全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & & 年 # 月
林 业 科 学
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人工授力欧美杨 &%" 杨不同倾斜角度苗木的
微纤丝角%基本密度和轴向干缩率&
刘亚梅6刘盛全
"安徽农业大学林学与园林学院6合肥 $7%%7A$
摘6要!6以 A% 株 $ 年生欧美杨 &%" 杨为研究对象!在生长季节开展人工倾斜树干试验!将苗木分成 ? 组"每组 &$
株$与垂直方向倾斜成不同的角度"%_!&?_!7%_!!?_和 A%_$!苗木生长 ! 个月后开始在树干最外围年轮次生木质部
取样!分应拉区和对应区对其微纤丝角%基本密度和轴向干缩率进行测定分析& 结果表明’ &$ 随着倾斜角度的增
加!应拉区和对应区微纤丝角均呈递减趋势!应拉区微纤丝角比对应区小!方差分析表明不同倾斜角度和区域对微
纤丝角影响显著# $$ 随着倾斜角度的增加!应拉区基本密度呈增大趋势!对应区基本密度先增大后略有减小!应拉
区比对应区基本密度大 ?2"d b&!2!d!方差分析表明不同区域对基本密度影响显著!不同倾斜角度和角度与区域
交互作用对其影响不显著# 7$ 随着倾斜角度的增加!应拉区轴向干缩率先增大后减小!对应区呈减小趋势!应拉区
轴向干缩率是对应区的 &2% b$2% 倍!方差分析表明不同区域对轴向干缩率影响显著!不同倾斜角度和角度与区域
交互作用对其影响不显著# !$ 应拉区和对应区轴向干缩率与微纤丝角之间均呈负相关!应拉区和对应区轴向干缩
率与基本密度之间均呈负相关&
关键词’6欧美杨 &%" 杨# 应拉木# 微纤丝角# 基本密度# 轴向干缩率
中图分类号! ’"#&2$&666文献标识码!-666文章编号!&%%& @"!##"$%&&#%# @%&&? @%A
收稿日期’ $%%B @%B @%"# 修回日期’ $%%B @&% @&%&
基金项目’ 国家自然科学基金"7%A"&A!&$ &
&刘盛全为通讯作者&
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O=4<=P=TDD;FD5!$[0;SF8=T;0P=J;=1D<41FD<"= -’/2)’6>$G3%329-3+/,-+*"/(/ 7+FWD0# SF林 业 科 学 !" 卷6
66应拉木是树木中的非正常木材组织!通常是指
阔叶材在外力作用下形成的弯曲树干或树枝试图恢
复到它原来位置!从而在倾斜树干上部形成的解剖
和物理力学性质明显不同的木材 "IKFF1F;-./%F!
&B#B$& 应拉木不仅出现在倾斜%弯曲和偏冠的树
木中!而且大量出现在速生杨树的垂直树干中 "鲍
甫成等!&BB"$!是人工林杨树培育过程中的主要缺
陷之一"李坚!&BB?# ,K=JD3S-./%F! $%%&# (03SD/%F! $%%!$& 由于应拉木在加工过程中往往伴随着
产生干燥应力!锯材起毛%翘曲!人造板胶压时开胶!
制浆造纸撕裂强度低等各种缺陷!使得应拉木的研
究成为与木材科学%木材加工工艺学等密切相关的
热点方向&
应拉木在形成过程中各木材组织"纤维%导管%
木射线和微纤丝角等$的变化导致其物理力学性质
与正常材不同& 各木材组织和物理力学性质的变化
在解释应拉木特殊的性质中都必须考虑到 "jD=OF;
-./%F! &BA?$& 由于微纤丝角对木材的物理力学性
质有很大影响!而在这些物理力学性质中基本密度
与轴向干缩率是评价木材性质的重要指标!因此!对
应拉木微纤丝角%基本密度和轴向干缩率的研究就
变得非常重要& 尽管过去对应拉木微纤丝角%基本
密度和轴向干缩率有很多研究 "-;4D&B"%# D^JD-./%F! &BBA# (1D=;-./%F! $%%7$!但大多
集中在对成熟材倾斜树干的测试方面!至今对应拉
木形成过程中微纤丝角%基本密度和轴向干缩率演
化规律缺乏了解!特别是采用人工授力树干分应拉
区和对应区来研究应拉木木材性质的变化及相互关
系在国内外还罕见报道&
本文以欧美杨 &%" 杨 ">$G3%329-3+/,-+*"/(/
7+FWD0$为研究对象!在相同环境和立地条件下!先
在春季通过营养盆培育杨树苗木!再在生长旺盛时
期人工控制树干的倾斜角度!跟踪测定不同倾斜角
度下杨树应拉木应拉区和对应区的细观构造!分析
不同倾斜角度和区域对微纤丝角%基本密度和轴向
干缩率的影响程度!以及微纤丝角%基本密度和轴向
干缩率之间的关系& 以期揭示杨树人工授力树干应
拉木的形成规律!从而为在人工林营林培育和木材
加工利用中有效地控制应拉木!减少应拉木缺陷造
成的损失&
&6材料与方法
@?@A试验材料
$%%" 年 ! 月初!于安徽农业大学的实验苗圃地
内种植了 A% 株 $ 年生的欧美杨 &%" 杨!所选苗木平
均高度为 &!? T8!平均地径为 &2& T8& 苗木栽植在
营养盆内!分 ? 组栽植!每组 &$ 株!采用相同的措施
进行管理& 至 ? 月!将 ? 组幼苗与垂直方向倾斜成
不同的角度’%_!&?_!7%_!!?_和 A%_"图 &$& 为了避
免外界对树木生长的干扰!每株苗木自地面高度往
上用一根 $ 8长的竹竿固定住并使用宽的塑料扎带
捆扎住树干和竹竿&
图 &6苗木人工倾斜示意
[=45&6’TKF8DS=TR=D4;D8P0;D;S=P=T=D1=@?>A试验方法
&2$2&6试样的选取6不同倾斜角度的苗木经过一
段时间生长后!自 $%%" 年 B 月"树龄为 7% 个月$至
$%%B 年 7 月"树龄为 !$ 个月$每隔 7 个月测定树干
的生长应力!每组测定完生长应力后!从每组中砍伐
& 株试样!依次从树干 &h7 高处截取轴向 $ T8长的
幼茎 & 节和 7 T8长的幼茎 $ 节!分别用于测定微纤
丝角%基本密度与轴向干缩率& 所选部位为树干最
外围年轮的次生木质部!试样地径与树龄如表 &
所示&
&2$2$6测量方法6试样从树干部位采集后首先划
分成 $ 个区域’ 以髓心为分界点倾斜树干上部为应
表 @A不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨地径
9$,E@A9*",$)$#2&$4"%"/’5+’+#$/)N7@ZO( &(5&K"
%&4")-&%*2&55"/"(%&(1#&("2$(I#")14
角度
-<41Fh"_$
树龄 -4Fh807% 77 7A 7B !$
% &2$% &2B% &2"% &2#& &2B?
&? &2!% $27% $2A% $2&B &2&A
7% &2B% &2B% $27% &27? &2!&
!? $2%% $2$% $27% &2BB &2?%
A% $2&% $2?% $27% &2B! $2&7
拉区"SF应区"0GG0O=SFV00R D;FD! iI$& 微纤丝角的测定方
法是’将 $% %8厚的弦切面切片!经脱木素%染色和
固定处理!使用偏光显微镜测量 $ b7 个切片!随机
A&&
6第 # 期 刘亚梅等’ 人工授力欧美杨 &%" 杨不同倾斜角度苗木的微纤丝角%基本密度和轴向干缩率
测取 7% 根纤维的微纤丝角!取平均值!得出该试样
的微纤丝角& 基本密度和轴向干缩率的测量方法
是’将应拉区和对应区从树皮向髓心依次制成
7% 88"轴向$ 9? 88"径向$ 9? 88"弦向$的长方
体试样!尽量多取# 然后把 $ 个不同区域的试样浸
泡在水中!至试样尺寸稳定后测量其饱和体积"R4$
和饱和轴向尺寸"中烘至绝干!测量其绝干质量"E0$和绝干轴向尺寸
"<0$& 其基本密度" JDO=TRF向干缩率"10<4=S3R=计算’
L^J
E0
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.’ J <( )O N&%%[& "$$
&2$276数据处理方法6采用 *QTF1及 ’Z’’ 软件对
数据进行分析处理&
$6结果与分析
>?@A不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉木应拉区和
对应区微纤丝角的变化
微纤丝角是次生壁 ’$ 层中微纤丝排列方向与
细胞轴向之间的夹角!是细胞壁的基本性质之一!对
木材的物理力学性质有很大影响& 一般来说!木材
的顺纹强度%抗弯强度%硬度都与木材细胞壁的纤丝
角呈反比关系!纤丝角越小!木材的强度就越大"徐
有明!$%%A$& 表 $ 为不同倾斜角度欧美杨 &%" 杨应
拉区与对应区微纤丝角的变化& 从表 $ 可以看出’
随着倾斜角度的增加!微纤丝角总平均值 %_为最大
值"&$2&_$!A%_为最小值 "B2%_$!而其他角度介于
两者之间& 微纤丝角总平均值为 &%2B_!变化幅度
为 !2$_b$$2"_& 比较不同角度的应拉区与对应区
微纤丝角可以看出’应拉区比对应区微纤丝角小!其
原因主要是由于应拉木中含有大量的胶质层!而胶
质层 ’$ 层微纤丝几乎与纵向平行!导致应拉木微纤
丝角比正常材小 " D^JD-./%5!&BBA# ID;R;0G -./%F!
&B!## &B??# .FK;=<4F;-./%F! $%%B$&
图 $ 为应拉区与对应区微纤丝角随倾斜角度的
变化情况& 从图 $ 可以看出’ 应拉区与对应区微纤
丝角随倾斜角度的增加均呈递减趋势!而随着倾斜
角度的增加!应拉木胶质纤维含量的增加导致了应
拉木微纤丝角小& 表 7 为不同倾斜角度和不同区域
微纤丝角%基本密度和轴向干缩率的双因素方差分
析结果& 从表 7 可知’ 倾斜角度和区域对微纤丝角
的影响均在 %2%%& 水平达极显著&
表 >A不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉区与对应区微
纤丝角的平均值&变化幅度及变异系数
9$,E>A:"$(K$#0"$ /$(I"$(21’"55&1&"(%’5
K$/&$%&’(&(4&1/’5&,/&#$(I#","%-""(%"()&’(-’’2
$(2’++’)&%"-’’2’5+’+#$/)"7@ZO( -&%*2&55"/"(%
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倾斜角度
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平均值
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变异系数
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图 $6倾斜角度对微纤丝角的影响
[=45$6,KFFPFTS0P=表 BA不同倾斜角度和不同区域微纤丝角&
基本密度和轴向干缩率的双因素方差分析结果!
9$,EBAJ’0,#"5$1%’/);8‘[;/")0#%)’54&1/’5&,/&#
$(I#"$ ,$)&12"()&%= $(2#’(I&%02&($#)*/&(Y$I"
$11’/2&(I %’ 2&55"/"(%&(1#&("2$(I#")$(22&55"/"(%$/"$)
变异来源
’03;TF
微纤丝角
E=T;0P=J;=1D<41F
基本密度
L^
轴向干缩率
.’
角度 -<41F &&& +’ +’
区域 -;FD &&& && &&
角度 9区域
-<41F9D;FD &&&
+’ +’
66$&&&表示在 %2%%& 水平显著#&&表示在 %2%& 水平显著#+’ 表
示不显著& &&& 8FDDS%2%& 1FWF1! +’ 8FD>?>A不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉木应拉区和
对应区基本密度的变化
由于基本密度与木材的其他物理和力学性质的
相关性较高!因而成为评价木材性质的重要指标
"k03;F\-./%F! $%%&$& 一般来说!应拉木的基本密度
比对应木或正常木的基本密度大"-;4D&B"%$!主要原因是胶质层存在导致细胞壁厚度的
增加",O038=O!&BB&$& 表 ! 为不同倾斜角度欧美杨
&%" 杨应拉木基本密度的变化& 从表 ! 可以看出’
%_b&?_基本密度从 %2$!7 增加到 %2$A7 4-T8@7!而
"&&
林 业 科 学 !" 卷6
7%_bA%_基本密度分别为 %2$A$!%2$A% 和 %2$A?
4-T87!其均值变化较小& 不同倾斜角度下基本密
度变化幅度为 %2&!? b%27!A 4-T87& ? 组不同的倾
斜角度中应拉区基本密度比对应区基本密度大
?2"d b&!2!d# 而对于不同杨树无性系的研究!
ZD拉木基本密度比对应木密度大 7%d左右& 本文结
论与前人研究相一致& 相比而言!本文得到的基本
密度平均值比较小!可能与试验所用幼茎均为幼龄
材以及无性系品系的不同或生长环境等因素有关&
表 ! 中应拉区变异系数小于对应区变异系数!可能
与胶质层含量不同有关!应拉区胶质层分布较多较
均匀!变异系数较小# 对应区胶质层分布较少造成
细胞壁厚度不均!变异系数较大&
表 CA不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉区与对应区基本
密度的平均值&变化幅度及变异系数
9$,ECA:"$(K$#0"$ /$(I"$(21’"55&1&"(%’5K$/&$%&’(
&(,$)&12"()&%= ,"%-""(%"()&’(-’’2$(2’++’)&%"
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倾斜角度
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区域
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平均值
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&!2!
66图 7 为倾斜角度对欧美杨 &%" 杨基本密度的影
响& 从图 7 可以看出’ 随着倾斜角度的增加!应拉
区的基本密度值呈增大趋势!对应区的基本密度值
在 %_b&?_范围内增大!在 &?_bA%_范围内略有下
降& k03;F\等"$%%&$对倾斜角度为 &%_和 7%_的倾
66
斜杨树基本密度分析得出’ 应拉区与对应区从 &%_
b7%_基本密度呈增加趋势!其未对其他倾斜角度进
行研究& 本文对 ? 组不同倾斜角度杨树基本密度连
续跟踪测定!所得结论与其一致& 而从表 7 可知倾
斜角度对基本密度影响不显著!区域对基本密度影
响在 %2%& 水平达显著# 倾斜角度与区域的交互作
用对基本密度影响也不显著&
图 76倾斜角度对基本密度的影响
[=4576,KFFPFTS0P=>?BA不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉木应拉区和
对应区轴向干缩率的变化
在应拉木中!轴向干缩较大!其值可达 &d以
上" D^;FP00S!&BA7$ # 而相比对应木和正常木!一般
要大得多 "(1D=;-./%F! $%%7# q5’5LFGD;S8F-4;=T31S3;F!&B#"# CD8D80S0-./%F! $%%?$ & 表 ? 为
不同倾斜角度欧美杨 &%" 杨应拉区与对应区轴向
干缩率的变化情况& 从表 ? 可以看出’ 在 %_时 $
个方向的轴向干缩率基本相等!应拉区轴向干缩
比对应区高 &2% b$2% 倍!说明应拉木的大量产生
导致了应拉区轴向干缩比对应区大得多# 同时!由
于应拉木的产生导致了对应区轴向干缩比应拉区
干缩有较大的波动& 从不同区域轴向干缩率的频
率分布柱状图 "图 ! $可以看出’ 轴向干缩率在 $
个不同的区域分布类型不一样!对应区分布较分
散!导致其变异系数大# 而应拉区分布接近正态分
布!变异系数较小&
表 DA不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉区与对应区轴向干缩率的平均值&变化幅度及变异系数
9$,EDA:"$(K$#0"$ /$(I"$(21’"55&1&"(%’5K$/&$%&’(&(#’(I&%02&($#)*/&(Y$I","%-""(%"()&’(
-’’2$(2’++’)&%"-’’2’5+’+#$/)N7@ZO( -&%*2&55"/"(%&(1#&("2$(I#")
倾斜角度 )%
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6第 # 期 刘亚梅等’ 人工授力欧美杨 &%" 杨不同倾斜角度苗木的微纤丝角%基本密度和轴向干缩率
66图 ? 为应拉区与对应区轴向干缩率随倾斜角度
变化情况& 从图 ? 可以看出’ 随着倾斜角度的增
加!应拉区轴向干缩率在 %_b&?_范围内增大!从
&?_之后轴向干缩率减小#对应区轴向干缩率呈减小
趋势& .0VF1等 "&BB7$研究了倾斜角度对红桤木
"7%(32+3@+/$密度和干缩率的影响中也得到相似的
结论& 从表 7 可知’ 倾斜角度对轴向干缩率影响不
显著!区域对轴向干缩率影响在 %2%%& 水平达极显
著# 倾斜角度与区域的交互作用对轴向干缩率影响
也不显著&
图 !6不同区域轴向干缩率的频率分布
[=45!6e=OS04;D80PP;Fl3FOK;=<]D4FDTT0;R=<4S0R=PF;F图 ?6倾斜角度对轴向干缩率的影响
[=45?6,KFFPFTS0P=>?CA不同倾斜角度欧美杨 @ZO 杨应拉木微纤丝角
与轴向干缩率&基本密度与轴向干缩率之间的关系
图 A6应拉区",I$与对应区"iI$轴向干缩率和微纤丝角之间的关系
[=45A6YF1DS=0图 A!" 为应拉区和对应区微纤丝角与轴向干缩
率%基本密度与轴向干缩率之间的关系& 从图 A 可
以看出’ 应拉区和对应区轴向干缩率与微纤丝角之
间均呈负相关!应拉区相关方程为 ;g@%2&$Pp
$2%%7 A!1$ g%2!?! #"+g@%2A"$#对应区相关方程
为 ;g@%2%ABPp&2$A& A!1$ g%2$#B A"+g@%2?!$&
其中 ;为轴向干缩率".’$!P为微纤丝角"E[-$&
从图 " 可以看出’ 应拉区和对应区轴向干缩率
与基本密度均呈负相关!应拉区相关方程为 ;g
@%2%!" 7Pp%27&& &!1$ g%2$!7 $"+g@%2!B$#对
应区相关方程为 ;g@%2%#% !Pp%2$B& "!1$ g
%2!#7 # "+g@%2AB$& 其中 ;为轴向干缩率".’$!
P为基本密度" L^$& -]=橡树得出对应木密度与轴向干缩率呈负相关!而应
拉木的关系比较不明显& -;4D银槭树研究同样在应拉木中未得到基本密度和轴向
干缩的相关性!在对应木中得到负的相关性& 本文
应拉区相关性比对应区低!与上述文献研究结果相
一致& 究其原因!主要是由于应拉区胶质纤维的大
量存在使得密度增大!轴向干缩率也增大!降低了应
拉区轴向干缩率与基本密度的相关性&
76结论与讨论
本文以 A% 株 $ 年生的欧美杨 &%" 杨为研究对
象!在生长季节开展人工倾斜树干试验!将苗木分成
? 组"每组 &$ 株$与垂直方向倾斜成不同的角度
"%_!&?_!7%_!!?_和 A%_$!苗木生长 ! 个月后开始取
样!分应拉区",I$和对应区"iI$对其微纤丝角%
基本密度和轴向干缩率进行测定分析!得出以下结
论’ &$ 随着倾斜角度的增加!应拉区和对应区微纤
丝角均呈递减趋势!应拉区微纤丝角比对应区小&
方差分析表明不同倾斜角度和区域对微纤丝角影响
显著& $$ 随着倾斜角度的增加!应拉区基本密度呈
增大趋势!对应区基本密度先增大后略有减小& 应
拉区比对应区基本密度大 ?2"d b&!2!d& 方差分
析表明不同区域对基本密度影响显著!不同倾斜角
B&&
林 业 科 学 !" 卷6
图 "6应拉区",I$与对应区"iI$轴向干缩率和基本密度之间的关系
[=45"6YF1DS=0度和角度与区域交互作用对其影响不显著& 7$ 随
着倾斜角度的增加!应拉区轴向干缩率先增大后减
小!对应区呈减小趋势& 应拉区轴向干缩率是对应
区的 &2% b$2% 倍& 方差分析表明不同区域对轴向
干缩率影响显著!不同倾斜角度和角度与区域交互
作用对其影响不显著& !$ 应拉区和对应区轴向干
缩率与微纤丝角之间均呈负相关!应拉区和对应区
轴向干缩率与基本密度之间均呈负相关&
综上所述!欧美杨 &%" 杨人工倾斜后!应拉区和
对应区微纤丝角%基本密度和轴向干缩率随倾斜角度
的变化都有一定的变异模式!方差分析表明不同倾斜
角度对微纤丝角影响显著!但对基本密度和轴向干缩
率影响不显著#而不同区域对微纤丝角%基本密度和
轴向干缩率影响均显著!说明倾斜角度和区域都是影
响应拉木形成过程中木材性质变化的重要因素!在人
工林培育中为了防止应拉木的形成!在树木受到外力
作用而使其自然生长习惯被改变时可以固定减小其
倾斜角度来实现# 同时在加工利用中考虑到应拉木
应拉区与对应区物理性质的不同!可以使用碘氯化锌
溶液染色等方法快速检测应拉木区域!区分对待应拉
区和对应区!从而提高生产利用效率&
参 考 文 献
鲍甫成! 江泽慧5&BB"5中国主要树种人工林木材性质5北京’ 中国
林业出版社5
李6坚5&BB?5木材科学5哈尔滨’ 东北林业大学出版社5
徐有明5$%%A5木材学5北京’ 中国林业出版社5
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!责任编辑6石红青"
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