全 文 ：四川状业大学学报 12 9 9年 0 1 (l ): 6 9一 7 4
J
.
S j e ha u`飞 Agri e r Un i v
柏木生态木材学研究的逻辑构想和研究方法
唐君畏 杨冬生
(四 川农业大学 · 稚安 · 邮码 6 2 5 0 1 4)
摘要 本文 以柏 木为研究对象 提 出生 态木材学的研究在范畴上要做Yj l学科间 、
内外部测试于段 间 、 理论 沾一计和实际测量间相结合 ; 重点是确认材质变异状况 ; 技
术路线要体现结果可靠 、 因事制立 、 以简代繁的原则 。 使用的方法组合为 : 随机抽
样结合典型正交分析 、 逐步 剑归分析 、 生长轮材质测定 、 模型沾计 。
主 题 词
中图分类号
柏木 (45 L N4 9C C ; ; 生态学 (45 F川 ; 变异 (45C C );
质量 ( 83 AE; ; 木材 `这 gJ A); 研究 ` 2 0 )。
5 1 7 9
.
41; S 了 8] ; 5 1 7 8. 5。
一 、 问题的提出
生态 木材学 (E、 ,og i c 。 , w o d cs j。 cn 。 )是新兴的边缘学科 , 其要 旨是根据森林生态学的原
理研 究木材质量在不同尘境 `立地 )中的变异规律 , 揭示 主导生态因子的作用效果 , 进而为人工
林材质定向培育提供措施依据 。 近年来 , 随着人工造林的迅速发展 , 因栽培不当 导致木材质
量下降的现象 口益突出 , 严重影啊到木材的销售和利用 。 因此 , 从 生产实践出发 , 提 出克服
材质劣变的定向培育措施具有重要的理论和实践意义 。
柏木 c( u p r二。。 s f 。 。 e玩 、、 E o d ; . 、是四川盆地 内的优 良用材树种 , 为扭转其材质 下降的趋势 ,
我们提 出 “ 柏太材质变异与生态环境的关 系研究 ” 课题 , 进行应用基础研究 。 研究中发现生
态木材学涉及面广 ; 调查测试工作 员人 ; 困为学科起步晚 , 研究的路线和方法都不成熟 , 故
从课题的逻辑 构想到研究方法都需妄 逃行探索 。 深题组 恨据研 究的实际需要确定的逻辑构想
和研究方法经 实践证 明提供了 良好的工作基础 . 获得了预期研 究结果 。 本文在综述尘态木材
学研究现状 的基础上 , 简要分析以柏木为对象的生态木材学 系统研究的逻辑和方法 。
二 、 生态木材学研究现状
1 9 9 1
一
4 一 2 9收稿 。 本 文是 省科委应 用基础 味题 “ 柏木 材质变异与生态环境的关系研究 ” 的第二部分 ,
得到江心副教授 、 蔡霖生教授指导 , 谨致谢忱 。
DOI : 10. 16036 /j . i ssn. 1000 -2650. 1992. 01. 013
生态木材学在国际上始于 6 0年代初 , 经过近 30 多年的发展 , 学科已初具规模 。 6 0年代 , aL r s on
P
.
R
. 等人 曾研究过干旱气候对美国赤松 (R n us r es ion sa )木材管胞直径 、 光周期对早晚材转化的
影响川 ; aB m be r等人 系统地揭示 出多种按树 (E uc al yP t us sP . ), 。材形成与生态环境的关系 。 70 年
代 , 原田浩总结了应力木 〔tS r es s w o o d )形成的原因 ; K el o m ak i分析了杨树 (oP p ul us aP , )木材密
度与太 阳辐射和温度条件之间的关系 ; K oz lo w isk 在 < 树木生长和发育> 一书中概述了材质变
异与环境条件的相关性 。 此期研究着重现象的观察和描述 , 常使用解剖的 、 单 因素的测定方
法 , 数据分析主要是列活琢寸比 。 进入 8 0年代 , 研究文献渐多 。 K . C . Y an g等分析了北美落叶松 (L ar ix
l a r i e i n a )材质材性的地理变异 ` , ’ , M a l e n d e等在印度的露丝柏 ( e u p r es u s l us i t a n i e a )和按树人工林
中试验了间伐强度对材质的影 响 【, ’ ; ; uI m ilt on 等报道了赤栋 (伪 e r c o r ub r a )材质随土壤母岩的
变异川 ; 坛ob an gu u 发现 rT ilP oc hi t on sc l er oc ly on 木材纤维含量在中等光强处理时最高 ; eG lse 等
观察了欧洲赤松 (R n su s ly vse ftr s )材质对施肥 的反应 15 ’ 。 如果说 6。一 7。年代的研究是偏重理论的
话 , 则 8 0年代的重点已转向定向培育 。 数理统计方法如聚类分析 、 模型拟合 、 方差分析等技
术已普遍应用 , 生长轮材质分析方法逐步形成 。
我国起步较晚 。 虽然成俊卿等在 60 年代就报道过红松洲 un , k or ia e sn is) 天然林和人工林材
性的比较的研究 ` , ’ , 但此类研穷构繁荣则是 80 年代的事 。 柯病凡认为生态木材学研究能直接
为提高材质服务 ` , ’ ; 戴澄月等结 合研究回顾 了生态木材学的发展 ,` ’ ; 俞新妥等鉴定 了杉木
( c u n n i n g h a m i a l a n e e o la t a )种源 间的材性变异 l , ’ ; 魏亚等人把生长轮材质分析法用 于研究杉木
材质变异 ; 赵春瑞等则通过多元分析手段对多种木材特性进行了综合研究 。
已有的研究成果集中在描述单个生态因子对材质的作用效果上 , 对由人为栽培不当所致
的材质下降没有给予足够的重视 , 以柏木为对象的生态木材学研究尚属空白 。
三 、 柏木生态木材学研究的逻辑构想
1
、 研究范畴
系统研究柏木材质变异与生态环境的关系 , 在范畴上我们强调要把握三个结合 , 即生态
学研究与木材学研究结合 , 生物解析和环境测试结合 , 基础研究和应用实践结合 。 生态木材
学研究的是生态学和木材学之间的界面 , 是用生态学的原理去解释木材学的变异 , 要求等同
看待生态学的演绎 、 归纳和木材学的实验 、 测试 。 本题通过人员配合 , 设备互补 、 同步测试 ,
较好地体现了学科交叉 。
按照经典森林生态学原理 : 一定的森林生物学现象总是与特定的环境相联系 , 这是人工
林定向培育的理论基础 。 考虑到柏木的材质劣变总有一定的环境诱因 , 本题重点研究了材质
变异与生态环境间的因果关 系 , 将木材表征和环境要素配套测试 。 木材方面主要采取解析的
手段 , 如树干解析 、 容重测定 、 管胞长度显微测定等 , 可靠地获得了柏木生长和构造特征数
据 。 环境分析采用了统计 (如气象要素 ) 和调查测定 (如土壤 、 林分因子 ) 手段 , 客观地阐
明了环境特征 。
总的设想是在弄清材质变异和生态环境相互关系的基础上 , 立足现实调控这一关系 。 因
此 , 生态因子的选择依据是其 “ 可控性 ” , 可拄的涵义是能通过林业技术措施得到有效的改
变 。 如雨量 、 地形等的可控性差 , 而土壤速效养分的可控性较好 , 本题视后者为定向培育的
杠杆 。
2
、 研究重点
本研 究的重点是确定材质变异状况 。 柏木材质具有空间和时间变异为揭示变异规律 , 本
题主要通过不同立地的横向比较和不同时间的生长轮分析确认变异 。
与生 长指标 比较 , 材质受环境的影响相对要小一些 。 为找出变异 , 要尽可能拉大用于比
较的生境间的差异 。 本题具体考察 了柏木材质在林型 、 立地类型 、 栽培区和经营类型间的变
异 ; 各因素的水平设置也突出了异质性 , 如柏木林型只考虑 了阔柏混交 , 松柏混交和柏木纯
林 , ’ 立地类型只落实到立地类型组而不下分等 。
鉴定材质随时间的变异要分清遗传影响和环境影响 。 本题采 甲树干解析结合生长轮材质
连续测定 , 参照 “ 树木年轮学 ” ( rT e C h r on ol og y )的标准模型方法 消除年龄的影响 , 环境影响
得到有效确认 “ 。 ’ 。
3
、 技术路 线
由于研究内容丰富 、 调查测试项 目多 , 使 .用方法范围广 , 本题的技术原则是结果可靠 ,
因事制宜 、 以简代繁 。 为满足统计分析的要求 , 抽样 以随机技术为基础 。 但为了定量认定材
质宏观差异显著与否 , 又用典型祥本进行正 交分析 对众多土壤写素与材 质指标间的相关性
分析 , 则使用有进有出的逐步回归 技犬 。 鉴 于传统的材质材性指标测试需时 、 费工 、 成本高 ,
短期获取大量数据很难 , 本题建立了用木蕊 (生长锥取样 )测定数据估计标准件实测值的相关模
型 , 成功地实现 了以简代繁 。
四 、 柏木生态木材学研究方法概要
1
、 抽样控制
本研究在四 川柏木主产区随机抽样调查获取测试材料 。 样才大小在文献和踏查的基础上
确定 口 当置信度为 1 . 9 6 , 精度为 0 . 85 , 变异系数取 90 % (木材密度 ) , 调查样地总数是 1 40 个 。
野外祥地调查拄制了如下条件 : 林分平均年 城 3 0一切年 , 木材荃本达到工艺成熟 ; 位于
) 15 亩的成广林分中 , 避开林缘 ; 混交林分拍木殊数要达六成以上 ; 密度大致为 1 0 株 / 亩 ,
允许变幅 1 0 % 。 这样就暂时排除了年龄 、 位聋 、 混交 比例和密度的影响 。
2
、 材质宏观变异的正交分析
在调查样本内 , 确定宏观生态因子及其相应水平 (表 l ) , 按正交表 1L 8( 3` )设计对材质 、 材
性指标进行了方差分析 。 共 18 个单元 , 每 一单元使用三个样地 15 株的平均值 。
’ 正交分析结果很好地和实际情夕吻合 。 如木材密 度是预想中变异有限的参数 , 分析结果
是显著差异 只见于林型和立地类型间 。 而晚材率则在除林型外的各因素的水平 间差异极显著 。
3
、 柏木材质与土壤因素相关性分析
本研究考察了酸碱性等 20 个土壤因素与材质变异的相关性 , 由于因素众多 、 互相交叉 ,
定量鉴定生态关 系难度较大 。 若用简单相关分析 , 则可能割裂开 因素之间的联系 ; 若用数量
化理论 I , 又可能突不出重点 。 为此选用有进有出的逐步回归方法 , 将关系松散的因子剔除 ,
最终获得具有优化性质的回归方程 。 做法是以材质 (或材性 )指标为因变量 (iY ) , 以土壤因子为
自变量 ( iX ) , 设置三个显著性检验阑值水平 (P < 0 . 1 0 , P < 0 . 0 5 , P ( 0 . 0 1 )进行回归分析 例如 ,
当 P< O 0 5时 , 土壤因子对柏木木材气干密度 (y) 的回归 七’程为 ,
一 7 1 一
表 1. 正 交 分 析 因 素 、 水 平 一 览 表
序 号 考察因素 代 码 水 平 设 置
2 1 3
1林 型 A 阔 柏 混 交 柏 木 纯 林 松 柏 混 交
2 立地类型 B 深厚湿润肥 沃 中厚层低石质 薄层干燥贫疥
3 栽 培 区 C 盆中丘陵区 盆北深丘区 盆西缘低山区
4经营类型 D 半 人 工 林 人 工 林 天 然 林
Y =0
.
6 6 65 +0
.
o o l lX。一 o
·
0 02 7x
, :
说明气干密度主要随土壤速效 P含量 X( 9) 的增加而增大但随着黑土层厚度 ( x 1 8 )增加而减小 。
又如分析结果首次揭示了土壤 ca c o 3含量和水溶性ca ’活量对管胞长度作用效果的差异性 : 即 ca c 0 3
抑制而水溶性ca “ 促使管胞增长 , 为土壤培肥提供了科学依据 。
4
、 用木蕊估测标准件材质材性指标
生长轮材质分析法是以生长锥取样为基础的 。 研究中发现木蕊样品由于挤压变形等原因 ,
测得的木材气干密度值 ( x) 较实际值 ( )Y高 , 但二者之间显著的线性关系表明木蕊测定值承载着
系统误差 , 可经无偏估计校正 , 回归模型为 ,
Y ~ 0
.
0 6 3 + 0
.
7 6 4 X ( 2 )
.
(2 )式相关系数为 0 . 8 9 2 0 , 当可靠性为 9 5%时 , 其估计精度达 0 . 9 7 7 9 。 该模型经实测检验
灵敏度高 , 实用性强 。
相关分析结果表明 , 柏木木材的顺纹抗压强度 (1Y 与气干密度 X( 1诚正相关而与管胞长度 X( 2)
成反相关 , 抗弯强度 (Y 2 )与气干密度和管胞长度均成正相关 。 由此建立了用气干密度和管胞
长度预估木材抗压 , 抗弯强度的二元线性回归模型 , 即
Y l = 1 0 8
.
2 4 + 5 7 7
.
o l X I 一 2 2
.
4 5 X 2 ( 3 )
Y Z = 1 3 7 3
.
6 3X I + 9 8
.
7 2 X 2 一 1 3 6
.
9 3
(3 )
、
(4 )式复相关 系数分别为 0 . 7 1 2 9 、 0 . 6 6 7 8 、 F检验均极显著 ( P< O . 0 1) , 它们为通过生
长轮材质分析测定木材物理力学性质提供了技术基础 。
五 、 初步结论
1
、 柏木生态木材学的研究是一个新领域 , 研究的逻辑构想上要弄准范畴 , 突出重点 、 明
确技术路线 。 在确 认材质变异和生态环境相关性基础上 , 提出人工林材质定向培育措施 。
2
、 系统地进行生态木材研究 , 方法上要因事制宜 , 合理组装 。 在随机抽样的基础上辅以
横向控制 , 用典型正交分析鉴定材质的宏观生态变异 , 分析材质与土壤因子的相关性则采取
逐步回归方法 。
3
、 生长轮材质分析结合模型估计可迅速获得柏木材质材性的大量数据 , 是生态木材学研
究的一项核心技术 , 费省效宏 , 快捷简便 。
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a m o n g s u b j e e t s
,
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,
es t im a t i o n a n d m eas
u r e m e n t
.
T h e i d e n t i f i e a t i o n o f w o o d q u a l i t y
v a r i a t i o n s h o u l d b e P u t i n f i r s t P r i o r i t y i n t h e P r oj eC t i m P l im e n t a t i o n
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T h e P r i n e i P l es
o f t e e h n i e a l d es i g n s h o u l d b e r e l i a b l e
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P r o g r es s i v e r e g r留 s l o n , g r o w t h r i n g a n a l y s i s , m od e l es t i m a t i o n . aS t i s f a e t o r y r留 u l t s h a v e 卜比h
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