全 文 ：第 卷 第 期
年 月
林 业 科 学 研 究
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山杨木材性状及个体内变异的研究 关
顾万春 李 斌 郭文英 张立 菲 骆秀琴
摘要 在山杨主要分布区 省内 , 各抽样 个天然林分 , 每个林分随机抽样 株 。 其中 株伐
倒木作标准材性试验 另 株钻取木芯条测试 。 试验结果 胸径处木芯条的木材密度与纤维长
度等与伐倒木测定结果具有一致性 株内髓心向外水平方向年轮组之间 , 木材密度及纤维长度
的差异都极显著 一 , 两性状随年龄增大而增长 , 符合 “ 曲线 ”与 “ 规律 ” , 木材密度与
纤维长度的相对增长率的最高值分别在 一 与 材性幼 一成龄相关 , 在木材密度
与纤维长度性状方面表现不同 , 主要性状在 一 进行早期选择具有合理性 。
关链词 山杨 、 木材密度 、 纤维长度 、 个体内变异
木材是森林经营中最为重要的产品 , 提高木材的产量和质量 , 实现人工林 的“优质 、 高产 、
高效 ”是林木育种研究者的共同 目标 。 国内外研究表明 木材密度与纤维长度等是胶合板
材 、 纤维材 、 装饰材的主要材性指标 木材主要性状的种间 、 种源间 、个体间及株 内不同部位
等方面存在较大变异 , 同时又处于较强的遗传控制之下 树种分布区内气象 因子 、 立地质量
及遗传因素共同影响木材性状 但山杨等散孔阔叶树材性受环境影啊较小 , 尤其是木材密度与
纤维性状具有较强的遗传性 , 基因型 又环境互作效应低 通过对种源 、 家系 、 个体的选择 , 可
以 实现对木材密度和纤维等材性性状的改 良 , 一个选种周期可望获得提高平均值 一
的增益〔‘一 〕, 而且这种改 良效果可以持续若干选种周期 。
山杨 、 ’ , 。 , 又称中国山杨 , 分布范围广 , 适应性强 , 是 山区栽培前途
广阔的优 良树种 。 年代中期 , 山杨列入林木良种研究计划 , 仅在黑龙江省部分地区开展试验
研究 , 而山杨材性育种研究尚未开始 。 借鉴美洲山杨和欧洲山杨材性育种研究“环境对木材密
度与纤维影响较小或影响不显著 ”的结论仁’· ’〕, 针对中国山杨的分布特点和生长状况 , 在主要分
布 区 个省采集天然林试材 , 对株内变异 、 群体内个体变异及群体 又种源 间变异趋势进行研
究 。 为材性遗传改 良提供依据 。
材料和方法
试材来源和取样方法
在山杨主要分布 区黑龙江 、吉林 、 辽宁 、 河北 、 山西 、 河南 省 , 各抽样 块林相完整的近
未经破坏的天然林 表 , 分别设置样地 , 以上 。 在每块样地 中 , 随机抽取个体 株
表 , 其 中 株伐倒木 , 按材性试验要求取 圆盘和木段阵 “」也称破坏性取样 另 株用
内径的生长锥在胸径处 , 南北方向钻取木芯 称作非破坏性取样 。
一 一 收稿 。
顾万春研究员 , 李斌 , 郭文英中国林业科学研究院林业研究所 北京 。。。 张 立菲 , 骆秀琴 中国林业科学研究院
木材工业研究所 。
, 年国家自然科学纂金资助课题 “ 杨树材质遗传与参数预测研究” 的部分 内容 。
林 业 科 学 研 究 卷
表 山杨 ‘个天然群体地理生态因子与林分概况
林分郁 立地指数 年均温 年降水量
闭度 ℃
林 成分组分源林土 壤称 起名高拔海度经’度纬曰地点
黑龙江省迎春
吉林省八家子
辽宁省宽甸
河北省青龙
西省关帝
河南省栗川
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暗棕壤 实 萌 杨
。 暗棕壤 实 萌 杨 杂
草甸黑土 实 萌 。杨
灰黑 土 实 萌 杨 杂
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黑褐土 萌 杨 杂
℃
积 温
℃
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借用邻近 气象 站的资料 , 由于气象站的海拔与群体林海拔有一 定差距 , 在温度一栏内每 按士 ℃进行 了换
算 。
表 山杨 个天然群体各 株试材的树龄与生长
迎 春 八家子 宽 甸 青 龙 关帝山 栗 川
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2 室内测试方法
伐倒木的木材基本密度和纤维性状研究 , 按 国家标准 G B 26 7 . 2一81 一 10 一 81 《造纸工
业测试方法》要求进行 。 测定解剖数据采用英国剑桥公司生产的新型图像分析仪 Q 57 。困 。
木芯测定 , 自髓心向外每 5年轮为 1 组 , 最外不足 5 年的归并为一组 。 根据 Sm ith 的饱和
含水量法困测定木材基本密度 ;用常规方法在显微镜 (又 40 ) 下测定纤维长与宽 , 每年轮组内抽
5个样 , 每个样观测 10 根 , 共 50 根完整纤维 。
1
.
3 数据整理与分析
对每份样品测试数据按 G rubbS 准则作粗值剔除 〔’〕, 被剔除值用该样品的均值代替 。 为了
消除髓心至树皮木材体积平方渐增的差异 , 计算性状值时按不同年轮组木材体积加权 。试验数
期 顾万春等:山杨木材性状及个体内变异的研究
据的频率分布检验 、 方差分析 、 回归相关分析等 , 采用常规统计方法 [s] 。
2 结果与讨论
2.1 木芯条与伐倒木法测定山杨材性性状 , 结果具有一致性
6 个山杨群体树龄变幅 25 ~ 30 年生左右 , 属于成熟林至中龄林 。 考虑到年龄的可比性 , 对
木芯试样和伐倒木试材统一比较 1一 30 年生平均的木材密度 、纤维长 、 纤维宽和纤维长宽 比 。
对于伐倒木 中关帝山与亲川 2个群体不足 30 a 的数值 , 采用趋势外推方法插值[8] 。 表 3 可知 ,
木材密度 、 纤维长 、宽及长宽比 , 木芯条测定均值与伐倒木全树测定均值都具有一致性 。 另外 ,
木芯与伐倒木两种取材测定值 , 分别与年轮组回归结果的回归系数 (户之间的 u 检验表 明 , 纤
维性状两种取材测定结果具有一致性 , 木材密度因伐倒木未分组观测未能比较 , 但依据以上分
析可以认为 , 根据胸高处取木芯条测定样品值 , 可以合理地估算出树干材性性状的平均值[s] ,
采用非破坏性木芯条取样 , 具有足够的实验依据 。 同时 , 由于这种相关性高度显著 , 木芯条测定
的木材密度和纤维长等样品值 , 可以直接用于株间、 家系间和群体间的变异性和遗传性研究 。
表 3 1一30 年生山杨木材基本密度 、纤维等两种试验方法结果¹
性 状 方 法 间 比 较 两种测定方法与年龄的 回归系数间
“ 检验º
木芯值
伐倒木值
平均值
1.020 51.0 70 3
2.117
2.069
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0 . 0 7 3 4
0 . 1 0 0 9
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5 8 8 0
0 . 9 4 7 1
0 . 9 2 3 5
木芯值
木芯值
0 .011 4
0 .008 2
N S
0 .460 0
0.870 2
0.864 4
伐倒木值 47.97
51.28
1.373 8
3 .312 2
N S
0.925 4
0.792 7
0.778 6
0.020 18 N S
0.016 3 7 1.072 4
0.000 109 N S
0.000 156 0.336 5
0.006 4 7 N S
0.007 2 5 1.545 9
木芯值
伐倒木值
0.443 6
0.472 1
0.031 8
0 .034 8
N S
0 .60 5 0
0.972 3 0.001 7 3
¹ 木芯观测值每群体 15 样株 , 6 群体共 90 个样本量 ;伐倒木观测值每群体 5 样株 , 共 30 样株 ;木芯条 5 年 1 个测
试单元 , 采用两个 回归系数比较 ;伐倒木木材密度测定值未分组 。 º 加权回归的对 比双方都是大样本 , 故对 回归系数采
用 u 检验 :u = (占, 一占2) /口伪1一占2) ;口伪 , 一占2) = 〔。子/z、1 + 。圣/222〕’/ , , u o . 。5一 1 . 96 , u o . 。1 = 2 . 5 5 。
2
.
2 株内水平方向木材密度与纤维长度的变异模式
山杨木材密度和纤维长度有着相似的变异模式 。 自第 1 年至第 30 年生 , 即由髓心向外的
年轮区域内 , 两性状都是随年龄递增而增大 , 年轮组间差异显著(F 一 n . 24 7 , a 一 0. 01 ) 。 经年
代与密度 、 年代与纤维长的回归分析的拟合 , 密度与纤维生长均符合 “R . Pe a r l 曲线 ” , 即“ S 曲
线” ( 图 1) 。 回归公式相关系数(r) 和预测相对误差 (E , % ) 如下 :
夕s‘; = 0 . 6 / ( 1 + 0 . 1 4 3 g e 一 “ ““8 ‘)
夕二: = 1 . 3 / ( 1 + 0
.
4 6 3 e 一 。
· ““ )
= 0 . 9 8 2 I E ( % ) = 1 4
. 5 9 ( % )
= 0 . 9 7 9 I E ( % )一 1 3. 3 6 ( % )
研究结果反映 了 , 上述两性状的生长曲线基本上代表了中国山杨的径向变异模式 。研究还
表明 , 山杨木材密度相对增长率比纤维长向后延迟 s a 左右(表 4) 。 木材密度径向变异自髓心
至树皮呈曲线增加 , 在 n 一20 年生的 2 个年轮组是密度增长最快阶段 , 相对生长率占63 .3% ,
成熟材区域约 20 ~ 25 a 时趋向平缓 , 21 ~ 30 a 生的相对增长率仅为 18 .8% ;山杨纤维长度的
径 向变异与 “S a ni 。 规律 ”基本吻合 , 即 自髓心向外的 s a 至 25 a 左右时 , 纤维长度逐渐增加 , 6
林 业 科 学 研 究 7卷
一15 年生 2 个年轮组相对增长率达67 .2 % , 尔
后趋向相对稳定 。
木材学研究提 出[z] , 成熟龄树干 的木材分
成两部分 , 即近髓心的幼龄材和近树皮的成熟
材 , 同龄树木内幼龄材的结构特性和材性都劣
于成熟材 。 幼龄材与成熟材相 比 , 密度较小 , 纤
维较短 , 纤 维素少 , 半纤维素多 , 木材力学性质
差等 。 根据山杨木材密度和纤维长两性状径向
变 异曲线 , 在距髓心 6一 20 年轮 区域 , 15 一 20
年生左右出现 明显转折 。 因此 , 研究提议 , 如果
仅根据这两个性状的径向变异来大致划分 山杨
的幼龄材和成熟材的话 , 那么 15 一20 年轮区域
可 以认为是山杨幼龄材与成熟材 的过渡 阶段 。
依此估算 , 30 一 50 年生山杨幼龄材的材积约占
8% 一1 9% 。
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干轮数(a )
图 l 山杨 6 群体 90 样株年平均木材容重 、
纤维长度逐年龄生长曲线
应该提 出 , 同一树种 内不同群体 、 不同个体因其生长 (速率 )型的差异 , 材性变化及径向变
异模式也存在较大变化 。 有关山杨个体间径 向变异的 内容 , 留待另文报道 。
表 4 山杨 6 群体 90 样株 6 个年轮组木材密度与纤维长比较
年轮组
(a )
年轮组均木材密度 年轮组均纤维长
(g/em 3)
0.370 6
组间差值 组 间相对增 长率¹
(g /em 3) (% ) (m n , )
0
.
8 0 8
组间差值
(m m )
组间相对增长率¹
(% )
0.01 1 6 0. 13 2
6~ 10 0. 382 2 0.940
0.030 6 0.07 6
11~ 15 0.412 8 1.0 16
0.021 1 0.05 }
16~ 20 0.433 9
0.009 5 0.03 6
21~ 25 0.443 4
067
103
0.005 2 0.015
26~ 30 0.448 6 1.118
¹ 组间相对增长率 (% )是指组间差值占 6个年轮组总生长量的比值 。
2
.
3 山杨木材密度 、纤维长度的幼一成龄相关及早期预测
以上分析表明 , 山杨成熟材树龄约在 15 ~ 20 年生 以后 , 从时间上制约了山杨育种的材性
早期选择工作 。 那么 , 如何提早 山杨材性测定年限和提高选择效率呢? 从现有资料来看 , 材性
预测主要从两个方面着手 :(1) 根据幼 一成龄相关来估计 ;(2) 依据亲一子 回归 , 即遗传力大小
来估测 。 根据 6个群体 90 株木芯测试资料 , 采用幼一成龄相关方法可进行山杨木材密度与纤
维长度的早期预测和年限选择 。
表 5所示 , 木材密度不同年轮组相关程度变动较大 , 5 年轮组 (即 1一s a 均值 , 以下类推)
与 10 年轮组 、 15 年轮组相关值分别为 0.9 1 2 与 0.729 2 , 决定系数(r 2)达 0.53 以上 , 估测相
期 顾万春等:山杨木材性状及个体内变异的研究 565
表 5 山杨材性不同年轮组回归与相关比较
性状 年轮组(a) 回 归 方 程
相关系数
(r)
决定系数
(rZ)
估侧相对
误差 (% )
5 与 10 0.378 6/0.328 6
5 与 15 0.390 4/0.368 2
5 与 20 0.398 1/0.368 2
5 与 25 0.405 2/0.368 2
5 与· 3 0 0 . 4 1 2 6 / 0 . 3 6 8 2
木材密度 10 与 15 0 · 3 9 0 4 / 0 . 5 7 5 6
( g /
e
m
3
) 1 0 与 20 0.395 2/0.375 6
10 与 25 0.405 2/0.378 6
10 与 30 0.412 6/0.378 6
15 与 20 0.398 1/0.390 4
15 与 25 0.450 2/0.390 4
15 与 30 0.412 6/0.390 4
乡- 一 0.0 2 6 7 + 1 . 0 9 2 o x
夕= 0.126 7 + 0.716 2二
乡~ 0.196 7 + 0.546 9二
夕= 0.207 6 + 0.536 7x
夕= 0.249 0 + 0.449 Zx
夕= 0.050 3 + 0.898 lx
夕= 0.093 9 + 0.800 7二
夕= 0.104 4 + 0.804 7了
乡= 0.115 6 + 0.784 4x
夕~ 一 0. 0 0 1 3 + 1. 0 2 3 lx
夕= 0 000 1+ 1.037 3x
夕一一 0. 0 3 8 5 + 1. 1 5 5 sx
0 . 9 9 1 2
0 . 7 2 9 2
0 . 5 2 1 3
0 . 5 0 3 1
0 . 3 4 5 8
0 . 8 9 0 6
0 . 7 4 3 3
0 . 7 3 2 3
0 . 5 9 4 8
0 . 9 5 8 7
0 . 9 4 7 0
0 . 8 8 3 6
0 . 9 8 2 5
0 . 5 3 1 7
0 . 2 7 1 8
0 . 2 5 3 1
0 . 1 1 9 6
0 . 7 9 3 2
0 . 5 5 2 5
0 . 5 3 6 3
0 . 3 5 3 8
0 . 9 19 1
0 .8 96 8
0 .7 80 7
2 . 5 3
1 1 . 1 9
1 4 . 1 6
1 4 . 7 9
1 9 . 0 0
7 . 4 4
1 1 . 4 5
1 1 . 8 9
1 6 . 2 8
4 . 9 0
5 . 5 2
7 . 8 0
纤维长度
(m m )
5 与 10
5 与 15
5 与 20
5 与 25
5 与 30
0.938 2/0.808 1
1.061 6/0 .808 1
1.061 6/0 .808 1
1.098 3/0 .808 1
1.111 7/0 .808 0
乡= 0.226 6 + 0.880 sx
夕一0 . 2 7 7 6 + 0 . 9 0 8 lx
夕= 0.248 1+ 1.006 4J
夕= 0.388 2+ 0.878 6了
夕~ 0.263 9+ 1.048 sx
0.994 3
0.957 4
0.933 6
0.876 9
0.930 7
0.988 6
0.9 16 6
0.8 71 6
0.7 69 0
0.8 66 2
5.57
6. 16
8. 34
9.99
8.97
对误差较小 ;5 年轮组与 20 年轮组以后相关较低 , 决定系数在 0. 27 以下 , 估测相对误差也偏
大 。 10 年轮组与 20 、 25 两个年轮组相关密切 , 与 30 年轮组相关程度下降 , 决定系数 0.353 8 。
15 年轮组与以后年轮组高度相关 , 因此 , 山杨木材密度的早期预测年限应定在 10 ~ 15 a , 若以
20一3o a 为成熟材龄级的话 , 巧 年轮组时(即 n 一15 a) 进行早期选择把握很大 。 木材纤维长
度的早期预测 , 可在 5 年轮组至 10 年轮组进行 , 它们与 10 ~ 30 a 的相关都很密切 , 或者说 5
年轮组时的纤维长度与 20 一30 年生时的相似程度达 76 .9% 以上 。 若将山杨木材密度与纤维
长度当作工业材主要指标也可早期选择 , 其综合早期选择年限定在 10 ~ 15 年生是适宜的 。
参 考 文 献
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林 业 科 学 研 究 7卷
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