.94 (8.60) | 36.50 (16.73) |
差异Difference | -2.69 | -5.90 | -3.46 |
差异占比Percentage/% | 11.59 | 10.74 | 9.48 |
1)括号内数据为标准偏差。Note: datas in brackets are standard deviation. |
以湿地松幼龄林不同采脂处理为出发点,分析了不同采脂时间对湿地松生长和材性的影响。湿地松胸径生长高峰期出现在第3年,前6 a为快速生长期,第7-8年为胸径生长快速下降期,第9-10年胸径生长趋于缓慢,整体呈现早期生长迅速,后期迅速减慢的规律。湿地松树高生长前7 a为速生期,连年生长量整体随树龄增长略有下降。树高平均生长量变化规律与胸径平均生长量变化规律相似,随树龄上升而下降。上述生长情况表明湿地松是I种速生树种,且生长快而稳定。
采脂使湿地松胸径变小,但影响不大。每个采脂处理的采脂与未采脂胸径连年生长量的差异积累不超过0.5 cm。5年生采脂和6年生采脂试验都观察到了采脂若干年后的胸径恢复生长势。恢复势与湿地松树龄有关,树龄越小恢复势越大并越早出现。如果试验时间充分长,可以更好的了解恢复生长情况。没有观察到采脂对树高的影响。
年轮宽度在采脂后有一定的下降。统计分析的结果显示采脂对其年轮宽度和晚材率的影响都没有达到差异显著的水平,当然这与采脂强度的大小是紧密关联的。可以判断采脂割面负荷率在40%左右时,采脂对胸径和年轮宽的影响远远小于树木自身的生长势。从湿地松整体的生长势、连年生长量和年轮宽比结果可以判断采脂对胸径的影响远远小于树木本身生长对胸径的影响。
采脂导致密度变小。最多可降低9%。采脂对密度的影响从树皮到树心逐渐减弱。采脂年限越长密度降低越多。影响木材密度的原因很多。有生长率、晚材率、抽出物和纤维形态的变化等[8]。湿地松属于早晚材分明的针叶树种,此类树种很多显现随着生长率的提高而密度略减的趋势。湿地松早期生长迅速导致密度在树心处低,树皮处高。前面已经讨论过采脂对晚材率没有显著的影响。可以推测树脂对密度有一定的影响。树脂的密度大于木材的密度,采脂使得树脂不断的流出,并间接导致了木材密度的减少。通过对采脂后纤维形态的观察,发现采脂导致纤维壁由厚变薄。壁由厚变薄是直接导致密度变小的原因。
试验结果显示未采脂树的各个力学指标均大于采脂树的力学指标。陈鉴朝[6]的研究显示采割松脂对木材的力学性能除了冲击韧性降低外,其他性能略有提高。本研究结果与上述研究结果相反。这可能与试验对象有关,即成熟材与幼龄材的不同,也可能与含水率有关。采脂后密度降低和木材管胞中树脂的减少会导致相关力学性能的降低。
采脂对湿地松幼龄林的生长有一定的影响,但影响不大。虽然采脂当年和次年的生长量有所下降,但湿地松本身的生长主导了胸径的生长。相对于生长,采脂对材性的影响比较大。密度和力学性能都有不同程度的下降。
[1] | 张梅林,盛思恩,陈涛,等.湿地松采脂与林分生长效应分析[J].安徽林业科技,2006(3):4-5. |
[2] | 皱文魁.不同强度采脂对马尾松生长的影响[J].林业勘察设计,2007(2):114-116. |
[3] | 刘春芳,陈锡联.采脂对湿地松林分生长和经济效益的影响[J].浙江林业科技,2004,24(3):24-26. |
[4] | 舒文波,杨章旗.马尾松不同采脂年龄和径级产脂量变化特点研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(11):39-43. |
[5] | 陈光华.马尾松尾采割松脂后木材物理力学性质的试验[J].南京林业大学学报(自然科学版),1980,4(4):62-70. |
[6] | 陈鉴朝.湿地松建筑材的材性与利用[J].广东林业科技,1995,11(4):26-31. |
[7] | 余光.高温脱脂处理对马尾松材质的影响[J].福建林学院学报,2007,27(3):244-247. |
[8] | JIM L,BOWYER J L,RUBIN S R,et al.Forest products and wood science:an introduction[M].4th ed. Ames, Iowa city:Iowa State University Press,2003:205-231. |
[9] | 中国标准出版社第一编辑室.木材工业标准汇编[M].北京:中国标准出版社,2002:11-55. |
[10] | 尹思慈.木材学[M].北京:中国林业出版社,1996:179. |