全 文 ：四Jl !农业大学学报 19 90 5( l ) : 5 5一6 0
J
.
S ieh uan A gr 呈 e. Un iv .
柏木 ( CuP r e s su s f un eb r is En d l . )
木材生长与材质变异关系的研究
杨冬生 唐君畏
( 四川农业大学林学系 )
摘 要 采用树干解析 , 生长锥取样测试 、 回归分析方法研究了柏木木材生长
和材质变异的关系 。 结果表明柏木木材速生期持续 50 年以上 , 初始形成心材的年龄
为 13 一 16 年 , 木材最大密度出现在 20 一 25 年间 。 人工林较同龄级天然林 分 蓄 积 高
11
.
7 %
, 速生期提早 .5 一 10 年 , 最大 密度提早 5 年 。 心材量与年龄间呈显著线性相
关 ( r = 0 . 9 4 6 4 ) , 其色泽多型现象被认为是与木材内含物氧化过程有关 , 而 后 者
受制于年龄和生命活力 。
主题词 : 柏木 ( 45 N L 49 G G )
心材 ( 4 9 J F ) , 密度
; 木材 ( 4 o jA ) , 边材 ( 4 9 JF )
( 3 2 A s l A )
。
面探讨柏木生长特性和材质变异的关系 , 为
前 言 定向培育及合理利用柏木木材提 供 科 学 依
据 。
柏木 ( C u p r e s s u s f u n e b r i s E n d l . )
是四川盆地紫色土地区的主要造 林 树 种 之 、 材料和方法
一 , 它生产的木材纹理细 密 、 坚 韧 耐腐 ,
是我国强度最大的针叶木 材 “ ’ 。 近 年 对 柏 1 . 供试木材样品采集
木的研究集中在 恺 柏 棍 交 `“ 1 , 人 工林 生 一木材试样采 自梓渔 、 剑阁 、 广元等 1 县
物量 `“ ` , 柏精油 利 用 ` 4) 以 及 立 地 类 型 划 (市 ) 。 典型选取柏木林分20 处 。 每处设 4 0 m “
分等领域 , 从生态木材学角度研究木材生长 测树样地 , 每木检尺后确定 5 株优势木 , 于
和材质变异的关系尚未见报道 。 本文拟从木 各株胸高处南北方向用生长锥钻取 过 髓 心
材数量生长 、 生长轮宽度随年龄的变异 、 心 木芯 2 对 , 用于测定木材密度 、 晚材率等 。
材的形成 、 晚材率和木材密度变化趋势诸方 在其中 5个样地 (表 1 ) 共确 定 标 准 木 7
叭
1989年 10月4 2 日收 稿 。 本文是四川省科委 资助 “ 柏木材质变异 与生态环吮关系研 完” 课题的一部分 , 本校 林 85级
杨再派 、 肖道碧 、 陈引衫、 谢 以苹 、 刘洪 英 、 刘子见 、 谢中安参加部分工作 , 廖蓉同志精绘括 图 , 蔡霖生教授审阅:
谁致谢忱 .
DOI : 10. 16036 /j . i ssn. 1000 -2650. 1990. 01. 011
株 , 伐倒 , 以 2 米为区分段 、 3 年为龄级 区 间获取树干解析基础数据 。
表 1 解 析 木 生 境 概 况
密 度 立地起
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动门J、产一11勺nUC甘扛ó川习一`.己曰八ù以叼`O`已仆f一尸nǎù吐占片了I`.诵J了吸、一!,j李1、卜
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地样地号 海拨
( m )
坡度
(
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年龄
(年 )
郁闭度平均树高{
平均胸径
( m ) l ( e m ) (株 / 4 0 0 m 2 )质量
上f洛众br`nl田ì-产j户卜卜n只月
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人工实生
人工实生
禾然实生
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3
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8
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4
1 5
。
4
9
,
4
1 1
。
3
2
. 木材生长及物理性质浦定
木材各测树因子生长过程通过树干解析
确定 。 依据圆盘直观判读或显微切片观察清
数树木年轮 , 用游标卡尺直接测定生长轮宽
度和心材状况 。 通过小样本 ( n = 2 6 ) 无偏
估计出心材形成的起始年龄并辅 以 实 测 验
证 。 把木芯置沸水中软化 8一 1叼、 时后切制
l o on m薄片 , 于40 倍显微镜下逐年测出晚材
率 。 将木芯分切成 5 年区间小段 , 采用常规
浸蜡浮力法测定木材气千密度 。
了. 数据处理
树千解析数据使用 P C 一 5 1 0 0计算机专
用程序完成计算 。 在 I B M微机上对生长轮宽
度 , 心材量随年龄的变化趋势进行了线性或
非线性拟合 , 对晚材率与气干密度数据进行
了回归分析 。
年即达数量成熟 , 天然林 6 年时才速生 , 4 5
年方达数量成熟 。 直径生长在 15 年 ( 人工 )
到 21 年 ( 天然 ) 前缓慢 , 后进入速生期 。 断
面积 、 材积生长趋势与直径相同 , 但速生期
分别滞后 3 年和 6 一 10 年 。 因解析木年龄受
限 , 人工林直径 、 断面积 、 材积均正速生而
未达数量成熟 , 天然林除直径数量成熟为72
年外 , 其余因子亦无法确定 。 由此看出 , 柏
木木材生长的速生期较长 , 树高持续 20 一 40
年 , 直径近 5 0年 , 材积在 50 年以上 , 这与其
生长中庸 、 寿命长的生物学特性相吻合 , 适
于培养大径材 。
材积生长经历三个阶段 ( 图 1 ) : 慢生
. 。 入: ,
/ I:
.呀吸小
ù仍结果与讨论
1
. 数盆生长趋势
树千解析结果表明 , 柏木木材各测树因
子速生期到来的先后顺序为树高 、 直径 、 断
面积 、 材积 , 而且人工林比天然林提早 3 一
6 年 。 人工林树高定植 3 年后开始速生 , 25
赚上殡么
年龄 ( 年 )
图 1 柏木 ( C u p r e s s u s f u n e b r i s E n d l )
木材材积生长坟程
(I)
, 中生 ( 1 ) 和速生 ( 1 ) 期 。 从 2 0
个样地推算 , 在相同密 度 ( 1 7 0。株 /公顷 )
时 , 2 5年生人工林木材蓄积 为 80 . 49 6m “ /公
顷 , 比同龄天然林分高 1 1 . 7% 。
人工林速生期提前并较早达 到 数 量 成
熟 , 是因为它较天然林经营强度高 , 削弱了
自然竟争尤其是种间竟争 , 生境得到改善的
结果 。
5 7
2
. 生长轮宽度随年龄的变异状况
对柏木生长轮宽度及相应年 龄 数 据 采
用线性 , 半对数 ` “ ,和指数模型进 行 相 关 拟
合并对相关系数 ( r . ) 进行 ’检验 。 结果 ( 表
2 ) 是所有 r值均极显著 。 从 r值大小判断 ,
人工林生长轮宽度随年龄的变化偏近线性过
程 ( r = 0 . 84 2 4 ) 而天然林更符合指数增长
(
r = 0
。 毅 2 3 ) 。
表 2 柏木年轮宽 ( y ) 与年龄 ( x ) 的相关性
起 源 年龄 }项 目 y = a + b x y = a + b a x + b: l o g y y = a e b义
. . . . . , , . . ~ ~ ~ ~ ~ 目. 一 ~ - 一, 吧 -一~ 月甲. 山 , ~ ~ ~ ~ - - - - - 尸- - - - - 一-一 一一模 型 y = 1 。 8 1 9 9 + 0 . 0 8 1 0 x y 二 1 。 6 8 7 3 + 0 。 0 7 17 x+ 0 、 2 4 14 l o g x y = 1 。 8 6 0 2 e o . o 3 0 l x人工实生
相关系数
8 4 2 4 0
。
6 4 2 7 0
。
6 3 9 3
模 型 y = 2 。 5 4 9 8 + 0 . 0 5 4 8 x y = 2 。 7 6 0 2 + 0 。 0 5 8 9 x y = 2
。
7 7 6 2 e o
. o l 工4 x
天然实生
相关系数 0 。 5 7 4 0
+ 0
.
2 5 1 8 l
o g x
0
。
5 7 7 2 0
。
8 2 2 3
生长轮宽度除能反映生长状况外 , 也是
判定木材物理力学性质的依据 。 柏木平均生
长轮宽度适中 ( 1 . 8一 3 . s m m ) , 介于 高山
云杉 ( 0 . 9一 l . g m m ) 、 冷杉 ( 1 . 1一 2 . 4 m m )
和亚热 带 杉 木 ( 2 . 7一 6 . s m m ) 、 马 尾 松
( 2
.
7一 5 . g m m ) 之 间 `。 ’ ; 其气干 密度却大
于如上树种 。 人工干预不仅提高 了 林 分 产
量 , 而且在一定程度上改变了内 部 生 长趋
势 , 它使数量成熟前直径生长由缓慢的自然
指数增长偏向线性递增 。 上述拟合差异也可
能是由人工林直径 ( 25 年 ) 正在速生期而天
然林直径 ( 71 年 ) 已达数量成熟引起 。
树木年轮宽度随年龄的变异 状 况 据信
是固有的遗传特征 `“ ’ , 因此在分 析 生 态 环
境如气象要素对直径生长的作用效果时 , 就
产需要排除年龄的影响 。 柏木用作 此 类 研 究
树 , 应分别对人工林 、 天然林使用不同的模
型消除年龄影响 。
3
. 心材的形成及其色泽
根据圆盘和木芯数据 ( 表 3 ) 估计 , 柏
木心材形成的平均起始年龄为 13 一 16 年 , 经
20 处生长锥取样验证属实 。 柏木心材明显 ,
黄褐色 , 其断面积占总断面积的比率与年龄
间的相关性显著 ( r 二 。 . 9 4 6 4 ) , 模型为 ,
y = l
。
0 0 1 8 x 一 1 5 。 0 8 8 7 ( x > 1 5 。 l )
式中y 为心材断面比率 , x为年龄 。
心材的不断形成使边材数量相对稳定 ,
减少了贮藏组织的呼吸消耗 , 是经济地利用
立地有限养分的手段之一 , 为树木固有生物
学特性而非老化征兆 。
就物理性质 ( 表 4 ) 而言 , 心材较边材
密度大 、 吸湿强 、 干缩烈 , 因而是柏木主要
的机械支持部分 , 但尺寸稳定性差 , 不利于
加工 。 生材的边材含水率远高于心材证实边
(I )
, 中生 ( 1 ) 和速生 ( 1 ) 期 。 从 2 0
个样地推算 , 在相同密 度 ( 1 7 0。株 /公顷 )
时 , 2 5年生人工林木材蓄积 为 80 . 49 6m “ /公
顷 , 比同龄天然林分高 1 1 . 7% 。
人工林速生期提前并较早达 到 数 量 成
熟 , 是因为它较天然林经营强度高 , 削弱了
自然竟争尤其是种间竟争 , 生境得到改善的
结果 。
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2
. 生长轮宽度随年龄的变异状况
对柏木生长轮宽度及相应年 龄 数 据 采
用线性 , 半对数 ` “ ,和指数模型进 行 相 关 拟
合并对相关系数 ( r . ) 进行 ’检验 。 结果 ( 表
2 ) 是所有 r值均极显著 。 从 r值大小判断 ,
人工林生长轮宽度随年龄的变化偏近线性过
程 ( r = 0 . 84 2 4 ) 而天然林更符合指数增长
(
r = 0
。 毅 2 3 ) 。
表 2 柏木年轮宽 ( y ) 与年龄 ( x ) 的相关性
起 源 年龄 }项 目 y = a + b x y = a + b a x + b: l o g y y = a e b义
. . . . . , , . . ~ ~ ~ ~ ~ 目. 一 ~ - 一, 吧 -一~ 月甲. 山 , ~ ~ ~ ~ - - - - - 尸- - - - - 一-一 一一模 型 y = 1 。 8 1 9 9 + 0 . 0 8 1 0 x y 二 1 。 6 8 7 3 + 0 。 0 7 17 x+ 0 、 2 4 14 l o g x y = 1 。 8 6 0 2 e o . o 3 0 l x人工实生
相关系数
8 4 2 4 0
。
6 4 2 7 0
。
6 3 9 3
模 型 y = 2 。 5 4 9 8 + 0 . 0 5 4 8 x y = 2 。 7 6 0 2 + 0 。 0 5 8 9 x y = 2
。
7 7 6 2 e o
. o l 工4 x
天然实生
相关系数 0 。 5 7 4 0
+ 0
.
2 5 1 8 l
o g x
0
。
5 7 7 2 0
。
8 2 2 3
生长轮宽度除能反映生长状况外 , 也是
判定木材物理力学性质的依据 。 柏木平均生
长轮宽度适中 ( 1 . 8一 3 . s m m ) , 介于 高山
云杉 ( 0 . 9一 l . g m m ) 、 冷杉 ( 1 . 1一 2 . 4 m m )
和亚热 带 杉 木 ( 2 . 7一 6 . s m m ) 、 马 尾 松
( 2
.
7一 5 . g m m ) 之 间 `。 ’ ; 其气干 密度却大
于如上树种 。 人工干预不仅提高 了 林 分 产
量 , 而且在一定程度上改变了内 部 生 长趋
势 , 它使数量成熟前直径生长由缓慢的自然
指数增长偏向线性递增 。 上述拟合差异也可
能是由人工林直径 ( 25 年 ) 正在速生期而天
然林直径 ( 71 年 ) 已达数量成熟引起 。
树木年轮宽度随年龄的变异 状 况 据信
是固有的遗传特征 `“ ’ , 因此在分 析 生 态 环
境如气象要素对直径生长的作用效果时 , 就
产需要排除年龄的影响 。 柏木用作 此 类 研 究
树 , 应分别对人工林 、 天然林使用不同的模
型消除年龄影响 。
3
. 心材的形成及其色泽
根据圆盘和木芯数据 ( 表 3 ) 估计 , 柏
木心材形成的平均起始年龄为 13 一 16 年 , 经
20 处生长锥取样验证属实 。 柏木心材明显 ,
黄褐色 , 其断面积占总断面积的比率与年龄
间的相关性显著 ( r 二 。 . 9 4 6 4 ) , 模型为 ,
y = l
。
0 0 1 8 x 一 1 5 。 0 8 8 7 ( x > 1 5 。 l )
式中y 为心材断面比率 , x为年龄 。
心材的不断形成使边材数量相对稳定 ,
减少了贮藏组织的呼吸消耗 , 是经济地利用
立地有限养分的手段之一 , 为树木固有生物
学特性而非老化征兆 。
就物理性质 ( 表 4 ) 而言 , 心材较边材
密度大 、 吸湿强 、 干缩烈 , 因而是柏木主要
的机械支持部分 , 但尺寸稳定性差 , 不利于
加工 。 生材的边材含水率远高于心材证实边
样色泽和稳定色泽间发生 了一个物质的氧化
过程 , 变色探 浅与参与氧化的木材内含物量
的多少有关 ,这类显色底物在生境贫痔 、 衰老
或生长不 良时相对较多 。 在心材色泽与树干
外部形态间未发现相关性 。 如依据外形划分
的类型间生长速度差异不大 ` 。 ’ , 此 类划分就
失去了林学意义 。
4
. 晚材率和气千密度
年轮晚材率介于 5 一 40 % , 从髓心向树
皮呈不规则波动 。 相关分析结果显示它与年
雨量显著 相 关 ( r = 。 . 5 4 8 7 ) 而 与 年 龄 无
关 。 例如 7 9年剑阁大旱 ( 5 1 s m m ) , 1 0株晚
材率均值为 2 1 . 86 % , 8 年雨量充 沛 ( 1 2 7 6m
m )
, 晚材率仅 1 1 . 82 % 。 伪轮的出 现 略 微
增大 了晚材率 , 而且也与年内区 间 降 水 有
关 ,o 经常出现的紧靠上一年轮的伪轮就与川
北频发的周期性春旱 ( 3一 5月 ) 有关 。 这
说明柏木晚材率易受环境生态因子变化影响
而非受控于遗传 。 柏木木材总体平均晚材率
较低 , 为 20 %左右 , 这一指标在人工林和天
然林 间差异不明显 。
尔后下降 , 这一变化趋势与诸多 针 叶 木 材
基本一致 。 不管是在天然还是在人工条件下
柏木木材最大密度值均出现在木材速生期 ,
显示这类木材的速生并不一定与低强度相联
系 。 人工培育使最大 密度值出现年龄提早 5
年左右 。
在木材总体晚材率和气干密度间存在显
著的线性关系 ( r = 0 . 6 9 4 0 ) , 但晚 材 率 的
变化对气干密度的影响微弱 。 例如 , 当晚材
率从 10 %提高到 20 % 时 , 气干密度的变化仅
1 %
。 这一结果显示柏木木材密度可能主要
受遗传因素控制 。
综上所述 , 柏木材质随生长过程而发生
相应变异 。 人工干 预除了促进数量增长外 ,
还使速生期 、 最大密度值提前 。 其心材形成
的起始年龄和数量变化受内在发育节律支配
而心材色泽是综合 因素作用的结果 。
参考文献
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年龄区 间
图 2 柏 木 ( C u p r e s s u s f u n e b r i s E n d l )
木材密度随午龄的 变化 ( 年龄 分 度 值 为 5
年 , 即 1 二 O 一 5 年 , 2 “ 6 一 1 0年 , 余类
推 ) 。
柏木木材气干密度值随年龄增加呈一单
峰曲线变化 ( 图 2 ) 。 人工林 20 年前较天然
林略高 , 20 年最大 , 天然林25 年左右最大 ,
的
4 4 6一4 80页 9 62一 7 9 8页 1 0 02一
1 03 0页 林业出版社 。
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C U P R E S S U S F U N E BR I S E N D L
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Y a n g D o n g s h e n g T a n g J u n w e i
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