人工兴安落叶松心边材变异及生长特征1)

郭妍雪 姜立春

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

大部分树木的树干都包括心材和边材两个部分。边材可以传输矿物质和水分，影响树木的生长发育和生理功能。边材向心材的转化是树木生长的重要生理过程，边材年轮数的生长变化也较为复杂［1］。描述心边材量的指标一般包括心材半径、边材宽度、心材面积、边材面积、心边材比(心材面积和边材面积的比值)。横截面直径一直是心边材特征较好的预测指标之一。如横截面直径与心材半径和边材宽度存在着极显著的正相关关系［2-4］，胸高处心材半径、边材宽度与胸径呈极显著的线性关系，而心材面积和边材面积与胸径呈极显著的幂函数关系［5］。由于心边材与树木的生长密切相关，因此一些专家发现形成层年龄与心材半径、边材宽度、心材面积和边材面积等存在着极显著的相关性［6-10］。同时，大量的研究发现林木的测树学因子能够较好地解释心边材含量的变异［5，10-11］。

心边材量影响木材的质量与价值，特别是边材含量直接或间接的影响树木生长、水分利用效率及树干的呼吸潜力。因此了解心边材含量的变异规律，对深入了解树木生理、生态及生长特征变化非常重要［12］。

兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr．)是我国北方的主要造林树种。目前国内对小兴安岭兴安落叶松心边材量的变异规律，尤其是对成熟林心边材量变异的详细研究还未见报道。本文以小兴安岭兴安落叶松人工林为研究对象，对落叶松心边材量的方位变异、林分间变异、株间变异、轴向变异、生长特征及其影响因子进行研究。为落叶松生长生理过程的探索、定向培育及木材的优化利用与质量评价提供可靠的科学依据。

1 材料与方法

1．1 数据采集和处理

在黑龙江省伊春市五营林业局丽林实验林场选取了不同年龄和不同林分密度的10 块落叶松人工成熟林样地(面积为20 m×20 m)。实测样地内每株林木的胸径、树高、冠幅、活枝下高等树木变量。各林分特征见表1。直径、去皮直径、总年轮数、边材年轮数、边材宽度。

表1 试验样地基本特征

1．2 数据分析

心材年轮数等于总年轮数与边材年轮数之差;用去皮半径减去边材宽度得出心材半径;把树干横截面看作一个圆形来计算心材面积和边材面积;心材面积比上边材面积为心边材比。

心边材的方位变异采用正态分布检验、t 检验和非参数检验;心边材比的林分间和分化等级间差异显著性采用方差分析(ANOVA)和多重比较的最小显著差数法(LSD)。

利用回归分析建立树木变量与心材半径、心材面积、边材宽度和边材面积的回归模型，并通过拟合优度(R2)和回归模型的显著性检验(P＜0．05)选择最优模型。所有统计分析均采用SAS 9．3 完成。

2 结果与分析

在每块标准地内选取没有树干缺陷的优势木、平均木、被压木各1 株，实测样木胸径并标明北向后伐倒，以1 m 区分段从树干基部到树梢方向截取圆盘，直到距树梢不足1 m 时停止采样。另外在胸高处截取1 个圆盘。在实验室将圆盘工作面刨光，用扫描仪对圆盘进行扫描。利用年轮分析软件(Windendro2003)测量每个圆盘东西和南北2 个方向的带皮

2．1 心材和边材的方位变异检验

心边材的方位变异检验主要是比较心材半径和边材宽度的东西和南北两个方向。由于样本量较小，首先对数据进行正态性检验，主要采用SAS 软件的Shapiro-Wilk 的W 统计量来检验数据的正态性。当P＞0．05 时，数据服从正态分布。从表2 正态性检验的P 值可以看出，有些数据满足正态分布，有些数据不满足正态分布。为了得到可靠的检验结果。本研究采用t 检验和非参数检验同时进行。检验结果表明，在10 个林分内，东西和南北2 个方向的心材半径、边材宽度均无显著性差异(P ＞0．05)(表2)。此外，总样地检验也得到了一致的结果。

表2 不同样地心边材方位变异检验

2．2 各样地心边材比差异分析

为了剔除立地条件对株间变异的影响，分别对每个样地3 株样木的心边材比进行方差分析。表3方差结果显示，在样地1 中，不同样木心边材比极显著的差异(P＜0．01)，而在样地4 和样地7 中，不同样木心边材比有显著差异(P ＜0．05)，在其它样地中，不同样木心边材比没有显著性差异(P＞0．05)。方差分析的显著性只能说明各样木心边材比间有显著差异，并不能说明这种差异具体是由哪2 株或3株样木引起的，因此本研究又进行了多重比较，主要采用最小显著差数法(Fisher’s least significant difference，F-LSD)。表3 多重比较显示，落叶松在不同样地多重比较结果是不同的，如在1 号和7 号样地，优势木和平均木之间没有显著差异，被压木与优势木和平均木之间有显著差异，在4 号样地，优势木和被压木之间没有显著差异，平均木与优势木和被压木之间有显著差异。而在其它样地内，优势木、平均木和被压木之间都没有显著差异。表3 总体林分间方差分析结果表明，林分间心边材比存在显著差异性(P=0．027 6)，优势木和平均木之间没有显著差异，被压木与优势木和平均木之间有显著差异。

表3 不同分化等级心边材比差异性分析

2．3 落叶松心边材的纵向变异

30 株样木从根部到树梢方向，心材半径、心材面积、边材面积总体随树高的增加而呈减小的趋势。边材宽度在树干基部较大，在大约1 m 以上保持相对恒定，在距离树梢附近的部分明显减小(图1)。

2．4 单株水平心边材与树木变量的回归模型

树木变量与心材半径、边材宽度成一次函数关系，与心边材面积成幂函数关系。5 个变量对心边材量株间变异的解释能力各有不同，其中对心材量的影响力从大到小依次为:胸径、树高、冠幅、活枝下高和树龄，而对边材量的影响力从大到小依次为:胸径、冠幅、树高、活枝高和树龄(表4)。

表4 心边材与树木变量的回归模型

2．5 心边材生长特征

为了研究落叶松心边材的生长特征，分别对树干横截面心边材特征变量与形成层年龄、横截面带、去皮直径进行回归分析，结果见表5。可以看出，形成层年龄、横截面带去皮直径与心材半径和边材宽度成一次函数关系，与心材面积和边材面积成幂函数关系。心材半径和心材面积模型的R2在0．74 ～0．96，而除边材宽度与形成层年龄模型(R2=0．0381)拟合精度较低外，其它边材宽度和边材面积模型的R2在0．30 ～0．91，心材半径和心材面积模型的拟合优度明显高于边材宽度和边材面积模型。横截面带去皮直径对心边材的影响要高于形成层年龄。心边材年轮数随形成层年龄的增加而增加，二次函数可以较好的描述两者关系。形成层年龄能够解释90%以上心材年轮数的变化，而仅仅能够解释46%边材年轮数的变化。所有模型拟合检验都达到了极显著(P＜0．01)。

图1 心材半径、边材宽度、心材面积、边材面积的纵向变异

表5 心边材与横截面直径和形成层年龄的关系

3 结论与讨论

落叶松各林分内，东西和南北2 个方位的心材半径、边材宽度均无显著差异。这与以往对油松［10］方位变异的研究结果一致。不同林分间落叶松心边材比存在林分间的变异，这与不同的生长环境、林分密度和海拔有着密切的关系。这与小黑杨［13］的研究结果相符。进一步分析表明，不同的分化等级可能导致不同的结论，如林分间优势木的心边材比没有显著性差异，而平均木和被压木的心边材比有显著性差异。落叶松心边材比同样存在着株间变异，这与以往对其它树种的研究结果一致，如:樟子松［14］、云杉［15］、桉树［16］和油松［10］。

落叶松心材半径、心材面积和边材面积基本上随树干高度的增加而减少，这种变异方式与大多数树种相同，如:樟子松［14］、海岸松［17］、挪威云杉［15］和油松［10］相似。而边材宽度随树干高度的变化比心材小，边材宽度在树干基部较大，在1 m 以上保持相对恒定，在距离树梢附近的部分明显减小。这与以往的研究结果相同，这是由于在这一定树高范围内，心材和树干的径向生长量相接近［4，10，18］。虽然边材宽度在树干1 m 以上到树梢处变化不大，但由于树干削度的变化使边材面积随树干高度的增加而减少。经过对比形成层年龄和横截面直径对心边材的纵向变异影响时发现，横截面直径可以较好的描述落叶松心边材纵向的变异情况。这与以往的研究结果一致［2，6，19-20］。

落叶松树木变量对树木心边材的生长都有一定的影响，进一步分析表明，树龄对心边材的影响最小，这可能是由于样木都取自成熟的落叶松林，树龄相差不大。落叶松心材年轮数与形成层年龄的关系，可以用二次函数表达，心材年轮数随着形成层年龄的增加而增加，心材年轮数与形成层年龄之间显示了高度的相关性，边材年轮数与形成层年龄数的关系，与心材年轮数相同，但没有心材紧密。

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