全 文 ：第 40 卷 第 5 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 40 No． 5
2012 年 5 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY May 2012
1)博士学科点专项科研基金(20110062110001) ;“十二五”科
技支撑项目(2011BAD08B03)和黑龙江省自然科学基金(ZD200808－
01)资助。
第一作者简介:朱莉，女，1972 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) ，副教授。
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:2012 年 1 月 15 日。
责任编辑:张建华。
初植密度对大青杨木材显微构造特征及固碳量的影响1)
朱 莉 关 鑫 李 坚 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) ，哈尔滨，150040)
摘 要 以大青杨(Populus ussuriensis)人工林为研究对象，采用生长轮材质分析法研究了初植密度对木材显
微构造特征和固碳量的影响。研究结果表明，4． 0 m×4． 0 m 初植密度可作为短期轮伐林的培育模式，以获得大径
级的相对优质人工林大青杨木材;2． 0 m×2． 0 m初植密度可作为长期固碳林的培育模式，且由于其具有相对较优
的木纤维微观构造特征参数，采伐后的大青杨木材可作为造纸原料使用。
关键词 初植密度;大青杨;显微构造;固碳量
分类号 TS611
Effects of Planting Density on Wood Quality and Carbon Storage of Populus ussuriensis /Zhu Li，Guan Xin，Li
Jian，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(5)． －19 ～ 21
A study was performed to discuss the effects of planting density on wood microstructure characteristics and carbon storage
of Populus ussuriensis by analyzing wood quality in growth rings． Results showed that the planting density of 4． 0 m×4． 0 m
could be used as the optimal cultivation mode for short-rotation plantation to get large-sized timber with relatively high wood
quality． Meanwhile，the planting density of 2． 0 m×2． 0 m was proposed as the cultivation mode for carbon sink planta-
tions，and the logged timber could be used as paper making material due to its relatively good microstructure characteristics
of xylon．
Keywords Planting density;Populus ussuriensis;Microstructure characteristics;Carbon storage
为了实现森林资源持续稳定的发展，得到高产
优质木材的同时缓解温室效应，研究木材品质、固碳
量与森林培育和加工利用的关系，是实现人工林定
向培育和高效利用的先导。培育措施包括林分结
构、初植密度、间伐、修枝等，是影响木材材质和固碳
量的重要因子，因此了解不同培育措施与木材微观
构造特征和固碳量的相关关系，将有利于培育优质
高固碳量人工林［1－4］。初植密度是人工林培育的主
要参数之一，直接关系到人工林木材的材质。目前
对于初植密度的研究结论较多［5－11］，Polge 研究发
现［12］，初植密度较大易产生较大的节子和较多的幼
龄材，而尖削度较大的树木主要生长在初植密度较
小的空间内。Cown 研究表明［13］，在初植密度较大
的条件下生长的加勒比松(Pinus caribaea) ，其木材
密度较低。郭明辉［14］研究表明，红松(Pinus ko-
raisensis)初植密度较大，其胞壁率、生长轮密度、抗
弯强度、顺纹抗压强度、横纹抗压强度、木材密度较
大。可见，树木的多样化使其培育措施具有专属
性［15］。笔者以东北人工林主要树种之一的大青杨
为对象，主要研究其初植密度对木材微观构造特征
和固碳量的影响，从而推动大青杨人工林定向培育
技术的发展进程。
1 材料和方法
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。选取 3种初植密度为 2． 0 m×
2． 0 m、3． 0 m×3． 0 m 和 4． 0 m×4． 0 m 的林分，在每
块样地随机选取 3 棵树，于胸高 1． 3 m 处分别截取
厚 25、50 mm 圆盘各一个，标明南北方向。样木状
况见表 1。
表 1 样木
序号
树高 /
m
胸径 /
cm
枝下高 /
m
坡位 坡向
初植密
度 /m
土壤
1 22． 80 34． 1 13． 42 坡上 阳坡 4． 0×4． 0 白浆土
2 20． 30 20． 2 17． 40 坡上 阳坡 2． 0×2． 0 白浆土
3 21． 15 21． 0 19． 70 坡上 阳坡 3． 0×3． 0 白浆土
解剖特征测量 解剖特征包括纤维长度、导管
长度、纤维直径、导管直径、壁厚、壁腔比、胞壁率和
组织比量。其中，纤维和导管长度采用离析法［1］测
定，其余横切面解剖特征采用木材显微图像分析［1］
处理系统进行测量。
木材固碳量计算 木材是一种复杂的多孔性材
料，其微观构造有导管、管胞、木纤维、木射线、胞间
道等，结构复杂，但存在共性，即都是由细胞腔和细
胞壁构成。细胞壁是碳的储存体［5］，通过测量细胞
壁的量可以总体评价木材碳汇能力。计算公式如
下:
C=1 /2×r×V×n。 (1)
式中:C为木材的固碳量;r 为胞壁率;V 为木材材
积，按照伐倒木区分求积法计算;n 为转化系数，若
C的单位为 g，V 的单位为 cm3，则 n 为 1，若 C 的单
位为 kg，V的单位为 m3，则 n为 103。
2 结果与分析
2． 1 解剖特征与初植密度
2． 1． 1 木纤维
不同初植密度林分木纤维特征测定结果如表 2
所示。方差分析表明，纤维壁厚、纤维长度和纤维组
织比量差异性显著。
表 2 不同初植密度林分木纤维特征测定结果
初植密
度 /m
直径
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
壁厚*
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
长度＊＊
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
长宽比
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
长宽比
平均值 标准差 变异系数 /%
组织比量＊＊＊
平均值 标准差 变异系数 /%
2． 0×2． 0 14． 87 1． 94 13． 04 57． 48 6． 92 12． 04 1 105． 49 175． 47 15． 87 57． 48 6． 92 12． 04 0． 39 0． 10 25． 46 60． 12 3． 95 6． 58
3． 0×3． 0 14． 82 1． 15 7． 74 48． 73 5． 17 10． 60 969． 68 115． 49 11． 91 48． 73 5． 17 10． 60 0． 42 0． 05 12． 27 60． 64 3． 46 5． 71
4． 0×4． 0 13． 32 1． 47 11． 01 52． 25 5． 71 10． 92 1 018． 40 129． 08 12． 68 52． 25 5． 71 10． 92 0． 62 0． 10 16． 39 60． 31 3． 78 6． 26
注:* 表示在 0． 05 水平上显著;＊＊表示在 0． 01 水平上显著;＊＊＊表示在 0． 001 水平上显著。
从数值上看，初植密度为 3． 0 m×3． 0 m 的组织
比量最大，其次为 4． 0 m×4． 0 m，最小为 2． 0 m×2． 0
m。但是初植密度为 3． 0 m×3． 0 m的纤维长度和纤
维壁厚都小于初植密度为 4． 0 m×4． 0 m 的木纤维，
而初植密度为 2． 0 m×2． 0 m的木纤维长度较长。从
造纸角度而言，纸张的质量品种多样，纤维长度影响
纸的撕裂强度、耐折度、耐破度等，通常要求纤维长
度在 0． 9 ～ 3． 0 mm 之间。此外，管胞的长宽比、壁
腔比与纸张强度和质量也有密切关系，一般认为长
宽比大于 30 ～ 45，壁腔比小于 1 的纤维适合造纸。
对照本研究结果可知，3 种初植密度生长的大青杨
木纤维指标均符合造纸要求，且 2． 0 m×2． 0 m 优于
4． 0 m×4． 0 m，其次为 3． 0 m×3． 0 m。
2． 1． 2 导管
导管体积一般占木材总体积的 7% ～ 43%，是
输导组织，但导管本身是降低木材物理力学性质的
重要因素之一［16］。不同初植密度林分导管特征测
定结果如表 3 所示。方差分析表明，导管直径、导管
壁厚、导管长度、导管长宽比和导管组织比量差异性
显著。初植密度为 4． 0 m×4． 0 m 的大青杨，其导管
相对短小，导管腔相对较大，组织比量相对较小，相
对来说，其既利于树木生物量的累积，又不会显著降
低木材的力学强度。初植密度为 3． 0 m×3． 0 m 和
2． 0 m×2． 0 m 的大青杨，其导管各项指标相对较为
接近。但考虑木材固碳量的累积，初植密度为 2． 0
m×2． 0 m的大青杨，其导管各项指标更符合要求。
表 3 不同初植密度林分导管特征测定结果
初植密
度 /m
直径＊＊＊
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
壁厚＊＊＊
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
长度＊＊＊
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
长宽比＊＊
平均值 /
μm
标准差 /
μm
变异系
数 /%
壁腔比
平均值 标准差 变异系数 /%
组织比量＊＊＊
平均值 标准差 变异系数 /%
2． 0×2． 0 68． 52 8． 72 12． 73 5． 49 0． 60 10． 86 627． 19 112． 92 18． 00 8． 74 1． 08 12． 32 0． 08 0． 01 12． 38 35． 06 4． 29 12． 25
3． 0×3． 0 68． 88 7． 87 11． 42 4． 99 0． 39 7． 90 621． 89 93． 82 15． 09 8． 72 0． 94 10． 79 0． 07 0． 01 9． 87 34． 99 4． 26 12． 19
4． 0×4． 0 73． 80 13． 32 18． 05 5． 50 0． 69 12． 55 560． 75 73． 20 13． 05 7． 52 1． 08 14． 29 0． 08 0． 01 12． 35 33． 86 4． 04 11． 93
注:＊＊在 0． 01 水平上显著;＊＊＊在 0． 001 水平上显著。
2． 2 固碳量与初植密度
由图 1可知:初植密度为2． 0 m×2． 0 m和 3． 0 m×
3． 0 m的大青杨人工林，其连年固碳量变化趋势较
为相似，即先缓慢增加(＜16 a) ，而后呈相对稳定的
波动性变化;初植密度为 2． 0 m×2． 0 m 的大青杨人
工林，其连年固碳量在前期的增加幅度要相对较大;
初植密度为 4． 0 m×4． 0 m 的大青杨人工林，连年固
碳量在短期内(＜7 a)快速增加，而后呈相对稳定的
波动性变化。表 4 表明，初植密度为 4． 0 m×4． 0 m
的大青杨人工林连年固碳量最大，其次是被植密度
为 2． 0 m×2． 0 m 的大青杨人工林连年固碳量，而初
植密度为 3． 0 m×3． 0 m的大青杨人工林连年固碳量
最小。其中 2． 0 m×2． 0 m的初植密度对连年固碳量
具有高度显著性影响。不同初植密度的大青杨人工
林，连年固碳量的差异性显著。对于单株大青杨而
言，4． 0 m×4． 0 m的初植密度将获得最多的固碳量。
而对于单位面积内大青杨人工林总的连年固碳量而
言，初植密度为 2． 0 m×2． 0 m 的大青杨人工林连年
固碳量最大，而初植密度为 3． 0 m×3． 0 m 的大青杨
人工林连年固碳量最小，初植密度为 4． 0 m×4． 0 m
的大青杨人工林连年固碳量介于两者之间，因此，2． 0
m×2． 0 m的初植密度应是科学合理的选择方案，但
同时应该采取其他培育措施来增加大青杨的固碳
量，即提高单株树木固碳量的同时也提高大青杨人
02 东 北 林 业 大 学 学 报 第 40 卷
工林总的固碳量。
表 4 不同林分类型人工林大青杨木材连年固碳量测定结果
初植密
度 /m
平均值 /
kg
标准差 /
kg
变异系
数 /%
最大值 /
kg
最小值 /
kg
显著性
2． 0×2． 0 4． 276 0． 875 20． 46 5． 381 2． 190 ＊＊
3． 0×3． 0 2． 446 0． 438 17． 91 2． 997 1． 256
4． 0×4． 0 6． 699 1． 098 16． 39 8． 379 1． 371
注:＊＊在 0． 01 水平上显著。
图 1 不同初植密度林分固碳量径向变异
3 结论
初植密度 4． 0 m×4． 0 m 的大青杨人工林，其径
级相对较大，力学性能相对较好，单株树木短时间内
固碳量累计较高，因此可考虑作为短期轮伐林的培
育模式;初植密度 2． 0 m×2． 0 m的大青杨人工林，其
力学性能相对低于初植密度为 4． 0 m×4． 0 m的大青
杨，但单位面积内大青杨累积固碳量较高，因此可考
虑作为长期固碳林的培育模式。此外初植密度为
2 ． 0m×2． 0m的大青杨，其木纤维各项指标相对较
优，故采伐后的木材可用作造纸原料。
参 考 文 献
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(上接 15 页)迫因子的情况下，槐树幼苗在光强
IR30 ～ IR100 范围内的总生物量积累无显著差异。
鉴于槐树幼苗对光照强度的反应特点，在造林时可
以将其栽植于空阔地上，也可以与其它树种进行混
交栽植，或在林分郁闭度较低的林下栽植。
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12第 5 期 朱 莉等:初植密度对大青杨木材显微构造特征及固碳量的影响