立地條件對(duì)白蠟桿生長(zhǎng)、物理特性及纖維形態(tài)的影響

楊紅旗， 劉艷萍，陳廣輝，陳志林，楊亞峰

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002；2.河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008;3.中國(guó)林業(yè)研究科學(xué)院，北京 100091)

立地條件對(duì)白蠟桿生長(zhǎng)、物理特性及纖維形態(tài)的影響

楊紅旗1,3， 劉艷萍2，陳廣輝1，陳志林3，楊亞峰1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002；2.河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008;3.中國(guó)林業(yè)研究科學(xué)院，北京 100091)

以6年生白蠟桿為研究對(duì)象，采用樹干解析和木材離析方法，對(duì)不同立地條件上白蠟桿的樹高、地徑、材積生長(zhǎng)量和基本密度進(jìn)行了測(cè)定和分析；并借助電子顯微鏡，從微觀角度對(duì)白蠟桿木材解剖性質(zhì)及其徑向和軸向變異規(guī)律進(jìn)行了測(cè)定和分析。結(jié)果表明：不同立地條件上白蠟桿樹高、地徑和材積生長(zhǎng)量差異顯著，基本密度的軸向變異規(guī)律不明顯，在樹高間無(wú)顯著差異；兩個(gè)立地條件上纖維長(zhǎng)度、纖維寬度和纖維長(zhǎng)寬比徑向變異規(guī)律一致，纖維形態(tài)特征在株內(nèi)不同高度間差異顯著。

白蠟桿；立地條件；生長(zhǎng)規(guī)律；纖維形態(tài)

白蠟桿是白蠟樹Fraxinus chinensis以灌木條用林為經(jīng)營(yíng)目的的產(chǎn)物。白蠟樹為木犀科Oleaceae、白蠟屬Fraxinus，落葉喬木，高達(dá)15.0 m[1]。白蠟樹喜光、好濕、耐澇，適應(yīng)性廣，根系發(fā)達(dá)，白蠟樹幼林耐蔭性強(qiáng)，適于作灌木叢林。白蠟樹是我國(guó)經(jīng)濟(jì)樹種之一[2]。河南省白蠟樹種主要為絨毛白蠟，集中分布于商丘、開封兩地區(qū)，尤以寧陵縣栽培最多，其次為郟縣、內(nèi)黃等縣，多呈片狀矮林或小網(wǎng)格的農(nóng)田林網(wǎng)[3]。

白蠟桿不僅是防風(fēng)固沙的主要樹種之一，又因其材質(zhì)潔白如玉、堅(jiān)韌、耐水濕，生長(zhǎng)較好的白臘桿是制作曲木家具、體育器械的優(yōu)質(zhì)材料[4-7]。為更好發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，更深入地挖掘白臘桿在更廣泛領(lǐng)域的用途，更好地利用這一資源，本文對(duì)不同立地條件影響白蠟桿生長(zhǎng)、物理特性和纖維形態(tài)進(jìn)行了分析研究，為白蠟桿在彎曲木家具、纖維造紙和纖維制板等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于豫東寧陵縣，北緯 34°28′, 東經(jīng)115°20′。屬暖溫帶半濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū)，一年四季分明，冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴，年平均氣溫在13.3℃～15.1℃之間，平均地表溫度為16.4℃。全年可日照時(shí)數(shù)4 430.7 h，實(shí)照時(shí)數(shù)為2 220.3 h，年日照率為50%，全年輻射量為55 kCal·cm-2，全年大于0℃的積溫5 211℃。無(wú)霜期平均212 d，最長(zhǎng)251 d，平均降水662.2 mm。寧陵縣屬黃河中下游沖積平原，境內(nèi)地勢(shì)平坦，西北偏高，東南稍低，坡降1/4 000，海拔高度一般為50.5～60.3 m，相對(duì)高差9.8 m。土壤為沙壤土,地下水位3～4 m。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為5～6 a 的壯齡條墩，株距1.0 m ,帶距4 m、8 m、12 m、22 m 不等。分別在不同立地條件選擇有代表性的條帶設(shè)置50 m×4 m的標(biāo)準(zhǔn)地，從每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地里選取15株有代表性的白蠟桿作為解析木，并分別從中選取5株做基本材性的測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)地的具體情況如下：

A：屬沙、壤、粘的人工混合土耕地，其質(zhì)地近似壤質(zhì)，肥水充足。

B：屬青沙土或沙壤質(zhì)耕地，在土壤剖面中多有粘質(zhì)間層。

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選有代表性的墩對(duì)白蠟桿進(jìn)行每木檢尺，測(cè)量樹高和地徑。根據(jù)每木檢尺的結(jié)果，每一立地選出10株標(biāo)準(zhǔn)木。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 生長(zhǎng)量計(jì)算方法

由于所調(diào)查的白蠟桿為6年生，樹高和地徑較小，故以0.7 m為一個(gè)區(qū)分段截取圓盤，各圓盤位置分別為：0 m、0.35 m、1.05 m、1.75 m、2.45 m、3.15 m ……。刨光圓盤工作面，并通過(guò)髓心畫出東西、南北兩條直徑線，測(cè)量直線上每一年輪的寬度，計(jì)算各年的樹高、地徑和材積生長(zhǎng)量；并繪制各種生長(zhǎng)量的生長(zhǎng)過(guò)程曲線[8]。

1.3.2 木材的基本密度測(cè)定方法

用排水法測(cè)定樣品飽和體積，烘干后用分析天平測(cè)定樣品全干重量，按以下公式計(jì)算木材的基本密度：

式(1)中： ρy為基本密度，mo為全干材重量，Vmaх為 飽和體積。

1.3.3 纖維形態(tài)特征的測(cè)定方法

所測(cè)解剖指標(biāo)主要有纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、纖維長(zhǎng)寬比。采用硝酸-鉻酸法將試樣離析，然后在電子顯微鏡下拍照片，在電腦中用專業(yè)軟件進(jìn)行測(cè)量，每試樣測(cè)量30根纖維取其平均值。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用EXCELL2003和SPSS 16.0版軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 白蠟桿生長(zhǎng)分析

白蠟桿樹高、地經(jīng)和材積連年生長(zhǎng)量結(jié)果如表1所示。

表1 不同立地條件上白蠟桿的樹高、地徑和材積連年生長(zhǎng)量Table 1 Current annual increment of height, ground diameter and volume of Fraxinus chinensis in different sites

2.1.1 樹高生長(zhǎng)對(duì)比分析

對(duì)白蠟桿試樣進(jìn)行測(cè)定和樹干解析，結(jié)果表明，白蠟桿樹高生長(zhǎng)快，6年生白蠟桿樹高最高可達(dá)5.47 m，平均樹高在4.00 m。

表1數(shù)據(jù)顯示，除了第3年外，其他年份A立地標(biāo)準(zhǔn)木的樹高連年生長(zhǎng)量都高于B立地。對(duì)白蠟桿樹高連年生長(zhǎng)量進(jìn)行方差分析表明，不同立地條件上樹高連年生長(zhǎng)量差異顯著。由此可見，肥水和土壤質(zhì)地對(duì)白蠟桿樹高的生長(zhǎng)影響較大。

2.1.2 地徑生長(zhǎng)對(duì)比分析

由表1可以看出，不同立地的林木地徑生長(zhǎng)量存在差別較大。兩個(gè)立地上白蠟桿的地徑總生長(zhǎng)量在1～6 a內(nèi)呈上升趨勢(shì)。A、B兩個(gè)立地上白蠟桿地徑平均生長(zhǎng)量在1～3 a內(nèi)緩慢下降，3 a后又緩慢增長(zhǎng)，A、B兩立地上白蠟桿地徑的連年生長(zhǎng)量變化規(guī)律和地徑平均生長(zhǎng)量變化規(guī)律基本一致。對(duì)白蠟桿地徑生長(zhǎng)量進(jìn)行方差分析表明，不同立地條件白蠟桿地徑生長(zhǎng)量差異顯著。測(cè)定數(shù)據(jù)顯示，A立地上白蠟桿地徑連年生長(zhǎng)量明顯高于B立地，說(shuō)明了肥水條件和土壤質(zhì)地可促進(jìn)白蠟桿的生長(zhǎng)。

2.1.3 材積生長(zhǎng)對(duì)比分析

表1數(shù)據(jù)表明，兩立地上白蠟桿材積連年生長(zhǎng)量1～4 a增長(zhǎng)緩慢，4 a后迅速增長(zhǎng)，二者的變化趨勢(shì)趨于一致，但總的來(lái)說(shuō)，A立地白蠟桿材積生長(zhǎng)量略高于B立地，方差分析差異不顯著。

2.2 白蠟桿木材的基本密度及其變異分析

圖1為不同立地條件上白蠟桿基本密度的軸向變異模式圖。從圖中可以看出，白蠟桿木材基本密度的軸向變異規(guī)律不很明顯，不同立地上白蠟桿基本密度差異也比較小，且A立地上白蠟桿在樹干各部位的基本密度高于B立地的，A立地上白蠟桿基本密度最大值出現(xiàn)在1.05 m 處，B立地的基本密度隨樹高的增加有下降的趨勢(shì)。方差分析結(jié)果顯示，不同立地上白蠟桿材的基本密度在樹高間無(wú)顯著差異。

圖1 不同立地上白蠟桿基本密度的軸向變異Fig. 1 Axial variation in basic density of Fraxinus chinensis

2.3 白蠟桿纖維形態(tài)及其變異分析

白蠟桿木纖維占木材總體積的50%以上，其纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、纖維長(zhǎng)寬比等形態(tài)特征，對(duì)木材的物理力學(xué)性質(zhì)、加工利用有著重要的影響，是反映白蠟桿材性及其加工利用的重要指標(biāo)[9]。白蠟桿纖維長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比在樹高和年輪間變異方差分析結(jié)果如表2所示。

表2 白蠟桿纖維形態(tài)方差分析?Table 2 Variance analysis of fiber morphology of Fraxinus chinensis

2.2.1 纖維長(zhǎng)度及其變異

圖2、3為纖維長(zhǎng)度徑向和軸向變異情況。纖維長(zhǎng)度由髓心向外逐年遞增，1～4 a增長(zhǎng)緩慢，4～6 a增加迅速。隨著樹干高度的增加先增加，到一定高度又減小，以后隨著樹干高度的增加，白蠟桿纖維長(zhǎng)度就明顯下降，由表2方差分析結(jié)果可知，纖維長(zhǎng)度徑向差異不顯著，軸向差異在0.05水平上差異顯著。由此可見，不同立地對(duì)白蠟桿木材性質(zhì)影響不明顯。

圖2 不同立地上白蠟桿纖維長(zhǎng)度的徑向變異Fig. 2 Radial variation in fiber length of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.2 纖維寬度及其變異

圖4、5為白蠟桿纖維寬度徑向和軸向變異情況。A立地上是先增后降再增然后又下降；而B立地上是先增后降再增再降然后又增加的波浪式起伏，二者相比A立地上的纖維寬度在徑向上變異較為穩(wěn)定。纖維寬度軸向上由樹干基部向樹冠方向呈下降趨勢(shì)。方差分析也表明，纖維寬度在年輪間和樹高間的差異均達(dá)到0.05的顯著水平。

圖4 不同立地上白蠟桿纖維寬度的徑向變異Fig. 4 Radial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

圖5 不同立地上白蠟桿纖維寬度的軸向變異Fig. 5 Axial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.3 纖維長(zhǎng)寬比及其變異

圖6、圖7為白蠟桿不同立地上纖維長(zhǎng)寬比的徑向和軸向變異圖。兩個(gè)立地上白蠟桿纖維長(zhǎng)寬比在徑向上都有增加的趨勢(shì)，A立地上1-3 a增加較為迅速，3 a后下降，4-6 a又快速增加，B立地上1-5 a緩慢增加，第6 a急劇增加。方差分析表明，不同立地之間纖維長(zhǎng)寬比差異在0.05水平上差異不顯著，不同生長(zhǎng)輪之間差異也不顯著。

圖6 不同立地上白蠟桿纖維長(zhǎng)寬比的徑向變異Fig. 6 Radial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

圖7 不同立地上白蠟桿纖維長(zhǎng)寬比的軸向變異Fig. 7 Axial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

白蠟桿木材纖維長(zhǎng)寬比的軸向變異規(guī)律不太明顯。隨著樹干高度的增加，A立地白蠟桿的纖維長(zhǎng)寬比由樹干基部向上略有增加，到樹高2.45 m 處大最大值；而B立地白蠟桿的纖維長(zhǎng)寬比自樹干基部向上是先增加然后又緩慢下降，最大值出現(xiàn)在0.35 m處(見圖9)。方差分析表明: 兩個(gè)立地條件上白蠟桿的長(zhǎng)寬比差異顯著，株內(nèi)不同高度間長(zhǎng)寬比差異也顯著。

3 結(jié)論與討論

(1)不同立地條件上白蠟桿樹高、地徑和材積生長(zhǎng)量差異顯著，A立地6年生白蠟桿樹高平均為4.53 m，B立地6年生白蠟桿樹高平均為4.12 m；A立地6年生白蠟桿地徑平均為4.26 cm，B立地6年生白蠟桿地徑平均為3.61 cm；A立地6年生白蠟桿材積平均為1.583×10-3m3，B立地6年生白蠟桿材積平均為1.523 ×10-3m3。立地條件對(duì)樹高、地徑和材積生長(zhǎng)都有影響，肥水條件和土壤質(zhì)地可明顯促進(jìn)白蠟桿的生長(zhǎng)。

(2)白蠟桿木材基本密度的軸向變異規(guī)律不明顯，不同立地上白蠟桿材的基本密度在樹高間無(wú)顯著差異。

(3)兩個(gè)立地條件上纖維形態(tài)特征徑向變異規(guī)律是一致的。白蠟桿纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、纖維長(zhǎng)寬比，不同立地上差異顯著，其中纖維長(zhǎng)度在株內(nèi)不同高度間達(dá)到了0.05水平的顯著差異，纖維寬度分別在株內(nèi)不同高度間和徑向年輪間差異均達(dá)到了顯著水平。纖維長(zhǎng)寬比在株內(nèi)不同高度間差異顯著。

(4)白蠟桿纖維長(zhǎng)度較短，造紙通常要求木材纖維的長(zhǎng)度在0.90～3.00 mm 之間，而白蠟桿木纖維的長(zhǎng)度在0.6～1.1 mm之間，不適合作為紙漿的原料。但從纖維的長(zhǎng)度、纖維長(zhǎng)寬比來(lái)看，白蠟桿纖維適合作為纖維板的原料。

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Effects of site conditions on growth, physics characteristics and fiber morphology of Fraxinus chinensis

YYANG Hong-qi1,3, LIU Yan-ping2, CHEN Guang-hui1, CHEN Zhi-lin3, YANG Ya-feng1
(1.Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002, Henan, China; 2. Henan Academy of Forestry,Zhengzhou450008,Henan, China;3. Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091, China)

Fraxinus chinensis is one of the main wind-breaking and sand-fiхing tree species, can be used to make bentwood furniture and sports equipment. Stem-analysis and timber segregation observation were conducted to eхplore the effects of different sites on the height, ground diameter, volume, basic density and fiber morphology of Fraxinus chinensis of 6-year-old. The anatomical properties and their variation patterns were systematically studied by using electronic microscopic. The results show that the growth differences were significant in different sites, it grew better in site of sufficient water and fertilizer and good soil teхture. The variation of the basic density between aхis and the height was not significant and significantly different. The radial variation of the fiber length, fiber width, ratio of fiber length to width was consistent in different site. The fiber morphological features in different tree height were significantly different.

Fraxinus chinensis ; site condition; growth regularity; fiber morphology

S781.1

A

1673-923X(2012)02-0136-05

2011-09-21

國(guó)家 “十一五” 科技支撐項(xiàng)目“家具裝修材增值加工技術(shù)”(2006BAD18B06)；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目“河南白蠟桿材性與加工利用關(guān)鍵技術(shù)研究” (102102110124)

楊紅旗(1973—)，男，河南滑縣人，博士，副教授，主要從事家具設(shè)計(jì)制造與木基復(fù)合裝飾材料研究；E-mail：yhq0373342@163.com

楊亞峰(1972—)，女，陜西西安人，講師，碩士，主要從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。

[本文編校:羅 列]