海南南亞松木材材性的研究

徐慧蘭，陳 虎，顏培棟，黃永利，楊章旗

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)南寧市林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 南寧530107）

海南南亞松木材材性的研究

徐慧蘭1，陳 虎1，顏培棟1，黃永利2，楊章旗1

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)南寧市林業(yè)科學(xué)研究所，廣西 南寧530107）

為了了解南亞松的物理材性，以海南霸王嶺國家級自然保護區(qū)的南亞松為研究對象，進行了材性分析。結(jié)果表明：南亞松纖維長度平均值在4～6 mm之間，自髓心到樹皮逐漸變長；切線方向纖維寬平均值在27.90～36.87 μm之間，早材射線方向纖維寬平均值在46.36～57.80 μm之間，晚材射線方向纖維寬平均值在21.95～26.55 μm之間；早材的纖維壁厚平均值在2.54～4.74 μm之間，晚材的纖維壁厚平均值在5.37～8.52 μm之間；南亞松年輪寬在3～8 a達到最大后逐漸變窄，20 a后變窄幅度有所穩(wěn)定；晚材率近髓心處低，隨著樹齡的增長逐漸升高，20 a后開始相對穩(wěn)定在50%左右；南亞松各個年輪段密度差異顯著，平均密度是0.532 g·cm-3；密度自髓心到樹皮逐漸升高后再降低，最高平均密度出現(xiàn)在31～35年輪段，這與晚材纖維壁厚的變化趨勢相同。

南亞松；纖維形態(tài)；年輪；密度

南亞松Pinus latteri是常綠喬木，分布于中國的海南、廣東南部和廣西南部海拔50～1 200 m的丘陵及山地。南亞松具有耐海洋咸風(fēng)、耐干旱、耐瘠薄、耐高溫和產(chǎn)脂量高的特點，是熱帶地區(qū)發(fā)展用材林和松脂林的良好材料[1]。目前國內(nèi)對南亞松的研究主要集中在采脂技術(shù)、松脂特性、種子育苗技術(shù)、造林技術(shù)等方面[2-7]，與木材材性相關(guān)的研究相對較少。本研究以海南霸王嶺國家級自然保護區(qū)內(nèi)的南亞松為研究對象，分析其木材材性，為南亞松的木材利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗材料為海南霸王嶺國家級自然保護區(qū)內(nèi)的南亞松天然林。海南霸王嶺國家級自然保護區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，日照較長。年平均溫度為23.6 ℃；年均降水量為1 500～2 000 mm；無霜期；保護區(qū)內(nèi)成土母質(zhì)多為深厚的紅色風(fēng)化殼，土壤以磚紅壤為主，隨海拔增高逐漸過渡為山地紅壤、山地黃壤和山地草甸土，土層厚度為80～100 cm，石礫含量約30%，腐殖質(zhì)層厚度為5～10 cm，枯枝落葉層厚約5 cm。表1是所選南亞松的樹高和胸徑。

表1 采樣南亞松平均胸徑和樹高Table 1 DBH and tree height of selected Pinus latteri

1.2 方 法

用Φ12 mm的生長錐在立木樹高1.3 m的東面位置鉆取一根樹皮至髓心的完整木芯，置于塑料管，密封，編號。木芯以5 a為一個單位進行分段，并對各個分段的木芯進行各項測定。纖維通過等量的冰醋酸和過氧化氫混合液離析，在尼康80i木材顯微圖像成像系統(tǒng)下直接測量纖維長度（隨機選擇80根以上）。纖維寬度和壁厚通過觀察橫切面切片的方法確定（隨機選擇100個以上管胞）。根據(jù)GB/T1930—91[8]的方法，測定木材年輪寬度和晚材率。木材基本密度采用最大飽和含水量法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維形態(tài)

圖1是管胞的虛擬模型，通過測量得出圖中的aL、aLT、aWT、aWR和管孔面積，計算得出圖中的aLR（管孔面積 /aLT）、aT（aLT+2×aWT）和aR（aLR+2×aWR）。L表示長度或管孔，T表示弦向，R表示徑向，W表示管胞壁。南亞松的纖維橫切面的形狀相對于其他松樹而言比較規(guī)整，尤其是晚材，基本都是四角形。

圖1 管胞的虛擬模型Fig.1 The virtual tracheid model

2.1.1 纖維長

表2是南亞松不同年輪段的纖維長度。纖維長髓心處最短，往樹皮方向逐漸變長。各個年輪段南亞松早材的纖維長度均大于晚材的纖維長度。

表2 不同年輪段纖維長度Table 2 Fiber length of different ring segments μm

2.1.2 纖維寬

表3是切線方向和射線方向纖維寬的比較。同一個形成層細胞的分裂只能保證aT長度的相對穩(wěn)定。早晚材aT值自髓心往外逐漸變長，在31～35年輪達到最大后開始降低。早材的aR值自髓心到樹皮逐漸增長，但晚材的aR值在21～25年輪達到最大之后開始降低。早晚材的aR值相差一倍以上。早材的管胞橫切面面積（aT×aR）自髓心到樹皮方向變大，晚材的面積在31～35年輪時達到最大后開始變小。

2.1.3 纖維壁厚

表4是兩個方向纖維壁厚的比較。早材壁厚 自髓心到樹皮逐漸變厚，晚材在31～35年輪達到最大后開始變薄。早材的aWR大于aWT值，而晚材的aWR小于aWT值。

表3 纖維雙向平均寬?Table 3 Average fiber width in two directions μm

表4 纖維雙向平均壁厚?Table 4 Average fiber thickness in two directionsμm

2.2 年輪寬度和晚材率

年輪寬度反映了林木生長速度，晚材率的大小可反映林木木材質(zhì)量的優(yōu)劣。南亞松的生長輪明顯，早材至晚材的轉(zhuǎn)變有漸變和急變，這與南亞松所處的生長空間和氣候條件有關(guān)。

年輪寬比和晚材率徑向變異如圖2所示。年輪寬比是每個年輪寬度在整個徑向年輪寬度中所占的比例。由于胸徑的大小不同，年輪寬比能更好地解釋年輪寬度的變化情況。從年輪寬比的徑向變異可看出，3～8年的年輪寬度最大。隨著樹齡增長，胸徑變大，年輪寬逐漸變小。20 a后其變窄幅度逐漸穩(wěn)定，年輪寬仍然持續(xù)變窄。晚材率近髓心處最低，前20 a晚材率升高迅速，到20 a后晚材率開始相對穩(wěn)定，基本維持在50%左右。圖2中的實線是高斯（Gauss）曲線擬合結(jié)果。曲線擬合可以把離散數(shù)據(jù)進行連續(xù)化。從圖2中曲線擬合結(jié)果可以大致預(yù)測南亞松40年的年輪寬度和晚材率。

圖2 年輪寬比和晚材率變化趨勢Fig.2 Changing trend of ring width ratio and latewood percentage

年輪寬比曲線各個參數(shù)值為a1=1.51；b1=6.193；c1=8.442；a2=2.188；b2=18.4；c2=44.87。此曲線擬合R2為0.957 2，均方根誤差為0.135 9。

晚材率曲線各個參數(shù)值為a1=50.27；b1=38.12；c1=25.42；a2=22.02；b2=14.44；c2=14.44。此曲線擬合R2為0.972 7，均方根誤差為2.119。

2.3 基本密度

木材密度是木材材性中的一項重要指標(biāo)。利用木材密度可以預(yù)測木材的其它物理材性和力學(xué)材性[9]。本研究中南亞松的木材密度表現(xiàn)出自髓心逐漸升高，到一定樹齡后開始降低的結(jié)果。南亞松徑向各年輪段基本密度差異較大。圖3是南亞松各個年輪段密度分布頻率的高斯（Gauss）曲線擬合結(jié)果。頻率表示對應(yīng)密度值在相應(yīng)年輪段出現(xiàn)的次數(shù)。由圖3可看出：1～5年輪段的密度值在整個密度范圍內(nèi)都有一定的頻率出現(xiàn)；6～35年之間密度值范圍逐漸往右移，說明密度在這期間一直升高；最高平均密度出現(xiàn)在31～35年輪段；到了36～40年，密度值開始往左緩慢移動，即密度開始降低。這與晚材纖維壁厚的變化趨勢一致。由于30年以上樹齡的南亞松試件較少，頻率值隨著樹齡的增長而減少。

各個年輪段平均、最高、最低和出現(xiàn)頻率最高的密度詳見表5。

圖3 各個年輪段密度頻率的曲線擬合結(jié)果Fig.3 Curve fitting results of density frequency of each ring segment

表5 各個年輪段基本密度Table 5 Basic density of each ring segment (g·cm-3)

考察了密度和年輪寬、晚材率和胸徑的相關(guān)關(guān)系。密度和年輪寬度在0.01水平上相關(guān)程度達到顯著水平，Pearson系數(shù)是-0.845。密度和晚材率在0.05水平上相關(guān)程度達到顯著水平，Pearson系數(shù)是0.698。密度和胸徑在0.01水平上相關(guān)程度達到顯著水平，Pearson系數(shù)是0.468。

3 結(jié)論與討論

南亞松纖維長度平均在4～6 mm之間，纖維自髓心往樹皮方向變長。測量結(jié)果顯示：各個年輪段南亞松早材的纖維長度均大于晚材，這與其他松樹的纖維長結(jié)果相反[10-12]。aT平均值在27.90～36.87 μm之間。aT平均值自髓心往樹皮方向逐漸變長，到31～35年輪達到最高，而后逐漸變小。早晚材aR的值相差一倍以上，與其他部位一樣，髓心處最短。早材的纖維壁厚平均值在2.54～4.74 μm之間，晚材的纖維壁厚平均值在5.37～8.52 μm之間。早材的纖維壁厚自髓心到樹皮一直增長，晚材在31～35年輪達到最高之后逐漸變小。aWT的早晚材差異在2倍以上，但aWR的早晚材差異小于1倍。從髓心到樹皮，纖維變長，纖維寬度變長，壁厚變厚。但這一趨勢在31～40年左右達到最高值，之后慢慢開始降低。

南亞松年輪寬度在3～8年達到最大值，之后逐漸降低。隨著樹齡的增長，樹干直徑生長減慢，輪寬減小。20 a之后年輪寬度變窄幅度穩(wěn)定。晚材率近髓心處低，平均晚材率是42%，20 a之后晚材率相對穩(wěn)定在50%左右。南亞松的年輪寬度和晚材率變化趨勢都在20 a左右開始穩(wěn)定。

南亞松平均密度是0.532 g·cm-3，各個年輪段的密度差異顯著。1～5年的密度變幅最大，最小密度是 0.28 g·cm-3，最大密度達到 0.75 g·cm-3以上。密度自髓心逐漸增大，最大平均密度出現(xiàn)在31～35年輪段，之后密度值開始有所下降，但幅度不大。密度的變化趨勢與晚材纖維壁厚的變化趨勢相同。南亞松的基本密度比生長在相同地區(qū)的其他松樹高[11-12]。密度和年輪寬度在0.01水平上的Pearson系數(shù)是-0.845，是負相關(guān)。密度和晚材率在0.05水平上的Pearson系數(shù)是0.698。密度和胸徑在0.01水平上的Pearson系數(shù)是0.468。密度和這幾個變量的相關(guān)性結(jié)果只能說明這幾個變量對木材密度有一定的影響，比如晚材率高，密度也相對高。但是纖維形態(tài)，尤其是壁厚對密度的影響更直接，這也是南亞松晚材率不高而密度較高的原因之一。

[1]黃運峰,楊小波,黨金玲,等.海南霸王嶺南亞松種群結(jié)構(gòu)與分布格局[J].福建林業(yè)科技,2009,36(2):1-5.

[2]張夢琴,鄧昭成.南亞松產(chǎn)脂力的研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),1990,10(1):29-37.

[3]韓 超,徐建民,童 清,等.南亞松引種種源/家系苗期選擇研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(19):7-12.

[4]鄧昭成.南亞松樹基地建設(shè)及松脂生產(chǎn)經(jīng)營管理[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),1993,13(13):84-86.

[5]賈 婕,羅群鳳,楊章旗.引發(fā)處理對南亞松種子萌發(fā)的影響[J].廣西林業(yè)科學(xué),2014,43(3):271-274.

[6]黃清麟,陳永富,楊秀林.海南霸王嶺林區(qū)南亞松天然林喬木層結(jié)構(gòu)特征研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2002,15(6):741-745.

[7]陶輝光.南亞松造林技術(shù)研究[J].海南林業(yè)科技,1991(2):13-16.[8]中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第一編輯室.木材工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[9]成俊卿.木材學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社,1983.

[10]譚健暉,馮源恒,賈 婕,等.馬尾松半同胞家系纖維形態(tài)遺傳變異及紙漿材優(yōu)良家系選擇[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,36(6):8-12.

[11]連輝明,曾令海,何波祥,等.馬尾松木材基本密度、管胞長度遺傳變異規(guī)律及其生長量、產(chǎn)脂力的相關(guān)性研究[J].廣東林業(yè)科技,2006,22(1):5-8.

[12]管 寧,劉昭息,潘志剛.不同種源火炬松和濕地松木材基本密度和管胞長度的變異[J].林業(yè)科學(xué)研究,1993,6(3):235-240.

Study of wood properties ofPinus latteriin Hainan province

XU Huilan1, CHEN Hu1, YAN Peidong1, HUANG Yongli2, YANG Zhangqi1
(1.Guangxi Forest Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China;2.Guangxi Nanning Forestry Division, Nanning 530107, Guangxi, China)

In order to understand physical properties ofPinus latteri, Wood properties of it in Hainan Bawangling National Nature Reserve were tested. The results showed that the average fiber length ofPinus latteriwas 4～6 mm, gradually increased from core to bark. Average tangential fiber width was 27.90-36.87 μm. Average radial fiber width of earlywood was 46.36～57.80 μm, latewood was 21.95～26.55 μm. Average fiber wall thickness of earlywood was 2.54～4.74 μm, latewood was 5.37～8.52 μm. The ring width gradually narrowed after achieved the maximum value during 3～8 years. After 20 years, the narrow ratio of ring width started to stable. Latewood percentage near the pith was low, with the increasing of age the latewood percentage gradually increased and began to relatively stable in 50% after 20 years. The density of each ring segment was great different. The average density was 0.532 g·cm-3. The density gradually increased from core to bark and started to decrease after certain years. The highest average density appeared in 30～35th ring segment.This was similar to the changing mode of latewood fiber wall thickness.

Pinus latteri; fiber morphology; annual ring; density

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.05.016 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-12-24

國家林業(yè)局948項目“南亞松優(yōu)良種質(zhì)資源及培育技術(shù)引進”（2011-4-34）；八桂學(xué)者崗位“松樹資源培育及產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新”（2011A015）

徐慧蘭，工程師，博士

楊章旗，教授級高級工程師，博士；Email: yangzhangqi@163.com

徐慧蘭，陳 虎，顏培棟，等.海南南亞松木材材性的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017, 37(5): 92-95.

S781.3

A

1673-923X(2017)05-0092-04

[本文編校：謝榮秀]