全 文 ：第 40 卷 第 7 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 40 No． 7
2012 年 7 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jul． 2012
1)国家自然科学基金项目(30871969)。
第一作者简介:陈磊，男，1986 年 3 月生，生物质材料科学与技
术教育部重点实验室(东北林业大学) ，硕士研究生。
通信作者:郭明辉，生物质材料科学与技术教育部重点实验室
(东北林业大学) ，教授。E－mail:gmh1964@ 126． com。
收稿日期:2011 年 11 月 22 日 。
责任编辑:张建华。
人工林大青杨木材生长轮宽度对气候因子的响应分析1)
陈 磊 郭明辉
(生物质材料与技术教育部重点实验室(东北林业大学) ，哈尔滨，150040)
摘 要 为了实现人工林大青杨优质木材的定向培育，以人工林大青杨木材为研究对象，运用响应函数分析
方法研究了人工林大青杨木材生长轮宽度对气候因子的响应。结果表明:气候因子对人工林大青杨木材生长轮宽
度径向变异的影响可以达到 21%;相对湿度是影响大青杨木材生长轮宽度径向变异最主要的气候因子，其中 1 月
的相对湿度影响最大，回归系数为－0． 367。
关键词 气候因子;大青杨;木材生长轮宽度;响应函数
分类号 S792． 113
Response Analysis of Growth Ring Width of Wood from Populus ussuriensis Plantations to Climatic Factors /Chen
Lei，Guo Minghui(Key Laboratory of Bio-based Material Science and Technology (Northeast Forestry University) ，Minis-
try of Education，Harbin 150040，P． R． China)/ / Journal of Northeast Forestry University． －2012，40(7)． －22 ～ 24
A study was performed to discuss the responses of growth ring width of wood from Populus ussuriensis plantations to cli-
matic factors in order to realize the directed breeding of high quality plantations by the response function method． Results
showed that the 21 percent of radial variation of growth ring width of P． ussuriensis wood was caused by climatic factors．
The main climatic factor influencing the radial variation of growth ring width was relative humidity，especially relative hu-
midity in January，and the regression coefficient was －0． 367．
Keywords Climate factors;Populus ussuriensis;Wood growth ring width;Response functions
气候因子对木材材质的影响主要是指由于气候
环境的差异及突然变化引起的树木在生长过程中产
生的差异，从而导致木材特性的差异［1］。人工林大
青杨的生长主要受遗传因子和环境因子的影响，环
境因子包括立地条件、培育措施及气候等。近年来，
为了科学培育大青杨人工林，一些学者对大青杨的
生长和环境因子之间的关系开展了一些研究［2－6］，
但对气候因子的研究很少，研究方法也多为简单的
方差分析和相关分析，不能很好地解释气候因子之
间的相互作用。本文应用年轮气候学理论和研究方
法，建立了人工林大青杨木材生长轮宽度的气候响
应函数模型，分析木材生长轮宽度与气候因子间的
响应关系，目的在于为人工林大青杨优质木材定向
培育模式的确定提供科学依据。
1 材料与方法
1． 1 材料采集和处理
气候因子数据来源于老山生态站(1964—
2007)。试材采自东北林业大学帽儿山实验林场老
山生态站的大青杨人工林，并按照国家标准的规定
进行取样［7］。共采集 6 株大青杨样本，从每株样本
的胸高 1． 3 m处分别截取 25、50 mm厚圆盘各一个，
标明南北方向和记号带回试验室，作为木材物理特
征的试材。木材生长轮宽度采用显微生长轮测定仪
测量。样木的基本情况见表 1。
表 1 试验样木基本情况
序号
树高 /
m
胸径 /
cm
坡位 坡向
初植密
度 /m
土壤
是否
间伐
1 22． 80 34． 1 坡上 阳坡 4×4 白浆土 间伐
2 20． 30 20． 2 坡上 阳坡 2×2 白浆土 未间伐
3 21． 15 21． 0 坡上 阳坡 3×3 白浆土 未间伐
4 20． 40 20． 9 平坡 阴坡 2×2 草甸白浆土 未间伐
5 20． 50 26． 1 平坡 阴坡 3×3 草甸白浆土 未间伐
6 22． 70 32． 2 平坡 阴坡 4×4 草甸白浆土 间伐
1． 2 方法
由于大青杨人工林的生长主要受遗传因子、立
地条件、培育措施和气候因子等因素的影响，为了研
究气候因子对木材性质的影响，应剔除遗传因子、立
地条件和培育措施对木材的影响。首先采用线性回
归的方法剔除遗传因子的影响，对其木材生长轮宽
度的生长趋势进行二次多项式曲线拟合，得到生长
趋势曲线后，需要进一步换算成完全消除了遗传因
子影响的新序列，通常采用比值的方法，即以生长趋
势曲线上每年的拟合值去除每年的实际生长值，求
得新的指数序列。其次采用滤波的方法剔除培育措
施的影响，研究中采用 Daubechies 小波函数作为滤
波器，对剔除遗传因子影响后的指数序列进行滤波
处理，以剔除培育措施对人工林大青杨木材生长轮
宽度所产生的低频波动。对剔除遗传因子影响后的
序列进行 Daubechies小波函数各个小波基以及各分
解层的试探性滤波，发现采用 db4 小波基分解至第
2 层时效果较好，可以保留较多的气候信号。最后
采用算数平均方法剔除立地条件的影响，建立主要
受气候因子影响的特征指标序列，即年表［8］。
选择每一年中 1 月到 12 月平均的气温、相对湿
度、降雨量、日照时间、地面温度以及最低地温和最
高地温作为气候因子，进行主成分分析。
将各主成分的得分和木材生长轮宽度的特征指
标序列分别作为自变量和因变量，进行逐步回归分
析，由于回归方程中的因变量是主成分得分，而不是
原始气候数据，所以需要将回归方程中主分量得分
的回归系数转换为原始气候因子的回归系数，再利
用多元回归方程、主成分得分与气候变量之间的关
系，将主分量的回归系数转换为对应的原始气候因
子的回归系数，然后推算出年轮宽度指数与气候因
子间的响应函数［9］，并以其大小和正负表示木材生
长轮宽度对气候因子的响应程度。
2 结果与分析
2． 1 气候因子的主成分分析
气候因子变量的主成分分析表明，前 21 个主成
分的累积贡献率达到 90%以上，达到了集约气候信
息的目的，见表 2。
表 2 总方差分解
主成分 特征值 方差 /% 累积 /%
P1 20． 976 24． 972 24． 972
P2 7． 765 9． 244 34． 216
P3 5． 928 7． 058 41． 273
P4 4． 808 5． 724 46． 997
P5 4． 101 4． 882 51． 880
P6 3． 732 4． 443 56． 322
P7 3． 633 4． 325 60． 647
P8 2． 885 3． 435 64． 082
P9 2． 810 3． 345 67． 427
P10 2． 258 2． 689 70． 116
P11 2． 109 2． 511 72． 626
P12 2． 061 2． 453 75． 079
P13 1． 884 2． 242 77． 322
P14 1． 718 2． 046 79． 368
P15 1． 620 1． 929 81． 296
P16 1． 535 1． 827 83． 124
P17 1． 332 1． 586 84． 709
P18 1． 316 1． 567 86． 276
P19 1． 175 1． 399 87． 675
P20 1． 031 1． 227 88． 902
P21 1． 005 1． 196 90． 098
2． 2 逐步回归分析
以大青杨木材生长轮宽度的特征指数序列
(WR)为因变量、以前 21 个主成分得分为自变量进
行逐步回归分析，得到如下回归方程:
WR =1． 001－0． 042P11+0． 051P18， R
2 = 0． 21。
从回归分析的结果可以看出，人工林大青杨木
材生长轮宽度径向变异的 21%是由主成分 P11 和
P18 获得的。由主成分拟合的木材生长轮宽度特征
指标(图 1)所示，理论值与实测值的变化基本一致。
经过相关分析可以得出，由主成分拟合的木材生长
轮宽度理论值与木材生长轮宽度实测值的相关系数
为 0． 496，显著相关。
图 1 人工林大青杨木材生长轮宽度指数实测值与理论值
2． 3 人工林大青杨木材生长轮宽度对气候因子的
响应
大青杨木材生长轮宽度指数与各气候因子间的
响应函数的计算结果如表 3所示。结果表明，相对湿
度的变化对人工林大青杨木材生长轮宽度的影响最
为强烈。其中:1 月相对湿度的回归系数为－0． 367;
5 月、7月和 8月相对湿度的回归系数分别为
0． 293、0． 353 和 0． 302。在大青杨生长过程中，相对
湿度不仅影响水分蒸发速度，影响土壤水分和土温，
而且也影响微生物的活动以及枯落物的分解速度，
因此，相对湿度影响土壤肥力，从而影响大青杨的生
长［5］。1 月大青杨处于休眠期，但生命活动没有停
止。5 月大青杨处于生长早期，较高的相对湿度有
利于大青杨的开枝展叶，并促进大青杨提早生长发
育。7 月、8 月大青杨处于生长旺盛期，较高的相对
湿度会提高土壤的肥力，有利于大青杨的生长。过
高的相对湿度会降低地温，影响树木根系的活动，在
一定程度上抑制了大青杨木材生长轮宽度的增长。
日照时间和平均地温对大青杨木材生长轮宽度也有
较强的影响。7 月、10 月日照时间的回归系数分别
为0 ． 363和0 ． 252;10月平均地温的回归系数为
－0． 296。日照时间长有利于促进树木枝叶的光合
作用和根的吸收作用，7 月和 10 月，树木处于生长
期，较长的日照时间有利于大青杨的生长。树木根
系是树木生长最重要的营养器官，根对土壤水分亏
缺的反应要有利于其在此条件下尽可能吸收较多的
水分和营养物质，以供根系本身和植物其余部分的
需要［10］。在水分亏缺条件下，植物根系吸收不到足
够的水分和养分，各器官的生长发育都受到限制，首
先受到抑制的就是细胞增大［11］。温度的高低还会
影响树干形成层生长的速度和持续时间，从而影响
32第 7 期 陈 磊等:人工林大青杨木材生长轮宽度对气候因子的响应分析
年轮的宽度［12］。10 月，大青杨处于生长晚期，地面
温度过高会使水分蒸发量加大，土壤水分将会出现
亏缺，影响树木根部对水分的吸收，不利于大青杨的
生长。以上这些结果也与大青杨是一种喜光、偏湿
的树种相符合。
表 3 大青杨木材生长轮宽度指数的响应函数
月份 平均气温 相对湿度 降雨量 日照百分率 平均地温 最低地温 最高地温
1 月 －0． 007 1 －0． 366 8 －0． 167 9 －0． 082 8 －0． 058 6 －0． 084 6 0． 013 1
2 月 －0． 123 1 －0． 027 7 －0． 001 2 －0． 231 7 －0． 040 4 －0． 094 9 0． 003 4
3 月 －0． 085 7 －0． 124 1 0． 095 7 －0． 160 1 －0． 144 1 －0． 067 2 0． 000 3
4 月 －0． 208 4 0． 217 5 0． 134 4 －0． 174 2 －0． 012 1 0． 142 1 －0． 146 5
5 月 －0． 021 3 0． 293 3 －0． 105 1 0． 017 4 －0． 198 7 0． 119 2 －0． 234 1
6 月 0． 036 7 0． 224 7 0． 014 2 0． 062 8 －0． 143 1 0． 016 6 －0． 052 0
7 月 0． 007 6 0． 352 8 0． 053 5 0． 362 7 －0． 021 1 0． 087 1 －0． 031 3
8 月 0． 076 5 0． 302 3 0． 180 5 0． 235 0 0． 086 7 0． 133 4 0． 024 0
9 月 0． 041 4 0． 054 6 －0． 073 8 0． 225 4 －0． 149 8 0． 062 7 －0． 104 2
10 月 －0． 213 4 －0． 129 6 －0． 168 5 0． 252 4 －0． 296 0 －0． 015 6 －0． 091 1
11 月 －0． 002 1 0． 062 2 0． 078 9 0． 007 3 0． 031 2 0． 063 4 0． 009 5
12 月 0． 084 0 －0． 032 0 －0． 167 6 －0． 183 4 0． 001 8 －0． 140 0 －0． 056 0
3 结论
气候因子对人工林大青杨木材生长轮宽度的影
响可以达到 21%。相对湿度是影响人工林大青杨
木材生长轮宽度径向变异最主要的气候因子，5 月、
7 月、8 月的相对湿度有利于大青杨木材生长轮宽度
的增长，回归系数分别为 0． 296、0． 353、0． 302。1 月
的相对湿度抑制了大青杨木材生长轮宽度的增长，
回归系数为－0． 367。另外，6 月的日照时间、10 月
的日照时间和平均地温对大青杨木材生长轮宽度的
径向变异也有较强的影响，回归系数分别为 0． 363、
0． 252 和－0． 296。
参 考 文 献
［1］ 郭明辉，闫丽，陈广胜，等．气候因子对木材特性影响的研究进
展［J］．世界林业研究，2005，18(4) :45－48．
［2］ 张雪松，姜兴林．大青杨 9 个地理种源生长量的对比分析［J］．
内蒙古林业，2007，33(3) :21－22．
［3］ 杜明广，孙楠，李亚洲．造林密度对大青杨生长影响的初步分
析［J］．黑龙江生态工程职业学院学报，2010，23(1) :28－46．
［4］ 王莹，郭明辉，李明君．适度间伐对人工林大青杨解剖特征和
物理特征的影响［J］．东北林业大学学报，2010，38(6) ;15－19．
［5］ 兰晓龙，张启昌，项凤武，等．临江地区大青杨生长与环境因子
的综合分析［J］．吉林林学院学报，1996，12(4) :197－201．
［6］ 张铮．气候变暖对小兴安岭主要树种的潜在影响［J］．现代农
业科技，2011(13) :173－179．
［7］ 全国木材标准化技术委员会． GB1927—1991 木材物理力学试
材采集方法［S］．北京:国家标准出版社，1991:1－4．
［8］ 赵西平，郭明辉，关鑫．人工林落叶松生长轮宽度年表的建立
［J］．东北林业大学学报，2007，35(3) :7－9．
［9］ 吴祥定．树木年轮与气候变化［M］．北京:气象出版社，1990．
［10］ 孙书存，陈灵芝．辽东栎幼苗对干旱和去叶的生态反应的初
步研究［J］．生态学报，2000，20(5) :893－897．
［11］ Jastrow J D，Miller R M． Neighbor influences on root morphology
and mycorrhizal fungus colonization in tall grass prairie plants
［J］． Ecology，1993，74(2) :561－569．
［12］ Cˇufar K，De Luis M，Eckstein D，et al． Reconstructing dry and
wet summers in SE Slovenia from oak tree-ring series［J］． Inter-
national Journal of Biometeorology，2008，52(7) :607－615．
(上接 13 页)与侧根长、径根比之间均呈负相关和极
显著负相关，说明侧根数越多，苗期生长越弱，径根比
越大，反映了根系生长越差，进一步说明根系参数也
是评价青海云杉苗期生长，遗传育种的重要指标。
综合生长形态指标并结合苗高分析结果，初步
选定 311#、312#、405#、109#、408#、410#、305#和 306#
为优良家系，它们的多项生长指标表现优良，遗传增
益明显，具有生产使用价值。本研究只是苗期的初
步选择，结果将会在今后的家系试验林中开展跟踪
测定进行检测，以期为青海云杉家系选择提供科学
合理的参考。
参 考 文 献
［1］ 刘兴聪．青海云杉［M］．兰州:兰州大学出版社，1992．
［2］ 王豁然，江泽平，傅紫岐． 林木引种驯化与森林可持续经营
［M］．北京:中国环境科学出版社，1998:165－171．
［3］ 马常耕．世界云杉无性系林业发展现状［J］． 世界林业研究，
1993(6) :24－31．
［4］ Luo Jianxun，Zhang Xiaolu，Gu wanchun． Biogeographic differ-
ences in cone，needle and seed morphology among native Picea as-
perata populations in Western China［J］． Forestry Studies in Chi-
na，2005，7(2) :1－6．
［5］ 张守攻，王军辉，刘娇妹，等．青海云杉强化育苗技术研究［J］．
西北农林科技大学学报:自然科学版，2005，33(5) :33－38．
［6］ 张华丽，张金凤，王军辉，等． 针叶树补光育苗技术研究进展
［J］．西北林学院学报，2005，20(1) :107－111．
［7］ 沈熙环．林木育种学［M］．北京:中国林林业出版社，1990．
［8］ 柯潮榕．马尾松半同胞子代测定及速生优良家系和个体选择
［J］．福建林业科技，2008，35(2) :25－29．
［9］ 邓继峰，张含国，张磊，等． 17 种杂种落叶松遗传变异及优良家
系选择［J］．东北林业大学学报，2010，38(1) :8－11．
［10］ 张含国，张磊，李雪峰，等． 长白落叶松优树选择效果的评价
［J］．东北林业大学学报，2007，35(9) :1－3，11．
［11］ 赵秉强，张福锁，李增嘉，等． 套作夏玉米根系数量与活性的
空间分布及变化规律［J］．植物营养与肥料学报，2003，9(1) :
81－86．
［12］ 董章凯，邢世岩，王亚明，等． 麻栎半同胞家系苗期特性分析
［J］．东北林业大学学报，2011，39(4) :27－28，36．
［13］ 王国良，罗建勋，文吉富，等． 马尾松种子园半同胞家系子代
苗期性状遗传变异［J］．四川林业科技，2009，30(3) :18－21，
17．
［14］ 姜静，杨光，祝泽兵，等．白桦强化种子园优良家系选择［J］．
东北林业大学学报，2011，39(1) :1－4．
［15］ 张锁，樊军锋，刘永红，等． 油松自由授粉子代抗逆性性状遗
传分析与初选［J］．西北林学院学报，2011，26(3) :93－98．
42 东 北 林 业 大 学 学 报 第 40 卷