劉學(xué)鋒，何沙娥，歐陽林男，張磊，張維耀，陳少雄

初植密度對尾巨桉生長、樹體形質(zhì)及主要木材化學(xué)組分的影響

劉學(xué)鋒1，何沙娥1，歐陽林男1，張磊2，張維耀1，陳少雄1＊

(1.國家林業(yè)和草原局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022；2.廣西國有東門林場 廣西 扶綏 532108)

對廣西國有東門林場4種不同初植密度的26 a生尾巨桉人工純林，對林分生長、樹體形質(zhì)及木材化學(xué)組分等性狀指標進行調(diào)查分析，結(jié)果表明：初植密度對胸徑的影響達極顯著水平，胸徑、冠長隨林分初植密度的增加而減??；冠長率和高徑比隨初植密度增大而增大；纖維素含量隨初植密度的增大，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。初植密度對木質(zhì)素含量的影響顯著；隨著桉樹初植密度的增大，木質(zhì)素含量基本呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢；隨著初植密度的增大，不同部位的熱水抽提物含量呈上升趨勢；在培育優(yōu)質(zhì)的桉樹大徑材時要選擇纖維素含量高、木質(zhì)素含量低、抽提物含量較少的初植密度進行栽培，綜合比較得出1 250株·hm-2最佳。本研究探討初植密度對桉樹林分生長、樹體形質(zhì)及化學(xué)組分的影響，將為培育優(yōu)質(zhì)桉樹大徑材提供理論指導(dǎo)。

尾巨桉；初植密度；生長性狀；形質(zhì)性狀；化學(xué)組分

桉樹()生長迅速、輪伐期短、適應(yīng)性強、用途廣泛、經(jīng)濟價值高，與松樹()和楊樹()并稱為世界三大速生樹種[1]。我國木材資源短缺，人工林定向培育是解決木材短缺問題的重要措施之一，而營林措施對木材產(chǎn)量與材質(zhì)有重要影響[2]。初植密度是林分群體結(jié)構(gòu)的數(shù)量基礎(chǔ)，影響林分群體結(jié)構(gòu)的形成，決定著林分內(nèi)個體發(fā)育過程和林分群體生長特性，對林分生長量影響很大[3]。初植密度對林木生長和木材性質(zhì)的影響是發(fā)生在林分充分郁閉之后。林分郁閉前，樹冠根系之間不存在競爭，理論上對樹木的生長沒有影響。初植密度對木材材性和木材質(zhì)量的影響因樹種而異，目前多數(shù)人認為種植過密，幼樹個體間枝葉交錯重疊，各自占有的空間較小，導(dǎo)致幼樹光照不足和營養(yǎng)不良，致使林木生長細弱。木材中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素以及抽提物等不僅對木材本身的性質(zhì)有重要影響，還可用于化工或能源原料，具有巨大的潛在應(yīng)用價值[4]。徐有明等[5]研究發(fā)現(xiàn)濕地松()4種初植密度對木材管胞解剖特征、化學(xué)成份的含量、干縮性狀和木材的力學(xué)性能有一定的影響，但差異不顯著。涂育合[6]對濕地松的研究表明經(jīng)營密度影響林分平均胸徑、單株材積，在合理初植密度范圍內(nèi)，單株胸徑、材積隨密度增大而減小，而蓄積量隨密度增加而增大。張耀麗等[6]通過分析5種種植密度10 a生濕地松的主要木材化學(xué)組分，探討種植密度對纖維素和抽提物等的影響，結(jié)果表明種植密度對綜纖維素含量和抽提物影響均不顯著，而對苯醇抽提物含量影響顯著。本研究從尾巨桉(×)初植密度出發(fā)，對其生長、形質(zhì)性狀及木材化學(xué)組分的影響效應(yīng)進行系統(tǒng)地分析研究，以期為我國南方地區(qū)桉樹大徑材合理密植提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

樣本采自廣西國有東門林場華僑分場21 林班密度試驗林，年平均氣溫21.2 ~ 22.3℃、年降雨量為1 000 ~ 1 300 mm，土壤為磚紅壤。試驗地向南坡，坡度5 ~ 10°。苗木均為尾巨桉無性系(DH32-13)[8]，造林時間為1993年4月，取樣時林齡為26 a。

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置4種林分造林密度(667、883、1 250、1 667株·hm-2)，3次重復(fù)，小區(qū)面積 0.04 hm2(20 m × 20 m)，小區(qū)之間間隔 4 m。

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)查

2017年7月對樣地尾巨桉進行林木形質(zhì)性狀指標調(diào)查，包括樹高、胸徑和枝下高，并計算冠長(=樹高-枝下高)、冠長率(=冠長/枝下高)和高徑比(=樹高/胸徑)[9]。

每種密度處理選擇3株解析木，合計12株，分析的主要木材成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、冷水浸提物、熱水浸提物、1%NaOH抽出物，這些指標能充分反映木材的潛力。每個樣株選取兩個不同位置(按照標準截取首尾各一段)的圓盤，分別標注為上段、下段，樣材由髓心向外隔輪取樣，沿著年輪方向削成木片，剪碎，于50℃下烘干，用植物粉碎機粉碎過篩，木粉過40目篩。水抽提物含量采用國家標準(GB/T2677.4-1993)[10]、1% NaoH抽提物含量采用國家標準(GB/T2677.5-1993)[11]、纖維素含量、半纖維素含量采用國家標準(GB/T744-2004)[12]、木質(zhì)素含量采用國家標準(GB/T747-2003)[13]進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析方法

采用EXCEL和DPS等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，參數(shù)間差異比較采用Duncan's新復(fù)極差法，并用GraphPad prism8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 初植密度對尾巨桉林分生長及樹體形質(zhì)的影響

由表1可知，不同初植密度對尾巨桉胸徑的影響極顯著，且胸徑隨初植密度增加而減小，當(dāng)初植密度為667株·hm-2時，胸徑最大，達27.05 cm，且與其他3種初植密度差異顯著；樹高以883株·hm-2的為最高，達32.77 m，各處理無顯著差異；對枝下高(UBH)影響差異極顯著，以667株·hm-2最高，達24.98 m，其次分別是883、1 667和1 250株·hm-2。對冠長的影響顯著，最大值出現(xiàn)在1 250株·hm-2，與667株·hm-2和883株·hm-2之間的差異顯著。對冠長率的影響仍以1 250株·hm-2最高，達2.73，分別是667株·hm-2、883株·hm-2的8.27倍和3.59倍，且與之差異顯著。高徑比是與林分木材的質(zhì)量與經(jīng)濟價值密切相關(guān)的重要形質(zhì)指標之一[20]，從表中可知不同初植密度對高徑比(HDR)的影響隨密度增大而增大。

表1 初植密度對尾巨桉林分生長及形質(zhì)的多重比較

注: 表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，用Duncan's新復(fù)極差法進行多重比較，同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示<0. 05。

2.2 初植密度對尾巨桉主要細胞壁物質(zhì)的影響

由圖1(A)可知，纖維素含量隨著初植密度的增大，呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。上、下段樣材之間的纖維素含量有所差異，但隨著林分初植密度變化的趨勢基本一致，上段樣材纖維素含量均比下段的要高。其中上段樣材各處理間均無顯著差異，而下段樣材含量最高為1 250株·hm-2，其與883株·hm-2、1250株·hm-2無差異，與667 株·hm-2差異顯著(<0.05)。由圖1(B)可知，不同初植密度間半纖維素含量無顯著差異，上段樣材的半纖維素含量高于下段。圖1(C)表明，隨著桉樹初植密度的增大，木質(zhì)素含量基本呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，并且隨初植密度大小變化的規(guī)律為：1 667株·hm-2>667株·hm-2>883株·hm-2>1 250株·hm-2，同時各處理呈現(xiàn)顯著差異(<0.05)。

圖1 初植密度對尾巨桉主要細胞壁物質(zhì)的影響

注：柱形圖中不同小寫字母表示<0. 05，下同。

2.3 初植密度對尾巨桉木材抽提物的影響

由圖2(A)可知，當(dāng)密度為1 250 株·hm-2，尾巨桉不同部位的冷水抽提物含量均為最低，與其余各處理無顯著差異。圖2(B)顯示，初植密度與熱水浸提物含量呈正相關(guān)，即隨著初植密度的增大，不同部位的熱水浸提物含量呈上升趨勢，上段樣材中熱水浸提物含量依次為：1 667株·hm-2>1 250株·hm-2>883株·hm-2>667株·hm-2，下段樣材中667株·hm-2和883株·hm-2顯著低于1 250和1 667株·hm-2。根據(jù)圖2(C)可知，尾巨桉上、下段樣材的1%NaOH抽提物含量變化規(guī)律趨于一致，上段1%NaOH抽提物含量差異不顯著，下段1%NaOH抽提物含量最高為1 667株·hm-2，最低為1 250株·hm-2，其次為667株·hm-2和883株·hm-2。

圖2 初植密度對尾巨桉木材抽提物的影響

3 結(jié)論與討論

不同營林措施對于木材生長和形質(zhì)等具有不同的影響，其中初植密度和間伐對林木生長和木材形質(zhì)的影響最大。本文研究表明：4種初植密度對胸徑的影響達極顯著水平，且胸徑隨林分初植密度的加大而呈遞減趨勢，與徐有明等[5]研究造林密度對濕地松人工林生長的觀點一致。對樹高的影響則無顯著差異。林木枝下高直接影響樹木生長和樹干形狀[14]，不同密度對枝下高影響顯著，與張陽鋒等[15]研究結(jié)果一致。林分密度反映林木占據(jù)空間資源和獲取光照條件的能力，是影響樹冠特征的主要因素之一[16-17]，樹冠特征對樹木生長和木材質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，其發(fā)展與種植密度密切相關(guān)[18]，冠長(CL)反映了林木利用現(xiàn)有資源的潛力，如生長空間的增加[19-20]。對冠長的影響達顯著水平，隨種植密度的增加而減小，與張平冬[21]對毛白楊()的研究一致，而AKERS等[22]和王艷等[23]認為密度較低的火炬松()和側(cè)柏()林分冠長顯著大于密度較高的林分，其原因可能是針葉樹的冠層結(jié)構(gòu)與桉樹差異較大。冠長率(CR)是反映樹冠大小的指標，也是影響林木生長的重要因素，且受林分密度和林分內(nèi)樹木的種群位置影響[24-25]。初植密度對冠長率的影響顯著，且隨初植密度的增大而增大，其中1 250株·hm-2達到峰值，與歐建德[26]對巒大杉()的研究存在差異，可能是因為巒大杉種植密度過密(2 700 ~ 3 600株·hm-2)，導(dǎo)致其冠長率隨密度的增大逐漸降低。高徑比隨密度增大而增大，與諶紅輝等[27]和溫佐吾等[28]對馬尾松()林分的研究一致。

木材的物理性質(zhì)主要取決于木材細胞壁的組成物質(zhì)。纖維素既是組成木材細胞壁的主要成分，也是木材細胞壁的骨架物質(zhì)[29-31]，而半纖維素是木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)中第二大組分[32]。初植密度對各處理上段試樣的纖維素和半纖維素影響一致，均無顯著差異，與徐有明等[5]研究發(fā)現(xiàn)林分初植密度對濕地松人工林木材化學(xué)成份含量沒有顯著影響的觀點一致，但下段處理有顯著差異，說明不同高度樣材其木材纖維素含量亦不同。

木質(zhì)素是木材細胞壁重要的化學(xué)組分，對林木新陳代謝和生長發(fā)育具有重要作用[33]，有助于增強植物體的機械強度[34]。初植密度對木質(zhì)素含量的影響顯著差異，培育大徑材時應(yīng)選擇適中的密度為宜。

抽提物作為木材的重要組成成分，對木材的顏色、氣味和物理化學(xué)性質(zhì)等方面影響很大[35]。初植密度對冷水抽提物含量無顯著影響，與熱水抽提物含量呈正相關(guān)，即隨著初植密度的增大，桉樹不同部位的熱水抽提物含量呈上升趨勢，該結(jié)論與李曉東[2]的觀點一致。初植密度對上段試樣1% NaOH抽出物含量影響均不顯著，與張耀麗等[7]對濕地松紙漿材的研究一致。下段試樣普遍比上段試樣含量高，且1 250 株·hm-2和1 667 株·hm-2之間差異顯著。

纖維素與半纖維素能有效減少木材的膨脹收縮、同時提高人造板材的力學(xué)強度；相反，木質(zhì)素含量越高，木材的材質(zhì)越差。木材抽提物含量是影響后續(xù)制板工藝的重要因素之一，主要影響木材的滲透性、板材膠合、木材密度及強度[35-37]，含量過高可導(dǎo)致桉樹木材在改性、膠合、涂飾等加工過程中產(chǎn)生嚴重缺陷[38]。因此，在培育優(yōu)質(zhì)的桉樹大徑材時要選擇纖維素含量高、木質(zhì)素含量低和抽提物含量較少的初植密度，以1 250株·hm-2最佳。

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Effect of Initial Planting Density on Growth, Stem-Form and Main Wood Chemical Compositions of

LIU Xuefeng1,HE Sha’e1, OUYANG Linnan1, ZHANG Lei2, ZHANG Weiyao1,CHEN Shaoxiong1

(1.; 2.)

Twenty-six-year-old×trees from four different initial planting densities were evaluated for growth, stem-form and wood chemical composition. The results showed that initial planting density had significant effects on diameter at breast height (DBH), with both DBH and crown length decreasing as initial density increased, while both crown ratio and height to diameter ratio showed contrarian results. Cellulose content followed the density trend with an initial increase, followed by a decline. With the increase of initial planting density, the lignin content basically showed a trend of decreasing at first but then increasing, and there were significant differences among planting densities. The content of hot water extracts in stem wood increased with an increase in density. When cultivatingplantations for production of large-diameter logs, the initial planting density should be chosen that provides for higher cellulose content, lower lignin content and less hot water extracts. Comprehensive comparison revealed that 1 250 trees·hm-2is the optimum planting density. This paper discusses the effects of initial planting density on growth, stem-form and stem wood chemical composition and the information presented will provide theoretical guidance for the cultivation offor production of logs suited to various solid-wood end-products.

×; initial planting density; growth; stem-form; chemical composition

S753.3

A

10.13987/j.cnki.askj.2020.02.03

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項目(2019KJCX005)；國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFD0600501)

劉學(xué)鋒(1985－ )，男，碩士，工程師，主要從事森林培育研究，E-mail: afayewong@foxmail.com

陳少雄(1965－ )，男，博士，研究員，主要從事桉樹定向培育研究，E-mail:sxchen01@163.com