全 文 ：农田防护林木材材质物理特性研究3
范志平　姜凤岐　林鹤鸣　朱教君　曾其蕴　栾树杰
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
【摘要】　对旱柳和小青杨的年轮宽度、年轮密度、木材纤维长度和干缩率及其径向变异进
行了研究. 结果表明, 木材物理特性受年轮年龄的影响显著, 而纤维长度不受年轮宽度影
响. 综合材质物理特性的径向变异规律, 可将旱柳和小青杨整个生长期划分为4个时期: 幼
林期、速生期、成熟期和更新期, 确定了各生长期的年龄值.
　　3 国家“八五”科技攻关项目.
1995年10月30日收到, 1996年1月12日改回.
关键词　农田防护林　木材特性　旱柳　小青杨
Physica l properties of wood qual ity of farm shelterbelts. Fan Zh ip ing, J iang Fengqi, L in
H em ing, Zhu J iao jun, Zeng Q iyun and L uan Shujie ( Institu te of A pp lied E cology , A 2
cad em ia S in ica , S heny ang 110015). 2Ch in. J . A pp l. E col. , 1996, 7 (3) : 235～ 239.
Studies on the w idth and density of ring and the length, sh rinkage rate and their radia l
varia t ions of w ood fiber of S a lix m atsud ana and P op u lus p seud o2sim onii show that the
physical p ropert ies of w ood are sign ifican tly affected by its ring age, and the fiber length
of w ood is no t influenced by ring w idth. T h rough syn thesizing the radial varia t ion pat2
terns of w ood p ropert ies, it is suggested that the w ho le grow th period of these tw o k inds
of tree species can be divided in to young grow th, fast2grow ing, m ature and regenerat ion
stages. T he age value of each stage is defined.
Key words　Farm shelterbelts, W ood p roperty, S a lix m atsud ana, P op u lus p seud o2si2
m onii.
1　引　　言
当前, 我国农田防护林生态工程体系
在调整与改善农田生态系统结构中具有重
要的防护功能作用[3 ]. 作为最终产品的木
材给人类提供了宝贵的自然资源. 国内外
对材质物理特性方面曾作过大量的研究,
但仅限于用材林方面[2, 4, 6, 9 ] , 而对防护林
木材材质的研究很少[2 ]. 本试验从分子生
物学角度和木材的微观结构研究农田防护
林木材的生长发育规律, 探讨林带合理经
营的木材生物学基础, 从而达到科学经营
这一特殊林种的目的.
2　试验材料的选取及试验方法
2. 1　试材的选取及试验区自然概况
选取辽宁省昌图地区的旱柳 (S a lix m atsu2
d ana)和小青杨 (P op u lus p seud o2sim onii) 2种主要
栽植树种为研究样本. 昌图县位于辽宁省北部,
平均海拔100 m 左右, 年均气温6. 7℃, ≥10℃积
温3 259℃, 年均降雨量约600 mm , 全年盛行南南
西风, 平均风速4. 5 mõs- 1 [5 ]. 根据该地区农田防
护林树木组成, 设置标准地9块, 在每块样地内,
选择标准木1株, 共采集旱柳标准木5株, 小青杨
标准木4株, 在样木树高1. 3 m 处截取3 cm 厚圆
盘作为试材[7 ]. 根据“十字取材法”锯解成宽度为3
cm 的木条.
2. 2　试验方法
年轮宽度、年轮密度及年轮干缩率的测定,
依据中华人民共和国国家标准《木材物理力学性
质试验方法》(GB 1927～ 1943291) 进行. 木材纤
应 用 生 态 学 报　1996年7月　第7卷　第3期　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY, Ju ly 1996, 7 (3) ÷235～ 239
维长度的测定采用杰弗里法, 将样木离析后制成
切片, 在光电投影仪上测量[4 ].
3　结果与分析
3. 1　木材年轮宽度年变异规律
年轮宽狭是生长率的标志. 从图1可
见, 旱柳年轮生长在最初8 a 内宽度较窄,
为2. 2～ 5. 5 mm , 而从9年生轮至13年生
轮, 年轮宽度6. 0～ 7. 0 mm , 在14～ 22年生
期间年轮宽度最大, 且稳定保持在6. 8～ 7.
1 mm 之内, 平均为7. 0 mm , 15 a 时达到最
大, 曲线峰值为7. 3 mm. 23～ 30年生期间
年轮宽逐年有变窄的趋势, 平均为5. 4
mm. 而到达30 a 时生长轮宽度3. 3 mm , 低
于5年生时的轮宽水平3. 6 mm. 旱柳轮宽
变化反映出旱柳径生长型为: 急增→缓增
→稳定增长→缓降. 小青杨年轮宽度在10
年生之前轮宽增大幅度较小, 轮宽变化比
较缓慢, 平均为5. 0 mm. 而在11～ 17 a 区
间内, 生长较为显著, 轮宽从6. 2
图1　旱柳、小青杨胸径年轮宽度年变化趋势
F ig. 1 R ing w idth variation at b reast heigh t diam eter of
S. m atsud ana and P. p seud o2sim on ii.
a. 旱柳 S. m atsud ana, b. 小青杨 P. p seud o2sim on ii. (下
同).
～ 8. 3 mm , 8～ 30 a 这一生长时期, 为8. 6
～ 9. 4 mm , 平均9. 0 mm , 其中23年生左右
时达到所有生长期内的最大值9. 4 mm. 30
a 后, 小青杨轮宽生长曲线下降. 从轮宽变
化规律反映出小青杨胸径生长过程是: 缓
增→剧增→稳定增长→缓降.
3. 2　木材纤维长度特征变异
旱柳木材自髓心向外, 纤维长度开始
逐年增加, 17 a 左右纤维长度达1546 Λm ,
20 a 达到最大值1625 Λm (图2). 小青杨在
23年生之前, 纤维长度随树龄增加而迅速
增大, 为 851～ 1508 Λm , 25 a 时达 1542Λm , 29 a 达最大值, 为1591 Λm , 并趋于稳
定状态. 二者纤维长度径向变异规律是: 纤
维长度由髓心向外随年龄的增加而增加,
直至达到最大长度而近似稳定状态. 通过
回归分析发现纤维长度与年轮年龄之间呈
二次抛物线关系 (表1).
图2　旱柳、小青杨木材纤维长度径向变异
F ig. 2 Radial variation of wood fiber length.
3. 3　年轮密度动态变异
结果表明, 旱柳年轮密度由髓心向外
年轮密度逐渐增大 (图3) , 到达8年生左右
时达到生长期内最大值0. 5567 gõcm - 3, 8
～ 26年生区间内, 年轮密度以波动的动态
变化维持在0. 5248～ 0. 5569 gõcm - 3水平
内, 27年生之后, 旱柳年轮密度明显下降.
30年生时, 年轮的密度仅为 0. 4687 gõ
cm
- 3
. 小 青 杨 年 轮 密 度 的 径 向
变异由心材向外, 亦逐年增大, 11年生左
632 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　7卷
表1　旱柳、小青杨木材纤维长度变化模型
Table 1 M odel of dynam ic var ia tion of S. m a tsudana and P. p seudo-s im on ii wood f iber length
树　种
Species
年轮年龄 R ing age
2 8 14 20 25 28 30
回归方程
Regression equation
相关系数 (R )
Co rrelation
coefficien t
旱　柳 1045 1256 1433 1625 1590 599 1526 y= - 1. 3152x2+ 61. 645x+ 878. 27 0. 98463 3
S. m atsud ana
小青杨 851 1139 1327 1439 1542 1493 1567 y= - 0. 8324x2+ 51. 408x+ 763 0. 99373 3
P. p seud o2sim on ii
右时达到最大值0. 5125 gõcm - 3, 在12年生
轮至29年生轮内, 小青杨年轮密度变异较
小, 在0. 4927～ 0. 5125 gõcm - 3的范围内波
动. 可见, 二者年轮密度由髓心向外逐渐增
加, 达到一个最大值后以波动的动态变化
趋势维持一定的生长期, 到达一定年龄期
后旱柳有逐渐减小的趋势.
图3　旱柳、小青杨木材密度径向动态变异
F ig. 3 Radial variation of S. m atsud ana and P. p seud o2
sim on ii wood densit ies.
3. 4　旱柳、小青杨木材干缩变异性
结果表明 (图4) , 二者木材干缩性变异
有共同的规律: 1)各向异性: 弦缩> 径缩>
纵缩, 三者平均值旱柳分别为1. 79、1. 35和
0. 249, 而小青杨分别为2. 37、1. 17和0. 25;
2) 纵缩率是一个相对稳定的值. 旱柳木材
纵缩率变化范围为0. 11～ 0. 36, 小青杨为
0. 19～ 0. 36; 3) 径缩率随轮龄变化变异很
大, 旱柳为0. 65～ 2. 95, 小青杨为0. 71～ 1.
65; 4)弦缩率变化有一定的波动性: 旱柳在
0～ 9年生期波较大, 从0. 21～ 2. 21, 10～ 23
年生期内保持稳定, 均值为1. 87, 变幅为1.
78～ 2. 20, 23年生后又显示一定的波动性;
而杨树8年生前有较大波动, 变幅为2. 21～
3. 22. 9年生之后保持稳定, 均值为2. 34, 变
幅为2. 11～ 2. 65.
图4　旱柳、小青杨木材线干缩率及体积干缩率径向变
异
F ig. 4 Radial variation of linear and vo lum e sh rinkage of
S. m atsud ana and P. p seud o2sim on ii wood.
1. 体积干缩率 V o lum e sh rinkage, 2. 弦缩率 T angen tial
sh rinkage, 3. 径缩率Radial sh rinkage, 4. 纵缩率L ongi2
tudinal sh rinkage.
旱柳木材年轮体积干缩率由髓心向外
增大, 9年生后达5. 08左右, 然后随着树木
生长, 体积干缩率随年龄增大而减小, 从5.
08降至3. 13. 13～ 19年生内较稳定, 变化
7323期　　　　　　　　　 范志平等: 农田防护林木材材质物理特性研究　　　　　
范围为3. 09～ 3. 89. 19年生之后, 呈不稳定
波动状态. 小青杨木材心材体积干缩率较
大, 7年生以前, 由髓心向外, 逐渐减小, 变
化从5. 10～ 3. 47. 8～ 22年生内在3. 05～ 3.
92区间内变化, 体积干缩率较稳定, 平均值
为3. 66. 23年生之后有较小的波动性, 在3.
38～ 4. 3区间内变动. 就差异干缩系数平均
值而言, 旱柳为1. 33, 小青杨为2. 03, 表明
前者材质均匀度和尺寸稳定性优于后者.
3. 5　木材材质特性变化规律在林带经营
中的应用
3. 5. 1 农田防护林生长期的界定　研究结
果表明, 旱柳和小青杨材性径向变异可概
括为幼龄材至成熟材, 材质特性开始增强,
然后渐趋平缓稳定, 到达一定时期后, 材质
特性表现出较大的波动性. 综合年轮宽度、
纤维长度、年轮密度及干缩性等木材材质
物理特性的径向变异规律, 可将旱柳和小
青杨整个生长期划分为4个时期: 旱柳: 幼
龄期 (0～ 8 ) , 速生期 (9～ 13 a) , 成熟期
( 13～ 22 a) , 更新期 (23 a 以后) ; 小青杨:
幼龄期 (0～ 10 a) , 速生期 (11～ 16 a) , 成熟
期 (17～ 30 a) , 更新期 (30 a 以后).
3. 5. 2 农田防护林更新龄及其限值的确定
　根据木材材质物理特性变异曲线动态变
化趋势分析 (表2)可知, 旱柳更新龄应在25
～ 30 a 以内, 最大值为30 a; 而小青杨则在
30～ 35 a 以内, 最大值约为35 a.
3. 5. 3 木材纤维长度与年轮生长速度的关
系　木材纤维长度与生长轮宽度的关系问
题 , 至今存在着不同的观点[8, 10 ]. 该试验
表2　木材材质特性指标变化
Table 2 Indexes of wood properties
材质指标
Index
年轮年龄 R ing age (yr. )
23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35É A 6. 4 5. 5 5. 3 5. 1 5. 3 4. 6 3. 7 3. 3
B 8. 7 8. 6 7. 9 7. 3 6. 9 6. 8 6. 3 5. 1 3. 4Ê A 1587 1550 1531 1503 1530 1501 1483 1453
B 1486 1517 1591 1579 1554 1531 1547 1520 1491Ë A 0. 5300 0. 5367 0. 5400 0. 5437 0. 5401 0. 5297 0. 5100 0. 4687
B 0. 4941 0. 4927 0. 4947 0. 4930 0. 4911 0. 4831 0. 4900 0. 4717 0. 4680Ì A 1. 41 1. 33 1. 38 1. 40 1. 43 1. 32 1. 37 1. 41
B 2. 29 2. 15 1. 90 2. 03 2. 16 2. 30 2. 27 2. 41 2. 39É . 年轮宽度R ing w idth (mm ) , Ê . 纤维长度W ood fiber length (Λm ) , Ë . 年轮密度R ing density (gõcm - 3) , Ì . 差异干
缩系数D iscrepancy sh rinkage. A. 旱柳 S. m atsud ana, B. 小青杨 P. p seud o2sim on ii.
图5　旱柳、小青杨纤维长度、轮宽及轮龄三维相关图
F ig. 5 T h ree2dem ensional m ap s among wood fiber length s, ring w idth and ring age of S. m atsud ana and P. p seud o2si2
m onii.
832 应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　7卷
表3　农田防护林旱柳与小青杨木材材质物理特性
Table 3 The physica l properties of S. m a tsudana and P. p seudo-s im on ii wood
树　种
Species
轮　宽
W idth (mm )
均　值
M ean
　
　范　围
　Range
纤维长度
F iber length (Λm )
均　值
M ean
　
　范　围
　Range
　
密　度
D ensity (gõcm - 3)
均　值
M ean
　
　范　围
　Range
　
干缩率
Sh rinkage (% )
径　向
Radial
　
弦　向
T ang2en tial 纵　向L ongitu2dinal 体　积V o lum e　
旱　柳 5. 8 2. 2～ 7. 3 1435 1045～ 1625 0. 5349 0. 4710～ 0. 5567 1. 35 1. 79 0. 249 3. 77
S. m atsud ana
小青杨 7. 4 4. 5～ 9. 4 1314 851～ 1591 0. 4946 0. 4540～ 0. 5125 1. 17 2. 37 0. 25 3. 75
P. p seud o2
sim on ii
中, 研究了相同生境下纤维长度的变化, 发
现纤维长度的变异与年轮宽度变量因子无
相关性, 呈随机波动状态, 而与年轮年龄呈
显著正相关 (图5). 因此在农田防护林经营
中, 这一规律有利于培育“速生、丰产、优
质”的用材林.
5　结　　语
旱柳与小青杨材质4项指标 (表3) 的研
究, 为探讨农田防护林树木生长发育规律
提供了确凿的依据. 与一般用材片林经营
中同类树种材质比较[1 ] , 农田防护林木材
材质物理性质优于后者. 在用材林经营中,
主要通过株行距、活树冠比等直接控制树
木群体效应来提高木材质量. 同时, 采用疏
伐、施肥、培垄等措施为树木创造出适宜的
生长环境, 恰恰这些营林措施在农田防护
林经营中得到充分体现. 农田防护林不仅
能调整与改善农田生态系统的结构与功
能, 维持农田生态系统高水平的生产力, 而
且在经营过程中可培育出优质木材, 使生
态防护功能的高效性与木材生产的优质性
达到高度的统一.
致谢　承蒙周新华博士指导, 谨此致谢!
参考文献
1　成俊卿. 1985. 木材学. 北京: 中国林业出版社, 1316
～ 1321.
2　朱教君、姜凤歧、曾其蕴. 1994. 杨树林带木材纤维长
度变化规律及其在经营中的应用. 林业科学, 30 (1) :
50～ 56.
3　周新华、孙中伟. 1994. 试论林网在景观中布局的宏
观度量与评价. 生态学报, 14 (1) : 24～ 31.
4　费本华. 1994. 铜钱树木材纤维形态特征和组织变异
的研究. 东北林业大学学报, 22 (4) : 61～ 67.
5　姜凤歧. 1992. 林带经营技术与理论基础. 北京: 中国
林业出版社, 156～ 163.
6　栾树杰、林　彦、杨彩民. 1983. 人工红松林木材密度
与晚材率的相关关系——生长轮材质分析之二. 东
北林学院学报, 11 (2) : 81～ 87.
7　徐从健. 1986. 中条山杨木材解剖、木材物理力学性
质及其变异研究. 安徽农业大学学报, 13 (1) : 45～
58.
8　曾其蕴、鲍贤容 . 1990. 河北毛白杨木材纤维长度变
异的研究. 林业科学, 26 (3) : 232～ 238.
9　熊平波. 1987. 初植密度和间伐强度对杉木木材性质
的影响. 林业科学, 23 (1) : 36～ 43.
10　T ehnerjadnow , A. V. 1969. A nalysis of the variation
in fiber length in aspen in natu ral popu lation in E.
Kazakh sta. F orestry A bstract, 31 (1) : 151.
9323期　　　　　　　　　 范志平等: 农田防护林木材材质物理特性研究