全 文 ：林业科学研究 2007, 20( 4): 490~ 494
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2007) 04049005
栽植密度对小黑杨边材、湿心材生长量的影响
刘杏娥, 王小青, 任海青* , 费本华
(中国林业科学研究院木材工业研究所,北京 100091 )
摘要: 以山西朔州地区的人工林小黑杨为研究材料, 研究不同栽植密度 ( 2 m 5 m、4 m 5 m、4 m 10 m )对小黑杨
边材、湿心材生长量的影响。结果表明:不同栽植密度间边材年轮数差异不显著,而湿心材年轮数差异显著; 栽植密
度对边材宽度影响不大 ,而对湿心材宽度影响达极显著水平; 对边材面积和湿心材面积影响均达极显著水平。随着
栽植密度的减小, 小黑杨边材、湿心材宽度及面积均呈增加趋势, 但湿心材增加得更快。湿心材比例为 60% ~
68% ,且随着栽植密度的减小而增大。总体而言,栽植密度对小黑杨边材、湿心材生长量有不同程度的影响, 且对湿
心材生长量影响较大。
关键词: 小黑杨;栽植密度; 边材;湿心材
中图分类号: S792. 11 文献标识码: A
收稿日期: 20060908
基金项目: 国家自然基金重点项目 利用遥感技术预测人工林木材性质和利用价值的研究 ! ( 30230420)资助
作者简介: 刘杏娥 ( 1971∀ ) ,女,安徽潜山人,博士,主要研究方向:木材科学与技术.
* 通讯作者.
Effects of P lanting Density on Increm ent of Sapwood
andW etwood inPopulus x iaohei
LIUX inge, WANG X iaoqing, REN Haiqing* , FEI B enhua
( Research Ins titu te ofW ood Industry, CAF, B eijing 100091, Ch ina)
Abstract: The effects o f d ifferent plan ting densit ies ( 2 m 5m、4 m 5m、4m 10 m ) on increment of sapw ood
and w etwood o fPopulus x iaohei were stud ied from Shuozhou Country, Shanx i Prov ince. The resu lts indicated that
therew ere insignificant differences in the number of sapwood grow th rings at various p lanting densities, w hile signifi
cant d ifferences ex isted in the number of w etw ood grow th ring s. The plan ting density show ed little impact on sap
wood w idth, wh ile it had high ly sign if icant effects on w etw ood w idth. For bo th sapwood and w etwood basa l area,
therew ere high ly sign ificant d ifferences at various p lanting densities. A tendency o f increasing sapwood and we tw ood
w idth as w ell as basa l area w ith decreasing plant ing densities was found, and itw as a lso no ticed that thew id th and
basal area o fw etw ood increasedmore in tensively than that of sapwood. The w etw ood proportion ranged from 60% to
68%, show ing a negative re lationship w ith the p lanting density. In genera,l the plan ting density show ed various de
grees o f impact on g row th of both sapw ood and we tw ood ofPopulus x iaohei, and it showedmore obv ious effects on
w etw ood grow th, compara tive ly.
Key words:Populus x iaohei; plant ing density; sapw ood; w etw ood
杨树 (Populus spp. )是我国主要的速生造林树
种,分布范围广, 蓄积量大, 具有生长速度快,容易成
活等优点,但杨树中普遍存在着湿心材问题 [ 1 ]。与
正常材相比, 杨树湿心材含水率高,颜色深, 抽提物
第 4期 刘杏娥等 :栽植密度对小黑杨边材、湿心材生长量的影响
多以及 pH 偏碱性, 使木材物理、化学性质发生变
化,影响木材的干燥、制材和胶合板的质量, 增加了
木材加工利用的难度, 降低了木材的使用价值。而
边材因其颜色浅、渗透性较好常常作为木材加工业
的一个选择标准。
栽植密度是人工林培育中一项重要的技术措施。
栽植密度影响树木对阳光、水分、营养物质的竞争,直接
影响了树木生长、林分郁闭、树冠大小等,进而最终影响
木材材质。针对栽植密度对树木生长和材性的影响,
国内外学者开展了大量的研究 [ 2~ 4]。但栽植密度对林
木心、边材含量影响的相关报道尚不多见。Long和
Sm ith
[ 5]研究扭叶松 (Pinus contorta Loud. )时发现,树木
边材面积与栽植密度间呈负相关关系,即随着栽植密
度的增大,树木边材面积越小。一般而言,心材宽度受
树种、年龄等影响 [ 6]。H illis[ 7]认为树木的早期生长对
心材形成有很重要的影响,心材比例随着生长率的下
降而增加。至于环境因子和营林措施对心材的影响还
不是很清楚。本文以山西朔州地区的小黑杨 (Populus
x iaohei T. S. Hwang et L iang)为试验材料,重点研究
栽植密度对树木湿心材、边材生长量的影响, 旨在为
三北!地区小黑杨人工林培育和合理加工利用提供理
论依据。
1 材料和方法
1. 1 试材采集
试验地点位于山西省朔州市薛家庄国营林场, 所
采小黑杨于 1977年造林,主为小黑杨,间混有群众杨
(P. x iaozhuanica W. Y. Hsu et L iang cv. #Popu
laris∃ ),造林面积 21. 6 hm2。根据各种密度的生长状
况,在林分中选取 3种栽植密度 ( 2 m 5m ( A)、4m
5m ( B)、4m 10m ( C ) )的 9个试验小区。每种密
度设置标准地 3块,做 3个重复共设 9块标准地, 标
准地面积为 900 m2 ( 30 m 30 m )。试材采集按照国
家标准 [ 8 ]进行。在标准地中,根据每木检尺的结果,
按径阶大小及频率分布选取样木株数。3种栽植密度
下分别采集 14、13、9株,共采集 36株样木,并于伐倒
木胸高处 ( 1. 3m )截取约 10 cm厚的圆盘用于木材生
长量分析,标出南北向及编号。试材野外记录情况见
表 1。
表 1 试材野外采集记录
栽植密度 /
(m m ) 郁闭度 株数
胸径范围
(带皮 ) / cm
平均胸径
(带皮 ) / cm 平均树高 /m 平均枝下高 /m 平均冠幅 /m 平均冠长 /m
2 5 (A ) 0. 7 14 14. 1~ 24. 2 19. 53
( 2. 79, 14. 31% )
18. 07
( 1. 39, 7. 71% )
11. 27
( 0. 29, 2. 57% )
3. 19
( 1. 33, 41. 68% )
6. 80
( 1. 32, 19. 47% )
4 5 ( B ) 0. 7 13 18. 6~ 26. 2 22. 60
( 2. 24, 9. 92% )
17. 75
( 0. 48, 2. 70% )
10. 87
( 0. 41, 3. 74% )
3. 63
( 0. 87, 23. 88% )
6. 88
( 0. 89, 12. 86% )
4 10 ( C) 0. 7 9 24. 0~ 28. 6 26. 87
( 1. 36, 5. 05% )
17. 74
( 0. 42, 2. 36% )
9. 47
( 0. 01, 0. 14% )
5. 14
( 1. 06, 20. 53% )
8. 28
( 0. 41, 4. 96% )
注:括号内数据分别为标准差和变异系数。
1. 2 边材、湿心材宽度及面积的测量
根据杨树湿心材颜色较深的特点, 在刨光后的
光洁圆盘上,用颜色笔勾勒出湿心材的轮廓线。分
别测量圆盘中边材、湿心材宽度,并数出二者所占的
年轮数。对于边材、湿心材面积的测量,本研究采用
S igmaScan图像分析软件。具体操作如下: 用固定在
支座的数码相机垂直拍摄圆盘的照片, 在圆盘上放
置一个 1 cm 1 cm的小纸片。将圆盘图像先用图
形处理软件 Photoshop进行增强、滤色处理, 然后用
S igma Scan软件对处理后的图像进行分类计算, 采
用图像自动灰度值识别技术和人工手描划线, 计算
机自动计算相结合的手段进行面积的测量。
1. 3 数据处理
采用 SAS统计软件的方差分析过程, 分析栽植
密度对小黑杨边材、湿心材宽度及面积的影响,分析
结果见表 2和 3。具体分析指标有: 胸径, 胸高断面
积,边材、湿心材宽度 (半径 )及年轮数, 边材、湿心
材面积。在此基础上, 进一步采用相关分析和回归
分析过程,分析结果见表 4和 5。
2 结果与分析
2. 1 栽植密度对胸径的影响
如表 2所示, 不同栽植密度对小黑杨胸径生长
影响不同。 3种栽植密度下小黑杨平均胸径为 16. 8
cm~ 23. 7 cm,且随着栽植密度的减小 (栽植间距的
增大 ), 胸径呈明显增大趋势。方差分析 (表 3)表
明, 3种栽植密度的小黑杨胸径差异极显著; Duncan
法检验进一步表明,林木胸径在两两栽植密度间差
异显著。这说明宽大的栽植空间因减少资源的竞争
而促进林木胸径的生长。这与前人研究其它树种所
491
林 业 科 学 研 究 第 20卷
得结论基本一致 [ 2, 3 ] , 即: 随着栽植密度的减小, 林
木平均直径相应增大。
2. 2栽植密度对边材、湿心材年轮数的影响
由表 2可知,不同栽植密度的小黑杨边材年轮
数为 16~ 17。表 3的方差分析表明,不同栽植密度
间边材年轮数无显著差异, 这说明栽植密度对小黑
杨边材年轮数影响不大。Yang[ 9]在研究黑云杉 (P i
cea mariana B. S. P. ) 和 白云 杉 ( P icea glauca
(M oench) Voss. )时发现, 边材年轮数随栽植间距的
增大呈减小趋势,与本研究结果不同,产生差异的原
因可能是树种不同。
不同栽植密度的小黑杨湿心材年轮数为 9 ~
10,其中 B栽植密度的湿心材年轮数最大。方差分
析表明,不同栽植密度间湿心材年轮数存在显著差
异; Duncan法检验进一步表明, A与 B栽植密度有
差异, 而 A与 C, B与 C差异不显著。
2. 3 栽植密度对边材、湿心材宽度的影响
不同栽植密度的小黑杨边材宽度值及方差分析
结果见表 2和表 3。由表 2可知,边材宽度随栽植密
度的减小有增大趋势,其中 B栽植密度的边材宽度
较大。方差分析 (表 3)表明, 不同栽植密度间边材
宽度差异不显著。Yang[ 9]在研究黑云杉时也发现,
随着栽植间距的增大, 边材宽度呈增大趋势。
Pau l
[ 10 ]早在 1932年就提出边材宽度与栽植间距呈
正相关性的观点。一般而言,栽植间距较大的林分,
树木获取光照、水分等营养物质越多,树冠生长空间
也较大, 有利于树冠的发育和生长,从而获得较大的
树冠,对于小黑杨也是如此 (见表 1)。研究表明,边
材宽度与栽植间距的这种正相关性可能与树冠大小
紧密相连 [ 11, 12]。由表 4的相关分析可知, 小黑杨边
材宽度与树冠冠幅和冠长相关性较好, 也就是树冠
越大,边材部分越宽。一般认为生长旺盛的树木,具
有较宽的边材部分,因为树木的生理活动需要较大
机构来维持, 而生长低下的树木边材部分较窄 [ 13]。
由图 1可知, 小黑杨湿心材宽度随栽密度的减
小而明显增大。方差分析和 Duncan法检验表明,不
表 2 3种栽植密度小黑杨边材、湿心材有关性质统计
栽植密度
/ (m m )
去皮胸
径 / cm
边材
年轮数 宽度 /
mm
面积 /
cm2
面积比
例 /%
生长速率 /
(mm% 轮 - 1 )
湿心材
年轮数 宽度 /
mm
面积 /
cm2
面积比
例 /%
生长速率 /
(mm% 轮 - 1 )
2 5 (A ) 16. 8 c 17. 3 a 22. 0 a 91. 0b 40. 0a 1. 3 a 9. 0b 62. 2 c 140. 8c 60. 0b 7. 0b
4 5 ( B) 19. 8b 16. 4 a 24. 6 a 131. 6a 39. 3a 1. 5 a 10. 2 a 74. 4b 198. 5 b 60. 7b 7. 4b
4 10 ( C) 23. 7 a 17. 1 a 23. 5 a 140. 8a 31. 9 b 1. 4 a 9. 5 ab 94. 7a 303. 5a 68. 1a 10. 0a
注:同一列中相同字母表示用 Duncan法检验在 0. 05水平上差异不显著
表 3 3种栽植密度小黑杨边材、湿心材各种性质方差分析
项目 变异来源 自由度 平方和 均方 F值 Pr > F
胸径 / cm 栽植密度间误差
2
33
254. 83
118. 58
127. 41
3. 59
35. 46 < 0. 000 1
边材
年轮数
栽植密度间
误差
2
33
5. 45
51. 43
2. 72
1. 56
1. 75 0. 189 8
边材宽度 /mm 栽植密度间误差
2
33
44. 27
854. 47
22. 13
25. 89
0. 85 0. 434 6
边材生长速
率 / ( mm% 轮 - 1 )
栽植密度间
误差
2
33
0. 31
2. 01
0. 16
0. 06
2. 57 0. 092 1
边材面积 / cm2 栽植密度间误差
2
33
17 313. 23
33 185. 72
8 656. 62
1 005. 63
8. 61 0. 001 0
边材比例 /% 栽植密度间误差
2
33
373. 05
1 758. 56
186. 53
53. 29
3. 39 0. 046
湿心材
年轮数
栽植密度间
误差
2
33
8. 87
35. 72
4. 43
1. 08
4. 10 0. 025 8
湿心材
宽度 /mm
栽植密度间
误差
2
33
5 810. 40
1 944. 70
2 905. 20
58. 93
49. 30 < 0. 000 1
湿心材生长
速率 / ( mm% 轮 - 1 )
栽植密度间
误差
2
33
55. 44
28. 78
27. 72
0. 87
31. 79 < 0. 000 1
湿心材面积 / cm2 栽植密度间误差
2
33
145 239. 92
66 417. 45
72 619. 96
2 012. 65
36. 08 < 0. 000 1
湿心材比例 /% 栽植密度间误差
2
33
415. 29
2 074. 24
207. 65
62. 86
3. 30 0. 049 2
492
第 4期 刘杏娥等 :栽植密度对小黑杨边材、湿心材生长量的影响
同栽植密度间湿心材宽度存在差异, 且两两栽植密
度间差异显著。虽然栽植间距较大的林分, 有利于
树木的生长发育,使得胸径生长较快,从而获得较大
的蓄积量,但随之而来的是树木中湿心材含量也在
增加,这势必对小黑杨的加工利用产生一定的影响。
对于小黑杨边材、湿心材宽度而言, B栽植密度的湿
心材宽度介于 A、C栽植密度之间, 且其边材宽度相
对较大,故 B栽植密度较为理想。
2. 4 栽植密度对边材、湿心材面积的影响
如表 2所示,虽然不同栽植密度的小黑杨边材
宽度差异不大, 但边材面积差异明显。方差分析也
证实,不同栽植密度间边材面积差异极显著; Duncan
法检验表明,较小的两个栽植密度 B与 C间差异不
大,且均与 A栽植密度差异显著。总体而言, 小黑杨
边材面积随栽植密度的减小呈明显增大趋势 (图
2)。Long和 Sm ith[ 5]在研究扭叶松时发现, 胸高边
材面积与林分栽植密度存在曲线关系, 生长最密集
的林分边材面积最小。Y ang[ 9 ]在研究黑云杉时也发
现栽植密度越小, 树木边材面积越大。边材面积与
栽植密度的这种相关性最终与树冠密切相关。
众所周知,边材是树干外缘部分形成的木质部。
树木的根部从土壤中吸收的水分和矿物质通过树木
边材部分输送到树冠,供叶片进行光合作用,所以边
材对树木的生长发育有重要的意义。 1964年, Sh i
nozaki等提出了说明植物形成的管道模型理论 ( p ipe
mode l)。管道模型将林木个体以及森林群落视为若
干单位管道系的集合,认为树干内单位数量的管道
支持树冠内单位数量的叶子, 即树冠内叶量的多少
取决于树干中具有输导水分能力的边材横断面积的
大小。在管道模型理论基础上, 学者们进一步研究
发现边材面积与叶面积或树冠间有密切的线性关
系,即树冠越大, 边材面积越大 [ 11, 12, 14]。对于小黑
杨,边材面积与冠幅、冠长相关系数分别为 0. 53和
0. 65(见表 4) ,相关程度较高, 本研究再次证明边材
面积与树冠大小呈密切正相关性的规律。White
head等 [ 15]进一步发现,叶面积与边材面积的关系受
边材渗透性影响较大。
33种栽植密度的小黑杨湿心材比例和面积如表
2所示。由表 2可知,小黑杨的湿心材比例为 60% ~
68%,明显要高于其它杨树树种。如, 王桂岩等 [ 16]研
究山东省 10种黑杨和 3种白杨时得出: 湿心材率为
14. 6% ~ 34. 1% ;姜笑梅等 [ 17]发现湖北嘉鱼地区的鲁
克斯杨 (P. deltoides Bartr. cv. #Lux∃ )和&72杨 (P.
euramericana( Dode)Guinier cv. #SanM artino∃ )的湿心
材所占比率分别为 53. 3%、55. 6%; 张冬梅 [ 18]研究不
同毛白杨 (P. tom entosa Carr. )无性系的湿心材比例平
均值为 16. 9%。小黑杨湿心材比例高于其它杨树无
性系的原因可能是树种不同以及湿心材比例测量方
法的差异。
由图 2可知,小黑杨湿心材面积随栽植密度的减
小而明显增大,其中 C栽植密度的湿心材面积是 A的 2
倍多。虽然边材面积也随栽植密度的减小而增大,但
湿心材面积增加的幅度要明显大于边材面积,这一点
可以从图 2中边材、湿心材面积的变化看出。湿心材面
积比例从 A的 60%增加到 C的 68%,随着栽植密度的
减小,湿心材含量在增加,这与 Yang[ 9]研究黑云杉和白
云杉的结果一致。由表 4可知,湿心材面积与冠幅、冠
长相关性较高,即树冠越大,湿心材面积越大。
图 1 不同栽植密度小黑杨边材、湿心材宽度 图 2 不同栽植密度小黑杨边材、湿心材面积
493
林 业 科 学 研 究 第 20卷
表 4 小黑杨边材、湿心材生长量与树冠大小相关系数
项目 边材宽度 边材面积 湿心材宽度 湿心材面积
冠幅 0. 382* 0. 532* * * 0. 728* * * 0. 757* * *
冠长 0. 490* * 0. 653* * * 0. 782* * * 0. 756* * *
注: * * * !表明在 0. 001水平显著; * * !表明在 0. 01水平
显著; * !在 0. 05水平显著。
3 结论
栽植密度对小黑杨边材、湿心材生长量影响程
度不同,总的来说,栽植密度对湿心材影响较大。栽
植密度对胸径生长有极显著影响; 不同栽植密度间
边材年轮数差异不显著,而湿心材年轮数差异显著;
栽植密度对边材宽度影响不大, 而对湿心材宽度影
响极显著;对边材面积和湿心材面积影响均达极显
著水平。随着栽植密度的减小, 栽植间距的增大, 小
黑杨边材面积、湿心材宽度及面积均呈增加趋势, 但
湿心材增加的更快,湿心材含量在增加。
总体而言,栽植密度越小, 栽植间距越大, 小黑
杨树木生长越快,林分蓄积量越大, 但湿心材含量也
越高,这势必对小黑杨的加工利用产生一定的影响。
故在小黑杨林木培育时,应该采取一定的营林措施,
如选择合适的栽植密度,使树木生长速度保持在合
理的水平, 尽量减少和控制树木中湿心材的含量。
对于本研究,综合比较认为栽植密度为 4m 5m的
林分较好, 其树干边材含量较大, 而湿心材含量
较低。
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