全 文 ：第 2 8卷 第 1期
00 20 年 l月
东 北 林 业 大 学 学 报
O U JR N AL OF N OR T HE A ST F OR E STR YU NI VE R SI T Y
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28
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200 0
天然林赤松木材材质变异规律的初步研究
金春德 王 成 金玉善 罗广军 吴玉德 崔振东
( 延 边 大 学 农 学 院 , 龙 井 , 13 34 0 )
崔长寿 金顺泽 相福江
(吉林省龙井市林业局 )
摘 要 用生长轮材质分析方法研究和分析了天然林赤松木材材质的变异规律 . 得出了管胞长度 、 管胞宽
度 、 管胞长宽比 、 生长抢基本密度 、 生长轮宽度 、 晚材率 、 生长率 7 项材性指标径向变异规律的数学模型 。 相关
性检验表明 . 多数材性指标均与生长轮有显著相关性 。
关键词 天然林赤松 ; 木材性质 ; 变异规律 ; 数学模型
分类号 57 8 1
P r e l im i n a r y S t u dy o n V a r i a t i o n P a tt e r n o f Wo d P r o Pe r t i e s o f N a t u r a l P i n u s de n s价ora / J i n C h u n d e
、
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C h e n g
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J i n Y u s h a n
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L u o G u a n gj u n
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W u Y u d e
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C u i Z h e n d o n g (A g r o n o m y C o l le g e o f Y a n b i a n U n i v e r s it y
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L o n gj in g 1334 00
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Ji n Sh u n z e
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X ia n g F uj ia n g (L o n 幻i n g F o r e s金yr B u r e a u o f
J i li n P r o v i n e e ) / / J o u r n a l o f N o r t h e a s t F o r e s t yr U n i v e r s i t y一 2 000 、 2 8( l )一 39 一 4 2
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e v a r i a t io n aP t t e nr o f w o o d P r o pe r t ie s o f n a t u r a l lP’ n : `5 d e n s沪o r a w a s s t u d i e d b y g r o w t h 一 r in g
n l e t h o d fo r a n a ly z in g w o o d P r o pe r t i e s
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e m a t h e m a t l e a l m o d e ls fo r P r o pe r t y P a r a n i e t e r s o n t r a e h e i d
l e n g t h
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r a t i o o f t r a e h e id le n g t h a n d w id t h
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一 r i n g b a s i e d e n s i t y
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一 r in g w id t h
l a t e w o o d pe cr e n t a g e a n d g r o w t h pe r e e n t a g e in t h e r a d i a l d i r e e t i o n w
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T h e r e s u l t s o f e o r r e la t i o n
a n a ly s i s s h o w e d t h a t e x e e P t t h e d e n s i t y
.
t h e o t h e r s ix i n d ie e s a r e a l l s i g n iif e a n t ly r e la t e d t o t h e g r o w t h r in g
.
K e y w o r ds N a t u r a l iP n
u s de n成f7 o r a : W o o d P r o pe r t i e s : V a r ia t i o n Pa t t e r n : M a t h e m a t ie a l m o d e l
长期以来林业科学工作者们对赤松 ( iP nu :
de ns 价(,r a) 的生物学特性进行了较深入的研究 . 但
对赤松材性的研究较少 。 本课题应用生长轮材质分
析理论 , 研究赤松天然林木材生长轮材质的 7 项材
性指标及其相关性 , 为实现林木定向培育提供相应
的技术参数 . 同时为赤松的材质早期预测提供科学
依据 。
1 试材采集与实验方法
1
.
1 试材来源及取样方法
试材 3 株赤松采自吉林省龙井市林业局智新林
场 9 0 林班第 3小班 。 取样方法按 G B 192 7一 9 1的
规定进行 , 表 1给出了样木基本情况 。 标准地状
况 : 林分为纯天然赤松林 ; 地形海拔 90 m 、 坡度
29
户 、 坡向为西向 ; 土壤类型为暗棕壤 、 构造为团
第 l 作者简介 : 金春德 , 男 . 19 63 年 3 月生 , 延边大学农学
院 , 副教授
收稿日期 : 19 9 9 年 10 月 2 5 日 。
责任编辑 : 张 玉 。
粒 、 深度 2 7 e m 、 腐殖质 4 . 5 e m 。
1
.
2 试样制备及测试方法
树木生长过程中 , 树干体呈圆锥体 , 由髓心向
外累加 , 不同高度的轮龄与树龄相同 、 1 . 3 m 高处
的材性与树干材性具有较强的相关性 ( ” . 并且在
此高度取生长锥试样方便 , 因此用 1 . 3 m 处的试样
数据分析材性径向变异规律是比较合理的 。 本 i裂题
从每株样木的 1 . 3 m 高处截取 l 个 50 m m 厚圆盘 ,
每个圆盘沿南北方向截取宽 4 c m 的中心试条 , 沿
着径向按年轮由髓心向外逐年取样 。
表 1 赤松样木基本情况
样木编号 树龄 Za 胸径 Zc m 树高 /m 第 l 枝下高 /m
9 0 1 6 2 2 4
.
8 1 4
.
6 6
.
3 3
9() 2 6 1 2 7
.
8 14
.
4 5
.
7 6
9 0 3 7 5 3 5
.
1 14
.
6 7
.
2 2
测定指标 : 生长轮宽度 、 晚材率 、 生长率 、 生
长轮基本密度 、 管胞长度 、 管胞宽度 、 管胞长宽
比 。
1
.
2
.
1 生长轮宽度 、 晚材率及生长率
DOI : 10. 13759 /j . cnki . dlxb. 2000. 01. 011
东 北 林 业 大 学 学 报 第 28卷
包」平中心试条 . 沿南北方向通过髓心作一条垂
直年轮的直线 、 用读数显微镜测量直线上每一生长
轮的宽度及相应的晚材带宽( 精确到 0 . 01 m m )。
计算晚材率和生长率 。
1
.
2
.
2管胞长度 、 管胞宽度及管胞长宽比
管胞长度和管胞宽度采用乔 · 菲茵氏离析法 ,
测定在光电投影仪上进行 。 每个生长轮早 、 晚材分
别测量管胞长度和管胞宽度 , 每次随机测量 30 个管
胞长度和 30 个管胞宽度 、 分别取其平均值作为早 、
晚材的管胞长度和管胞宽度 。 根据管胞长度和管胞
宽度的测试数据 , 计算管胞长宽比 。
1
.
2
.
3 生长轮基本密度
用排水法按轮酬 l匝序 (从髓心至树皮 ) 每 2 个
生长轮取 1个试样 (非标准试样 ) 进行测定 。
细胞垂周分裂速度大 , 形成层原始细胞尚未发育成
熟 、 体形较短 , 产生较短子细胞以满足直径决速生
长需要 ; 远离髓心 , 树木处于成熟期 , 形成层原始
母细胞垂周分裂速度降低 , 形成层原始细胞发育成
熟及平均长度较长 , 较短原始细胞消失速率增加 。
经定量分析 , 并将管胞长度与生长轮年龄进行
回归 , 优选出回归方程为 .v = 一 0 . 00 1 l x , + 0 . 1 15 3 x
+ 1
.
559 8
, 相关系数 R = 0 . 99 1 5 , 效果显著 。
2 结果与讨论
2
.
1 管胞形态的径向变异
2
.
1
.
1 管胞长度的径向变异
图 1和图 2 为赤松木材胸高处管胞长度径向变
异模式 。 天然林赤松管胞长度径向变异为 : 管胞长
度从髓心向外迅速呈直线增加 , 自 18 a 后增加缓
慢 . 到 4 5 a 后在某一定值上下波动并趋于稳定 , 表
明管胞生长已趋于成熟 。 在同一生长轮内 . 早材管
胞长度相对比晚材小 , 但相差甚微 , 变化趋势基本
相同 , 即管胞长度从髓心向外迅速呈直线增加 ,
早 、 晚材分别 20 a 和 1s a 后增加缓慢 . 4 5 a 和 4 2 a
后 , 在某一定值上下波动 , 并保持相对稳定 。
日`\侧琳纂扣
昌\侧平枷是
0 8 16 2 4 3 2 4 0 4 8
轮龄 a/
56 6 4
图 l 赤松木材胸高处管胞长度的径向变异与回归曲线
赤松木材管胞长度径向变异较大 , 由近髓心幼
龄期 0 . 9 m m ( 最小值 ) 迅速增长 , 而后渐趋稳定 ,
直至树皮附近 5 . 9 m m ( 最大值 ) 左右 。 变化根本原
因在于形成层原始细胞垂周分裂速度和子细胞穿插
生长 。 靠近髓心 , 树木处于幼龄期 , 形成层原始母
图 2 赤松木材胸高处早晚材管胞长度的径向变异
2
.
1
.
2 管胞宽度的径向变异
管胞宽度的径向变异见图 3 和图 4 所示 。 管胞
宽度从髓心向外呈递增趋势 , 起伏式变化随轮龄增
加而明显增强 。 管胞宽度在前 6 a 内呈迅速增加趋
势 , 而后增加缓慢 , 自 2 a 后逐渐趋于相对稳定 。
其变异模式为 : 从髓心向外有增加趋势 , 当达到成
熟期以后趋于稳定 。 由图 4 可见 , 早 、 晚材管胞宽
度径向变异规律相似 , 但早材管胞宽度明显大于相
应的晚材 。 这与油松 〔 2 ’ 、 湿地松 〔 ” 等研究结果相
似 。 这是因为细胞形态大小主要受激素控制 。 针叶
树木幼龄期由于生长激素多 , 初期管胞宽度生长
快 , 顶端生长点活跃 , 管胞宽度相对增大 。 随后 ,
宽度生长速度减慢 , 进入相对稳定阶段 , 管胞宽度
保持相对稳定 。 这与渡边治人 〔 4 ’ 提出的针叶树材
的纺锤形原始细胞分生的木质部细胞 , 首先扩大径
向宽度 , 弦向宽度使其与原始细胞的宽度大致相
等 , 形成层原始细胞处于未成熟期 , 随着原始细胞
的生长 , 宽度逐渐增大 , 到达成熟期后 , 细胞直径
几乎恒定的观点相一致 。
经定量分析 , 并将管胞宽度与生长轮年龄进行
回归 , 优选回归方程为 y = 25 . 986 x o · ” ` s , 相关系数
R = 0
.
94 6 3
, 效果显著 。
2
.
1
.
3 管胞长宽比的径向变异
通常 . 管胞长度是宽度的 25 一 20 倍 (多在
or o 倍左右 ) 、 本实验测试结果见图 5 和图 6 。 赤
第 1期 金春德等 : 天然林赤松木材材质变异规律的初步研究
松木材管胞长宽比最小值为 52 (早材 ), 最大值为
145 ( 晚材 ) 。 赤松管胞长宽比多为 90 一 120 。
由图 5 和图 6 可见 , 赤松管胞长宽比径向变
异与管胞长度径向变异相似 。 从髓心向外呈迅速
直线增加趋势 . 18 a 后增加缓慢 . 45 a 后呈现相
对稳定 , 变化趋势在某一定值上下波动 , 说明赤
松管胞分子此时已趋于成熟 。 在同一生长轮内 .
早材管胞长宽 比比晚材明显小 , 但变化趋势基本
相同 、 从髓心向外迅速直线增加 , 达到某一定值
后趋于稳定 。
出回归方程 : 刃= 一 0 . 023 s x , + 2 . 2 36 7 x + 57 . 133 .
相关系数 R = 0 . 965 1、 效果显著 。
2
.
2 基本密度的径向变异
由图 7 可见 , 由髓心向外逐渐减小 , 至 18 .a
而后在一定值上下波动并趋于相对稳定 。 赤松木材
基本密度径向变异特征与前人研究的油松 〔 ” 、 杉
木 〔 6 , ” 等结果基本相似 。 赤松木材基本密度与生
长轮龄间优选回归方程为 : y 二 一 0 . 0 2 6 ln( x) +
0
.
4 38 4
、 相关系数 R = 一 0 . 4 87 1 。
4032198765
五侧平枷纂
气`\侧拟和理
0 8 16 2 4 3 2 4 0
轮龄 / a
4 8 5 6 6 4
0 8 1 6
0`J
ǎ1
6石
:4
. (o
曰。山24 3 2 4 0
轮龄 / a
4 8 5 6 6 4
赤松木材胸高处早晚材管胞长宽比的径向变异
图 3 赤松木材胸高处管胞宽度的径向变异与回归曲线
一匕né勺J,dnù
侧脚祷娜
~ 早材 ~ 晚材
450230
日飞\侧留和
8 16 2 4 3 2 40 4 8 5 6 6 4
轮龄 a/
赤松木材胸高处早晚材管胞宽度的径向变异
O澎讯 .赫
04
一一
图1023
尧80976妇留平撅和
16 24 3 2 4 0
轮龄 / a
4 8 5 6 6 4
图 5 赤松木材胸高处管胞长宽比的径向变异与回归曲线
将管胞长宽比与生长轮年龄进行回归分析 , 优选
0
.
2 5
` . . ~ ~ ~ ~ J ` es ~ - - J - . ~ ~ ~ ~ ` ~ ~ . . . -J e .
. .
- ~ ` ~ es es es j e - ~ ~ 曰` ~ . . - -曰
0 8 1 6 2 4 3 2 4 0 4 8 5 6 6 4
轮龄 / a
图 7 赤松木材胸高处基本密度的径向变异与回归曲线
2
.
3 生长轮宽度 、 晚材率及生长率的径向变异
生长轮宽度 、 晚材率及生长率的径向变异 , 分
别如图 8 、 图 9 、 图 or 所示 。 由图 8 可知 , 赤松生
长轮的宽度 , 在前 7 a 内的髓心附近生长很快 , 即
随着树龄的增加 , 生长轮宽度急速增加 。 到 7 a
后 , 随着树龄的增加 , 生长轮宽度逐渐减小 , 到
3 a 后逐渐趋于稳定 。 7 a 后的生长轮宽度与轮龄
间的优选回归方程为 : 刃二 18 . 6 58 x 一 。 676 “ 、 相关系
数 R = 一 0 . 895 4 , 效果显著 。
晚材率与生长轮龄间的优选回归方程为 : 一
一 0 . 0 10 7 x 2+ 0 . 73 9 7 x + 10 . 80 3 , 相关 系数 尺 =
0
.
49 1 7
。 生长率与生长轮龄间优选回归方程为 :
、 = 2 18 . 26 x 一 ’ ’ 4 5 , R = 一 0 . 9 8 0 7 , 效果显著 、
东 北 林 业 大 学 学 报 第 28卷
i o
O
O
。 o
、 赞
O 协 0 0。 、 o。
匡 \侧拟年琳州
16 4 23 24 0 4 8
轮龄 a /
图 8赤松木材胸高处生长轮宽度的径向变异
匕dù11匕 nl01 n甘 n通ùd皿 q生U n乙 n1-
承哥担豁
0 1 86 4 3 4 0 4 2 2 8 56 6 4
轮龄 /a
赤松木材胸高处晚材率的径向变异与回归曲线
归方程 : y = 一 0 . 00 1 lx , + 0 . 1 1 5 3 x + 1 . 559 8, 相
关系数 R = 0 . 9 9 1 5 。
赤松木材管胞宽度径向变异规律 : 由随心向外
迅速增加 , 7 a 后增加缓慢 , 2 2 a 后保持相对稳
定 。 管胞宽度与生长轮龄间关系显著 , 优选回归方
程 : y = 25 . 9 86 x o ’ 2 4 9 . 相关系数 R = 0 . 9 4 6 3 。
赤松木材管胞长宽比径向变异规律 : 由髓心向
夕随速增加 , 18 a 后增加缓慢 . 4 5 a 后保持相对稳
定 。 管胞长宽比与生长轮龄间相关关系显著 . 优选
回归方程 : .t, = 一 0 . 023 5 x Z+ 2 . 236 7 x + 57 . 13 3,
相关系数 R = 0 . 965 1 。
赤松木材密度径向变异规律 : 近髓心处密度较
大 , 这是由于髓心附近浸提物含量较高所致 。 密度
与树龄之间的优选回归方程 : y = 一 0 . 02 6 1n( x) +
0
.
4 38 4
, 相关系数 R = 一 0 . 4 87 1 。
赤松木材生长轮宽度径向变异规律 : 在 7 a 内
急速增加 , 而后急速下降 , 3 a 后保持相对稳定 。
7 a 后的生长轮宽度与轮龄之间相关显著 , 仍叁回归
方程 : y = 18 . 65 8 x 一。· 67 6, 相关系数 R = 一 0 . 89 5 4 。
赤松木材晚材率与树龄间优选回归方程 :
-t, = 一 0 . 0 10 7 x , + 0 . 7 39 7 x + 10 . 80 3 , 相关系数 尺
= 0
.
4 9 1 7
。
赤松木材生长率与轮龄间优选回归方程 :
.t, = 2 1 8
.
2 6 x
一 ’ · ’ 4 5, 相关系数 R = 一 0 . 980 7 。
参 考 文 献
900图25015
承哥书州
图 1 0
8 16 2 4 32 4 0 48 5 6 6 4
轮龄 a/
赤松木材胸高处生长率的径向变异与归曲线
3 结论
赤松木材管胞长度径向变异规律 : 由髓心向外
迅速增加 , 1s a 后变化缓慢 , 4 5 a 后保持相对稳
定。 管胞长度与生长轮龄间相关关系显著 , 优选回
1 周志春 . 马尾松木材性状株内变异与木材取样方法的探讨 . 南
京林业大学学报 , 19 86 (4 ): 5 2 一 59
2 徐有明 . 油松管胞形洲制留座屏 . 材班单岸 . 19 8 9 (4 ): 33 7 ~ 34 2
3 陆文达 . 生长过程中湿地松木材管胞形态特征的变异研究 . 世
界林业研究 , 19 9 4 (专集 , 第 l 集) : 3 0 1 一 3 10
4 渡边治人 . 木材应用基础 . 张勤丽译 . 上海 : 上海科学技术出
版社 , 19 86
5 徐有明 . 油松木材基本密度的变异 . 华中农业大学学报 , 19 91
( 3 )
: 2 8 1 一 2 8 5
6 郭明辉 . 天然林杉木材质变异规律的研究 . 世界林业研究 19 95
(专集 . 第 2集 ) : 4 2 6 一 4 3 2
7 亲树杰 . 杉木生长轮材质变异的研究 . 林业科学 19 8 (:4) 4 30
~ 4 3 7