四川引种台湾桤木立地条件与木材力学性质的典型相关分析

蒋云贵，杨永前

(成都木材综合工厂，四川成都6l008l;四川农业大学，四川雅安 6250l4)

台湾桤木生长迅速、材质好、生态适应性强，是一种兼具固氮的优良树种。台湾桤木干形通直、高大，出材率高，这是区别于桤木属其它种的重要特征之一［l］。台湾桤木原产地分布较为广泛，从低海拔到海拔3 000 m均有自然分布，北纬2l°50'～25°l5'，东经l20°～l22°。

原产地气候温暖湿润，降雨充足，年均温l0.6℃ ～22.5℃，极端最低温 -7.6℃。土壤为山地黄壤、黄棕壤和棕壤，中性偏酸性土壤。台湾桤木常生于溪边、河谷、荒地，有时成纯林;喜光，喜湿且耐湿，耐瘠薄，并具一定的耐干旱能力［2～4］。台湾桤木可以轮作、混作的方式与台湾榉木、台湾杉木等造林树种混交，并可促进这些树种的生长［5］。台湾桤木生长迅速，出材量高，南非［6］于l982年引种台湾桤木，在土层深厚、排水良好的湿润土地上，8 a生台湾桤木最大单株树高达20 m，胸径27.8 cm;平均树高为l5.8 m，胸径20.2 cm，木材年生长量达到l5 m3·hm-2，其中 6 a ～8 a、24 m3·hm-2，栽植后的8 a间木材总产量为l22 m3·hm-2，被认为是南非最有潜力的商用造林树种之一。我国福建［7］于l987年引种台湾桤木，8 a生台湾桤木平均树高为l l.l m，胸径为l l.8 cm，单株立木蓄积量为0.0430 m3，生长发育正常，已开花结实，表明引种是成功的。

立地是植物生长地段作用于植物的环境条件的总称［8］，也就是决定森林生产力的所有生物因子和非生物因子的结合。立地条件一般包括气候条件、海拔高度、温度、雨量、土壤条件和在林内的位置等一系列。立地条件的好坏在很大程度上觉得林木生长的速度和质量，而林木生长与木材材质又是紧密相关的。因此，研究立地条件与台湾桤木木材力学性质的典型相关关系，对林木的定向培育、提高台湾桤木的综合利用，具有非常重要的意义。做到适林适造、材尽其用、小材大用、劣材优用，使有限的木材资源得到充分、合理、高效的利用［9］。在台湾，已探索了用台湾桤木木材、枝丫等作为原料生产中密度纤维板、刨花板和用于造纸，以及木材改性、油漆、防腐和从桤木叶中提取化合物等方面［l0］。王晶晶［ll］通过对桤木与台湾桤木人工林木材性质比较研究得出:桤木顺纹抗拉强度略低于台湾桤木，抗弯强度、弹性模量、冲击韧性略高于台湾桤木，力学性质中等略低。

l 材料与方法

l.l 材料

根据国家标准GBl927-2009《木材物理力学试样采集方法》［l2］的规定，采集样木。采集地点:四川省乐山市中区苏稽镇杨坪村一组大寨山沟、四川省乐山市中区苏稽镇生态园，四川省广元市元坝区朝阳乡3个包村、广元市元坝区柳桥乡新胜村曾家山;每个点各采集3株6 a生的台湾桤木。木芯直径5mm，要求垂直通过树干中心，长度超过l/2胸径［l3］。

设置20 m×20 m临时样地，进行测树因子调查，并在临时样地内多点采集0～40 cm土样混合，取l kg作为室内化学分析。收集当地近5 a来的气象资料。

l.2 方法

按《木材物理力学性能试验方法》［l4］国家标准进行台湾桤木木材试件的制作和木材力学性质检测。以置信度为95%确定试件样本数。

土壤化学分析方法:土壤pH值和土壤有机质含量的测定，采用中国科学院南京土壤研究所《土壤理化分析》［l5］;土壤全N采用半微量凯式法测定;土壤全P和有效P的测定方法采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法和浸提法;土壤全K和速效K的测定方法采用氢氧化钠碱熔-火焰光度计法和l mol·L-l乙酸浸提-火焰光度计法。

典范分析是根据样本数据对环境与生物间关系进行综合评价，是研究两组变量间相关关系的常用方法，其基本原理是将两组复杂的变量依据样本观测数据简化为少数几对相关程度较高的、易于进行专业分析的综合变量间的关系，从而达到揭示事物间内在联系的目的［l6］。

2 调查因子

以立地条件中的全钾(Xl)、缓效钾(X2)、全磷(X3)、有效磷(X4)、全氮(X5)、pH 值(X6)、有机质(X7)、土层深度(X8)、保水性能(X9)、质地(Xl0)、年降雨量(Xl l)、年日照时数(Xl2)、海拔高度(Xl3)、坡度(Xl4)、坡向(Xl5)、林地地貌(Xl6)因子作为自变量，以顺纹抗压强度(Yl)、抗弯强度(Y2)、抗弯弹性模量(Y3)、顺纹抗剪强度弦面(Y4)、顺纹抗剪强度径面(Y5)、顺纹抗拉强度(Y6)、横纹局部抗压比例应力(Y7)、冲击韧性(Y8)、抗劈力径面(Y9)、抗劈力弦面(Yl0)作为因变量，利用SAS软件进行两组一般变量的线性相关关系分析。

影响台湾桤木成材的因素很多，在此相关显著程度选取土壤的钾(Xl)、磷(X2)、氮(X3)、土壤pH值(X4)，气象因子中的年降雨量(X5)、年日照时数(X6)和海拔高度(X7)因子作为自变量;以台湾桤木木材主要力学性质——抗弯强度(Yl)、抗弯弹性模量(Y2)、冲击韧性(Y3)和弦面抗劈力(Y4)作为因变量，利用SPSS软件进行典型相关关系分析。

3 试验结果与分析

3.l 自变量X与因变量Y的相关关系

利用SAS软件进行两组一般变量的线性相关关系分析。其相关系数见表l。

从自变量和因变量的一般线性相关系数来看，所列的自变量和因变量均存在相关关系，相关系数为正值的即为正相关，相关系数为负值的即为负相关。相关系数越大，说明两变量间的相关性越显著。

3. 2 立地因子与木材力学性质的典型相关关系

利用SPSS软件进行典型相关分析，结果如表2。

表l 自变量X与因变量Y的相关关系Table l The correlationship between independent variable X and dependent variable Y

表2 立地因子与木材力学性质的典型相关分析Table 2 Canonical correlation analysis of site conditions and wood mechanics properties

从表2中得出，所选择的立地因子与台湾桤木的抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性和抗劈力在第一、第二、第三观测点呈高度典型相关，第四观测点典型相关。

从表3中看出，降低土壤的氮(rulx3=-0.l25*)和 pH 值(rulx4=-0—09l*)，有利于提高木材的抗弯弹性模量(rvly2=0.00l)和冲击韧性(rvly3=0.00l);木材的抗弯强度、冲击韧性和抗劈力随土壤的钾、磷，以及年降雨量和日照时数的降低而提高;土壤的氮和pH值下降，有助于提高木材的抗弯强度;随着年降雨量、年日照时数和海拔高度的降低，木材抗弯弹性模量和抗劈力会有所增加。

表3 原始变量与典型变量V和W之间的相关系数Table 3 Raw canonical coefficients for the VAR variables and the WITH variables

4 结论

从分析结果来看，立地因子与木材力学性质间均存在相关关系，有的甚至呈现极显著的相关关系。影响台湾桤木成材力学性质的因子有海拔高度、年降雨量、年日照时数、年平均气温等气象因子和土壤的肥力(全钾、缓效钾、全磷、有效磷、全氮、pH值和有机质)与土层厚度等，它们均与木材的力学性质成正相关或负相关，相关系数越大，其相关性也越显著。其中影响最大的因素主要是海拔高度、年降雨量、年日照时数和土壤肥力中的全钾、缓效钾、全磷、全氮、土层厚度及物理状态，这些因子与木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性和抗劈力间存在典型的相关关系。

提高台湾桤木木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性和抗劈力，可以通过降低土壤中的氮(N)的含量、磷(P)、钾(K)、pH值，及选择年降雨量小、年日照时数少和海拔较低的地带种植。做到对台湾桤木“适地适树”、科学引种和栽培，最大限度地提高木材的材质和产量。

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