全 文 ：第 31卷第 4期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vol.31, No.4
2009年 8月 ActaAgriculturaeUniversitatisJiangxiensis Aug., 2009
文章编号:1000-2286(2009)04-0674-05
壳斗科 4个树种木材基本密度
及燃烧值的变异分析
刘志龙1, 2 ,虞木奎 1＊ ,方升佐 2 ,唐罗忠 2
(1.中国林科院 亚热带林业研究所 ,浙江 富阳 311400;2.南京林业大学 森林资源与环境学院 , 江苏 南京 210037)
摘要:对茅栗 (CastaneasequiniiDode)、槲栎(QuercusalienaBl.)、栓皮栎(QuercusvariabilisBl.)和麻栎(Quercus
acutissimaCarr.)的木材基本密度和燃烧值的径向和纵向变异进行了研究。结果表明 , 除树种内燃烧值纵向不
显著差异外 ,树种间 、树种内木材基本密度和燃烧值及交互效应都达到极显著差异水平;木材基本密度径向变
异均为自髓心向外波动曲线形式下降型 , 纵向变异表现不同的趋势;燃烧值的径向变异与木材基本密度的径向
变异相同 ,纵向变异表现为随树高的增加而减小;回归分析表明 , 可用多项式方程来描述 4个树种木材基本密
度和燃烧值随年龄变化的趋势。
关键词:木材基本密度;燃烧值;变异;壳斗科
中图分类号:S781.31;S781.37　　文献标识码:A
VariationAnalysisofWoodBasicDensityandCaloricValueof
FourTreeSpeciesinFagaceae
LIUZhi-long1, 2 , YUMu-kui1＊ , FANGSheng-zuo2 , TANGLuo-zhong2
　　(1.ResearchInstituteofSubtropicalForestry, CAF, Fuyang311400, China;2.ColegeofForestRe-
sourcesandEnvironment, NanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China)
　　Abstract:TheradialandverticalvariationinwoodbasicdensityandgroscaloricvalueofQuercusacutis-
sima, Quercusaliena, QuercusvariabilisandCastaneasequiniinFagaceaewereanalyzed.Theresultsindicated
that, therewereextremelysignificantdiferencesbothinwoodbasicdensityandgroscaloricvalueofinterac-
tionbetweentreespeciesandheightorringageamongandwithintreespecies, butthediferenceinvertical
grosscaloricvaluewasnotsignificant.Theradialvariationpaternofwoodbasicdensitydecreasedgradualy
frompithtobark, whiletheverticalvariationpaternsinwoodbasicdensitywerediferentamongthespecies.
Theradialvariationpaternofgrosscaloricvaluewassametowoodbasicdensity, buttheverticalvariation
paternwasthatthegrosscaloricvalueincreasedwithheight.Regressionanalysisindicatedthatpolynomiale-
quationwasdescribedforthetrendofwoodbasicdensityandgrosscaloricvaluewithringage.
Keywords:woodbasicdensity;grosscaloricvalue;variation;fagaceae
随着时代的发展 ,生物质能源作为可再生环境友好型能源受到世界各地的广泛重视 ,而林木作为生
物质能源的主要利用形式 ,亦成为研究热点之一[ 1 ～ 3] 。木材性质是木材利用的基础 ,能源林的高效利用
收稿日期:2009-03-09　　修回日期:2009-03-24
基金项目:国家 “ 948”项目(2005-4-44, 2008-4-50)、国家公益性行业科研专项(200704034)、国家 “十一五”科
技支撑计划项目(2006BAD03A160101)和江苏省普通高校研究生创新计划(2007)
作者简介:刘志龙(1982-), 男 ,博士生 , 主要从事人工林定向培育的理论和技术;＊通讯作者:虞木奎 , 博士 , 研究
员 , Email:yumukui@sina.com。
第 4期 刘志龙等:壳斗科 4个树种木材基本密度及燃烧值的变异分析
应该以木材性质的研究为基础 ,木材性质既是能源林定向培育的技术依据 ,也是评价营林水平的关键因
素 [ 4] 。
壳斗科(Fagaceae)尤其栎属(Quercus)作为一种优良的硬阔叶能源和用材树种 ,在我国已有悠久的
栽培历史。深根性 ,对土壤条件要求不严格 ,具有耐瘠薄土壤和良好的水土保持功能 ,全树皆可利用 ,是
一种理想的可再生的 “绿色能源 ”[ 5] 。有关学者对此进行了很多研究 ,并取得了一定成果 [ 6 ～ 9] ,但关于
木材性质及其变异规律的研究 ,迄今很少见报道。
本研究选取壳斗科的茅栗 (CastaneasequiniDode)、槲栎 (QuercusalienaBl.)、栓皮栎 (Quercus
variabilisBl.)和麻栎(QuercusacutisimaCarr.)为材料 ,结合能源林相关的木材性质指标 ,旨在揭示不同
树种间及树种内木材基本密度和燃烧值的变异规律 ,为建立 “定向培育 -木材性质 -高效利用”一体化
的模式提供理论基础 。
1　材料与方法
1.1　试验地自然概况
试验地设在滁州市南谯区红琊山林场 ,位于皖东江淮之间 ,北亚热带边缘 ,东经 117°50′～ 118°50′,
北纬 32°05′～ 32°35′。处于华中湿润带向华北半干旱温和带的过渡地区 ,四季分明。年平均气温 15.2℃,
年降水量 1 041.6 mm,地带性植被类型为落叶阔叶林。境内岗峦起伏 、海拔 100 ～ 300 m,土壤多为泥
质岩 、石灰岩发育的普通黄棕壤 ,土层浅薄 。
1.2　试验材料采集
设置 3个 50 m×50 m的样地 ,进行每木检尺 ,茅栗 、槲栎 、栓皮栎和麻栎各取 3株平均木伐倒 ,共伐
倒 12株 。在各伐倒木的 0 m, 1.3 m, 3.6 m, 5.6 m, 7.6 m分别锯取 5cm的圆盘。所有指标的径向变
异分析取 1.3 m处圆盘各生长年轮为分析材料 ,纵向变异分析取不同高度圆盘所有生长年轮的混合样
为分析材料 。
表 1　4个树种平均木的生长情况
Tab.1　Growthsituationofaveragetreeoffourtreespecies
树种 树龄 /a 树高 /m 枝下高 /m 胸径 /cm 材积 /m3 地上部生物量 /kg
茅栗 10 10.50±0.63 4.20±0.21 9.00±0.41 0.024 38±0.001 097 30.83±1.39
槲栎 10 10.00±0.52 4.10±0.21 8.50±0.34 0.024 37±0.000 975 34.54±1.73
栓皮栎 10 11.30±0.56 4.80±0.22 10.10±0.50 0.043 28±0.001 731 38.61±1.99
麻栎 10 11.50±0.58 5.00±0.23 10.50±0.53 0.044 11±0.001 985 46.23±2.08
1.3　试验方法
1.3.1　木材基本密度测定方法　用排水法测定木材基本密度 [ 10] ,在每个圆盘的东西南北方向上沿半
径方向从外向内每 1轮取样(非标准试样),在(105±5)℃下烘干至恒重作为试样的绝干重量 ,在蒸馏
水中浸泡至饱和后测量其饱和水分时体积 ,木材的基本密度 =木材试样绝干重 /试样饱和水分时体积 。
1.3.2　燃烧值测定方法　将采集的样品在(105±5)℃恒温下烘干 、粉碎 、过筛 、制备 。燃烧时分别取
样 0.6 g,用美国 Par6300氧弹式量热仪测定热值。样品热值以燃烧值(每克干物质在完全燃烧条件下
所释放的总热量)表示 。每份样品重复 3次 ,测定环境用空调控制在 20 ℃左右 ,重复间误差控制在 ±
0.15 KJ/g,每次测定前用苯甲酸标定 [ 11] 。
2　结果与分析
2.1　木材基本密度
2.1.1　木材基本密度的径向变异　木材基本密度是判断木材物理性质及确定木材用途的有效参考指
标 [ 12] 。从图 1可以看出 ,栓皮栎的平均木材基本密度最大(0.737 g/cm3),茅栗的最小(0.484g/cm3),
麻栎和槲栎居中(0.701g/cm3和 0.669 g/cm3),这可能与每个树种的特性有关。
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　江 西 农 业 大 学 学 报 第 31卷
图 1　木材基本密度径向变异
Fig.1　Radialvariationofwoodbasicdensity
图 2　木材基本密度纵向变异
Fig.2　Verticalvariationofwoodbasicdensity
图 3　燃烧值径向变异
Fig.3　Radialvariationofgrosscaloricvalue
图 4　木材燃烧值纵向变异
Fig.4　Verticalvariationofwoodgrosscaloricvalue
　 Panshin和 Zeeuw[ 13]
将木材径向变异规律总
结为以下 3种类型 , (1)
自髓心向外 ,先递减后增
加;(2)髓心附近的密度
高于树皮附近的密度 ,密
度自髓心到树皮以直线或
曲线形式降低;(3)自髓心
向外 ,木材密度以抛物线
状增加。
从图 1看出 , 4个树
种的木材基本密度径向变
异模式属于第 2种类型 ,
即髓心附近的密度高于树
皮附近的密度 ,密度自髓
心到树皮以曲线形式降
低 。第 1生长轮处的密度
最大 , 第 2生长轮和第 5
生长轮处在整个曲线上形
成两个明显的凹弧线形。
2.1.2　木材基本密度的
纵向变异 　学者渡道治
人 [ 14]研究认为 ,沿树干从
下到上 ,树干横截面木材
密度变化可分为 3种类
型:(1)从下到上密度逐
渐增大;(2)从下到上密
度逐渐减小;(3)从下到
上密度逐渐减小 ,中间大
致不变 ,而上部又逐渐变
大 。从图 2看出 , 四个不
同树种表现出不同的密度
纵向变异趋势:茅栗 、麻栎
和栓皮栎为第 2种类型 ,
即从下到上密度逐渐减
小;槲栎是第 1种类型 ,即
从下到上密度逐渐增大。
2.2　燃烧值
2.2.1　燃烧值的径向变
异　4个树种的热值与生
长轮的关系见图 3,从图 3
可以看出 ,茅栗表现为自髓心向外 ,热值先下降后上升的过程 ,第 3生长轮时到达最小值 ,然后逐渐上
升 ,到第 8 a时 ,达到最大值。槲栎 、栓皮栎和麻栎 ,则表现为相似的趋势 ,自髓心向外 ,热值以曲线的形
式逐渐下降 ,其中槲栎和栓皮栎变化较麻栎平缓 ,出现两次凸形弧线(第 4和第 6生长年轮)和两次凹
形弧线(第 2和第 5生长年轮)。
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第 4期 刘志龙等:壳斗科 4个树种木材基本密度及燃烧值的变异分析
2.2.2　燃烧值的纵向变异　从图 4可以看出 , 4个树种虽然随高度的变化 ,木材燃烧值有不同的波动 ,
但总体上 ,木材燃烧值是随树高的增加而增大的。
2.3　4个树种基本密度和燃烧值的差异分析
木材性质普遍存在差异 ,不同树种间存在明显的差异 ,同一树种的不同株或不同部位也存在差
异 [ 15 ～ 17] 。由表 2可以看出 ,不同树种间的木材基本密度和燃烧值均达到极显著差异水平;树种内不同
生长轮间的木材基本密度和燃烧值差异极显著;树种内不同高度的木材密度差异极显著 ,燃烧值达差异
不显著;树种 ×高度的交互效应上基本密度和燃烧值均达到极显著差异水平。这些丰富的变异为树种
间不同年龄及不同取材部位木材的评价和选择利用的潜力奠定了基础 。
表 2　木材基本密度和燃烧值的方差分析
Tab.2　Thevarianceanalysisofinwoodbasicdensityandgrosscaloricvalue
木材性状 变异来源 平方和(SS) 自由度(df) 均方(Ms) F P-value Fcrit
基本密度 树种 0.485 863 3 0.161 954 197.464 2＊＊ 7.07E-37 4.036 297
生长轮 0.022 686 8 0.002 521 3.073 303＊＊ 0.003 251 2.637 398
高度 0.019 459 4 0.006 553 9.267 34＊＊ 0.000 147 6.935 861
树种 ×生长轮 0.042 883 32 0.001 588 1.936 51＊ 0.012 43 1.983 459
树种 ×高度 0.039 627 12 0.004 403 6.226 734＊＊ 4.78E-05 4.297 693
树种 0.267 212 4 0.089 071 7.600 944＊＊ 0.000 155 5.972 305
燃烧值 生长轮 1.308 581 8 0.145 398 12.407 69＊＊ 4.48E-12 3.529 823
高度 0.022 251 4 0.007417 0.552 8 NS 0.649 968 4.459 429
树种 ×生长轮 3.272 790 32 0.121 214 10.343 97＊＊ 1.59E-16 2.468 452
树种 ×高度 0.464 501 12 0.051 611 3.846 805＊＊ 0.002 195 3.020 818
2.4　基本密度和燃烧值与生长轮年龄的回归分析
4个树种的木材基本密度和燃烧值都随生长轮年龄的变化而变化 ,以生长轮年龄为自变量 ,木材基
本密度和燃烧值生长轮宽度为因变量 ,采用 5种回归方程(直线方程 、对数方程 、指数式 、乘幂式和多项
式方程)进行回归分析 ,优选出回归方程为多项式方程(表 3)。从表 3可以看出 ,用多项式方程可以较
好描述生长轮年龄和木材基本密度和燃烧值之间的关系 , R2在 9.0以上 ,表现很高的拟合度 ,可用此公
式来描述 4个树种的木材基本密度和燃烧值随生长年龄变化的趋势。
表 3　基本密度和燃烧值与生长轮年龄的多项式回归关系
Tab.3　Thepolynomialequationofwoodbasicdensity(y)andcaloricvalue(y)withringage(x)
木材性状 茅栗多项式方程 R2
槲栎
多项式方程 R2
栓皮栎
多项式方程 R2
麻栎
多项式方程 R2
基本密度 Y=-0.002 5x2+0.016 0x+0.579 1 0.952
Y=-0.009 3x2
+0.009 0x+0.669 0 0.962
Y=-0.000 6x2
+0.003 8x+0.738 7 0.989 9
Y=-0.001 1x2
+0.010 9x+0.654 8 0.958 1
热值 Y=0.006 1x2+0.040 5x+0.561 8 0.958
Y=-0.005 1x2
+0.027 6x+0.648 8 0.834
Y=0.001 0x2
+0.002 2x+0.731 2 0.946 4
Y=-0.009 6x2
+0.039 4x+0.668 9 0.913 6
3　结　论
(1)4个树种木材基本密度和燃烧值均达到极显著差异水平 ,木材基本密度从大到小依次为栓皮栎
(0.737 g/cm3)>麻栎(0.701 g/cm3)>槲栎(0.669 g/cm3)>茅栗(0.484 g/cm3);燃烧值大小顺序为
茅栗(18.84 KJ/g)、栓皮栎(18.79 KJ/g)、麻栎(18.72 KJ/g)、槲栎(18.70 KJ/g);树种内木材基本密
度在径向和纵向上的差异达到显著水平 ,但树种内燃烧值纵向差异不显著;树种 ×高度和生长轮的交互
均达到极显著差异水平。
(2)木材基本密度径向变异模式为髓心附近的密度高于树皮附近的密度 ,密度自髓心到树皮以直
线或曲线形式降低。纵向变异表现出不同趋势:麻栎 、茅栗和栓皮栎为从下到上密度逐渐减小;槲栎是
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　江 西 农 业 大 学 学 报 第 31卷
从下到上密度逐渐增大。
(3)燃烧值的径向变异模式表现为相似的趋势 ,自髓心向外 ,热值以曲线的形式逐渐下降 ,纵向变
异则表现为随高度的变化 ,木材燃烧值有不同的波动 ,但总体上 ,木材燃烧值是随树高的增加而增大的。
(4)4个树种的基本密度和燃烧值都随生长轮年龄的变化而变化 ,可用多项式模型 Y=aX2 +bX+c
(X≤10树龄)来描述 4个树种的木材基本密度和燃烧值随生长年龄变化的趋势 ,为能源林的定向培育
和高效利用提供参考 。
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