人工興安落葉松心邊材變異及生長特征1)

郭妍雪 姜立春

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

大部分樹木的樹干都包括心材和邊材兩個部分。邊材可以傳輸?shù)V物質(zhì)和水分，影響樹木的生長發(fā)育和生理功能。邊材向心材的轉(zhuǎn)化是樹木生長的重要生理過程，邊材年輪數(shù)的生長變化也較為復雜［1］。描述心邊材量的指標一般包括心材半徑、邊材寬度、心材面積、邊材面積、心邊材比(心材面積和邊材面積的比值)。橫截面直徑一直是心邊材特征較好的預測指標之一。如橫截面直徑與心材半徑和邊材寬度存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系［2-4］，胸高處心材半徑、邊材寬度與胸徑呈極顯著的線性關(guān)系，而心材面積和邊材面積與胸徑呈極顯著的冪函數(shù)關(guān)系［5］。由于心邊材與樹木的生長密切相關(guān)，因此一些專家發(fā)現(xiàn)形成層年齡與心材半徑、邊材寬度、心材面積和邊材面積等存在著極顯著的相關(guān)性［6-10］。同時，大量的研究發(fā)現(xiàn)林木的測樹學因子能夠較好地解釋心邊材含量的變異［5，10-11］。

心邊材量影響木材的質(zhì)量與價值，特別是邊材含量直接或間接的影響樹木生長、水分利用效率及樹干的呼吸潛力。因此了解心邊材含量的變異規(guī)律，對深入了解樹木生理、生態(tài)及生長特征變化非常重要［12］。

興安落葉松(Larix gmelinii Rupr．)是我國北方的主要造林樹種。目前國內(nèi)對小興安嶺興安落葉松心邊材量的變異規(guī)律，尤其是對成熟林心邊材量變異的詳細研究還未見報道。本文以小興安嶺興安落葉松人工林為研究對象，對落葉松心邊材量的方位變異、林分間變異、株間變異、軸向變異、生長特征及其影響因子進行研究。為落葉松生長生理過程的探索、定向培育及木材的優(yōu)化利用與質(zhì)量評價提供可靠的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 數(shù)據(jù)采集和處理

在黑龍江省伊春市五營林業(yè)局麗林實驗林場選取了不同年齡和不同林分密度的10 塊落葉松人工成熟林樣地(面積為20 m×20 m)。實測樣地內(nèi)每株林木的胸徑、樹高、冠幅、活枝下高等樹木變量。各林分特征見表1。直徑、去皮直徑、總年輪數(shù)、邊材年輪數(shù)、邊材寬度。

表1 試驗樣地基本特征

1．2 數(shù)據(jù)分析

心材年輪數(shù)等于總年輪數(shù)與邊材年輪數(shù)之差;用去皮半徑減去邊材寬度得出心材半徑;把樹干橫截面看作一個圓形來計算心材面積和邊材面積;心材面積比上邊材面積為心邊材比。

心邊材的方位變異采用正態(tài)分布檢驗、t 檢驗和非參數(shù)檢驗;心邊材比的林分間和分化等級間差異顯著性采用方差分析(ANOVA)和多重比較的最小顯著差數(shù)法(LSD)。

利用回歸分析建立樹木變量與心材半徑、心材面積、邊材寬度和邊材面積的回歸模型，并通過擬合優(yōu)度(R2)和回歸模型的顯著性檢驗(P＜0．05)選擇最優(yōu)模型。所有統(tǒng)計分析均采用SAS 9．3 完成。

2 結(jié)果與分析

在每塊標準地內(nèi)選取沒有樹干缺陷的優(yōu)勢木、平均木、被壓木各1 株，實測樣木胸徑并標明北向后伐倒，以1 m 區(qū)分段從樹干基部到樹梢方向截取圓盤，直到距樹梢不足1 m 時停止采樣。另外在胸高處截取1 個圓盤。在實驗室將圓盤工作面刨光，用掃描儀對圓盤進行掃描。利用年輪分析軟件(Windendro2003)測量每個圓盤東西和南北2 個方向的帶皮

2．1 心材和邊材的方位變異檢驗

心邊材的方位變異檢驗主要是比較心材半徑和邊材寬度的東西和南北兩個方向。由于樣本量較小，首先對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，主要采用SAS 軟件的Shapiro-Wilk 的W 統(tǒng)計量來檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)性。當P＞0．05 時，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。從表2 正態(tài)性檢驗的P 值可以看出，有些數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布，有些數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布。為了得到可靠的檢驗結(jié)果。本研究采用t 檢驗和非參數(shù)檢驗同時進行。檢驗結(jié)果表明，在10 個林分內(nèi)，東西和南北2 個方向的心材半徑、邊材寬度均無顯著性差異(P ＞0．05)(表2)。此外，總樣地檢驗也得到了一致的結(jié)果。

表2 不同樣地心邊材方位變異檢驗

2．2 各樣地心邊材比差異分析

為了剔除立地條件對株間變異的影響，分別對每個樣地3 株樣木的心邊材比進行方差分析。表3方差結(jié)果顯示，在樣地1 中，不同樣木心邊材比極顯著的差異(P＜0．01)，而在樣地4 和樣地7 中，不同樣木心邊材比有顯著差異(P ＜0．05)，在其它樣地中，不同樣木心邊材比沒有顯著性差異(P＞0．05)。方差分析的顯著性只能說明各樣木心邊材比間有顯著差異，并不能說明這種差異具體是由哪2 株或3株樣木引起的，因此本研究又進行了多重比較，主要采用最小顯著差數(shù)法(Fisher’s least significant difference，F(xiàn)-LSD)。表3 多重比較顯示，落葉松在不同樣地多重比較結(jié)果是不同的，如在1 號和7 號樣地，優(yōu)勢木和平均木之間沒有顯著差異，被壓木與優(yōu)勢木和平均木之間有顯著差異，在4 號樣地，優(yōu)勢木和被壓木之間沒有顯著差異，平均木與優(yōu)勢木和被壓木之間有顯著差異。而在其它樣地內(nèi)，優(yōu)勢木、平均木和被壓木之間都沒有顯著差異。表3 總體林分間方差分析結(jié)果表明，林分間心邊材比存在顯著差異性(P=0．027 6)，優(yōu)勢木和平均木之間沒有顯著差異，被壓木與優(yōu)勢木和平均木之間有顯著差異。

表3 不同分化等級心邊材比差異性分析

2．3 落葉松心邊材的縱向變異

30 株樣木從根部到樹梢方向，心材半徑、心材面積、邊材面積總體隨樹高的增加而呈減小的趨勢。邊材寬度在樹干基部較大，在大約1 m 以上保持相對恒定，在距離樹梢附近的部分明顯減小(圖1)。

2．4 單株水平心邊材與樹木變量的回歸模型

樹木變量與心材半徑、邊材寬度成一次函數(shù)關(guān)系，與心邊材面積成冪函數(shù)關(guān)系。5 個變量對心邊材量株間變異的解釋能力各有不同，其中對心材量的影響力從大到小依次為:胸徑、樹高、冠幅、活枝下高和樹齡，而對邊材量的影響力從大到小依次為:胸徑、冠幅、樹高、活枝高和樹齡(表4)。

表4 心邊材與樹木變量的回歸模型

2．5 心邊材生長特征

為了研究落葉松心邊材的生長特征，分別對樹干橫截面心邊材特征變量與形成層年齡、橫截面帶、去皮直徑進行回歸分析，結(jié)果見表5。可以看出，形成層年齡、橫截面帶去皮直徑與心材半徑和邊材寬度成一次函數(shù)關(guān)系，與心材面積和邊材面積成冪函數(shù)關(guān)系。心材半徑和心材面積模型的R2在0．74 ～0．96，而除邊材寬度與形成層年齡模型(R2=0．0381)擬合精度較低外，其它邊材寬度和邊材面積模型的R2在0．30 ～0．91，心材半徑和心材面積模型的擬合優(yōu)度明顯高于邊材寬度和邊材面積模型。橫截面帶去皮直徑對心邊材的影響要高于形成層年齡。心邊材年輪數(shù)隨形成層年齡的增加而增加，二次函數(shù)可以較好的描述兩者關(guān)系。形成層年齡能夠解釋90%以上心材年輪數(shù)的變化，而僅僅能夠解釋46%邊材年輪數(shù)的變化。所有模型擬合檢驗都達到了極顯著(P＜0．01)。

圖1 心材半徑、邊材寬度、心材面積、邊材面積的縱向變異

表5 心邊材與橫截面直徑和形成層年齡的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

落葉松各林分內(nèi)，東西和南北2 個方位的心材半徑、邊材寬度均無顯著差異。這與以往對油松［10］方位變異的研究結(jié)果一致。不同林分間落葉松心邊材比存在林分間的變異，這與不同的生長環(huán)境、林分密度和海拔有著密切的關(guān)系。這與小黑楊［13］的研究結(jié)果相符。進一步分析表明，不同的分化等級可能導致不同的結(jié)論，如林分間優(yōu)勢木的心邊材比沒有顯著性差異，而平均木和被壓木的心邊材比有顯著性差異。落葉松心邊材比同樣存在著株間變異，這與以往對其它樹種的研究結(jié)果一致，如:樟子松［14］、云杉［15］、桉樹［16］和油松［10］。

落葉松心材半徑、心材面積和邊材面積基本上隨樹干高度的增加而減少，這種變異方式與大多數(shù)樹種相同，如:樟子松［14］、海岸松［17］、挪威云杉［15］和油松［10］相似。而邊材寬度隨樹干高度的變化比心材小，邊材寬度在樹干基部較大，在1 m 以上保持相對恒定，在距離樹梢附近的部分明顯減小。這與以往的研究結(jié)果相同，這是由于在這一定樹高范圍內(nèi)，心材和樹干的徑向生長量相接近［4，10，18］。雖然邊材寬度在樹干1 m 以上到樹梢處變化不大，但由于樹干削度的變化使邊材面積隨樹干高度的增加而減少。經(jīng)過對比形成層年齡和橫截面直徑對心邊材的縱向變異影響時發(fā)現(xiàn)，橫截面直徑可以較好的描述落葉松心邊材縱向的變異情況。這與以往的研究結(jié)果一致［2，6，19-20］。

落葉松樹木變量對樹木心邊材的生長都有一定的影響，進一步分析表明，樹齡對心邊材的影響最小，這可能是由于樣木都取自成熟的落葉松林，樹齡相差不大。落葉松心材年輪數(shù)與形成層年齡的關(guān)系，可以用二次函數(shù)表達，心材年輪數(shù)隨著形成層年齡的增加而增加，心材年輪數(shù)與形成層年齡之間顯示了高度的相關(guān)性，邊材年輪數(shù)與形成層年齡數(shù)的關(guān)系，與心材年輪數(shù)相同，但沒有心材緊密。

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