桂北桉树生长与材性的比较研究

陈云峰，林 武，蒋雪刚，陶明有，吴志华

(1. 广西国有黄冕林场，广西 鹿寨 545600；2. 国家林业局桉树研究开发中心，广东 湛江 524022)

桉树(Eucalyptus)为我国南方的重要战略树种之一[1]。截至2013年，桉树在我国种植面积已达450万hm2[2]，年产2 000多万m3木材，为我国木材生产做出了重要贡献[3]。广西是华南桉树主要栽培区，桉树迅速发展对其胶合板产业的发展起到重要的推动作用。由于缺乏耐寒品种，在冬季较冷的桂北、桂中地区桉树易遭受冰冻灾害，不利于其林业以及林产业发展[4]。因此开发优质的耐寒桉树很有必要，不但可培育丰富的木材资源，而且能保障广西胶合板产业可持续、安全发展，有助于提高该地区林业的经济效益和生态效益。

当前对耐寒桉树树种选择研究不多，本研究在前期研究的基础上[5]，对10年生的几个桉树树种跟踪研究，从生长适应性及其木材材性进行了树种选择和评估，为桂北区域的桉树定向培育和经营提供树种选择和技术依据。

1 试验地概况

试验地位于广西国有黄冕林场白坟试验林地(造林时间均为2002年，实生苗，株行距为2 m × 3 m)，地理位置为 109°51′27″ E、24°44′46″ N，海拔 218 m。林场处于广西鹿寨县黄冕乡和永福县广福乡境内，为中亚热带与南亚热带的过渡地带，丘陵和低山地貌，最高海拔达 895.9 m。光照充足，水热同季，冬夏干湿明显，平均气温19℃，年平均降雨量1 750 ～2 000 mm，降雨量集中在4—8月；年均蒸发量1 426～ 1 650 mm，为水分充足区。林场林地土壤主要以砂岩、砂页岩发育而成的红壤、山地黄红壤为主，适宜马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和各种阔叶林树种生长[4]。

2 材料和方法

2.1 试验材料

试验材料为柳桉(E. saligna)、巨桉(E. grandis)、大花序桉(E. cloeziana)、邓恩桉(E. dunnii)、粗皮桉(E. pellita)和本沁桉(E. benthamii)的原木，以当前生产上广泛使用的尾巨桉(E. urophylla × E. grandis)无性系作为对照(4年生)。

2.2 样地设置与各性状调查

2012年4月中旬在桉树试验林地选取了几个林分，其中邓恩桉1、邓恩桉2、邓恩桉3分别为3个株行距 2.5 m × 3.5 m、2.5 m × 3 m和2 m × 3 m林分密度，每个林分选择3个标准地(20 m × 20 m)。对每个标准地的桉树样木进行每木检尺，记录胸径、树高。参照文献[6]的方法，于1.3 m树高处以Pilodyn(6J Forest)仪器进行立木材性无损检测，同时以生长应力波 FAKOPP检测仪器分析木材的应力波波速测定。选择大、中、小单株进行伐倒，其中邓恩桉分别选取3株，其他树种分别为5株，于1.3 m的树高处取圆盘进行取样，以排水法测定整个木材基本密度。

分别对树高、胸径、材积生长指标、木材基本密度以及立木无损检测指标等进行测量记录，最后对各树种比较分析。

单株材积计算公式：

式(1)中V为单株材积(m³)，DBH为胸径(cm)；H为树高(m)。

2.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 18.0软件对各指标数据进行数据处理和分析。

3 结果与分析

3.1 不同树种的生长特性

3.1.1 树高

图1是10年生的柳桉、粗皮桉、大花序桉、本沁桉、巨桉、邓恩桉和尾巨桉生长性状。从图1可知，7个树种中以本沁桉最高(平均树高19.2 m)，尾巨桉、大花序桉、巨桉分别列第2、3、4位，均高于平均值；邓恩桉3的最小，为12.9 m。不同林分密度对邓恩桉树高存在影响。从表1可知，各树种以及不同林分密度之间存在极显著差异。

3.1.2 胸径

由图1可知，巨桉的平均胸径最大(17.4 cm)，邓恩桉3最小(11.9 cm)，树种平均为14.6 cm，其中大花序桉(15.57 cm)和邓恩桉2(15.58 cm)大于树种平均值。一般而言，树高与其胸径成正比。但不同树种之间有着显著的影响(表1)，使得各树种的胸径变异加大。

3.1.3 单株材积

单株材积能很好地反映林木的生长情况。综合来看，单株材积最大的为巨桉(0.196 m3)、其次是大花序桉(0.156 m3)、本沁桉(0.142 m3)和柳桉(0.138 m3)，这些树种均超过平均值(0.129 m3)，说明在该区域有良好的适应性。树种之间的单株材积差异显著(表1)。

3.1.4 枝下高、冠幅和树皮厚度

林木枝下高直接影响树木的生长和树干形状，也影响林木的出材率，树冠是树木进行光合作用和呼吸作用的重要场所，冠幅直接影响树木的生活力和生产力。由图1可知，尾巨桉的枝下高最大，平均为10.3 m，其次为柳桉和巨桉。邓恩桉不同林分密度之间差别较大。对树冠的东西、南北方向的冠幅进行测量，以巨桉最大(4.5 m)、柳桉次之。从大小顺序看，冠幅一定程度上与树木生长大小相关。树皮厚度是反映树种或品种形态特征的基本性状，也是影响林木材积的重要参数。图1的数据表明，粗皮桉的树皮厚度最大(12.7 mm)，尾巨桉最小(6.2 mm)。

图1 不同桉树树种生长特性

表1 不同桉树树种生长性状方差分析

3.2 不同树种的立木材性

3.2.1 Pilodyn值

Pilodyn是一种间接测定木材密度的无损检测仪器。可用Pilodyn测定仪对立木材性如强度和密度进行间接评估[7]。从表2可知，尾巨桉的Pilodyn值最大，为13.8 cm；大花序桉最小，仅为8.6 cm，进一步对各树种进行比较，发现各树种可分为 4组，表明树种之间存在着明显的差异。

表2 不同桉树树种立木材性性状情况

3.2.2 应力波波速

木材中应力波的传播是与木材的物理、力学性能有直接关系的动态过程，通过测量应力波的传播时间或传播速度可确定木材材质的性能[8]。从不同树种的应力波波速看，最大的是大花序桉(5.82 km·s-1)，平均为5.41 km·s-1，按照应力波波速大小各树种排序为：大花序桉＞巨桉＞邓恩桉2＞粗皮桉＞本沁桉＞邓恩桉1＞尾巨桉＞邓恩桉3＞柳桉。邓恩桉1与邓恩桉2之间应力波波速差异不大。随着林分密度的增加，邓恩桉3的应力波波速呈减小趋势。

3.2.3 木材基本密度

从表2可知，除柳桉外，10年生的各树种木材基本密度均超过0.6 g·cm-3，其中以邓恩桉最大，其次是本沁桉和大花序桉，各树种基本密度与应力波波速基本一致，3种林分密度中以邓恩桉3最大，说明林分越密越不利于林木生长，因此其木质坚硬。

3.3 不同树种的综合评估

由于各评价性状之间存在着相关性及共线性问题，直接用所有指标进行评价不一定合理。本研究首先对评价性状进行主成分降维分析，构建主成分指标，然后依据实际情况进行评价选择。

采用SPSS对各树种不同性状进行主成分分析，结果如表3。表3显示，主成分的贡献率随着特征值的下降而降低，第1、2、3主成分，累计贡献率高达72.6%，表明各树种生长、立木等主要特征信息已提取，能集中反映出相应树种的特征和趋势。从表3可知，第1主成分主要为树种生长大小相关的性状，第2主成分中除了枝下高和树皮厚度外，因子载荷较大的性状有 Pilodyn值和应力波波速，第3主成分为树皮厚度和材性的密切综合性状。因此可根据这些提取了综合性状的信息进一步进行统计选择分析。

表3 主成分因子载荷矩阵表

根据主成分分析分别获得第1主成分、第2主成分和第3主成分相应的具体主成分得分值，以PC 1、PC 2、PC 3表示，具体见下公式计算所得：

PC 1=0.232×树高+0.241×胸径+0.268×单株材积+0.149×枝下高+0.023×树皮厚+0.218×冠幅+0.129×Pilodyn值+0.005×应力波波速-0.193×基本密度 (2)

PC 2=0.110×树高+0.220×胸径+0.196×单株材积-0.257×枝下高+0.278×树皮厚-0.134×冠幅-0.292×Pilodyn值+0.269×应力波波速+0.174×基本密度 (3)

PC 3=-0.376×树高+0.230×胸径+0.054×单株材积+0.016×枝下高+0.583×树皮厚+0.085×冠幅+0.067×Pilodyn值-0.622×应力波波速+0.115×基本密度 (4)

通过计算各树种的得分情况如表4。PC 1中以巨桉最大，说明巨桉在林木生长上占有优势，本沁桉和大花序桉具有良好的生长表现，而不同林分密度对邓恩桉生长影响显著，因此在桉树经营中应选择适宜的林分密度。

表4 各树种/林分的主成分得分与排名

PC 2主要与木材材性相关，各树种比较可以看出，大花序桉和本沁桉不但生长量较大，而且具有木质坚硬的优良材性。相对来说，巨桉材性较差，而对照尾巨桉虽然速生，但木材材质不如这些测试品种。PC 3主要为树皮厚度及材性密切相关的综合性状。因此PC 3越大，说明树皮厚度越大，同时应力波波速越低，因此可看作与培育目标要求相反的负效应性状。根据生产实际对树种的需求即林木生长速生且材质优良，设置PC 1、PC 2、PC 3的权重为6:3:-1，得到各树种的主成分综合得分PC值(表4)。从综合的PC值看，巨桉排第1位，大花序桉和本沁桉分别排在2、3位，均高于对照尾巨桉。在邓恩桉中，不同林分密度对PC影响较大，适宜的林分密度(2.5 m × 3 m)能促进林木生长，有利于其木材材质形成。

4 结论

(1) 本研究对不同桉树树种及不同林分密度的林木生长特性和木材材性等性状进行了比较，结果表明不同树种间的生长、材性等各性状均差异显著。对3种不同林分密度的邓恩桉比较发现，林分密度会对其生长、材质形成等产生显著影响，因此在培育过程中需要选择适宜的林分密度。

(2) 对不同树种以及林分密度的林木生长、立木材性等性状进行主成分分析，发现主成分分析可有效地提取各树种/林分的各性状信息，得到的主成分指标能有效地反映各树种以及林分密度之间的信息特征。

(3) 根据主成分得分综合比较发现，巨桉林木生长量大，大花序桉和本沁桉生长量相对较少，但木材材质相近，表现为坚硬，而粗皮桉、柳桉、邓恩桉均低于对照尾巨桉。从林木生长、立木材性方面综合考虑，巨桉、大花序桉和本沁桉适合于冷寒地区发展，其中以巨桉最好。

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