四川引種臺(tái)灣榿木立地條件與木材力學(xué)性質(zhì)的典型相關(guān)分析

蔣云貴，楊永前

(成都木材綜合工廠，四川成都6l008l;四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川雅安 6250l4)

臺(tái)灣榿木生長(zhǎng)迅速、材質(zhì)好、生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，是一種兼具固氮的優(yōu)良樹種。臺(tái)灣榿木干形通直、高大，出材率高，這是區(qū)別于榿木屬其它種的重要特征之一［l］。臺(tái)灣榿木原產(chǎn)地分布較為廣泛，從低海拔到海拔3 000 m均有自然分布，北緯2l°50'～25°l5'，東經(jīng)l20°～l22°。

原產(chǎn)地氣候溫暖濕潤(rùn)，降雨充足，年均溫l0.6℃ ～22.5℃，極端最低溫 -7.6℃。土壤為山地黃壤、黃棕壤和棕壤，中性偏酸性土壤。臺(tái)灣榿木常生于溪邊、河谷、荒地，有時(shí)成純林;喜光，喜濕且耐濕，耐瘠薄，并具一定的耐干旱能力［2～4］。臺(tái)灣榿木可以輪作、混作的方式與臺(tái)灣櫸木、臺(tái)灣杉木等造林樹種混交，并可促進(jìn)這些樹種的生長(zhǎng)［5］。臺(tái)灣榿木生長(zhǎng)迅速，出材量高，南非［6］于l982年引種臺(tái)灣榿木，在土層深厚、排水良好的濕潤(rùn)土地上，8 a生臺(tái)灣榿木最大單株樹高達(dá)20 m，胸徑27.8 cm;平均樹高為l5.8 m，胸徑20.2 cm，木材年生長(zhǎng)量達(dá)到l5 m3·hm-2，其中 6 a ～8 a、24 m3·hm-2，栽植后的8 a間木材總產(chǎn)量為l22 m3·hm-2，被認(rèn)為是南非最有潛力的商用造林樹種之一。我國福建［7］于l987年引種臺(tái)灣榿木，8 a生臺(tái)灣榿木平均樹高為l l.l m，胸徑為l l.8 cm，單株立木蓄積量為0.0430 m3，生長(zhǎng)發(fā)育正常，已開花結(jié)實(shí)，表明引種是成功的。

立地是植物生長(zhǎng)地段作用于植物的環(huán)境條件的總稱［8］，也就是決定森林生產(chǎn)力的所有生物因子和非生物因子的結(jié)合。立地條件一般包括氣候條件、海拔高度、溫度、雨量、土壤條件和在林內(nèi)的位置等一系列。立地條件的好壞在很大程度上覺得林木生長(zhǎng)的速度和質(zhì)量，而林木生長(zhǎng)與木材材質(zhì)又是緊密相關(guān)的。因此，研究立地條件與臺(tái)灣榿木木材力學(xué)性質(zhì)的典型相關(guān)關(guān)系，對(duì)林木的定向培育、提高臺(tái)灣榿木的綜合利用，具有非常重要的意義。做到適林適造、材盡其用、小材大用、劣材優(yōu)用，使有限的木材資源得到充分、合理、高效的利用［9］。在臺(tái)灣，已探索了用臺(tái)灣榿木木材、枝丫等作為原料生產(chǎn)中密度纖維板、刨花板和用于造紙，以及木材改性、油漆、防腐和從榿木葉中提取化合物等方面［l0］。王晶晶［ll］通過對(duì)榿木與臺(tái)灣榿木人工林木材性質(zhì)比較研究得出:榿木順紋抗拉強(qiáng)度略低于臺(tái)灣榿木，抗彎強(qiáng)度、彈性模量、沖擊韌性略高于臺(tái)灣榿木，力學(xué)性質(zhì)中等略低。

l 材料與方法

l.l 材料

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl927-2009《木材物理力學(xué)試樣采集方法》［l2］的規(guī)定，采集樣木。采集地點(diǎn):四川省樂山市中區(qū)蘇稽鎮(zhèn)楊坪村一組大寨山溝、四川省樂山市中區(qū)蘇稽鎮(zhèn)生態(tài)園，四川省廣元市元壩區(qū)朝陽鄉(xiāng)3個(gè)包村、廣元市元壩區(qū)柳橋鄉(xiāng)新勝村曾家山;每個(gè)點(diǎn)各采集3株6 a生的臺(tái)灣榿木。木芯直徑5mm，要求垂直通過樹干中心，長(zhǎng)度超過l/2胸徑［l3］。

設(shè)置20 m×20 m臨時(shí)樣地，進(jìn)行測(cè)樹因子調(diào)查，并在臨時(shí)樣地內(nèi)多點(diǎn)采集0～40 cm土樣混合，取l kg作為室內(nèi)化學(xué)分析。收集當(dāng)?shù)亟? a來的氣象資料。

l.2 方法

按《木材物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法》［l4］國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臺(tái)灣榿木木材試件的制作和木材力學(xué)性質(zhì)檢測(cè)。以置信度為95%確定試件樣本數(shù)。

土壤化學(xué)分析方法:土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定，采用中國科學(xué)院南京土壤研究所《土壤理化分析》［l5］;土壤全N采用半微量凱式法測(cè)定;土壤全P和有效P的測(cè)定方法采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法和浸提法;土壤全K和速效K的測(cè)定方法采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度計(jì)法和l mol·L-l乙酸浸提-火焰光度計(jì)法。

典范分析是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境與生物間關(guān)系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，是研究?jī)山M變量間相關(guān)關(guān)系的常用方法，其基本原理是將兩組復(fù)雜的變量依據(jù)樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為少數(shù)幾對(duì)相關(guān)程度較高的、易于進(jìn)行專業(yè)分析的綜合變量間的關(guān)系，從而達(dá)到揭示事物間內(nèi)在聯(lián)系的目的［l6］。

2 調(diào)查因子

以立地條件中的全鉀(Xl)、緩效鉀(X2)、全磷(X3)、有效磷(X4)、全氮(X5)、pH 值(X6)、有機(jī)質(zhì)(X7)、土層深度(X8)、保水性能(X9)、質(zhì)地(Xl0)、年降雨量(Xl l)、年日照時(shí)數(shù)(Xl2)、海拔高度(Xl3)、坡度(Xl4)、坡向(Xl5)、林地地貌(Xl6)因子作為自變量，以順紋抗壓強(qiáng)度(Yl)、抗彎強(qiáng)度(Y2)、抗彎彈性模量(Y3)、順紋抗剪強(qiáng)度弦面(Y4)、順紋抗剪強(qiáng)度徑面(Y5)、順紋抗拉強(qiáng)度(Y6)、橫紋局部抗壓比例應(yīng)力(Y7)、沖擊韌性(Y8)、抗劈力徑面(Y9)、抗劈力弦面(Yl0)作為因變量，利用SAS軟件進(jìn)行兩組一般變量的線性相關(guān)關(guān)系分析。

影響臺(tái)灣榿木成材的因素很多，在此相關(guān)顯著程度選取土壤的鉀(Xl)、磷(X2)、氮(X3)、土壤pH值(X4)，氣象因子中的年降雨量(X5)、年日照時(shí)數(shù)(X6)和海拔高度(X7)因子作為自變量;以臺(tái)灣榿木木材主要力學(xué)性質(zhì)——抗彎強(qiáng)度(Yl)、抗彎彈性模量(Y2)、沖擊韌性(Y3)和弦面抗劈力(Y4)作為因變量，利用SPSS軟件進(jìn)行典型相關(guān)關(guān)系分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.l 自變量X與因變量Y的相關(guān)關(guān)系

利用SAS軟件進(jìn)行兩組一般變量的線性相關(guān)關(guān)系分析。其相關(guān)系數(shù)見表l。

從自變量和因變量的一般線性相關(guān)系數(shù)來看，所列的自變量和因變量均存在相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為正值的即為正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為負(fù)值的即為負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)越大，說明兩變量間的相關(guān)性越顯著。

3. 2 立地因子與木材力學(xué)性質(zhì)的典型相關(guān)關(guān)系

利用SPSS軟件進(jìn)行典型相關(guān)分析，結(jié)果如表2。

表l 自變量X與因變量Y的相關(guān)關(guān)系Table l The correlationship between independent variable X and dependent variable Y

表2 立地因子與木材力學(xué)性質(zhì)的典型相關(guān)分析Table 2 Canonical correlation analysis of site conditions and wood mechanics properties

從表2中得出，所選擇的立地因子與臺(tái)灣榿木的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和抗劈力在第一、第二、第三觀測(cè)點(diǎn)呈高度典型相關(guān)，第四觀測(cè)點(diǎn)典型相關(guān)。

從表3中看出，降低土壤的氮(rulx3=-0.l25*)和 pH 值(rulx4=-0—09l*)，有利于提高木材的抗彎彈性模量(rvly2=0.00l)和沖擊韌性(rvly3=0.00l);木材的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和抗劈力隨土壤的鉀、磷，以及年降雨量和日照時(shí)數(shù)的降低而提高;土壤的氮和pH值下降，有助于提高木材的抗彎強(qiáng)度;隨著年降雨量、年日照時(shí)數(shù)和海拔高度的降低，木材抗彎彈性模量和抗劈力會(huì)有所增加。

表3 原始變量與典型變量V和W之間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Raw canonical coefficients for the VAR variables and the WITH variables

4 結(jié)論

從分析結(jié)果來看，立地因子與木材力學(xué)性質(zhì)間均存在相關(guān)關(guān)系，有的甚至呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系。影響臺(tái)灣榿木成材力學(xué)性質(zhì)的因子有海拔高度、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)、年平均氣溫等氣象因子和土壤的肥力(全鉀、緩效鉀、全磷、有效磷、全氮、pH值和有機(jī)質(zhì))與土層厚度等，它們均與木材的力學(xué)性質(zhì)成正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)越大，其相關(guān)性也越顯著。其中影響最大的因素主要是海拔高度、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)和土壤肥力中的全鉀、緩效鉀、全磷、全氮、土層厚度及物理狀態(tài)，這些因子與木材的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和抗劈力間存在典型的相關(guān)關(guān)系。

提高臺(tái)灣榿木木材的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和抗劈力，可以通過降低土壤中的氮(N)的含量、磷(P)、鉀(K)、pH值，及選擇年降雨量小、年日照時(shí)數(shù)少和海拔較低的地帶種植。做到對(duì)臺(tái)灣榿木“適地適樹”、科學(xué)引種和栽培，最大限度地提高木材的材質(zhì)和產(chǎn)量。

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