全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林业科学研究　2009, 22 (1) : 75～79
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2009) 0120075205
Pilodyn在日本落叶松活立木材性指标预测中的应用
朱景乐 1, 2 , 王军辉 1 , 张守攻 13 , 张建国 1 , 孙晓梅 1 , 梁保松 3 , 赵　鲲 4
(1. 中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木培育重点实验室 ,北京　100091; 2. 中国林业科学研究院
经济林研究开发中心 ,河南 郑州　450003; 3. 河南农业大学林学园艺学院 ,河南 郑州　450002;
4. 河南洛阳林业科学研究所 ,河南 洛阳　471002)
摘要 :在野外利用 Pilodyn对日本落叶松活立木南北向木材进行了探测 ,在室内测定了木芯的基本密度及早晚材的
管胞长度和管胞宽度 ,用 Pilodyn探测数据和实际密度建立了回归方程 ,并用该方程和其他的 Pilodyn探测值预测了
对应活立木的木材密度。结果表明 :日本落叶松 Pilodyn南向探测值 Ps为 15. 50 mm,比北向平均值 Pn高 5. 5%。
Pn、Ps和 Pa与外侧木材的平均基本密度 (D ao)呈极显著负相关 ,相关系数比 Pn、Ps和 Pa与整株木材的平均基本
密度 (D a)的大。Pn、Ps和 Pa与胸径呈极显著负相关 ,胸径与北向探测值 ( Pn)的相关系数较胸径与南向探测值
( Ps)的高。木材基本密度对 Pilodyn探测值的贡献率最大 (40. 4% )。Pa与 D a和 D ao均存在极显著的负相关关系 ,
显著性概率 P = 0. 000 1。日本落叶松 Pilodyn探测值 ( Pa)与晚材管胞长、宽存在极显著负相关关系。采用 Pilodyn
探测值 ( Pa)能够很好的预测日本落叶松活立木外侧木材基本密度 (D ao)和晚材的纤维长度和纤维宽度 ,也能够预
测整株木材的基本密度 (D a)。
关键词 :日本落叶松 ; Pilodyn;木材基本密度 ;管胞长度 ;管胞宽度 ;相关关系
中图分类号 : S791. 22　　　　　文献标识码 : A
收稿日期 : 2007206220　　修回日期 : 2008210219
基金项目 : 948项目“纸浆材性状测定与应用技术引进 ( 200524256) ”和国家科技支撑计划“高产优质多抗落叶松、云杉新品种选育 ”
(2006BAD01A1401)课题资助
作者简介 : 朱景乐 (1982—) ,男 ,河南洛阳人 ,研究实习员 ,从事木材材性的遗传改良.3 通信作者 : E2mail: shougong. zhang@caf. ac. cn
Using the P ilodyn to A ssessW ood Tra its of
Stand ing Trees L a rix kaem pfri
ZHU J ing2le1, 2 , WANG Jun2hui1 , ZHANG Shou2gong1 , ZHANG J ian2guo1 ,
SUN X iao2m ei1 , L IANG B ao2song3 , ZHAO Kun4
(1. Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing　100091, China;
2. Non2timber Forestry Research and Development Center, CAF, Zhengzhou　450003, He’nan, China;
3. Forestry and Horticulture College of He’nan Agriculture University, Zhengzhou　450002, He’nan, China;
4. Forestry Research Institute of Luoyang, Luoyang　471002, He’nan, China)
Abstract: The standing tree of L arix kaem pfri was penetrated with Pilodyn in both south and north directions in the
field, and the wood basic density, fiber length and width of increment core were menstruated in laboratory. Through
the analysis of Pilodyn penetration, the basic density of increment core, fiber length and fiber width, the result showed
that the average of the Pilodyn penetration of L arix kaem pfri in south direction was 15. 50 mm , which was 5. 5%
higher than that in north direction. Pilodyn penetration Pn, Ps, and Pa had a significant negative correlation with the
outerwood density (D ao). The correlation coefficient was higher than that between the Pn, Ps, Pa and the basic
density. Pn, Ps and Pa had a significant negative correlation with breast diameter (DB H). The correlation coefficient
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 22卷
between breast diameter (DB H) and Pilodyn penetration in north direction was bigger than that in south direction.
The biggest contribution rate to the Pilodyn penetration was basic density (40. 4% ) , and Pa had significant negative
correlation with both D a and D ao, the significant p robability was P = 0. 000 1. The Pilodyn penetration ( Pa) of L arix
kaem pfri had a significant negative correlation with wood fiber character( later wood fiber length and later wood fiber
width). The Pilodyn penetration could estimate the average of outerwood density (D ao) and fiber length and fiber
width of laterwood in an entire radial direction in standing tree of L a rix kaem pfri, and it could also estimate the basic
wood density (D a) in an entire radial direction.
Key words:L arix kaem pfri; Pilodyn; basic density; fiber length; fiber width; correlation coefficient
　　日本落叶松 (L a rix kaem pferi ( Lam b. ) Carr. )
是我国北方及南方亚高山地区的重要造林针叶
树种 ,它早期速生、成林快、易于栽培、适应性
广 [ 1 ] ;而且木材密度较其它针叶树种高 ,单位种
植面积产木材量大 ,工业利用率高 ,是较好的造
纸原料 [ 2 - 3 ] 。木材密度是木材重要的物理性质指
标。活立木密度测定的常规方法是在木材的胸
高处用生长锥取木芯 ,然后利用排水法测定木材
的基本密度。这种方法程序繁杂 ,耗时较长 ,而
且在一定程度上损坏树木。 Pilodyn是一种无损
检测的仪器 ,用于间接的测定木材基本密度等材
性指标。国外对 Pilodyn在多个树种上进行了研
究 ,认为 Pilodyn是迅速而非破坏性测试活立木木
材密度的好方法 ,可替代传统取木芯测定木材密
度的方法 ,利用 Pilodyn可以进行木材密度的早期
选择 ,加速林木育种进程 [ 4 - 7 ] ,而我国在此方面
却报道的极少 ,本文利用 Pilodyn测定日本落叶松
幼龄材 ,并与生长锥取样求得的木材密度进行比
较和统计分析 ,旨在为日本落叶松的木材利用、
材性评价以及进一步改良等工作提供间接的评
价指标 ,同时探寻一种快速无损测量木材密度及
与木材密度相关的材性指标的方法。
1　试验地概况
试验林位于河南省西部伏牛山北坡的嵩县五马
寺林场杨树岭林区 ( 33°34′～35°54′N , 111°47′～
112°15′E) ,海拔 1 400 m,年均气温 8. 4 ℃, 7月平均
气温为 24. 7 ℃, 1月平均气温为 - 5. 5 ℃。无霜期
178 d,年降水量 800 ～1 200 mm ,空气相对湿度
80% ;土壤为棕壤 , pH值 6. 0左右。种源试验林定
植于 1993年 ,坡向是北坡 ,坡度 20°,造林前试验地
是以栎类为主的落叶阔叶林采伐迹地。造林采用带
状整地 ,株行距 2 m ×2 m。日本落叶松种源试验林
林木胸径 6～15 cm。
2　研究方法
2. 1　Pliodyn的工作原理
Pilodyn的工作原理是以预先设定好的能量 ,将
一个固定规格的探针射入到木材中 ,探针射入的深
度就是检测的结果 ,这与木材密度及木材的纤维特
征有密切负相关关系。木材密度大 ,射入深度浅 ,反
之 ,则射入深度深 [ 8 - 12 ]。用所得到的 Pilodyn探测数
据和实际密度建立回归方程 ,并用该方程和其他的
Pilodyn探测值预测对应活立木的木材密度。
本次试验选用的是 6J能量 ,直径 2. 5 mm探针
型号的 Pilodyn和内径 5 mm的生长锥。
2. 2　材性指标的测定和取样方法
(1)在种源试验林内 ,按照随机原则共选取日
本落叶松 95棵。在胸高处正南方向剥去活立木少
量外部树皮 ,用 Pilodyn探测 2次 ,如果 2次探测读
数的误差在 2 mm以内 ,则取 2次读数的平均值作为
南向 Pilodyn的探测值 Ps;如果 2次探测读数的误差
大于 2 mm,则需要进行第 3次南向 Pilodyn探测 ,然
后在 3个读数中选择 2个误差在 2 mm以内 ,且最接
近的 2个读数的平均数作为 Ps;同样的方法获得北
向 Pilodyn的测定值 Pn,求得 Ps和 Pn的平均值 Pa
作为整株树木的 Pilodyn探测值。
(2)测定后在胸高处相同位置用内径 5 mm的
生长锥进行木芯取样 ,从树皮取到髓心 ,南北方向各
取 1个木芯进行室内材性指标的测定。
(3)室内材性指标的测定包括木材基本密度、
早材管胞长度、早材管胞宽度、晚材管胞长度和晚材
管胞宽度。木材密度的测定采用饱和含水量法 ,分
为南向外侧 25 mm木材基本密度 (D so)、北向外侧
25 mm木材基本密度 (D no)及其外侧 25 mm木材基
本密度平均值 (D ao) ;南向整株木材基本密度 (D s)、
北向整株木材基本密度 (D n )及其整株木材基本密
度平均值 (D a)。管胞性状的测定采用硝酸离析法。
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第 1期 朱景乐等 : Pilodyn在日本落叶松活立木材性指标预测中的应用
2. 3　数据统计分析
将测试样本中不符合 Pilodyn探测精度的数据
剔除后 ,使用 sp ss13. 0软件对数据进行分析。
(1)分析木材基本密度 (D a)、外侧木材基本密
度 (D ao)、及 Pilodyn探测值间的相关关系。
(2)由各变量标准化偏回归系数占标准化偏回
归系数总和的百分比计算各自贡献率 ,研究木材密
度、管胞长度和管胞宽度对 Pilodyn探测值贡献的大
小。模型为 :
Y = B 0 + B 1 X1 + B 2 X2 + B 3 X3
　　 (3)采用回归分析方法建立 Pilodyn探测值预测
木材密度的回归方程。模型为 :
y = b + ax
3　结果与分析
3. 1　日本落叶松不同方向 P ilodyn探测值的遗传
变异
　　由表 1可知 :日本落叶松北向 Pilodyn探测值
( Pn)最低为 10. 0 mm,最高为 22. 6 mm,南向 Pilo2
dyn探测值 ( Ps)最低为 10. 7 mm ,最高为 24. 2 mm。
所有南向 Pilodyn探测值的平均值为 15. 50 mm,比北
向高 5. 5% (14. 69 mm ) ,配对样本 T检验的结果为
南北方向 Pilodyn探测值的差异显著 ( P = 0. 034 0)。
利用饱和含水量法测定的北向外侧木材基本密
度 (D no)最低为 0. 304 9 g·cm - 3 ,最高为 0. 448 2 g
·cm - 3 ,南向外侧的木材基本密度 (D so)最低为
0. 290 2 g·cm - 3 ,最高为 0. 484 6 g·cm - 3。所有南
向外侧的木材基本密度的平均数为 0. 381 8 g·
cm
- 3
,比北向外侧的木材基本密度平均值 (D no)高
3. 8% (0. 367 7 g·cm - 3 )。配对样本 T检验的结果
为南北方向外侧的木材基本密度差异显著 ( P =
0. 012 8)。
北向整株木材基本密度 (D n )最低为 0. 290 0 g
·cm - 3 ,最高为 0. 409 9 g·cm - 3 ,南向整株木材基
本密度 (D s)最低为 0. 303 5,最高为 0. 425 1 g·
cm
- 3
,所有北向整株木材基本密度的平均数为
0. 351 7 g· cm - 3 ,与南向整株木材基本密度 D s
(0. 351 5 g·cm - 3 )相差不大 ,配对样本 T检验的结
果为南北方向整株木材基本密度的差异不显著
( P = 0. 957 7)。
表 1　日本落叶松南北方向 P ilodyn探测值和生长锥木芯基本密度值
项目 平均值 标准差 最小值 最大值 变异系数 /%
Pn 14. 69 2. 44 10. 0 22. 6 16. 6
Pilodyn探测值 (1) /mm Ps 15. 50 2. 76 10. 7 24. 2 17. 8
Pa 15. 10 2. 47 10. 4 23. 4 16. 4
D n 0. 351 7 0. 023 1 0. 290 0 0. 409 9 6. 6
D s 0. 351 5 0. 024 2 0. 303 5 0. 425 1 6. 9
木材基本密度 (2) / ( g·cm - 3 ) D a 0. 352 3 0. 021 6 0. 303 1 0. 417 2 6. 1
D no 0. 367 7 0. 032 3 0. 304 9 0. 448 2 8. 8
D so 0. 381 8 0. 044 0 0. 290 2 0. 484 6 11. 5
D ao 0. 374 7 0. 031 5 0. 308 3 0. 442 2 8. 4
　　注 : (1)为 Pilodyn探测值 : Pn为北向木材 Pilodyn探测值 , Ps为南向木材 Pilodyn探测值 , Pa为 Ps和 Pn的平均值。 ( 2)为生长锥木芯基本
密度值 : D so为南向外侧 25 mm木材基本密度 ; D no为北向外侧 25 mm木材基本密度 ; D ao为外侧 25 mm木材基本密度平均值 ; D s为南向整株
木材基本密度 ; D n为北向整株木材基本密度 ; D a为整株木材基本密度平均值。
3. 2　日本落叶松 P ilodyn探测值和木材基本密度
的相关关系
　　由表 2可知 : Pilodyn探测值 Pn、Ps和 Pa与外侧
木材的平均基本密度 Dao呈极显著负相关 ,相关系数
为 - 0. 527 5、- 0. 577 9、- 0. 582 7,大于 Pn、Ps和 Pa
与整株木材的平均基本密度 (D a)的相关系数。
表 2　P ilodyn测定结果与木材基本密度的相关关系
项目
外侧木材基本密度
D no D so D ao
木材基本密度
D n D s D a
Pn - 0. 522 5 (0. 000 1) - 0. 372 2 (0. 000 2) - 0. 527 5 (0. 000 1) - 0. 431 3 (0. 000 1) - 0. 464 0 (0. 000 1) - 0. 502 9 (0. 000 1)
Ps - 0. 511 3 (0. 000 1) - 0. 452 6 (0. 000 1) - 0. 577 9 (0. 000 1) - 0. 378 1 (0. 000 2) - 0. 471 1 (0. 000 1) - 0. 475 6 (0. 000 1)
Pa - 0. 543 0 (0. 000 1) - 0. 436 2 (0. 000 1) - 0. 582 7 (0. 000 1) - 0. 423 7 (0. 000 1) - 0. 491 7 (0. 000 1) - 0. 513 4 (0. 000 1)
　　注 : df = 95,括号内为显著性概率
3. 3　日本落叶松 P ilodyn探测值与木材纤维特性
和生长的相关关系
　　由表 3可知 : Pilodyn探测值 Pn、Ps和 Pa与早
材管胞长、早材管胞宽的相关关系均不显著 ( P >
0. 05) ,而 Pn、Ps和 Pa与晚材管胞长和晚材管胞宽
呈极显著的负相关关系 ( P < 0. 001) ,相关系数分别
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为 - 0. 314 8、- 0. 444 0、- 0. 403 1和 - 0. 308 3、
- 0. 311 6、- 0. 325 9。南向探测值 ( Ps)与晚材管
胞长、晚材管胞宽的相关系数大于北向探测值 ( Pn)
与晚材管胞长、晚材管胞宽的相关系数。Pn、Ps和
Pa与胸径 (DB H )呈极显著的负相关 ,相关系数分别
为 - 0. 410 0、- 0. 352 3、- 0. 398 7。
表 3　P ilodyn探测值与木材纤维特性、生长的相关关系
项目
木材纤维特性
早材管胞长 早材管胞宽 晚材管胞长 晚材管胞宽 胸径
Pn - 0. 000 8 (0. 993 8) - 0. 056 4 (0. 586 9) - 0. 314 8 (0. 001 9) - 0. 308 3 (0. 002 4) - 0. 410 0 (0. 000 1)
Ps - 0. 081 6 (0. 431 7) - 0. 056 0 (0. 589 7) - 0. 444 0 (0. 000 1) - 0. 311 6 (0. 002 1) - 0. 352 3 (0. 000 5)
Pa - 0. 046 0 (0. 658 0) - 0. 059 1 (0. 596 4) - 0. 403 1 (0. 000 1) - 0. 325 9 (0. 001 3) - 0. 398 7 (0. 000 1)
　　注 : df = 95,括号内为显著性概率
3. 4　日本落叶松 P ilodyn探测值贡献率的剖分
Pilodyn探测值与其它性状之间的关系可用多
元回归模型表示 :
Y = B 0 + B 1 X1 + B 2 X2 + B 3 X3 + B 4 X4
　　由表 4可知 :各回归方程呈极显著相关。对日
本落叶松北向 Pilodyn探测值贡献率最大的是北向
木材基本密度 D n ( 38. 5% ) ,依次是晚材管胞长
(30. 6% ) ,而胸径 (17. 3% )和晚材管胞宽 (13. 5% )
的贡献率相差不大。南向 Pilodyn探测值贡献率的
排序与北向稍有不同 ,胸径贡献率超过晚材管胞长
的贡献率 ,但贡献率最大的是南向木材基本密度
(37. 2% )。几个方程均是木材密度对 Pilodyn探测
值的贡献率最大 ,所以 Pilodyn的变化和木材密度的
变化联系最紧密。
表 4　P ilodyn探测值与其它性状的多元回归分析
项目
估计参数的偏回归系数
Pn Ps Pa
估计参数的显著性概率
Pn Ps Pa
各因子的贡献率 / %
Pn Ps Pa
常数 (B 0 ) 46. 498 8 58. 559 4 55. 150 8 0. 000 1 0. 000 1 0. 000 1
木材密度 D n /D s /D a ( X1 ) - 38. 326 3 - 45. 687 4 - 50. 145 4 0. 000 1 0. 000 1 0. 000 1 38. 5 37. 2 40. 4
胸径 (X2 ) - 0. 230 6 - 0. 183 6 - 0. 197 2 0. 005 1 0. 034 4 0. 009 7 17. 3 26. 1 19. 9
晚材管胞长 (X3 ) - 0. 002 9 - 0. 006 6 - 0. 004 7 0. 082 1 0. 000 3 0. 002 8 30. 6 16. 1 23. 4
晚材管胞宽 (X4 ) - 0. 263 5 - 0. 208 1 - 0. 233 8 0. 025 0 0. 098 2 0. 032 9 13. 5 20. 6 16. 3
图 1　日本落叶松 Pilodyn探测值 ( Pa)与木材外侧基本密度 (D ao)和整株木材基本密度 (D a)的关系
3. 5　日本落叶松 P ilodyn探测值和木材密度回归
模型的建立
　　日本落叶松各个方向的 Pilodyn探测值和对应方
向上木材密度的关系可用线性方程 y = b + ax表示 ,各
个方向上 Pilodyn和对应的木材密度均存在极显著的
回归关系 (P <0. 000 1) ,各参数值和方程的决定系数如
表 5所示。使用整株树木的 Pilodyn探测值 ( Pa)预测
的木材基本密度 (Da)和木材外侧基本密度 (Dao)的线
性方程如图 1所示。由图 1可知 , Pa与 Dao间方程的
决定系数为 0. 443 9,大于 Pa与 Da间方程的决定系数
(0. 263 6) , Pilodyn既可以预测木材的基本密度 ,也可以
预测木材的外侧基本密度 ,而且预测效果比前者好。
表 5　P ilodyn测定值与木材基本密度的回归分析
y x a b 决定系数 ( R2 ) 显著性概率 ( P)
D n Pn - 0. 004 093 0. 411 8 0. 186 0 0. 000 1
D s Ps - 0. 004 121 0. 415 4 0. 221 9 0. 000 1
D a Pa - 0. 004 439 0. 419 9 0. 263 6 0. 000 1
D no Pn - 0. 006 917 0. 469 3 0. 273 0 0. 000 1
D so Ps - 0. 007 200 0. 493 4 0. 204 9 0. 000 1
D ao Pa - 0. 007 300 0. 480 5 0. 339 5 0. 000 1
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第 1期 朱景乐等 : Pilodyn在日本落叶松活立木材性指标预测中的应用
4　结论和讨论
(1)日本落叶松南向木材的 Pilodyn平均值为
15. 50 mm,比北向木材的 Pilodyn平均值高 5. 5%。
利用饱和含水量法测定的日本落叶松树干南向外侧
的木材基本密度平均值为 0. 381 8 g·cm - 3 ,比北向
外侧木材基本密度 (D no)高 3. 8% ;北向整株木材基
本密度 D n平均值为 0. 351 7 g·cm - 3 ,与南向整株
木材基本密度 D s相差不大。配对样本 T检验得到
木材的外部密度和 Pilodyn探测值南北两向均存在
显著差异的结果 ,说明了 Pilodyn探测值能得到和木
材外部密度一致的检验结果。
(2) Pilodyn探测值 Pn、Ps和 Pa与外侧木材的
平均基本密度 (D ao)呈极显著负相关 ,大于 Pn、Ps
和 Pa与整株木材的平均基本密度 (D a )的相关系
数。Cown[ 5 ] 研究表明 , 辐射松 ( pinus rad ia ta D.
Don)的 Pilodyn探测值与其木材密度呈显著负相关 ,
相关系数高达 0. 96。加拿大 Hall在 18个不同林龄
的白云杉中大批量试用 ,并与传统排水法所测的结
果进行比较以检验其可用性和范围 , Pilodyn的读数
与直测木材密度的相关系数因树种的变动范围是
- 0. 451～ - 0. 564[ 13 - 15 ]。本文的研究结果表明 ,采
用 Pilodyn探测值 Pa能够很好的预测日本落叶松活
立木径向方向外侧部分的木材基本密度 (D ao) ,也
能够预测整个径向方向上木材的基本密度 (D a) ,但
预测效果稍差。因采样方法和不同树种间材性的差
异 ,并未得到 Pilodyn和木材密度间非常高的相关关
系 ,但是也足以证明 Pilodyn在我国日本落叶松幼林
木材密度预测中应用的可行性。在进行过严格试验
设计的华山松 ( P inus a rm and ii Franch. )、毛白杨
( Populus tom entosa Carr. )及日本落叶松试验林中进
行测试 ,试验的精度有较大的提高 [ 16 - 18 ]。
(3) Pn、Ps和 Pa与胸径 (DB H )呈极显著的负
相关 ;北向探测值 ( Pn)与胸径 (DB H)的相关系数较
南向探测值 ( Ps)与胸径 (DB H )的相关系数大。木
材基本密度 (D a)对 Pilodyn探测值 ( Pa)的贡献率最
大 (40. 4% )。Pa与 D a和 D ao均存在极显著的回
归关系 ,显著性概率小于 0. 000 1。
(4) Pn、Ps和 Pa与晚材管胞长、晚材管胞宽呈
极显著的负相关关系 ( P < 0. 001) ,南方探测值 ( Ps)
与晚材管胞长和晚材管胞宽的相关系数大于北向探
测值 ( Pn)与晚材管胞长和晚材管胞宽的相关系数。
日本落叶松 Pilodyn探测值 ( Pa )与木材纤维特性
(晚材管胞长、晚材管胞宽 )存在极显著负相关关
系 ,因此采用 Pilodyn探测值快速预测日本落叶松活
立木的木材纤维特性也存在一定可行性。
参考文献 :
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