全 文 ：第 30卷 第 3期 桉树科技 Vol.30 No.3
2013年 9月 EUCALYPT SCIENCE & TECHNOLOGY Sep.2013
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收稿日期：2013-08-05
基金项目：广西壮族自治区科技厅基本科研业务费专项“大花序桉材性性状与分子标记关联性研究”(林科字 201203号)；广西科学研究与技
术开发计划课题“桉树中大径级锯材培育与加工利用技术研究”(桂科合 1347004-3)
作者简介：李昌荣(1980— ),男,博士,工程师,主要从事林木遗传育种研究.E-mail:andyharry@126.com
Pilodyn评估大花序桉活立木木材基本密度
李昌荣 1，周 维 1，陈健波 1，项东云 1，吴 兵 2，陈东林 2
(1. 广西林业科学研究院 国家林业局中南速生材繁育实验室 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；
2. 广西国有东门林场，广西 扶绥 532108)
摘要：以广西东门林场 33 株 17 年生大花序桉为研究对象，测定活立木南北向 Pilodyn 测定值，生长锥钻取过髓
心南北向木芯，木芯分为内部、中部、外部 3部分测定木材基本密度，Pilodyn测定值与木材基本密度建立的回归
方程。结果表明：指数函数方程拟合效果最好；Pilodyn测定值与树干外部基本密度呈极显著的负相关关系，树干
外部决定系数 R2值(0.568)最大，且回归方程拟合度好；Pilodyn 测定值与中部基本密度呈显著的负相关关系，与
内部基本密度负相关关系不显著；南向的回归方程拟合度好于北向。预测模型的建立，为今后快速无损评估活立
木木材基本密度提供新的方法。
关键词：大花序桉；Pilodyn；木材基本密度；相关性
中图分类号：S781.31 文献标识码：A
Predicting Basic Density in Standing Trees of Eucalyptus cloeziana
Using Pilodyn
LI Chang-rong1, ZHOU Wei1, CHEN Jian-bo1, XIANG Dong-yun1,WU Bin2, CHEN Dong-lin2
(1.Guangxi Forestry Research Institute, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation,
Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Nanning 530001,
Guangxi, China; 2. Guangxi Dongmen State-owned Forest Farm, Fusui 532108, Guangxi, China)
Abstract: Thirty–three Eucalyptus cloeziana trees were sampled at age 17 years in a field test located at
Dongmen Forest Farm of Guangxi, pilodyn pin penetration readings were taken in bark windows located in
north and south directions to align with the direction of increment core sampling for basic density, the
increment core samples were cut into equidistant inner, middle and outer radial segments for basic density
assessment. The results showed that the exponential function equation was the best regression equation; it
was observed that very significantly negative correlations between Pilodyn penetration and outer basic
density, it was the best prediction equation with the coefficient of determination (R2=0.568); there were
significantly negative correlations between Pilodyn penetrations and middle basic density, negative
correlations between Pilodyn penetrations and inner basic density; the predicted regression equation of south
was better than the north. The predicted egression equation is a quick and non-destructive way for estimating
basic density of standing trees.
Key words: Eucalyptus cloeziana; Pilodyn; basic density; correlation
大花序桉(Eucalyptus cloeziana)自然分布于澳
大利亚，具有生长迅速、干形通直圆满、木材硬度
高、纹理通直、结构均匀等特点，广泛用于家具和
建筑等。
DOI:10.13987/j.cnki.askj.2013.03.001
36 桉 树 科 技 第 30卷

大花序桉是实木锯材利用最有潜力的桉树树种
之一，其材性研究成为热点。国内外学者对大花序
桉的幼龄林材、成熟材的木材密度及木材材性进行
了研究[1-10]。木材密度是木材重要的物理性质指标，
与木材力学性质以及加工利用有着密切的关系，直
接影响木材的加工质量和木材的用途[11]，因此木材
密度的研究至关重要。测定木材基本密度的传统方
法是用生长锥钻取木芯，然后利用排水法测定木材
的基本密度。这种方法不但在一定程度上损坏树木，
而且程序繁杂，耗时、费力。Pilodyn是一种无损检
测的仪器，其原理是预先将弹簧压缩，利用其能量，
将钢针打入木材中，钉子射入的深度与木材密度密
切相关，木材密度越大，则射入深度越浅。Cown[12]
于 1978年最早研究 Pilodyn测定值与木材基本密度
之间的关系，研究发现二者间相关关系非常密切，随后
在松树(Pinus)[13-18]、毛白杨(Populus tamenstosa)[19-20]、
青海云杉(Picea crassifolia)[21]、白榆(Ulmus pumila)[22]、
桉树[23-24]等树种中有应用Pilodyn预测木材基本密度
的研究报道。研究表明：Pilodyn测定值与木材外部
基本密度相关关系极显著，相关关系因树种而异，
用该仪器预测活立木的基本密度快速、可靠，在预
测木材基本密度方面具有很大的应用潜力，现在无
损检测技术在主要人工林树种的遗传研究中广为应
用。本文利用 Pilodyn对大花序桉活立木进行测定，
同时用生长锥钻取通过髓心的南北向木芯来测定木
材基本密度，分析 Pilodyn 测定值与木材基本密度
之间的相关性，为今后大花序桉加工利用和快速、
可靠地进行基本密度的预测提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为广西国有东门林场 1989 年种植的
大花序桉种源试验林，共有 11个种源，其中 10个
种源来自澳大利亚，1个东门当地的种(实际是 1983
年试验 1中的卡特威尔 B47种批的驯化种)。播种时
间为 1988 年 12 月 6 日，1989 年 4 月移苗，1989
年 5月 16日造林，种源情况如下表 1。
表 1 大花序桉参试种源基本概况
种批号 种源地 纬度 经度
B47 Cardwell (QLD) 18°20′S 146°10′E
B55 SF 28 Monto 25°00′S 151°00′E
B82 SE Corner of Eungella Holding(QLD) 21°15′S 148°25′E
B85 E of Watsonville 17°23′S 145°19′E
S14427 Stoney Creek RD, Blackdown Tableland 23°48′S 149°01′E
S12196 Blackdown Tableland 23°44′S 149°07′E
S12195 Hungry Hills, Eidsvold,S of Monto 25°18′S 151°22′E
S14425 Gympie 26°10′S 152°48′E
S17008 SF393 Woodum 26°14′S 152°50′E
S14127 S of Ravenshoe 17°43′S 145°29′E
D47 东门(对照) 22°23′N 107°30′E

1.2 试验方法
1.2.1 Pilodyn测定原理及使用方法
Pilodyn工作原理：预先将弹簧压缩，利用其能
量，将连在弹簧前端的钢针打入木材中(图 1)，钉子
射入的深度与木材密度密切相关，木材密度越大，
则射入深度越浅；反之，射入深度大。本试验用瑞
典产的 Pilodyn 6J 仪器(图 2)。Pilodyn 使用方法：
用凿子在测定位置凿开树皮大约 5 cm × 5 cm的窗
口，刚好到木质部为宜；然后把弹簧压紧，仪器前
端的两个支撑脚放在窗口里固定好位置，按下触发
盖，把钢针射入木质部里，然后读取数据。
第 3期 (总第 86期) 李昌荣等：Pilodyn评估大花序桉活立木木材基本密度 37


图 1 钢针射入立木示意图

图 2 Pilodyn 6J 仪器
1.2.2 取样方法
每个种源选择 3株样木，共 33株样木。用Pilodyn
测定活立木北向和南向的值，用孔径 0.5 cm手动生
长锥沿南北向于样木胸高处钻出一自树皮—髓心—
树皮的无疵木芯，做好标记，迅速放入密封袋，带
回实验室进行木材密度测定。对树皮至髓心方向分
外部、中部、内部三段进行测定。
1.2.3 基本密度测定方法
用排水法测定木材基本密度，按国家标准
GB1933— 91(国家技术监督局)的要求进行。基本密
度计算公式：
ρ=m∙(πr2l)−1 (1)
式(1)中：ρ—木材基本密度；m—木芯全干质量；
r—生长锥半径；l—木芯长度。
1.3 数据分析
采用 SPSS 13.0软件对数据进行分析。采用 33
对数据通过回归分析方法建立 Pilodyn 测定值与木
材基本密度的回归方程，模型为：
指数方程： bxy ae (2)
线性方程： y ax b  (3)
对数方程： ln( )y a x b  (4)
幂函数方程： by ax (5)
方程式中：y —木材基本密度；x —Pilodyn测
定值；a、b —常数。
用残差平方和(Residual sum of squares, RSS)衡
量模型拟合优度，即 y值的估计值和实际值的差的
平方和称为残差平方和，简单来说，一组数据的残
差平方和越小，其拟合程度越好。
2
1
(y y )
n
i
i
RSS

   (6)
式(6)中： y—估计值； y—实际值。
2 结果与分析
2.1 Pilodyn测定值与基本密度回归方程选择
以木材基本密度为因变量，以 Pilodyn 测定值
为自变量，选用 4个函数模型进行回归分析，从中
选择最优的木材基本密度预测模型，结果见表 2。
从表 2可知：整株木材基本密度、外部木材基本密
度与 Pilodyn测定值呈极显著的负相关关系，4个预
测模型回归关系极显著，说明利用这 4个函数模型
预测木材基本密度是可行的，可方便快捷预测活立
木的基本密度；外部木材基本密度的决定系数(R2)
大于整株木材基本密度的决定系数，说明利用
Pilodyn 仪器预测外部木材基本密度比预测整株木
材基本密度效果好；4 种预测模型在整株木材基本
密度、外部木材基本密度中分析，表明指数函数预
测模型决定系数(R2)均比其余 3 个函数模型的大，
且残差平方和(RSS)比其余 3个函数模型的小，说明
指数函数的拟合度比其余 3个函数预测模型的好，
38 桉 树 科 技 第 30卷

因此，选择指数函数预测模型来预测木材密度是可
靠的。Pilodyn测定值与整株木材基本密度、外部木
材基本密度指数函数预测模型如图 3、图 4所示。
表 2 Pilodyn测定值与木材基本密度回归关系
木材密度 回归方程 R2 R RSS P值
整株树木材
基本密度
ݕ=1.022 1е-0.038x 0.396 6 −0.629 8 0.031 9 0.000 1
ݕ= െ 0.024 8x+0.944 2 0.389 5 −0.624 1 0.034 5 0.000 1
ݕ= െ 0.289 lnሺxሻ +1.365 2 0.386 4 −0.621 6 0.032 0 0.000 1
ݕൌ1.958x-0.447 0.393 1 −0.627 0 0.105 1 0.000 1
外部木材
基本密度
ݕ=1.341 7݁-0.056x 0.568 9 −0.754 3 0.036 4 0.000 0
ݕ= െ 0.033 6 x+1.094 0.488 1 −0.698 6 0.039 2 0.000 0
ݕ= െ 0.394 lnሺxሻ +1.667 5 0.486 3 −0.697 4 0.039 3 0.000 0
ݕ=2.834 7x-0.57 0.487 3 −0.698 1 0.039 5 0.000 0
南向 ݕ=1.053 7е-0.036x 0.412 3 −0.642 1 0.047 2 0.000 0
北向 ݕ=1.277 8е-0.051x 0.431 1 −0.656 6 0.090 9 0.000 0
树干外部 ݕ=1.341 7е-0.056x 0.568 9 −0.754 3 0.035 9 0.000 0
树干中部 ݕ=1.039 7e-0.039x 0.189 5 −0.435 3 0.090 2 0.012 9
树干内部 ݕ=0.771 9e-0.02x 0.045 4 −0.213 1 0.100 4 0.221 4



图 3 Pilodyn值与整株基本密度回归方程 图 4 Pilodyn值与外部基本密度回归方程
第 3期（总第 86期） 李昌荣等：Pilodyn评估大花序桉活立木木材基本密度 39

2.2 树干南北向 Pilodyn测定值与木材密度相关性
采用指数函数模型比较树干南北向 Pilodyn 仪
器预测木材基本密度的可靠性。
从表 2和图 5、图 6可知：Pilodyn测定值与南
北向外部木材基本密度呈极显著的负相关关系；指
数函数预测模型北向决定系数略大于南向，但南向
的残差平方和为 0.047 2，远小于北向的，说明南向
的预测模型拟合度好，因此，利用南向的预测模型
能很好的预测外侧木材基本密度。

图 5 北向 Pilodyn值与基本密度回归方程
图 6 南向 Pilodyn值与基本密度回归方程
2.3 Pilodyn测定值与树干径向基本密度的相关性
从表 2和图 4、图 7、图 8可知：Pilodyn测定
值与树干外部基本密度呈极显著的负相关关系，与
中部基本密度呈显著的负相关关系，与内部基本密
度负相关关系不显著；指数函数回归方程的回归关
系，外部 Pilodyn测定值决定系数最大，R2=0.568 9，
内部决定系数最小 R2=0.045 4，外部的残差平方和
最小，内部的残差平方和最大，说明树干外部预测
模型拟合度好，利用此预测模型预测树干外部木材
基本密度比中部、内部的好。
图 7 Pilodyn值与中部基本密度回归方程


图 8 Pilodyn值与内部基本密度回归方程
40 桉 树 科 技 第 30卷

3 结论与讨论
(1) 在选用的 4 个函数预测模型中，指数函数
的拟合度最好，因此，选择指数函数建立木材基本
密度预测模型是可靠的。
(2) 树干南北向 Pilodyn 测定值与外部木材基
本密度呈极显著的负相关关系，Pilodyn测定值与树
干径向中部基本密度呈显著的负相关关系，与内部
基本密度负相关关系不显著。Pilodyn仪器测定的值
只是活立木外部木材密度的相对值，故与内部基本
密度负相关关系不显著。
(3) 指数函数预测模型回归关系中，南向的回
归模型拟合度好于北向，木材外部决定系数最大，
且回归方程拟合度最好。说明利用南向回归模型预
测外侧木材基本密度比北向的好，外部回归模型预
测外侧木材基本密度比中部、内部的好。这与在日
本落叶松(Larix kaempferi)[14]、华山松(Pinus armandii)[16]
上的研究一致，南向预测效果比北向好，外部预测
效果比内部好。
(4) Chapola[25]在对桉树的研究中发现，密度高
的树种预测结果较好。回归方程中的决定系数 R2
的大小在一定程度上可以知道回归方程的预测效
果，大花序桉决定系数R2的变化范围为0.394 ~ 0.568 9，
粗皮桉(E. pellita)[23]为0.379 ~ 0.506，尾巨桉(E. urophylla ×
E. grandis)[23]为0.188 ~ 0.426，而青海云杉[21]为0.141 5 ~
0.381 3，大花序桉木材基本密度属于高密度树种，
决定系数 R2比粗皮桉、尾巨桉高，和属中低密度的
青海云杉相比更为明显。
(5) Pilodyn仪器适用于对大量林木的遗传测定
研究，在预测木材基本密度方面具有很大的应用潜
力。由于本次采样树木不够，在利用 Pilodyn 仪器
预测木材基本密度时有一定的局限性。同时，缺乏
一组数据来验证预测模型的精度。
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