大花序桉木材抗彎彈性模量變異研究

項(xiàng)東云，王明庥，黃敏仁，陳健波，闞榮飛，張照遠(yuǎn)，陳東林

(1 南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210037;2 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002;3 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530001;4廣西國營東門林場，廣西扶綏 532108）

大花序桉Eucalyptus cloeziana為桃金娘科傘房屬樹種，自然分布于澳大利亞，我國引種大花序桉已有30多年的歷史.早在廣西東門桉樹林項(xiàng)目執(zhí)行期間(1983—1989年)，大花序桉就表現(xiàn)出較大的生長潛力，其生長量比當(dāng)時(shí)的當(dāng)家造林樹種——窿緣桉E.exserta大77.2%［1］.在巴西，樹齡為 20 ～22 年，胸徑17～40 cm的大花序桉主要用于鋸材生產(chǎn)［2］.近10年來廣西把該樹種作為鋸材樹種進(jìn)行改良研究，開展了種源、家系試驗(yàn)，測試它們的生長變異程度，初步結(jié)果表明，大花序桉的樹高、胸徑、單株材積等生長性狀無論在種源間，還是家系間均存在顯著差異［3］.此外，大花序桉木材性質(zhì)變異情況是另一方面的研究內(nèi)容.項(xiàng)東云等［4］以18年生的大花序桉種源試驗(yàn)林的木材為研究對象，對木材基本密度、弦向干縮率、徑向干縮率等物理性質(zhì)進(jìn)行了測定分析，發(fā)現(xiàn)不同種源間、相同種源不同樹干高度間所測定的物理性質(zhì)指標(biāo)均存在顯著的差異.隨后，陳健波等［5］研究了18年生的大花序桉種源試驗(yàn)林木材的順紋抗壓強(qiáng)度，分析了種源間、單株間、樹干高度上的木材順紋抗壓強(qiáng)度的變異情況，結(jié)果大花序桉部分種源間、株間及高度間木材順紋抗壓強(qiáng)度均有顯著差異，B85號(hào)種源的順紋抗壓強(qiáng)度最大，為83.4 GPa;12195號(hào)種源的最小，為69.8 GPa;各種源木材順紋抗壓強(qiáng)度沿樹干高度的變化并不相同，有的呈遞增趨勢，有的呈遞減趨勢，有的先增后減，有的先減后增.此前，羅玉華［6］對12年生大花序桉4個(gè)家系的木材表面性狀進(jìn)行了研究，分析了家系間、株間、樹高方向、心邊材的變異.Jiang ze-hui等［7］對大花序桉進(jìn)行了吸聲性能的研究，認(rèn)為大花序桉板材的厚度影響其吸聲性能.周少英等［8］對廣西東門林場大花序桉木材干縮特性及變性特性進(jìn)行了研究.姜笑梅等［9］對16年生大花序桉的木材解剖、物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了不同樹干高度、不同徑向位置以及同一高度的南北向的研究.

彈性模量(Modulus of elasticity，MOE)是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小.木材抗彎彈性模量代表木材的勁度或剛性，是木材產(chǎn)生一個(gè)一致的正應(yīng)變所需要的正應(yīng)力，亦即在比例極限之內(nèi)，抵抗彎曲變形的能力.MOE是結(jié)構(gòu)用材最重要的力學(xué)指標(biāo)之一，而對于大花序桉木材MOE的研究鮮見報(bào)道.為了解大花序桉木材MOE水平及其變異情況，本文以18年生11個(gè)大花序桉種源木材為研究對象，進(jìn)行MOE研究，以便為大花序桉木材利用與改良提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 樣木選擇 樣木所在的林分為廣西東門林場在執(zhí)行中澳技術(shù)合作東門桉樹示范林項(xiàng)目期間建立的11個(gè)大花序桉種源試驗(yàn)林(1989年，試驗(yàn)號(hào):Expt55)，其中:10個(gè)種源從大花序桉原產(chǎn)地澳大利亞引進(jìn);1個(gè)為次生種源(種源號(hào)D47)，采自合作項(xiàng)目建立的樹種與施肥試驗(yàn)(1983年，試驗(yàn)號(hào):Expt1)的大花序桉種源小區(qū)，為原卡特威爾種源(種源號(hào)B47)的自由授粉子代，具體見表1.采伐樣木時(shí)，樹齡為18年生.試驗(yàn)樣木按照國家標(biāo)準(zhǔn)［10］進(jìn)行采集，即每個(gè)種源抽取5株平均木作為樣木，11個(gè)種源，共55株.

1.1.2 木段截取與試驗(yàn)樣品制作 伐倒木后，從離地1.3 m處起每隔2 m截取木段，共取3段，第1段為1.3～3.3 m處，第2段為5.3～7.3 m處，第3段為9.3～11.3 m處.經(jīng)干燥室干燥后，按國家標(biāo)準(zhǔn)［10］的有關(guān)規(guī)定制作試樣.

表1 大花序桉種源基本情況Tab.1 Basic profile of Eucalyptus cloeziana

1.2 測定方法

MOE測定基本按照國家標(biāo)準(zhǔn)［10］所規(guī)定的方法采用SANS型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行.所不同的是:測定MOE時(shí)，采用一點(diǎn)加載法，即在試樣中央加載.計(jì)算公式為:

式中:EW為試件的彈性模量/MPa;l為兩支座間的距離/mm;b為 試件寬度/mm;h為試件厚度/mm;Δf為在載荷變形圖中直線段內(nèi)力的增加量/N;Δs為在力f1～f2區(qū)間試件變形量/mm.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

各測定性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)采用EXCEL軟件處理，對于各主要研究性狀的方差分析、多重比較，采用SPSS8.0(Statistical program for social sciences)軟件處理.

2 結(jié)果與分析

2.1 種源間木材MOE差異

表2為參試11個(gè)大花序桉種源木材MOE的數(shù)值統(tǒng)計(jì)，MOE平均值范圍是23.50～26.71.其中，B47種源木材的MOE均值最大，為26.71 GPa，然后依次是 D47、17008和14127號(hào)種源，均值分別是26.28、26.16和 25.94 GPa;MOE均值最小的是12195號(hào)種源，為23.50 GPa.

表2 各種源木材抗彎彈性模量及其變異系數(shù)Tab.2 MOE value and coefficient of variation of each provenance

從變異系數(shù)上看，同一種源內(nèi)，D47種源的變異系數(shù)最大，為15.09%;12196號(hào)種源的變異系數(shù)最小，僅為2.67%;11個(gè)種源中有6個(gè)種源(占參試種源數(shù)54.5%)的變異系數(shù)超過10%，其余5個(gè)種源的變異系數(shù)在10%以下.由此可見，不同種源木材的MOE不同，而且同一種源內(nèi)也有差異，這是種源間遺傳差異和個(gè)體生長差異所致.

方差分析結(jié)果表明，11個(gè)大花序桉種源木材MOE在種源間有顯著差異(表3).鄧肯氏多重比較發(fā)現(xiàn)，這種差異的具體表現(xiàn)是，種源B47顯著高于種源14425、B82、B55和12195，而與D47等6個(gè)種源比較無顯著差異;種源D47和種源17008又顯著高于種源B55和12195，而與其余8個(gè)種源間比較無顯著差異.其他種源間的差異情況見表2.

表3 種源間木材抗彎彈性模量方差分析結(jié)果1)Tab.3 Variance analysis of MOE among provenances

2.2 種源內(nèi)株間木材MOE差異分析

從以上種源內(nèi)的木材MOE變異系數(shù)可知，種源內(nèi)存在著株間變異.通過分別對大花序桉11個(gè)種源進(jìn)行株間木材MOE方差分析，結(jié)果表明，其中有7個(gè)種源的株間MOE差異達(dá)5%顯著水平，它們是14127、14425、14427、17008、B47、B85 和 D47 號(hào)種源，這7個(gè)種源也是種源內(nèi)變異系數(shù)最大的種源，正好與以上的分析相吻合.而其余4個(gè)種源的株間差異不顯著(表4).

2.3 MOE沿樹干高度的變異

從表5可知，各種源內(nèi)樹干高度間的木材MOE有一定差異，但表4的方差分析表明，只有12195和14127這2個(gè)種源的高度間差異顯著，而其他9個(gè)種源樹干高度間的木材MOE差異不顯著.從表5各種源3個(gè)高度的MOE值來看，沿樹干高度的變化趨勢有2類，其中一類是木材彈性模量隨樹干高度的增加而增大，屬于該類的種源有12195、14127、14425、14427、B47、B85、D47 共 7 個(gè);另一類是沿樹干高度呈先上升后下降的趨勢，包括其余的4個(gè)種源.

表4 各種源單株間及樹干高度間抗彎彈性模量方差分析結(jié)果1)Tab.4 Analysis of variance for MOE among individuals and tree heights

表5 大花序桉各種源不同樹干高度抗彎彈性模量Tab.5 MOE of different tree heights of each provenance

3 討論與結(jié)論

大花序桉種源間木材抗彎彈性模量有顯著的差異，11個(gè)種源中，木材MOE最大的是B47種源，達(dá)26.71 GPa;其次是D47種源，為26.28 GPa;最小的種源是12195和 B55，MOE分別為23.50和23.54 GPa，均顯著低于 B47、D47、17008這3個(gè)種源.由于種源不同，木材MOE有差異，在火炬松Pinus taeda、白樺Betula platyphylla等樹種的種源間木材MOE差異也同樣存在，種源間的差異程度達(dá)顯著水平［11-12］，說明木材性狀在同一樹種內(nèi)部的不同種源間仍有較大的選擇空間.作為種源選擇，有望獲較好的選擇效果.

MOE變異不僅在種源間存在，同時(shí)也存在于單株間，但不同種源有不同的表現(xiàn)，有的種源單株間差異顯著，有的則不顯著.本研究的11個(gè)種源有7個(gè)種源(占參試種源數(shù)的63.6%)的株間木材MOE差異顯著，說明大部分種源存在株間差異顯著的現(xiàn)象.有的樹種株間差異大于種源間差異，如徐有明等［11］對30個(gè)火炬松種源間及種源內(nèi)株間的木材MOE變異研究表明，株間差異大于種源間差異，因此在種源選擇基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合改良需要，進(jìn)行單株選擇，以獲取更高的改良效果.

MOE沿樹干高度的變異有少量種源差異顯著，而大部分種源高度間無顯著差異.但存在2種變化趨勢:一種為種源隨樹干高度的增加而增大;另一種為種源則隨樹干高度先增加后下降，這與馬占相思Acacia mangium木材隨樹干高度的變化趨勢相似，即以樹干中部的MOE較大，而樹干基部和上部的均較小［13］.木材是一種變異性較大的材料，即同一株樹不同部位木材的物理、力學(xué)性質(zhì)不同，這與人工制造或合成的材料在物理、力學(xué)性質(zhì)上具有很好的同一性是不同的，這是研究不同部位木材性質(zhì)的一個(gè)主要原因，對于合理利用木材、提高木材的利用率具有重要意義.

本文僅研究了木材MOE這一木材力學(xué)性狀，未與其生長性狀、木材物理性狀及其他力學(xué)性狀聯(lián)合分析，有待于進(jìn)一步完善研究，這樣才能對該樹種木材性質(zhì)作出全面的評(píng)價(jià)，為利用該木材提供更準(zhǔn)確可靠的信息.

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