王彩云 汪文勝 劉亞梅 劉盛全

摘 要：該文以60株不同傾斜角度的馬尾松為試材，對(duì)其生長(zhǎng)特性進(jìn)行了研究，并在這些樹(shù)木中選擇典型的2株馬尾松對(duì)其生長(zhǎng)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明：（1）隨著傾斜角度的增加，馬尾松的生長(zhǎng)量相應(yīng)減??；（2）馬尾松直立幼苗的應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變，在傾斜幼苗下表面的應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變，應(yīng)變值都隨時(shí)間的增加而增大，達(dá)到一定值時(shí)趨于穩(wěn)定；（3）方差分析表明，不同傾斜角度下馬尾松的生長(zhǎng)特性和生長(zhǎng)應(yīng)變的差異達(dá)到了顯著水平。

關(guān)鍵詞：馬尾松；幼苗；生長(zhǎng)特性；生長(zhǎng)應(yīng)變

中圖分類號(hào) S718.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）18-0020-04

Study on Growth Characteristic and Growth Strain of Masson Pine Saplings

Wang Caiyun1 et al.

（1Forestry Bureau of Yuexi County，Yuexi 246600，China）

Abstract：In this study，sixty masson pine saplings with different inclined angle were selected to study the growth characteristic，and two typical masson pine saplings were used to measure growth strain.The result showed that：（1）With the increase of leaning angle，the growth characteristic of masson pine decreased；（2）In the young stem of masson pine，the growth strain in the lower side of the upright stem was pressure strain，the growth strain in the lower side of the leaning stem was tensile strain，and the value all increased with the time，then became stable after reaching certain time；（3）The ANOVA results revealed that there were significant effects of inclined angle on growth characteristic and growth strain

Key words：Masson pine；Sapling；Growth characteristic；Growth strain

生長(zhǎng)應(yīng)力是樹(shù)木在形成層細(xì)胞不斷分化形成的木質(zhì)部細(xì)胞間產(chǎn)生的相互作用力。在正常直立生長(zhǎng)的樹(shù)木內(nèi)，木質(zhì)部的最外層表現(xiàn)為拉應(yīng)力，向內(nèi)則為壓應(yīng)力。由于生長(zhǎng)應(yīng)力的存在，立木在伐倒時(shí)容易產(chǎn)生輪裂、脆心和壓傷等缺陷，在原木鋸解等過(guò)程中木材內(nèi)部應(yīng)力的平衡被打破，應(yīng)力釋放后產(chǎn)生弓彎邊彎、扭曲和夾鋸等，給制材行業(yè)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失。高生長(zhǎng)應(yīng)力和應(yīng)力分布不均是目前人工林速生材普遍存在的木材缺陷之一，早在20世紀(jì)中期生長(zhǎng)應(yīng)力就成為了林學(xué)和木材學(xué)的研究熱點(diǎn)，尤其是生長(zhǎng)應(yīng)力的形成原因以及如何合理有效地降低生長(zhǎng)應(yīng)力對(duì)木材加工利用的影響等方面。目前有三種不同的假說(shuō)（“木質(zhì)素膨脹假說(shuō)”、“纖維素張力假說(shuō)”、“統(tǒng)一假說(shuō)”）來(lái)解釋生長(zhǎng)應(yīng)力的成因，雖然三種假說(shuō)在對(duì)生長(zhǎng)應(yīng)力主要形成原因上存在分歧，但都一致認(rèn)為生長(zhǎng)應(yīng)力的形成跟樹(shù)木形成層活動(dòng)有關(guān)，而樹(shù)木形成層活動(dòng)與生長(zhǎng)季節(jié)密不可分，所以可以認(rèn)為生長(zhǎng)季節(jié)與立木生長(zhǎng)應(yīng)力之間存在某種的聯(lián)系，這種聯(lián)系能為研究生長(zhǎng)應(yīng)力形成機(jī)理提供必要信息。如Okyuama等使用貼應(yīng)變片法研究日本柳杉（Cryptomeria japonica（L.f.）D.Don）當(dāng)年樹(shù)木形成層表面、前年生木質(zhì)部和內(nèi)皮表面在一年當(dāng)中的四個(gè)不同時(shí)期的生長(zhǎng)應(yīng)變值，最后得出結(jié)論認(rèn)為，當(dāng)晚材形成后，軸向表面應(yīng)變應(yīng)該停止增長(zhǎng)，并在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，生長(zhǎng)應(yīng)力主要由細(xì)胞生長(zhǎng)（微纖絲的生長(zhǎng)）引起，與細(xì)胞橫切面的形狀無(wú)關(guān)[1-7]。此外，這種聯(lián)系也可以為通過(guò)選擇合理的采伐季節(jié)來(lái)降低生長(zhǎng)應(yīng)力提供一定的理論依據(jù)。樹(shù)干表面和內(nèi)部的生長(zhǎng)應(yīng)力很難用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)試，所以一般采用測(cè)定其局部應(yīng)力釋放所形成的應(yīng)變，稱之為生長(zhǎng)應(yīng)變，利用應(yīng)力與應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)關(guān)系公式σL≈-EL·εL（EL是木材軸向彈性模量，εL是軸向生長(zhǎng)應(yīng)變，σL是軸向生長(zhǎng)應(yīng)力）來(lái)計(jì)算生長(zhǎng)應(yīng)力值大小。

馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）是我國(guó)豐富的木材資源之一，遍布南方15個(gè)省（自治區(qū)）。它是極陽(yáng)性樹(shù)種，不耐庇蔭，適于高燥的紅土和粘質(zhì)土壤，能耐瘠薄的砂礫和干燥荒廢的山地，但不耐鹽堿土。樹(shù)干較直，樹(shù)皮深褐色，長(zhǎng)縱裂，長(zhǎng)片狀剝落，木材紋理直，結(jié)構(gòu)粗，含樹(shù)脂，耐水濕，樹(shù)干可采割松脂，葉可提芳香油。一般在長(zhǎng)江下游海拔600～700m以下，中游約1 200m以上，上游約1 500m以下均有分布，是我國(guó)南部主要用材樹(shù)種和造林先鋒樹(shù)種[8]。但人工林馬尾松樹(shù)干容易彎曲，樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)了較大的生長(zhǎng)應(yīng)力，從而影響了馬尾松的培育和加工利用。為此，本研究以人工傾斜不同角度人工林馬尾松幼苗為對(duì)象，測(cè)定分析馬尾松的生長(zhǎng)特性和產(chǎn)生應(yīng)力的變化，為人工林馬尾松的培育和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 60株3年生馬尾松苗木采集于安徽省岳西縣馬尾松人工林。把幼苗種植到安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林業(yè)試驗(yàn)地相同容器中，在直立生長(zhǎng)狀態(tài)下對(duì)幼苗生長(zhǎng)特性進(jìn)行第一次測(cè)量，之后把60棵馬尾松分為5組，每組12棵樹(shù)，人工使它們傾斜生長(zhǎng)，傾斜角度分別為0°、15°、30°、45°、和60°，傾斜生長(zhǎng)一個(gè)月后，再對(duì)它們進(jìn)行第二次測(cè)量。兩次主要測(cè)量樹(shù)高、地莖的變化，然后從測(cè)出的兩組數(shù)據(jù)中進(jìn)行加工分析，找出它們?cè)诓煌瑑A斜角度生長(zhǎng)過(guò)程中的差異，以及差異產(chǎn)生的原因。而后選取一株直立生長(zhǎng)幼苗（A1）和傾斜15°生長(zhǎng)幼苗（A2），測(cè)量這兩株的生長(zhǎng)應(yīng)變。本次實(shí)驗(yàn)是采用應(yīng)變片法[9-10]，使用YE2533程控靜態(tài)應(yīng)變儀分別對(duì)馬尾松進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)樹(shù)木如圖1所示：

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 生長(zhǎng)特性測(cè)量 樹(shù)高的測(cè)量：采用卷尺從地面往上沿著樹(shù)干的傾斜方向至樹(shù)干頂部測(cè)量。地徑的測(cè)量：采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，方向?yàn)榕c傾斜方向垂直，并在樹(shù)干最下部測(cè)量。

1.2.2 生長(zhǎng)應(yīng)變測(cè)量 首先，對(duì)選擇好的幼苗在合適的部位進(jìn)行刮切，小心刮去韌皮部，在剝?nèi)?shù)皮的同時(shí)一定要不能損傷到裸露的新鮮木質(zhì)部，長(zhǎng)度大約為5cm，寬為1.5～2.5cm；其次，把應(yīng)變片用膠水粘于中部位置，再使用小刀在上下刮口處切割，切出上下兩個(gè)刻槽，切割為使木質(zhì)部斷裂，直到讀數(shù)穩(wěn)定。直立馬尾松（A1）的切口距離地面23cm（圖2），傾斜馬尾松（A2）的切口距離地面14cm（圖3），應(yīng)變片法示意見(jiàn)圖4。

在進(jìn)行生長(zhǎng)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）由于應(yīng)變片對(duì)變形感應(yīng)比較靈敏，因此要求涂膠均勻，粘貼完全。（2）對(duì)測(cè)試時(shí)天氣條件的要求也較高，一要保證當(dāng)天氣溫、濕度變化不大，否則都會(huì)影響到測(cè)試的準(zhǔn)確性，如果氣候太干燥，還要防止由于測(cè)試點(diǎn)水分蒸發(fā)造成的影響，可以適當(dāng)在應(yīng)變片周圍涂刷油脂。（3）刮風(fēng)使樹(shù)冠產(chǎn)生擺動(dòng)，會(huì)影響到樹(shù)干內(nèi)應(yīng)變的分布，進(jìn)而影響應(yīng)變的大小，因此要求在風(fēng)和日麗的天氣測(cè)試最好。（4）要盡量減小導(dǎo)線自重對(duì)測(cè)試的影響。盡管這樣，只要測(cè)試時(shí)盡量滿足上述條件，這些外在的因素還是能夠克服，可以獲得較為穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。分別對(duì)馬尾松、楊樹(shù)的直立和傾斜幼莖在同一時(shí)間，用電腦把間隔時(shí)間設(shè)為2s進(jìn)行測(cè)量，待測(cè)量的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時(shí)可以停止測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松幼苗生長(zhǎng)特性分析 表1為2次測(cè)量的不同傾斜角度的樹(shù)高和地徑值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，通過(guò)對(duì)馬尾松先后兩次的測(cè)量，比較每組傾斜角度的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)馬尾松樹(shù)木生長(zhǎng)量基本上是隨著傾斜角度的增加而減小的，變異系數(shù)也是隨著傾斜角度的增加呈減小的趨勢(shì)。

把兩次測(cè)得的馬尾松樹(shù)高、地莖的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（表2所示），結(jié)果表明人工傾斜不同角度后馬尾松幼苗生長(zhǎng)的差異在5%水平達(dá)到顯著水平。

通過(guò)對(duì)馬尾松的測(cè)量和每組在不同傾斜角度下的比較分析發(fā)現(xiàn)：隨人工傾斜著角度的增加生長(zhǎng)量相應(yīng)減小，說(shuō)明樹(shù)干傾斜是影響樹(shù)干生長(zhǎng)的原因之一。可以推測(cè)，樹(shù)木經(jīng)自然界風(fēng)吹、雪壓后彎曲，樹(shù)木生長(zhǎng)都受到抑制，并隨傾斜角度的增加，樹(shù)木生長(zhǎng)量也逐漸減小。

2.2 馬尾松幼苗生長(zhǎng)應(yīng)變的分析 圖5、6為直立和傾斜馬尾松生長(zhǎng)應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況，可以得出，直立的馬尾松幼苗應(yīng)變值為負(fù)值，并且隨時(shí)間的增加趨于逐漸增大的；傾斜的馬尾松幼苗應(yīng)變值為正值，隨時(shí)間的增加而也逐漸增大的。

由于傾斜幼苗和直立幼苗的應(yīng)變值明顯不同，它們的最大值、最小值和平均值也有著差別，可以得出，它們的變異系數(shù)也不相同。表3是根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)所計(jì)算出的馬尾松傾斜和直立幼苗的變異系數(shù)值。

直立樹(shù)木表現(xiàn)的是拉應(yīng)變，但由圖2可見(jiàn)，在選擇的切口處下有個(gè)樹(shù)疤，由于樹(shù)疤的作用，此處的應(yīng)變表現(xiàn)為壓應(yīng)變，這從本文測(cè)出的數(shù)據(jù)可以明確證實(shí)這一點(diǎn)，從開(kāi)始測(cè)出的數(shù)值就為負(fù)數(shù)，并且隨著時(shí)間的增加壓應(yīng)變也逐漸增大，達(dá)到一定時(shí)間后壓應(yīng)變趨于穩(wěn)定。圖3中的馬尾松是一棵傾斜幼苗，它的切口A7在傾斜處的上方，此處的應(yīng)變表現(xiàn)為拉應(yīng)變，從測(cè)得的數(shù)據(jù)中也可以看出，測(cè)出的應(yīng)變開(kāi)始就為正值，并且隨時(shí)間的增加而增大，達(dá)到一定時(shí)間后趨于穩(wěn)定。由于在兩株馬尾松A1、A2所測(cè)得的應(yīng)變是不同的。A1是壓應(yīng)變，A2是拉應(yīng)變，所以它們的各項(xiàng)值也完全不同，A1處測(cè)得的最大值為-29，最小值為-2 148，平均值為-673，A2處的最大值為231，最小值為12，平均值為183，A1處的標(biāo)準(zhǔn)偏差為510.41，A2處的標(biāo)準(zhǔn)偏差為26.21。用標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均值可以得出變異系數(shù)A1處的變異系數(shù)為0.76，A2處的變異系數(shù)為0.14，有樹(shù)疤的A1處的壓應(yīng)變的變異系數(shù)大于A2處的拉應(yīng)變的變異系數(shù)。直立和傾斜馬尾松生長(zhǎng)應(yīng)變方差分析如表4所示，從表4可以看出，傾斜角度對(duì)馬尾松生長(zhǎng)應(yīng)變影響在差異0.1%水平達(dá)極顯著水平。

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3 結(jié)論

通過(guò)以上分析得出：（1）隨著傾斜角度的增加，馬尾松的生長(zhǎng)量相應(yīng)減?。唬?）馬尾松直立幼苗的應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變，在傾斜幼苗下表面的應(yīng)變?yōu)槔瓚?yīng)變，應(yīng)變值都隨時(shí)間的增加而增大，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，趨于穩(wěn)定；（3）方差分析表明，不同傾斜角度下，馬尾松的生長(zhǎng)特性和生長(zhǎng)應(yīng)變的差異達(dá)到顯著水平。

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