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日本花柏人工林生长规律与晚材率、木材密度的变异



全 文 :第 34卷 第 1期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vo .l 34 No. 1
2006年 1月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY Jan. 2006
日本花柏人工林生长规律与晚材率 、木材密度的变异 1)
         徐有明     史玉虎    徐自学
(华中农业大学 ,武汉 , 430070)  (湖北省林业科学研究院)  (湖北省九华国有林场)
       王大朋    胡兴宜  罗 刚  胡 军
(华中农业大学)   (湖北省林业科学研究院)   (湖北省九华国有林场)  
  摘 要 本文对日本花柏生长规律 、晚材率和木材密度等性状的变异进行分析 ,并就日本花柏木材资源的利
用进行了讨论。日本花柏的树高 、胸径随着树龄增加逐渐增大 , 5 ~ 9年为速生期 , 10年之后生长速度在稳定中略
有降低;33年生日本花柏材积一直呈上升趋势 , 其连年生长量与平均生长量并未相交 , 材积还未达到数量成熟。
日本花柏株内晚材率径向变异范围为 11. 08% ~ 32. 05%,均值为 20. 59%;林分内株间晚材率均值为 18. 75%。株
内基本密度径向变异范围为 0. 29~ 0. 36 g /cm3 ,均值为 0. 32 g /cm3 ,变异系数为 5. 04%;日本花柏浸提物含量较为
稳定 , 径向变异范围 5. 87% ~ 8. 48%,平均值为 7. 08%。林分内株间浸提前木材基本密度为 0. 30 ~ 0. 35 g /cm3 , 基
本密度均值为 0. 32 g /cm3;浸提后基本密度为 0. 28 ~ 0. 32 g /cm3。其材质类似于杉木。
关键词 日本花柏;生长规律;晚材率;木材密度;浸提物
分类号 S758. 52;S781
Growth R egu lar ity ofChamaecyparis pisifera and Variations for La tewood Percen tage andW ood Basic Density /Xu
Youm ing(Schoo l o fHo rticulture and Fo restry, H uazhong Ag ricu ltura lUniversity, Wuhan 430070, P. R. China);ShiYu-
hu(Hube i Academ y o f Fo re stry);Xu Z ixue(Jiuhua Forest Fa rm o f Zhushan, Hube i P rov ince);W ang Dapeng(Huazhong
Ag ricultural University);Hu Xingy i(Hube i Academ y of Forestry Sc ience);Luo Gang, H u Jun( Jiuhua Fo rest Farm o f
Zhushan, H ubei P rovince) / /Journal o fNo rtheast Fore stry University. - 2006, 34(1). - 48 ~ 51
An experiment w as conduc ted to study the grow th regu la rity ofCham aecyparis pisifera and va ria tions o f la tew ood per-
cent and w ood basic density. Re su lts show ed tha tDBH and tree he ight ofC. pisifera increase g radua lly w ith stand age. C.
pisifera g row s rap id ly between five-year-o ld and nine-yea r-o ld, then its g row th increm ent become stab le bu t w ith a slight
decrease afte r 10-year-o ld. T ree volum e show s an increasing tendency fo r 33-year-o ldC. pisifera stands, and its m ean in-
c rem ent does no t intersect its cu rrent annua l inc rem ent, which indicates that the vo lum e does no t reach quantita tivem aturi-
ty. The va rian t range o f latew ood percent is from 11. 08% to 32. 05% in radia l d irec tion w ith in ind iv iduals and the m ean
latewood percen tage is 20. 59%. The la tew ood pe rcentag e on ave rage is 18. 75% in stand be tween ind iv idua ls. In rad ial
direc tion, w ood basic density is from 0. 29 g /cm3 at p ith to 0. 36 g /cm3 at bark, and the average is 0. 32 g /cm3 and the va-
rian t coe fficien t is 5. 04%. The extrac tive s conten t o f ho t-wa te r is highe r, and its va riant range in radia l direc tion is from
5. 87% to 8. 48% w ith the ave rage of 7. 08%. M ean basic density o f unex trac ted wood for increm en t-bore sam ples w ith in
a stand is 0. 32 g /cm3 , and the va rian t range is be tw een 0. 30 g /cm3 and 0. 35 g /cm3. B asic density o f ex tracted w ood is
from 0. 28 g /cm3 to 0. 32 g /cm3. C. pisifera are sim ilar to Ch inese fir in wood p rope rties.
K ey words Chamaecyparis pisifera;G row th regularity;Latewood percen tage;W ood basic density;Ex tractive s
  日本花柏(Chamaecyparis pisifera (S ieb. et Zucc. )End.l )
原产日本 , 属于高山树种 ,自然分布于海拔 400 ~ 1500m 范围
内 , 林地石灰性土壤带 [ 1 ~ 3] , 该树种在固沙 、水土保持 、海岸防
护和野生动物保护等方面有着重要作用。日本花柏极具观赏
价值 , 世界各地园林栽培广泛应用 ,但用于用材树种培育尚不
多见。我国庐山植物园于 1936年最先引种日本花柏 ,随后山
东 、辽宁 、长江中下游和广西 、云南等省 、地区从绿化角度引种
栽培日本花柏。庐山植物园观察表明 , 其对土壤气候要求不
严 , 在凉爽湿润环境下表现出生长快 、适应性广 、抗性强 、繁殖
容易 、病虫害少等优良特性 ,当地栽培的 26年生日本花柏人
工林胸径均值为 14. 2 cm , 树高可达 11. 3 m [ 3] 。大连等地引
种日本花柏与当地树种比较 ,日本花柏表现出生长快 、
1)湖北省林业局重点资助项目。
第一作者简介:徐有明 ,男 , 1963年 9月生 ,华中农业大学园艺林
学学院 ,教授。
收稿日期:2005年 7月 13日。
责任编辑:张 玉。
抗寒 、抗旱 、抗风 、抗病虫害等特点 , 但 6年生林分平均树高 、
平均胸径也只有 2. 6m、2. 5 cm , 实际上也只能起到绿化荒山
的作用。目前我国引种日本花柏的地方较多 , 但其大面积人
工林栽培几乎没有 , 对其研究仅见杜有新 、李淑芳 、江泽平等
人对引种日本花柏的生物学特性观察的文献报道 [ 1 ~ 3] , 对其
木材性质的研究国内尚未见报道。
1 研究地区概况
九华林场位于鄂西北竹山县 , 东经 110°8′~ 110°12′, 北
纬 32°1′~ 32°6′,西邻渡水 , 东望深河(属堵河水系 ), 为南水
北调的中线的主要位置。林场分布于九华 、文家 、大全山等群
山之间 , 海拔 300 ~ 1 000 m之间的林地约占 80%以上;最高
海拔 1 311 m ,最低海拔 700m , 相对高差 611 m。地势西高东
低 ,坡度多在 13°~ 35°之间 ,其中 81. 2%的林地坡度在 20°以
上。坡向以北 、东北向为主 , 阴坡的面积占 65. 4%。 山上树
种单一 ,大部分县市高山森林资源不多 ,低山处还有很多荒山
和次生林地 ,有待进一部绿化开发 ,这就需要筛选一些既能创
DOI牶牨牥牣牨牫牱牭牴牤j牣cnki牣dlxb牣牪牥牥牰牣牥牨牣牥牨牰
造财富 , 又能保护环境 、生长快 、材质好的优良造林树种。 20
世纪 60年代中期 ,该林场尝试性引种栽培日本花柏 , 从长期
观察和目前研究来看 ,其长势很好。经过近几年的大力推广 ,
该林场日本花柏人工林栽培面积已达一万多亩 , 但该树种木
材的用途目前还不清楚。由于我国南水北调工程已开始起
步 , 丹江口库区及其上游林区造林保护工程任务繁重。该区
域立地类似 , 用材树种单调 ,主要为杉木和马尾松等 , 这都涉
及到优良树种选择问题。再者 ,湖北省高山林地较多 , 鄂西 、
鄂西北和大别山区都存在着选择优良用材树种造林问题。因
此在上述背景下 , 课题组开展日本花柏人工林树种生长规律 、
林分结构特点和材性材质分析 ,并与当地其它树种进行比较 ,
这不仅对我国南方高海拔山地树种选择及日本花柏人工林培
育 、材质改良和木材资源合理利用可提供重要的科学依据 , 而
且对解决当地山区贫困人口的致富 、保护山体 、涵养水源和南
水北调工程建设也有着重要意义。
2 材料与方法
试材采于湖北省竹山县九华林场日本花柏人工林。取样
前进行林分标准地调查 , 实测胸径和树高 ,采伐 3株标准木 ,
并按径级大小用生长锥锥取胸高木芯样品。同时 ,在杉木 、水
杉和落叶松人工林分内锥取木芯 , 用于材性间比较。 3株日
本花柏树高分别为 19. 2、18. 6、19. 5m ,胸径分别为 28. 3、35. 2、
28. 7 cm;按测树学中树干解析方法计算树高 、胸径和材积生
长量。
3株样木伐倒后 ,分别在树干 0. 3、1. 3、3. 3、 5. 3、7. 3、 9. 3、
11. 3、13. 3、15. 3和 17. 3 m 处截取 2 ~ 3 cm 厚的圆盘。圆盘
刨光后 , 由髓心向外实测各个年轮宽度 、晚材宽度 , 计算晚材
率。生长锥样品由髓心向外按年轮取样 ,用于晚材率 、浸提物
含量和木材密度分析 。
3 结果与分析
3. 1 日本花柏的生长规律
表 1为日本花柏胸径 、树高和材积各树龄段总生长量与
材积生长率 , 说明日本花柏作为高山树种生长是很快的。其
生长速度远远大于庐山植物园 [ 3] 。与当地杉木 、柳杉 、马尾
松和日本落叶松相比 ,其生长速度是最快的。
表 1 日本花柏各树龄胸径 、树高 、材积总生长量与材积生长率
树龄 /a 胸径 /cm 树高 /m 材积 /10 - 4m3 生长率%
1 — 0. 2  0. 13 100
3 1. 20 1. 3 2. 77 73
6 2. 47 3. 8 35. 64 47
9 6. 30 6. 8 126. 34 29
12 9. 67 9. 3 321. 55 23
15 12. 67 11. 3 624. 68 15
18 15. 63 13. 0 1 095. 60 15
21 17. 97 14. 2 1 626. 30 14
24 20. 60 15. 6 2 381. 00 11
27 23. 07 17. 0 3 286. 70 10
30 25. 40 18. 4 4 180. 20 6
33 27. 80 19. 2 5 005. 80 5
3. 1. 1 树高生长
图 1为日本花柏树高连年生长量 、平均生长量与树龄间
的关系。 1 ~ 2 a, 树高连年生长量较小 , 4 ~ 12 a为树高的速生
期 , 连年生长量可达到 0. 8m以上;9 a为高峰期 , 连年生长量
为 1. 12 m;之后 , 树高生长开始下降 , 到 21 a出现最小值 , 约
为 0. 32m;22 a后连年生长量有所上升 , 到 30 a后树高生长迅
速的下降。树高平均生长量是逐年增加的 , 5 ~ 12 a增加迅
速 , 12 a达到最大值 0. 78 m, 并与连年生长量相交 , 之后缓慢
下降 ,平均生长量维持在 0. 6 m以上 , 平均生长量始终大于连
年生长量。
图 1 日本花柏树高连年 、平均生长量与树龄的关系
3. 1. 2 胸径变化
图 2为胸径连年生长量与平均生长量的比较 , 连年生长
量是一个先上升然后下降的过程。考虑到造林苗木所栽深度
和树干解析 0. 3m高度圆盘截取位置的影响 , 图 2中胸径速
生期为 3 ~ 9 a, 连年生长量均在 1. 03 ~ 1. 53 cm之间;高峰期
在造林后的 5 a, 生长量达到 1. 53 cm。林分 8 ~ 9年生时 , 胸
径平均生长量与连年生长量相交 ,说明此时林分可以适度进
行间伐。之后 ,胸径生长速度波动地下降 , 11 ~ 30 a之间 , 3 ~
4 a可为一波动周期 , 25 a时出现一个较大值后 (这可能与当
年气侯条件有关), 26 a后生长量迅速的下降 , 最后一年最小 ,
达 0. 45 cm。平均生长量的变化规律基本与连年生长量一致 ,
也是在 6 a出现高峰值 ,最大值为 1. 28 cm ,之后缓慢下降 , 每
年降幅在 0. 01 ~ 0. 03 cm之间 , 最后一年的生长量最小 ,但始
终可以保持在 0. 9 cm以上 , 这说明日本花柏胸径生长量是比
较大的。
图 2 日本花柏胸径连年生长量与平均生长量随树龄的变化
3. 1. 3 材积变化
图 3为日本花柏材积连年生长量 、平均生长量与树龄的
关系。材积生长一直持续增加 , 10 a后生长速度加快 , 材积明
显增大;20 a后 ,日本花柏材积进入速生期 , 连年生长量达到
0. 025 ~ 0. 035 m3 , 且速生期较长 ,达 15 a以上;26 a材积连年
生长量达到高峰期 , 生长量为 0. 033 7 m3 , 30 a后生长量有所
减缓 ,最小值也在 0. 025 m3以上。材积平均生长量一直是增
加的 , 33 a树木平均生长量近于峰值 , 为 0. 015 1 m3。从图 3
看 ,材积连年生长量一直都大于材积平均生长量的 ,二者还没
有出现交叉现象 , 反映出其材积没有达到数量成熟。法正林
理论上 , 数量成熟是采伐的理想树龄 ,但从图 3来看 , 其材积
数量成熟期可能在 40 a之后。因此在生长量规律的基础上 ,
其理想的采伐树龄必须与林分密度和经济评价等方面综合确
定。
49第 1期           徐有明等:日本花柏人工林生长规律与晚材率 、木材密度的变异       
图 3 日本花柏材积连年 、平均生长量与树龄的关系
3. 2 日本花柏晚材率的变异
3. 2. 1 晚材率的径向变化规律
图 4为日本花柏和杉木各 30个生长锥芯样品晚材率均
值的径向变异曲线 。日本花柏径向晚材率变化范围为
11. 08% ~ 32. 05%, 均值为 20. 59%, 变异系数为 22. 15%;杉
木变化范围为 9. 55% ~ 33. 00%, 变异系数为 22. 81%, 平均
晚材率为 18. 61%。
杉木是我国南方常见的造林用材树种 ,材性材质好 , 常作
为建筑和家具用材 [ 4, 9] 。 从图 4看 , 日本花柏的晚材率径向
变化规律与杉木的基本一致 , 都为上升的曲线 , 只是日本花柏
的晚材率由髓心向外是持续增加 , 无较大的波动 , 而杉木在
10 a处有明显的下降。日本花柏晚材率的变化曲线整体而言
是波动着上升 , 基本以 5 a为一个周期 。由髓心向外 , 前 5 a
晚材率较低 , 之后 20 a晚材率波动着增加 , 基本维持于 15%
~ 25%之间 , 总增长幅度不超过 10%。 越靠向树皮 , 晚材率
越高 , 28 a后出现峰值 , 30 a晚材率可以达到 32. 5%。与杉木
相比较 , 日本花柏的平均晚材率高于杉木的 , 径向变异系数基
本与杉木的一致。
图 4 日本花柏与杉木晚材率径向变异比较
3. 2. 2 晚材率的轴向变异
表 2为日本花柏木材晚材率随着树干高度的变化。 5. 3
m高度截面晚材率均值最大 , 为 26. 03%;3. 3 m高度截面处
晚材率最小 , 为 19. 29%。变异系数的最大值出现于 7. 3 m
处 , 为 45. 56%;最小值在 3. 3 m处 , 为 33. 41%。针叶树木材
早晚材变化有突变和渐变 2种类型 , 日本花柏早晚材变化类
型为渐变形。与松类木材比较 [ 4 ~6] ,它的晚材率不高 ,不同高
度总均值为 19. 69%, 这与其生长特性和所处的高山冷湿的
生长环境有一定的关系。
3. 3 日本花柏密度的变异
3. 3. 1 密度的径向变异
日本花柏与杉木木材基本密度均值一致 , 均为 0. 32 g /
cm3;日本花柏基本密度的变化范围为 0. 29 ~ 0. 36 g /cm3 , 变
异系数为 5. 64%;杉木变化范围为 0. 29~ 0. 35 g /cm3 , 变异系
数为 5. 43%。径向上 , 二者木材密度均值变化范围相同。但
从图 5日本花柏与杉木径向密度变异曲线来看 , 二者的变化
趋势有很大的不同。日本花柏基本密度径向由髓心到树皮呈
下降趋势 , 而杉木 1 ~ 5 a内是逐渐上升 , 从 6 a开始下降至 10
a, 之后再次波动上升 , 总体上基本密度是上升曲线。 Pashin
和 Zeeuw将木材的密度划分为三种类型分类方式 [ 5] , 本试验
中的日本花柏与第三种类型一致 ,即髓心附近的密度高于树
皮附近的密度 ,密度自髓心到树皮以直线或曲线的形式降低 ,
与云杉类木材密度径向变化类似。而杉木则与 Pashin报道
第一种曲线类似(针叶材中最常见的一种变异方式), 即自髓
心向外 , 密度递增。日本花柏木材径向密度变异较小 ,说明其
材质较为均匀。日本花柏 1 ~ 11 a基本密度径向变异下降速
度较快 , 由 1年生的 0. 35 g /cm3降至 11年生的 0. 32 g /cm3;
11年生后木材基本密度变化趋缓。最未一轮为最小 , 0. 28 g /
cm3。这与采伐时其晚材尚未完全形成有关。日本花柏的密
度的径向变异值与对照材料杉木比较接近 , 但其变异趋势很
不相同 , 这主要是由树种本身特性所决定。
表 2 日本花柏晚材率轴向变异
株内高度 /m 晚材率均值% 变异系数%
0. 3 22. 26 40. 05
1. 3 21. 62 38. 87
3. 3 19. 29 33. 41
5. 3 26. 03 39. 33
7. 3 22. 58 45. 56
9. 3 21. 26 38. 13
11. 3 22. 53 41. 38
平均值 19. 69 39. 55
图 5 日本花柏径向木材基本密度变异与杉木的比较
3. 3. 2 日本花柏木材密度与晚材率的关系
木材密度与晚材率都是评价木材质量好坏的重要指
标 [ 4 , 5] ,理论上晚材率和木材密度之间有正的相关性 , 这在针
叶树硬木松材中特别明显;而在云杉类木材中因心材浸提物
含量高 ,髓心木材密度远高于树皮附近处密度值 ,二者正相关
的特性不太明显。从图 6看 ,日本花柏的密度从髓心到树皮
的变异曲线是逐渐向下 ,而晚材率则为波动着上升。对它们
进行相关性的比较 , 密度和晚材率总体上呈负相关性 ,相关系
数为 - 0. 7301。 1 ~ 15 a,二者的相关系数为 - 0. 772 6,在 α=
0. 001的水平上负相关性显著;16 ~ 33 a间 , 二者相关系数为
- 0. 389, α=0. 05的水平上也表现出显著的负相关性。从图
6看 ,由髓心向树皮 , 晚材率逐渐增大 , 基本密度逐渐降低。
林分生长前 15 a内 ,二者的负相关性较大 , 随着树龄的增加 ,
相关性逐渐减小 , 后期将越来越不明显。
3. 3. 3 浸提物的变异
从图 7看 ,从髓心向外日本花柏浸提物含量较高 ,并且相
对稳定 ,表现出均匀分布的特性 ,只是在近树皮处有减少的趋
50            东 北 林 业 大 学 学 报               第 34卷
势;其中 , 9 a浸提物含量最高 ,达 8. 48%;最后一年 , 浸提物含
量最小 , 为 5. 87%。对照杉木 ,其浸提物含量变幅较大 , 比较
明显。前 17 a含量在 5% ~ 9%之间波动 , 18 a突然降低 , 出
现最小值 , 约为 3%, 之后又有所上升。与杉木相比 , 日本花
柏浸提物含量较为稳定 , 径向变异范围 5. 87% ~ 8. 48%, 平
均值为 7. 08%, 变异系数为 10. 20%;杉木的浸提物变化范围
2. 92% ~ 8. 75%,平均值为 6. 56%, 变异系数为 19. 62%。显
然日本花柏浸提物含量高于杉木 ,并表现出更为稳定的特性。
通常柏科木材自然耐腐性很高 ,这与其浸提物含量很高有一
定的密切关系。
图 6 日本花柏密度与晚材率的变异比较
图 7 日本花柏浸提物径向变异与杉木的比较
3. 3. 4 浸提物对日本花柏木材密度的影响
图 8为浸提前 、浸提后日本花柏木材密度的变化对照曲
线。浸提前木材基本密度与浸提后基本密度有着显著的差异
(F =21. 47>F 0. 05 =7. 25)。浸提后密度普遍降低 0. 02 ~
0. 04 g /cm3不等。浸提前密度为 0. 30 ~ 0. 35 g /cm3 , 浸提后
为 0. 28 ~ 0. 32 g /cm3 , 浸提物对木材基本密度的影响显著。
图 8 日本花柏浸提前后基本密度变异曲线比较
3. 4 日本花柏生长量与材质评价
柏科树种一般都生长较慢。与速生杨树和国外松比 , 日
本花柏并非速生树种。但在高山环境下 , 日本花柏生长还是
较快的 , 20 a后为材积的速生期 , 26 a材积连年生长量达到高
峰期 ,生长量为 0. 033 7 m3 , 其材积在 30年生时仍然没有达
到数量成熟 , 33年生日本花柏单株材积达 0. 500 6m3 ,而且材
积仍处于快速生长增加时期中 , 因此该树种在海拔 1 000 m的
山地表现良好 ,可作为高海拔地区的优良木材树种进行引种
栽培。
杉木是我国南方山区主要栽培树种, 也是本文试验地林场
主要栽培树种。通过对杉木和日本花柏的部分性状比较 , 其林
分内株间平均晚材率为 18. 75%, 略高于杉木的 17. 74%, 变异
系数基本相近。日本花柏 、杉木的株间浸提物含量分别为
7. 12%、6. 71%;变异系数分别为 17. 52%、12. 09%, 日本花柏
略高于杉木 ,但差异不明显。木材密度是材质评价时主要参考
指标 ,日本花柏木材密度和杉木一样 ,均为 0. 32 g /cm3;日本花
柏木材密度变异系数为 5. 70%, 比杉木的 6. 78%小 , 说明日
本花柏木材密度稳定 , 这对其木材的利用来说是个有利的因
素 ,材质均匀有利于提高木材资源加工利用效率 ,加工产品的
质量得到了保证。综合来看 , 日本花柏木材性质与杉木相似。
4 结论和建议
日本花柏生长快 , 速生期早而长 , 生长量大 , 33年生日本
花柏材积一直呈上升趋势 ,其连年生长量与平均生长量并未
相交 ,材积还未达到数量成熟。
日本花柏株内晚材率 、浸提物含量 、木材密度都较为稳
定。晚材率径向变异范围为 11. 08% ~ 32. 05%, 变异系数为
22. 15%,均值为 20. 59%;基本密度径向变异范围为 0. 29 ~
0. 36 g /cm3 , 均值为 0. 32 g /cm3 , 变异系数为 5. 04%;林分内
株间晚材率均值为 18. 75%, 基本密度为 0. 32 g /cm3。林分内
个体基本密度与其胸径大小无显著相关性。
比较发现 ,日本花柏木材与杉木相似 , 其材质均匀 , 纹理
细密 , 是我国南方高山 、中低山区值得推广的优良造林树种。
日本花柏作为我国早期引进的一个外来树种 ,国内对其
研究非常有限。目前国内主要偏重于其城市绿化苗木培育与
销售 ,其生物学特性 、林分密度控制 、营养生理 、木材性质和木
材资源的加工利用等许多方面基本上无人研究 , 有必要加强
这方面基础研究。
致谢:试材采集得到竹山县林业局和九华林场的大力支
持 ,华中农大 2000级林学专业胡勛 、叶伟同学和 2001级 、
2002级研究生张有华 、王岩等同学参加了部分试验 , 在此表
示谢意 
参 考 文 献
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5 Pash in A J. Textbook ofW ood Technology. 4 th edit ion. New York:
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6 Zobel, B J. W ood Variation, itsC au ses and Contro.l Berlin:Sp ringer
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