杜仲人工林生長狀況調(diào)查及木材材性測定1)

唐駿 任躍 劉攀峰 朱景樂 柯書銀 肖祥偉

(中國林業(yè)科學研究院經(jīng)濟林研究所，鄭州，450003) ( 國有信陽市平橋區(qū)天目山林場)

杜仲(EucommiaulmoidesOliver)為杜仲科杜仲屬植物，雌雄異株，廣泛分布于我國亞熱帶至暖溫帶地區(qū)，其適生性強，在我國27個省(自治區(qū))均有分布[1]。杜仲是中國特有的鄉(xiāng)土樹種，具有很高的利用價值，既是我國重要國家戰(zhàn)略資源，又是我國特有的優(yōu)質(zhì)天然橡膠、名貴藥材、木本油料作物。同時，杜仲也能維護生態(tài)安全、增加碳匯及木材儲備。杜仲作為主要樹種已納入國家儲備林樹種目錄。隨著杜仲產(chǎn)品的熱銷和國家戰(zhàn)略儲備物資地位的確定，杜仲的種植面積不斷擴大[2]，目前中國現(xiàn)有的杜仲林面積為35萬hm2，其中95%為喬木林[3]。

目前關(guān)于杜仲的研究主要集中在杜仲果實、杜仲雄花、杜仲皮、杜仲葉片[4]，而作為樹木重要產(chǎn)品之一的木材僅在其力學性質(zhì)方面進行了測定[5]，目前尚無關(guān)于杜仲木材纖維特性的報道。本研究擬通過對杜仲實生喬木林生長量及木材材質(zhì)性狀的測定，旨在探究杜仲木材材質(zhì)性狀的變異規(guī)律，為杜仲材用型良種選育提供參考。

1 試驗地概況

試驗林地位于河南省靈寶市閆家馱中國林業(yè)科學研究院杜仲綜合研究示范基地(110°39′37″E，34°16′18″N)，海拔1 066～1 082 m，屬小秦嶺山區(qū)，年均氣溫14.5 ℃，年均降水量650.00 mm。土層深度為0.80～1.20 m，土壤為黃棕壤，pH值為7.1，土壤中全氮質(zhì)量分數(shù)為0.93 g·kg-1，速效磷質(zhì)量分數(shù)為1.01 g·kg-1，速效鉀質(zhì)量分數(shù)為21.35 g·kg-1。試驗林樹齡為16 a，株行距2 m×3 m，平均樹高8.15 m，平均胸徑12.94 cm，郁閉度為0.85～0.90。

2 研究方法

2.1 杜仲生長指標調(diào)查

在前期設(shè)置的固定樣地中選擇位于陽坡中部，陽坡底部、陰坡中部的固定樣地3塊，在每塊樣地隨機選取45～50株杜仲，共計145株。對各單株逐一編號并調(diào)查植株樹高、枝下高、主干高、胸徑、南北向冠幅、東西向冠幅等生長指標。

2.2 杜仲材質(zhì)性狀測定

分別在上述145株杜仲樹1.30 m處用內(nèi)徑5.00 mm的生長錐鉆取從樹皮至髓心的木芯樣品，帶回實驗室進行基本密度測定。選擇陽坡底部的50株木芯樣品在測定木材基本密度后，進行木材纖維參數(shù)及木材橫切面顯微構(gòu)造特征參數(shù)的測量。木材基本密度采用飽和含水量法進行測定[6]，木材密度分級參考江澤慧等[7]的方法。

經(jīng)基本密度測定后的木芯樣品在其兩端分別取一定量木片，采用硝酸-氯酸鉀法分離木纖維，制成簡易切片，并在熒光顯微鏡(Olympus BX51)下隨機測定50根纖維的長度和寬度，計算木材纖維長寬比，并以此50個數(shù)據(jù)的平均值作為該單株纖維指標。

參考薛崇昀等[8]的方法，將欲檢測木樣在三甘醇中進行軟化，并將軟化后的木樣在滑走式木材切片機下切成厚度為10～15 μm的切片，經(jīng)過染色、乙醇梯度脫水、二甲苯透明、施膠封蓋玻片后，采用日本Nikon80i顯微鏡、美國Pixera的Penguin 600CL攝像機將制作好的橫切面切片按測定指標要求逐年輪采集清晰的木材照片，并通過TDY-5.2彩色圖像計算機分析軟件進行杜仲胞壁率、纖維弦向直徑、纖維徑向直徑、細胞壁厚、木材組織比量、橫切面顯微構(gòu)造特征參數(shù)等的測量，其中杜仲的胞壁率按照橫切面上細胞壁的面積與圖像總面積的比值測算。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS16.0對數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計、方差分析及相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同樣地杜仲生長情況

不同樣方杜仲生長情況見表1。由表1可知，16年生杜仲的樹高為5.70～11.20 m，平均值達8.15 m；胸徑為7.60～23.80 cm，平均值達12.94 cm。除了樹高的變異系數(shù)較低，為7.93%～9.83%，胸徑、主干高、枝下高、南北向冠幅、東西向冠幅在樣方內(nèi)均存在較大的變異，變異系數(shù)均達13.00%以上，說明在同一林分中，樹高間的差異較小，即樹高是1個相對穩(wěn)定的衡量指標，而胸徑等生長指標變異較大。方差分析結(jié)果表明，各生長指標在3個樣方間均存在顯著差異，除了枝下高外，陽坡底部及陽坡中部的生長指標均顯著高于陰坡中部樣方，即外界環(huán)境對杜仲生長影響較大。

不同樣方內(nèi)，杜仲的胸徑與地徑的比值為0.66～0.91，平均值達0.78，變異系數(shù)為5.33%～6.41%，該指標在樣方內(nèi)變異較小。方差分析結(jié)果表明，該指標在不同樣方間無顯著差異。

表1 不同樣地杜仲生長情況

3.2 杜仲生長指標與木材密度的關(guān)系

各生長指標間關(guān)系如表2所示，除了枝下高與其他生長性狀間為極顯著負相關(guān)關(guān)系外，其他各性狀間均為極顯著正相關(guān)關(guān)系。由于林分郁閉度較高，所以植株下部枝條不能得到足夠的光照及養(yǎng)分，從而導致部分枝條逐漸枯死，但不同個體間有差異。當單株長勢越強，獲得養(yǎng)分、空間的能力越大，植株供給下部的養(yǎng)分相對其他個體較多，才能避免枯死，所以枝下高相對較低，與其他生長指標呈顯著負相關(guān)。因此，杜仲的枝下高也可作為1個判斷植株長勢強弱的間接指標。

145株杜仲生長指標與木材密度的相關(guān)關(guān)系見表2。由表2可知，木材基本密度與樹高、胸徑、主干高間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.53、0.47、0.41；與冠幅無顯著相關(guān)性；與枝下高存在顯著負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.37。以上結(jié)果表明，杜仲木材基本密度與主要生長指標存在較強的表型相關(guān)。

表2 杜仲生長性狀間相關(guān)關(guān)系

3.3 杜仲木材材質(zhì)性狀

本試驗各樣方內(nèi)的木材密度變化較小，變異幅度僅為4.44%～4.62%，遠低于生長指標的變異幅度。杜仲木材密度較高，為0.51～0.65 g·cm-3。根據(jù)木材密度分級標準，杜仲木材密度屬于Ⅲ級，為中高密度木材。方差分析結(jié)果表明，不同樣方間木材密度差異顯著，但不同樣方間誤差值差別較小，僅為0.02～0.06 g·cm-3，雖然有顯著的統(tǒng)計學差異，但無實際意義。

杜仲木材纖維長958.00～1 077.00 μm，平均值1 003.10 μm，屬于中等長度纖維；纖維寬14.68～19.18 μm，平均值16.57 μm；纖維長寬比為49.90～68.40，平均值60.80。杜仲木材纖維長、木材纖維寬、纖維長寬比的變異系數(shù)均較小，分別為2.66%，6.22%、6.76%，說明其木材密度、木材纖維長、木材纖維寬、纖維長寬比均為穩(wěn)定指標。杜仲木材胞壁率為41.15%～64.01%，平均值為51.86%，變異系數(shù)為10.26%；雙壁厚5.90～10.55 μm，平均值為8.05 μm，變異系數(shù)為13.86%；組織纖維比量中木纖維比量占58.08%～69.89%，平均值為65.08%，其變異系數(shù)較小，為5.15%；導管比量為23.80%～35.56%，平均值為29.04%；木射線比量為0.67%～2.25%，平均值為1.36%；薄壁組織比量為2.11%～8.16%，平均值為4.52%，變異系數(shù)較大，分別為11.08%、26.68%、26.04%。綜合分析杜仲木材的纖維特性及杜仲木材的胞壁率，說明其纖維特性適合于造紙，同時滿足纖維工業(yè)原料的要求，因此也適宜做紙漿材。

將進行材性測定的50個單株按照胸徑由低到高分為6個徑階，每徑階間差2 cm。各材性指標在不同徑階間的方差分析結(jié)果見表3。木材基本密度及雙壁厚在不同徑階間存在顯著差異，但其他指標在各個徑階間沒有顯著差異，且隨著徑階增加，木材密度及雙壁厚無顯著變化。

表3 杜仲材性指標

徑階(h)/cm胞壁率/%木纖維比量/%導管比量/%木射線比量/%薄壁組織比量/%h<10(50.05±3.00)ab (62.77±3.31)A (31.37±3.45)B (1.42±0.40)a(4.44±1.29)a10≤h<12(48.01±3.37)a(64.48±3.20)Ab(29.24±3.20)Ab(1.38±0.32)a(4.90±1.39)a12≤h<14(52.27±4.66)abc(64.80±3.40)Ab(29.25±3.30)Ab(1.39±0.37)a(4.57±1.22)a14≤h<16(56.15±6.42)c(67.70±2.36)Ab(26.90±3.04)a(1.20±0.36)a(4.20±0.62)ah≥16(54.31±5.70)bc(65.95±3.30)B(28.38±2.49)Ab(1.39±0.44)a(4.28±1.22)a

3.4 杜仲材質(zhì)性狀間的關(guān)系

杜仲材質(zhì)性狀間的相關(guān)關(guān)系如表4所示，木材基本密度與胞壁率、木纖維比量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.46、0.51；與導管的組織比量呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.47。纖維寬與雙壁厚呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.65；與木纖維比量、導管比量呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.35、0.42。雙壁厚與胞壁率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.44；與導管比量、薄壁組織比量呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.32、-0.31。胞壁率與木纖維比量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.42。木纖維比量與導管比量呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.94。木射線比量與薄壁組織比量呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.34。

4 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，在降水量適中，肥力偏弱的立地條件下，16年生杜仲的最大胸徑可達23.60 cm，樹高為11.20 m。雖然杜仲的生長速度不及楊樹(Populus)、泡桐(Paulownia)等當?shù)厮偕炝謽浞N，但其樹干通直，出材率高，胸徑與地徑的比值均在0.75以上，出材率較高。而珍貴用材樹種楸樹(Catalpabungei)的速生優(yōu)良無性系‘宛楸8401’在土壤肥沃，降水量適中的條件下，其26年生無性系胸徑為26.50 cm，樹高12.80 m[9]。

表4 杜仲生長及材性指標間的相關(guān)關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，杜仲木材密度較高，為0.51～0.65 g·cm-3，根據(jù)木材密度分級標準[7]，杜仲木材密度屬于Ⅲ級，遠高于當?shù)刂饕炝謽浞N泡桐(0.21～0.44 g·cm-3)、楊樹(0.32～0.34 g·cm-3)的木材基本密度[10-12]。近年來有許多關(guān)于珍貴用材樹種木材密度的報道，例如楸樹[9]的木材密度為0.39～0.43 g·cm-3、核桃楸(JuglansmandshuricaMaxim)[13]的木材密度為0.49 g·cm-3、紅椿(ToonaciliateRoem)[14]的木材密度為0.32～0.50 g·cm-3、香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.)[15]的木材密度為0.46～0.48 g·cm-3，而這些珍貴用材樹種的木材密度遠遠低于杜仲的木材密度。木材基本密度是1個重要的材性指標，大量研究表明，木材密度與木材力學性質(zhì)間存在顯著的關(guān)系[16-18]，所以本研究認為，杜仲具備珍貴用材樹種的潛力。Greaves et al.[19]認為在紙漿材選育過程中，以木材密度為主要育種目標的經(jīng)濟意義高于材積或紙漿率。本研究發(fā)現(xiàn)，杜仲木材基本密度的變異幅度較小，說明杜仲的木材基本密度相對較穩(wěn)定。不同樹種間的木材密度變異規(guī)律不同。賈慶彬等[20]在對雜種落葉松的研究得到，不同家系內(nèi)的木材密度變異幅度可達8.68%～30.01%，馬尾松[21]、濕地松與加勒比松雜種[22]、杉木[23]的木材密度與生長性狀間存在顯著負相關(guān)，選擇生長性狀與材質(zhì)兼優(yōu)的無性系相對較難，泡桐[10]、楊樹[24]、長白落葉松[25]的木材密度和生長性狀間無顯著相關(guān)性，可進行各個性狀獨立選擇。本研究中杜仲木材的各材質(zhì)性狀變異幅度均較小，杜仲樹高、胸徑與木材基本密度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.53、0.47，且杜仲胸徑、主干高、枝下高等指標變異幅度較大，通過一定栽培措施，在提高生長量的同時，也可以提高杜仲木材的密度。因此，培育生長快、木材密度大的杜仲材用林具備較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>