全 文 ：林 业 科学 研究 1 9 9 5 , 8 (5 ) : 5 4 4 ~ 5 4 9
F o re s t R e s e a r c h
火炬松纸浆林材性变异和优质
原料培育期的确定 ‘
徐有明
摘要 16 年生火炬 松纸浆材性状研究表明 :管胞长度径向呈递增稳定的模式 , 纵向呈递减变
化 ;其长宽比变异类似于管胞长度的变化 ;管胞长度变化范围为 1 . 4 03 一 4 . 4 56 m m , 长宽比为46 . 7
一 7 0 . 1 , 腔径比为 0 . 7 1 1 ~ 0 . 7 8 6 , 壁腔 比为 0 . 5 8 2~ 0 . 4 9 6 。 基本密度径向由 0 . 3 2 4 9 / e m 3 递增到
0
.
42 8 9 /c m
3 ;纵向递减 , 其均值变动于 0 . 3 14 ~ 0 . 40 1 9 /c m , ; 株间木材密度均值与管胞长度两性状
不相关 。 纤维素含量由髓心附近 37 . 04 % 递增到 树皮附近 43 . 91 % , 木素 、多缩戊糖含量分别由
2 8
.
7 8 %
、
1 4
.
5 9 % 递减到 25 . 74 写 、 12 . 05 % , 其苯醇抽出物含量变化在 2 . 12 % 一 8 。 38 %之间 。 火炬
松木材幼龄期约为 10 ~ 13 a 。 基于火炬松木材各树龄材性的变化 , 结合生长量指标 , 确定其短 周期
纸浆林适宜采伐树龄约为 12 一 13 a 。
关键词 火炬松 、 纸浆材 、 材性变异 、 优质原料培育期
火炬松 (Pi n us tae d a L . )原产于美国东南部 , 由于生长迅速 、材质好 , 适应性强 , 亚热带地
区 已广泛引种栽培 。 我国 70 年代中期开始大面积营造火炬松人工林 , “八五 ”规划中已将火炬
松列入短周期工业材定向培育的主要树种之一 。 南方各省正在积极地扩大火炬松造林面积和
开展纸浆林定向培育的研究 。 本文就火炬松纸浆材有关材性指标(管胞形态 、 木材密度及化学
组分含量)的变异及优质原料培育期进行研究 , 为火炬松材质改 良、营林培育和木材的合理利
用提供理论依据 。
1 材料与方法
1
.
1 材料
5 株 16 年生长势中等的火炬松试材 (表
1) 采 自湖北省当阳市郭家场林场 , 林分初植
密度为 1 6 65 株 / hm Z 。 样木伐倒后 , 在 0 . 3 、
1
.
3
、
3
.
3
、
5
.
3
、
7
.
3
、
9
.
3 m 等树高 处截取 2 、
3
、
4 Cm 厚圆盘各一个 , 分别用于管胞形态 、
基本密度和化学组分含量的测定 。
样木号
树高(二 )
脚径(c 二 )
材积(二3 )
表 l 火炬松样木基本情况
5 1 5 2 5 3 5 4 55
1 1
.
7 1 1
.
1 1 1
.
4 10
.
4 1 1
.
9
2 2
.
3 1 9
.
4 2 1
.
9 18
.
3 2 5
.
7
0
.
2 3 5 9 0
.
17 9 6 0
.
2 0 9 5 0
.
1 1 9 5 0
。
3 0 0 7
L Z 试验方法
每个圆盘上沿直径方 向截取 2 一 4 c m 宽的中心试条 , 在试条上由髓心向外逐轮取样测定
1 9 9 3一 10一 2 5 收稿 。
徐有明副教授 (华中农业大学 武汉市 43 。。70) 。
, 1” l 年湖北 省自然科学基金资助项 目“湖北 省纸浆材树种木材材性变异的研究 ”部分研究内容 , 并于 1 9 9 4 年得到 国
际科学基金 (IF S) 资助 。
4 期 徐有明 :火炬松纸浆林材性变异和优质原料培育期的确定
材性 。 管胞长度 、宽度采用离析法测定 〔’〕, 胞壁厚度 、胞腔直径在木材横切面切片上量取 (4 0 0
倍 ) , 再计算壁腔比 、腔径 比(柔韧系数 )[ ‘〕。基本密度用排水法 。纤维素含量采用硝酸乙醇法 , 苯
醇抽出物 、木素和多戊糖含量分别按 G B 2 6 7 7 . 7 一 5 1 、 G B 2 6 7 7 . 8一 5 1 和 G B 2 6 7 7 . 9 一 8 1 要求进
行测试 。
2 结果与讨论
2
.
1 管胞长度的变异
图 1 表明火炬松木材管胞长度径向由髓心
向外开始直线增加 , 当 8 ~ 12 轮时 , 增加速度明
显减慢 , 12 轮后基本上趋于稳定 , 其径 向变异
模式可归于 Pas hi n 皿类型〔, 〕。 管胞长度与生长
轮年 龄间关 系均 可用方程 Y 一A + B X 一 C X ,
(A
、
B
、
C > 。常数 , X 镇16 树龄 )来表示 , 其相关
系数均在 0 . 90 一 0 . 9 之 间 , 在 a 一 0 . 01 水平上
检验显著 , 说 明幼龄林 阶段生长轮年龄是影响
管胞长度变化的最主要因子 。 图 1 中火炬松管
胞长度的轴向变异是由树干基部 (0 . 3 m 高处)
.
3 m
.
3 m
日侧搜半加
年轮 ( a )
图 1 火炬松不同年龄管胞长度的径向变化
向上先递增而后减小 , 这与多数针叶材树种管胞长度纵向变异一致川 。 不同之处在于本文树干
基部 0 . 3 m 高 处截面上管胞长度最短 , 主要由于取样树龄 ( 16 a ) 、树干高度 ( 1 0 . 4 一 1 . g m )限
制 , 9 . 3 m 高度以上样品太少难以分析 。 5 株火炬松木材第一轮管胞长度范围为 1 . 4 03 ~ 1 . 9 86
m m
, 其均值为 1 . 6 8 1 m m ; 1 2 一 ] 6 轮之间管胞长度值范围为 3 . 7 3 8 一 4 . 4 5 6 m m , 均值为 4 . 0 98
m m ;轴向 0 . 3 m 截面上管胞长度最短 , 其范围为 1 . 5 67 ~ 3 . 0 12 m m , 均值为 2 . 5 31 m m 。 这些
均说明火炬松 各轮木材管胞长度均大于造纸原料纤维长度 (大于 0 . 90 m m )的基本要求
年轮 ( a )
火炬松不同年龄基本密度的径向变化
0.43.图
(
t日。/的)翅铂潮怜
2
.
2 管胞长宽比的变异
5 株火炬 松管胞长度 与宽度之 比均 值的径
向 、纵向变异均类似于图 1 中管胞长度的变化 (长
宽 比图略 ) 。 髓心附近第一轮 , 管 胞长宽 比值为
4 5
.
1 一 5 3 . 0 , 均值 为 4 8 . 7 , 第 3 轮后其值均大于
5 7
.
9
,
1 2 ~ 1 6 轮管胞长宽 比值变化在 65 . 0 ~ 7 . 7
之间 。 造纸原料纤维长宽 比值要求大于 35 一 45 ,
本文结果表 明火炬松 各轮 木材管 胞长宽 比值较
大 ,均符合纸浆林原料要求 。
2
.
3 基本密度的变异
图 2 表明火炬松木材密度均值由髓心向外开
始直线增加 (l ~ 2 轮因树脂 、树节影响未计入 ) , 9
一 10 a 后递增速度减缓 , 1 2 a 年趋于稳定 , 表明林
木生长此阶段材性趋于成熟 。 髓心附近第 3 轮木
4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6
林 业 科 学 研 究 8 卷
材密度数值低 , 其范围为 。. 30 0 一 0 . 37 2 9 /c m ’ , 均值 0 . 32 4 9 /c m ’; 9一 10 a 后木材密度值变化
在 。. 37 8一 0 . 50 6 9 /c m 3 之间 , 均值为 0 . 4 2 8 9 /c m 3 。纵向木材密度变化趋势是 由基部 o . 3 m 高
处向上稍增至 1 . 3 m 高度后递减 , 0 . 3 一 7 . 3 m 五个高度截面上基本密度均值依次为 0 . 3 93 、
0
.
4 0 1
、
0
.
3 5 4
、
0
.
3 4 2
、
0
.
3 1 4 9 / em
, 。 木材造纸要求木材密度值适宜的范围为 0 . 4 0 ~ 0 . 60 9 /
。m ’[3] , 按此标准速生短周期的火炬松人工林基本密度值稍偏低一点 , 这有待从营林培育 、林木
育种等方面加 以研究 , 提高基本密度数值 。
2
.
4 木材化学组分含量的变化
(次浑僻卑枯兴
次书祷
图 3 为 5 株火炬松胸高圆盘
上 (1 . 3 m 高度 ) 木材化学组分 含
量 的径向变化 曲线 , 纤维素含量
由髓心 附近 1 一 3 轮的 37 . 04 %
( 3 4
.
1 2 % 一 3 9 . 1 4 % )递 增到 12
一 1 4 轮 处 4 3 . 9 1写 ( 4 1 . 1 6 % 一
4 5
.
9 7 % )
, 净增 6 . 8 7 % ; 木素 、多
缩 戊 糖 含 量 由 髓 心 附 近 的
2 8
.
7 8 % ( 2 7
.
7 5 % 一 2 9 . 4 4 % ) 、
1 4
.
5 9 % ( 1 4
.
1 3 % 一 1 5 . 0 8 % ) 向
外递减 , 12 ~ 14 轮值为 25 . 74 写
( 2 4
.
3 9 %一 2 6 . 9 2 % ) 、 12 . 0 5 %
。 1 5 -一介 4 6次 多编戊箱 4 4一 旅, 4 4 2最钱 、州产螃 1 3 ‘。瑟镜 3 5 玄1 2 3 63 4
年轮 ( a )
图 3 火炬 松木材化学组分含量径向变化
( 1
.
7 2 % ~ 12
.
3 8 % )
, 两者净减值分别为 3 . 04 写 、 2 . 54 写 , 这些结果与北美黄杉 (P seu d ot : “g a
m e , , z i e s i i ( M i, b e l) F r a n e o )
、辐射松 ( p . ra d i a ta D . D o n ) 、 湿地松 ( p . e lli o t t i i E n g e lm ) 等树
种川的报道一致 。 苯醇抽出物含量由髓心附近 6 . 78 % ( 5 . 47 % 一 7 . 9 % )递减至 12 轮最小值
2
.
12 % (l
.
46 写~ 2 . “写 ) , 而后递增至 14 轮的 6 . 34 % (2 . 67 肠一8 . 38 写 ) , 这是一种不正常的
变化模式 , 通常苯醇抽出物含量径向上是由髓心向外递减的 [2, 5 · 6」。徐友明川曾在湿地松苯醇抽
出物含量径向变异的研究中也 出现这种反常结果 , 主要原因在于本试验材料采伐前 Z a 开始
采割松脂 , 松脂向外输送积累的结果 , 导致 14 轮含量聚增 。 由于纤维素含量采用硝酸乙醇法 ,
过量的乙醇溶剂已将苯醇抽出物溶解 , 苯醇抽出物含量这种反常的结果并没有导致纤维素含
量径向变异模式的改变 。 木素含量测定前已将苯醇抽出物除去 , 多缩戊糖采用盐酸蒸馏 、二澳
化法定量化学反应测定 。 因此苯醇抽出物含量反常变化并没有影响到木材主要化学组分含量
的径向变异模式 。同时采用硝酸乙醇法测定纤维素 , 纤维素 、木素 、 多戊糖和苯醇抽出物含量之
和一般来说< 1 0 % , 这种测试方法上的局限性也是纤维素 、木素和多戊糖含量径向变异模式
没有因苯醇抽出物 含量变化而受影响的原因之一 。 有关这种测试方法上的优缺点详见文献
「7〕, 本文不再赘述 。
2. 5 幼龄期的确定
木材幼龄期反映了树木木质部形成层原始细胞成熟所需的时间年限 , 幼龄期前形成层原
始细胞分化发育后产生的木材材性极不稳定 ;幼龄期后其产生的木材材性 则相对稳定 。木材利
用时最重要的问题之一是降低其材性的变异性 , 控制其材性在一定范围内 , 合理地利用木材 。
因此缩短木材幼龄期成为林木育种 、营林培育和材性研究的一个重要研究课题 。木材幼龄期的
4 期 徐有明 :火炬松纸浆林材性变异和优质原料培育期的确定
(日)侧平裂枷.日。\J侧拍怜潮
确定通常以胸高位置管胞长度或基本密
度的径向变化曲线来确定 。从图 4 来看 ,
管胞长度稳定期约在 10 一 12 a , 木材基
本密度稳定期为 n 一 1 3 a , 因此火炬 松
木材幼龄期约在 10 ~ 13 a 范围内 , 这与
国外报道的火炬松木材幼龄期 9一 12 a
的结果基本一致 18 ] 。 图 3 、 4 比较结果反
映出各个材性指标的幼龄期有所差 异 ,
如图 3 中纤 维素含量幼 龄期约为 10 一
1 2 a
, 而木素 、 多缩戊糖稳定年限在 13 a
之后 , 这与湿地松 {‘〕、意杨[91 木材 化学成
分含量稳定年限滞后于纤维 (或管胞 )长
度 、基本密度的结论一致 。 图 4 中管胞长
度 、 基本密度之间单株分析均有一定的
年轮 ( a )
各样木胸高处基 本密度与管 胞长度的径向变化
5148523960蜘0.氏。仓0
相关性 ( 5 1 2 、 5 2 2 、 5 3 2 和 5 4 2 样木两者相关系数分别为 0 . 8 5 5 3 、 0 . 8 0 6 0 7 、 0 . 8 6 3 2 和 0 . 7 5 3
8 )
, 但两性状混合分析相关系数仅 0 . 05 8 4 , 即单株基本密度均值大的其管胞长度并不一定是
最长的 (图 4 ) , 基本密度均值小的其管胞长度均值不一定是最短的 , 国外长期研究的结果表明
木材密度与管胞长度性状的遗传是独立的「’。1 , 因此就长纤维的火炬松树种来说 , 其材质改良 、
缩短幼龄期重点在于提高木材密度 、 增加纸浆林单位面积上生物量 , 同时可提高其建筑材种木
材强度 , 而不会影响到纸浆纤维长度的有效性 。 因为造纸原料纤维长度只要求在一定范围内 ,
尤其是木材纸浆主要生产高强度用纸 , 最主要纸张特性是撕裂强度 。 纤维长度超过 3 m m 对提
高纸张撕裂强度没有 多大的增益 。
2
.
6 纸浆材适宜伐龄的确定
利用文献 「5 ]中三个方程 , 年轮材性 、基本密度和材积连年生长量等因子计算给出了火炬
松木材不同树龄材性的具体数值 (表 2 ) 。 木材造纸原料的基本要求是纤维长度 > 0 . 90 m m 、长
宽比 > 45 、壁腔比 < 0 . 1 、腔径 比接近于 0 . 75 一 1 . 。, 基本密度 0 . 40 ~ 0 . 60 9 /c m 3 , 纤维素含量
> 40 %
, 综纤维素含量 ‘’(木素含量一苯醇抽出物近似 1 0 0) > 70 % 。 这些工艺技术指标对于长
纤维的高强度造纸原料火炬松木材来说 , 基本密度和化学组分含量的变化具有一定的指导意
义 , 因为火炬松各树龄木材的管胞形态值均符合造纸工艺技术指标要求 (表 2 ) 。 从表 2 中数据
来看 , 第 4 年开始纤维素含量 > 40 肠 , 综纤维素含量 > 70 写 , 达到纸浆原料化学成分含量的基
本要求 , 理 论上此年龄后幼 龄材可以采伐利用造纸 , 国外也有幼 龄材造纸优越性 一面 的报
道犷6 1 , 但纸张撕裂强度低 、 基本密度值小 、 纸浆得率低 , 而且此阶段材积连年生长量呈上 升阶
段 , 采伐利用显然不合理 。随着树龄增大 , 纤维素 含量逐渐增加 、木素含量减低 、基本密度增大 ;
12 一 13 a 后基本密度近于 0 . 40 9 /c m 3 , 达到造纸原料基本要求 , 纤维素含量 > 43 . 35 写 、木素
含量 < 2 6 . 54 % 、多戊糖含量约 1 2 . 50 % , 综纤维素含量 > 73 . 0 % , 单株材积总生长量为 0 . 125
8 m
3 , 此年龄材性指标 、生长量指标均较佳 。 同时 , 幼龄材造纸撕裂强度低因 12 ~ 1 3 a 时管胞
长度均—1) 按照综纤维素近似公式 , 计算应加 2 . 。% ~ 5 . 0 % 木素含量 , 请参阅 G B 26 ” . 8一 81 .
5 4 8 林 业 科 学 研 究 8 卷
值达 3 . 0 m m 左右而得到明显改善 , 因为纤维长度均值大于 3 . 0 m m 的木浆原料对撕裂强度
没有明显的增益 。 文献〔4」已报道在相同树龄情况下 , 任一林分 (抚育间伐 、初植密度和施肥
等 )株间材性变异幅度均小于同一树种株 内材性的变异 , 因此本文确定火炬松作为纸浆材培
育 , 其适宜采伐林龄约为 12 ~ 13 a 。 由于火炬松数量成熟龄在 25 a 之后 , 其经济效益因纸浆林
集约经营程度而有差异 , 最佳主伐林龄有待今后从经济成熟 、工艺成熟和数量成熟等方面综合
考虑确定 。
表 2 火炬松木材不同树龄材性的变化
树 龄 (a ) 2
7 9 2
.
3 0
.
7 0
7 8 6
3 8 1
3 2 7
.
0 4
.
7 8
.
5 3
l0 ll l2 l3 l4
管胞长度 (m m )
管胞宽度 (拌m )
管胞 长宽 比
管 胞腔径 比
管 胞壁腔 比
基本密度(g / c m 3 )
纤维素 ( 丫 l。一 2 》
木 素 ( 丫 1 0 一 2 )
多缩戊糖 ( 丫 10 一 2 )
材积连年生 长量 ( 丫 10 一 3 m a)
2
.
0 1 6
4 3
.
7 5
4 8
.
4
0
.
7 8 0
0
.
4 0 4
0
.
3 32
3 8
.
56
2 8
.
7 1
1 4
.
3 4
0
.
3
2
.
23 7 2
.
37 2
4 5
.
9 1 4 7
.
2 7
51
.
1 52
.
0
0
.
7 4 4 0
.
7 4 7
0
。
4 3 9 0
.
4 4 2
0
.
34 2 0
.
34 5
4 0
.
3 6 4 1
.
2 6
2 8
.
6 2 2 8
.
3 5
1 4
.
1 2 13
.
8 8
1
.
0 2
.
6
2
.
5 4 1
4 9
.
1 9
5 4
.
6
0
。
7 3 9
0
。
4 1 4
0
.
3 58
4 1
.
8 3
2 8
.
0 4
13
.
6 5
6
.
6
2
.
6 3 3
4 8
.
9 4
5 7
.
8
0
.
7 6 1
0
.
4 4 3
0
.
3 66
4 2
.
1 3
2 7
.
8 6
13
.
4 8
1 2
。
l
2
.
6 7 2
4 8
.
3 2
6 2
.
5
0
.
7 4 5
0
.
4 6 7
0
.
3 7 1
4 2
.
3 9
2 7
.
7 0
1 3
.
3 0
1 0
.
7
2
.
76 4
4 8
.
7 0
6 2
.
3
0
.
7 3 1
0
.
4 1 4
0
.
3 8 1
4 2
.
6 9
2 7
.
4 1
1 3
.
10
1 4
。
5
2
.
87 8
4 8
.
7 1
66
.
6
0
.
7 6 1
0
.
4 7 1
0
.
38 9
4 3
。
0 2
2 7
.
0 1
1 2
.
8 ?
2 1
.
8
2
.
9 57
5 0
。
6 0
65
.
8
0
.
7 3 0
0
.
4 4 8
0
.
3 9 2
4 3
.
1 6
2 6
.
8 2
1 2
.
76
1 5
。
4
3
.
0 59
5 1
.
4 3
6 7
.
6
0
。
7 0 7
0
.
4 8 8
0
.
3 99
4 3
.
3 5
2 6
.
5 4
1 2
.
5 8
3 0
.
0
3
。
1 3 3
5 2
.
5 6
6 8
。
2
0
。
7 1 1
0
.
4 9 6
0
.
4 0 3
4 3
.
4 5
2 6
.
3 6
1 2
.
4 9
2 2
。
4
3
.
20 1
5 2
.
1 0
7 0
。
l
0
。
7 2 6
0
.
4 7 7
0
.
4 0 6
4 3
。
5 2
2 6
。
1 7
1 2
.
4 2
2 2
。
3
.
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参 考 文 献
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: 4 7 一 5 4 .
徐有明 , 魏海春 , 缪玉春 , 等 . 意杨三个无性系木材化学成分的变异 . 东北林业大学学报 , 19 93 , 21 ( 2 ) : 49 ~ 57 ‘
佐 贝尔等 ( 王章荣等译 ) . 实用林木改良 . 哈 尔滨 : 东北林业大学出版社 , 19 90 , 4 07 一 4 5 1 .
4 期 徐有明 : 火炬松纸浆林材性变异和优质原料培育期的确定 54 9
V a r ia tio n in W o o d C ha r a e te r is tic s a n d R o ta tio n A g e
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