立地条件对白蜡杆生长、物理特性及纤维形态的影响

杨红旗， 刘艳萍，陈广辉，陈志林，杨亚峰

(1.河南农业大学，河南 郑州 450002；2.河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008;3.中国林业研究科学院，北京 100091)

立地条件对白蜡杆生长、物理特性及纤维形态的影响

杨红旗1,3， 刘艳萍2，陈广辉1，陈志林3，杨亚峰1

(1.河南农业大学，河南 郑州 450002；2.河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008;3.中国林业研究科学院，北京 100091)

以6年生白蜡杆为研究对象，采用树干解析和木材离析方法，对不同立地条件上白蜡杆的树高、地径、材积生长量和基本密度进行了测定和分析；并借助电子显微镜，从微观角度对白蜡杆木材解剖性质及其径向和轴向变异规律进行了测定和分析。结果表明：不同立地条件上白蜡杆树高、地径和材积生长量差异显著，基本密度的轴向变异规律不明显，在树高间无显著差异；两个立地条件上纤维长度、纤维宽度和纤维长宽比径向变异规律一致，纤维形态特征在株内不同高度间差异显著。

白蜡杆；立地条件；生长规律；纤维形态

白蜡杆是白蜡树Fraxinus chinensis以灌木条用林为经营目的的产物。白蜡树为木犀科Oleaceae、白蜡属Fraxinus，落叶乔木，高达15.0 m[1]。白蜡树喜光、好湿、耐涝，适应性广，根系发达，白蜡树幼林耐荫性强，适于作灌木丛林。白蜡树是我国经济树种之一[2]。河南省白蜡树种主要为绒毛白蜡，集中分布于商丘、开封两地区，尤以宁陵县栽培最多，其次为郏县、内黄等县，多呈片状矮林或小网格的农田林网[3]。

白蜡杆不仅是防风固沙的主要树种之一，又因其材质洁白如玉、坚韧、耐水湿，生长较好的白腊杆是制作曲木家具、体育器械的优质材料[4-7]。为更好发挥资源优势，更深入地挖掘白腊杆在更广泛领域的用途，更好地利用这一资源，本文对不同立地条件影响白蜡杆生长、物理特性和纤维形态进行了分析研究，为白蜡杆在弯曲木家具、纤维造纸和纤维制板等领域的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于豫东宁陵县，北纬 34°28′, 东经115°20′。属暖温带半湿润性季风气候区，一年四季分明，冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴，年平均气温在13.3℃～15.1℃之间，平均地表温度为16.4℃。全年可日照时数4 430.7 h，实照时数为2 220.3 h，年日照率为50%，全年辐射量为55 kCal·cm-2，全年大于0℃的积温5 211℃。无霜期平均212 d，最长251 d，平均降水662.2 mm。宁陵县属黄河中下游冲积平原，境内地势平坦，西北偏高，东南稍低，坡降1/4 000，海拔高度一般为50.5～60.3 m，相对高差9.8 m。土壤为沙壤土,地下水位3～4 m。

1.2 试验材料

试验材料为5～6 a 的壮龄条墩，株距1.0 m ,带距4 m、8 m、12 m、22 m 不等。分别在不同立地条件选择有代表性的条带设置50 m×4 m的标准地，从每个标准地里选取15株有代表性的白蜡杆作为解析木，并分别从中选取5株做基本材性的测定。标准地的具体情况如下：

A：属沙、壤、粘的人工混合土耕地，其质地近似壤质，肥水充足。

B：属青沙土或沙壤质耕地，在土壤剖面中多有粘质间层。

在标准地内选有代表性的墩对白蜡杆进行每木检尺，测量树高和地径。根据每木检尺的结果，每一立地选出10株标准木。

1.3 试验方法

1.3.1 生长量计算方法

由于所调查的白蜡杆为6年生，树高和地径较小，故以0.7 m为一个区分段截取圆盘，各圆盘位置分别为：0 m、0.35 m、1.05 m、1.75 m、2.45 m、3.15 m ……。刨光圆盘工作面，并通过髓心画出东西、南北两条直径线，测量直线上每一年轮的宽度，计算各年的树高、地径和材积生长量；并绘制各种生长量的生长过程曲线[8]。

1.3.2 木材的基本密度测定方法

用排水法测定样品饱和体积，烘干后用分析天平测定样品全干重量，按以下公式计算木材的基本密度：

式(1)中： ρy为基本密度，mo为全干材重量，Vmaх为 饱和体积。

1.3.3 纤维形态特征的测定方法

所测解剖指标主要有纤维长度、纤维宽度、纤维长宽比。采用硝酸-铬酸法将试样离析，然后在电子显微镜下拍照片，在电脑中用专业软件进行测量，每试样测量30根纤维取其平均值。

1.3.4 数据统计分析

应用EXCELL2003和SPSS 16.0版软件对观测数据进行录入及统计分析。

2 结果与分析

2.1 白蜡杆生长分析

白蜡杆树高、地经和材积连年生长量结果如表1所示。

表1 不同立地条件上白蜡杆的树高、地径和材积连年生长量Table 1 Current annual increment of height, ground diameter and volume of Fraxinus chinensis in different sites

2.1.1 树高生长对比分析

对白蜡杆试样进行测定和树干解析，结果表明，白蜡杆树高生长快，6年生白蜡杆树高最高可达5.47 m，平均树高在4.00 m。

表1数据显示，除了第3年外，其他年份A立地标准木的树高连年生长量都高于B立地。对白蜡杆树高连年生长量进行方差分析表明，不同立地条件上树高连年生长量差异显著。由此可见，肥水和土壤质地对白蜡杆树高的生长影响较大。

2.1.2 地径生长对比分析

由表1可以看出，不同立地的林木地径生长量存在差别较大。两个立地上白蜡杆的地径总生长量在1～6 a内呈上升趋势。A、B两个立地上白蜡杆地径平均生长量在1～3 a内缓慢下降，3 a后又缓慢增长，A、B两立地上白蜡杆地径的连年生长量变化规律和地径平均生长量变化规律基本一致。对白蜡杆地径生长量进行方差分析表明，不同立地条件白蜡杆地径生长量差异显著。测定数据显示，A立地上白蜡杆地径连年生长量明显高于B立地，说明了肥水条件和土壤质地可促进白蜡杆的生长。

2.1.3 材积生长对比分析

表1数据表明，两立地上白蜡杆材积连年生长量1～4 a增长缓慢，4 a后迅速增长，二者的变化趋势趋于一致，但总的来说，A立地白蜡杆材积生长量略高于B立地，方差分析差异不显著。

2.2 白蜡杆木材的基本密度及其变异分析

图1为不同立地条件上白蜡杆基本密度的轴向变异模式图。从图中可以看出，白蜡杆木材基本密度的轴向变异规律不很明显，不同立地上白蜡杆基本密度差异也比较小，且A立地上白蜡杆在树干各部位的基本密度高于B立地的，A立地上白蜡杆基本密度最大值出现在1.05 m 处，B立地的基本密度随树高的增加有下降的趋势。方差分析结果显示，不同立地上白蜡杆材的基本密度在树高间无显著差异。

图1 不同立地上白蜡杆基本密度的轴向变异Fig. 1 Axial variation in basic density of Fraxinus chinensis

2.3 白蜡杆纤维形态及其变异分析

白蜡杆木纤维占木材总体积的50%以上，其纤维长度、纤维宽度、纤维长宽比等形态特征，对木材的物理力学性质、加工利用有着重要的影响，是反映白蜡杆材性及其加工利用的重要指标[9]。白蜡杆纤维长度、宽度、长宽比在树高和年轮间变异方差分析结果如表2所示。

表2 白蜡杆纤维形态方差分析†Table 2 Variance analysis of fiber morphology of Fraxinus chinensis

2.2.1 纤维长度及其变异

图2、3为纤维长度径向和轴向变异情况。纤维长度由髓心向外逐年递增，1～4 a增长缓慢，4～6 a增加迅速。随着树干高度的增加先增加，到一定高度又减小，以后随着树干高度的增加，白蜡杆纤维长度就明显下降，由表2方差分析结果可知，纤维长度径向差异不显著，轴向差异在0.05水平上差异显著。由此可见，不同立地对白蜡杆木材性质影响不明显。

图2 不同立地上白蜡杆纤维长度的径向变异Fig. 2 Radial variation in fiber length of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.2 纤维宽度及其变异

图4、5为白蜡杆纤维宽度径向和轴向变异情况。A立地上是先增后降再增然后又下降；而B立地上是先增后降再增再降然后又增加的波浪式起伏，二者相比A立地上的纤维宽度在径向上变异较为稳定。纤维宽度轴向上由树干基部向树冠方向呈下降趋势。方差分析也表明，纤维宽度在年轮间和树高间的差异均达到0.05的显著水平。

图4 不同立地上白蜡杆纤维宽度的径向变异Fig. 4 Radial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

图5 不同立地上白蜡杆纤维宽度的轴向变异Fig. 5 Axial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.3 纤维长宽比及其变异

图6、图7为白蜡杆不同立地上纤维长宽比的径向和轴向变异图。两个立地上白蜡杆纤维长宽比在径向上都有增加的趋势，A立地上1-3 a增加较为迅速，3 a后下降，4-6 a又快速增加，B立地上1-5 a缓慢增加，第6 a急剧增加。方差分析表明，不同立地之间纤维长宽比差异在0.05水平上差异不显著，不同生长轮之间差异也不显著。

图6 不同立地上白蜡杆纤维长宽比的径向变异Fig. 6 Radial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

图7 不同立地上白蜡杆纤维长宽比的轴向变异Fig. 7 Axial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

白蜡杆木材纤维长宽比的轴向变异规律不太明显。随着树干高度的增加，A立地白蜡杆的纤维长宽比由树干基部向上略有增加，到树高2.45 m 处大最大值；而B立地白蜡杆的纤维长宽比自树干基部向上是先增加然后又缓慢下降，最大值出现在0.35 m处(见图9)。方差分析表明: 两个立地条件上白蜡杆的长宽比差异显著，株内不同高度间长宽比差异也显著。

3 结论与讨论

(1)不同立地条件上白蜡杆树高、地径和材积生长量差异显著，A立地6年生白蜡杆树高平均为4.53 m，B立地6年生白蜡杆树高平均为4.12 m；A立地6年生白蜡杆地径平均为4.26 cm，B立地6年生白蜡杆地径平均为3.61 cm；A立地6年生白蜡杆材积平均为1.583×10-3m3，B立地6年生白蜡杆材积平均为1.523 ×10-3m3。立地条件对树高、地径和材积生长都有影响，肥水条件和土壤质地可明显促进白蜡杆的生长。

(2)白蜡杆木材基本密度的轴向变异规律不明显，不同立地上白蜡杆材的基本密度在树高间无显著差异。

(3)两个立地条件上纤维形态特征径向变异规律是一致的。白蜡杆纤维长度、纤维宽度、纤维长宽比，不同立地上差异显著，其中纤维长度在株内不同高度间达到了0.05水平的显著差异，纤维宽度分别在株内不同高度间和径向年轮间差异均达到了显著水平。纤维长宽比在株内不同高度间差异显著。

(4)白蜡杆纤维长度较短，造纸通常要求木材纤维的长度在0.90～3.00 mm 之间，而白蜡杆木纤维的长度在0.6～1.1 mm之间，不适合作为纸浆的原料。但从纤维的长度、纤维长宽比来看，白蜡杆纤维适合作为纤维板的原料。

[1] 郑万钧.中国树木志(第四卷)[M].北京: 中国林业出版社, 1983: 19-22.

[2] 中南林学院.经济林栽培学[M].北京:中国林业出版社, 1983: 267-280.

[3] 刘元本,刘玉萃.河南森林[M].北京:中国林业出版社, 2000: 315-330.

[4] 刘艳萍,陈志林,张 洋，等.白蜡条木材解剖性质及其变异的研究[J].南京林业大学学报(自然科学版),2009, 33(4): 125-128.

[5] 钱世江,孙晓薇,于 磊，等.白蜡杆软化和防蛀技术研究[J].河南林业科技, 2008, 28(4): 1-4.

[6] 唐兴平.白蜡木干缩和湿胀性能的研究[J].福建农林大学学报(自然科学版), 2007, 36(4): 381-384.

[7] 樊 巍,高喜荣,郭 良，等.灌木状白蜡——农作物间作系统的生物量及养分分配的初步研究[J].林业科学, 2000, 36(1): 109-113.

[8] 孟宪宇.测树学(第2版)[M].北京:中国林业出版社，1996: 211-217.

[9] 徐有明,方洪元.意杨纸浆材材性变异[J].木材工业,1994, (1): 38-44.

Effects of site conditions on growth, physics characteristics and fiber morphology of Fraxinus chinensis

YYANG Hong-qi1,3, LIU Yan-ping2, CHEN Guang-hui1, CHEN Zhi-lin3, YANG Ya-feng1
(1.Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002, Henan, China; 2. Henan Academy of Forestry,Zhengzhou450008,Henan, China;3. Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091, China)

Fraxinus chinensis is one of the main wind-breaking and sand-fiхing tree species, can be used to make bentwood furniture and sports equipment. Stem-analysis and timber segregation observation were conducted to eхplore the effects of different sites on the height, ground diameter, volume, basic density and fiber morphology of Fraxinus chinensis of 6-year-old. The anatomical properties and their variation patterns were systematically studied by using electronic microscopic. The results show that the growth differences were significant in different sites, it grew better in site of sufficient water and fertilizer and good soil teхture. The variation of the basic density between aхis and the height was not significant and significantly different. The radial variation of the fiber length, fiber width, ratio of fiber length to width was consistent in different site. The fiber morphological features in different tree height were significantly different.

Fraxinus chinensis ; site condition; growth regularity; fiber morphology

S781.1

A

1673-923X(2012)02-0136-05

2011-09-21

国家 “十一五” 科技支撑项目“家具装修材增值加工技术”(2006BAD18B06)；河南省科技攻关项目“河南白蜡杆材性与加工利用关键技术研究” (102102110124)

杨红旗(1973—)，男，河南滑县人，博士，副教授，主要从事家具设计制造与木基复合装饰材料研究；E-mail：yhq0373342@163.com

杨亚峰(1972—)，女，陕西西安人，讲师，硕士，主要从事木材科学与技术研究。

[本文编校:罗 列]