海南南亚松木材材性的研究

徐慧兰，陈 虎，颜培栋，黄永利，杨章旗

（1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.广西壮族自治区南宁市林业科学研究所，广西 南宁530107）

海南南亚松木材材性的研究

徐慧兰1，陈 虎1，颜培栋1，黄永利2，杨章旗1

（1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.广西壮族自治区南宁市林业科学研究所，广西 南宁530107）

为了了解南亚松的物理材性，以海南霸王岭国家级自然保护区的南亚松为研究对象，进行了材性分析。结果表明：南亚松纤维长度平均值在4～6 mm之间，自髓心到树皮逐渐变长；切线方向纤维宽平均值在27.90～36.87 μm之间，早材射线方向纤维宽平均值在46.36～57.80 μm之间，晚材射线方向纤维宽平均值在21.95～26.55 μm之间；早材的纤维壁厚平均值在2.54～4.74 μm之间，晚材的纤维壁厚平均值在5.37～8.52 μm之间；南亚松年轮宽在3～8 a达到最大后逐渐变窄，20 a后变窄幅度有所稳定；晚材率近髓心处低，随着树龄的增长逐渐升高，20 a后开始相对稳定在50%左右；南亚松各个年轮段密度差异显著，平均密度是0.532 g·cm-3；密度自髓心到树皮逐渐升高后再降低，最高平均密度出现在31～35年轮段，这与晚材纤维壁厚的变化趋势相同。

南亚松；纤维形态；年轮；密度

南亚松Pinus latteri是常绿乔木，分布于中国的海南、广东南部和广西南部海拔50～1 200 m的丘陵及山地。南亚松具有耐海洋咸风、耐干旱、耐瘠薄、耐高温和产脂量高的特点，是热带地区发展用材林和松脂林的良好材料[1]。目前国内对南亚松的研究主要集中在采脂技术、松脂特性、种子育苗技术、造林技术等方面[2-7]，与木材材性相关的研究相对较少。本研究以海南霸王岭国家级自然保护区内的南亚松为研究对象，分析其木材材性，为南亚松的木材利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

实验材料为海南霸王岭国家级自然保护区内的南亚松天然林。海南霸王岭国家级自然保护区属热带季风气候，日照较长。年平均温度为23.6 ℃；年均降水量为1 500～2 000 mm；无霜期；保护区内成土母质多为深厚的红色风化壳，土壤以砖红壤为主，随海拔增高逐渐过渡为山地红壤、山地黄壤和山地草甸土，土层厚度为80～100 cm，石砾含量约30%，腐殖质层厚度为5～10 cm，枯枝落叶层厚约5 cm。表1是所选南亚松的树高和胸径。

表1 采样南亚松平均胸径和树高Table 1 DBH and tree height of selected Pinus latteri

1.2 方 法

用Φ12 mm的生长锥在立木树高1.3 m的东面位置钻取一根树皮至髓心的完整木芯，置于塑料管，密封，编号。木芯以5 a为一个单位进行分段，并对各个分段的木芯进行各项测定。纤维通过等量的冰醋酸和过氧化氢混合液离析，在尼康80i木材显微图像成像系统下直接测量纤维长度（随机选择80根以上）。纤维宽度和壁厚通过观察横切面切片的方法确定（随机选择100个以上管胞）。根据GB/T1930—91[8]的方法，测定木材年轮宽度和晚材率。木材基本密度采用最大饱和含水量法测定。

2 结果与分析

2.1 纤维形态

图1是管胞的虚拟模型，通过测量得出图中的aL、aLT、aWT、aWR和管孔面积，计算得出图中的aLR（管孔面积 /aLT）、aT（aLT+2×aWT）和aR（aLR+2×aWR）。L表示长度或管孔，T表示弦向，R表示径向，W表示管胞壁。南亚松的纤维横切面的形状相对于其他松树而言比较规整，尤其是晚材，基本都是四角形。

图1 管胞的虚拟模型Fig.1 The virtual tracheid model

2.1.1 纤维长

表2是南亚松不同年轮段的纤维长度。纤维长髓心处最短，往树皮方向逐渐变长。各个年轮段南亚松早材的纤维长度均大于晚材的纤维长度。

表2 不同年轮段纤维长度Table 2 Fiber length of different ring segments μm

2.1.2 纤维宽

表3是切线方向和射线方向纤维宽的比较。同一个形成层细胞的分裂只能保证aT长度的相对稳定。早晚材aT值自髓心往外逐渐变长，在31～35年轮达到最大后开始降低。早材的aR值自髓心到树皮逐渐增长，但晚材的aR值在21～25年轮达到最大之后开始降低。早晚材的aR值相差一倍以上。早材的管胞横切面面积（aT×aR）自髓心到树皮方向变大，晚材的面积在31～35年轮时达到最大后开始变小。

2.1.3 纤维壁厚

表4是两个方向纤维壁厚的比较。早材壁厚 自髓心到树皮逐渐变厚，晚材在31～35年轮达到最大后开始变薄。早材的aWR大于aWT值，而晚材的aWR小于aWT值。

表3 纤维双向平均宽†Table 3 Average fiber width in two directions μm

表4 纤维双向平均壁厚†Table 4 Average fiber thickness in two directionsμm

2.2 年轮宽度和晚材率

年轮宽度反映了林木生长速度，晚材率的大小可反映林木木材质量的优劣。南亚松的生长轮明显，早材至晚材的转变有渐变和急变，这与南亚松所处的生长空间和气候条件有关。

年轮宽比和晚材率径向变异如图2所示。年轮宽比是每个年轮宽度在整个径向年轮宽度中所占的比例。由于胸径的大小不同，年轮宽比能更好地解释年轮宽度的变化情况。从年轮宽比的径向变异可看出，3～8年的年轮宽度最大。随着树龄增长，胸径变大，年轮宽逐渐变小。20 a后其变窄幅度逐渐稳定，年轮宽仍然持续变窄。晚材率近髓心处最低，前20 a晚材率升高迅速，到20 a后晚材率开始相对稳定，基本维持在50%左右。图2中的实线是高斯（Gauss）曲线拟合结果。曲线拟合可以把离散数据进行连续化。从图2中曲线拟合结果可以大致预测南亚松40年的年轮宽度和晚材率。

图2 年轮宽比和晚材率变化趋势Fig.2 Changing trend of ring width ratio and latewood percentage

年轮宽比曲线各个参数值为a1=1.51；b1=6.193；c1=8.442；a2=2.188；b2=18.4；c2=44.87。此曲线拟合R2为0.957 2，均方根误差为0.135 9。

晚材率曲线各个参数值为a1=50.27；b1=38.12；c1=25.42；a2=22.02；b2=14.44；c2=14.44。此曲线拟合R2为0.972 7，均方根误差为2.119。

2.3 基本密度

木材密度是木材材性中的一项重要指标。利用木材密度可以预测木材的其它物理材性和力学材性[9]。本研究中南亚松的木材密度表现出自髓心逐渐升高，到一定树龄后开始降低的结果。南亚松径向各年轮段基本密度差异较大。图3是南亚松各个年轮段密度分布频率的高斯（Gauss）曲线拟合结果。频率表示对应密度值在相应年轮段出现的次数。由图3可看出：1～5年轮段的密度值在整个密度范围内都有一定的频率出现；6～35年之间密度值范围逐渐往右移，说明密度在这期间一直升高；最高平均密度出现在31～35年轮段；到了36～40年，密度值开始往左缓慢移动，即密度开始降低。这与晚材纤维壁厚的变化趋势一致。由于30年以上树龄的南亚松试件较少，频率值随着树龄的增长而减少。

各个年轮段平均、最高、最低和出现频率最高的密度详见表5。

图3 各个年轮段密度频率的曲线拟合结果Fig.3 Curve fitting results of density frequency of each ring segment

表5 各个年轮段基本密度Table 5 Basic density of each ring segment (g·cm-3)

考察了密度和年轮宽、晚材率和胸径的相关关系。密度和年轮宽度在0.01水平上相关程度达到显著水平，Pearson系数是-0.845。密度和晚材率在0.05水平上相关程度达到显著水平，Pearson系数是0.698。密度和胸径在0.01水平上相关程度达到显著水平，Pearson系数是0.468。

3 结论与讨论

南亚松纤维长度平均在4～6 mm之间，纤维自髓心往树皮方向变长。测量结果显示：各个年轮段南亚松早材的纤维长度均大于晚材，这与其他松树的纤维长结果相反[10-12]。aT平均值在27.90～36.87 μm之间。aT平均值自髓心往树皮方向逐渐变长，到31～35年轮达到最高，而后逐渐变小。早晚材aR的值相差一倍以上，与其他部位一样，髓心处最短。早材的纤维壁厚平均值在2.54～4.74 μm之间，晚材的纤维壁厚平均值在5.37～8.52 μm之间。早材的纤维壁厚自髓心到树皮一直增长，晚材在31～35年轮达到最高之后逐渐变小。aWT的早晚材差异在2倍以上，但aWR的早晚材差异小于1倍。从髓心到树皮，纤维变长，纤维宽度变长，壁厚变厚。但这一趋势在31～40年左右达到最高值，之后慢慢开始降低。

南亚松年轮宽度在3～8年达到最大值，之后逐渐降低。随着树龄的增长，树干直径生长减慢，轮宽减小。20 a之后年轮宽度变窄幅度稳定。晚材率近髓心处低，平均晚材率是42%，20 a之后晚材率相对稳定在50%左右。南亚松的年轮宽度和晚材率变化趋势都在20 a左右开始稳定。

南亚松平均密度是0.532 g·cm-3，各个年轮段的密度差异显著。1～5年的密度变幅最大，最小密度是 0.28 g·cm-3，最大密度达到 0.75 g·cm-3以上。密度自髓心逐渐增大，最大平均密度出现在31～35年轮段，之后密度值开始有所下降，但幅度不大。密度的变化趋势与晚材纤维壁厚的变化趋势相同。南亚松的基本密度比生长在相同地区的其他松树高[11-12]。密度和年轮宽度在0.01水平上的Pearson系数是-0.845，是负相关。密度和晚材率在0.05水平上的Pearson系数是0.698。密度和胸径在0.01水平上的Pearson系数是0.468。密度和这几个变量的相关性结果只能说明这几个变量对木材密度有一定的影响，比如晚材率高，密度也相对高。但是纤维形态，尤其是壁厚对密度的影响更直接，这也是南亚松晚材率不高而密度较高的原因之一。

[1]黄运峰,杨小波,党金玲,等.海南霸王岭南亚松种群结构与分布格局[J].福建林业科技,2009,36(2):1-5.

[2]张梦琴,邓昭成.南亚松产脂力的研究[J].林产化学与工业,1990,10(1):29-37.

[3]韩 超,徐建民,童 清,等.南亚松引种种源/家系苗期选择研究[J].中国农学通报,2014,30(19):7-12.

[4]邓昭成.南亚松树基地建设及松脂生产经营管理[J].林产化学与工业,1993,13(13):84-86.

[5]贾 婕,罗群凤,杨章旗.引发处理对南亚松种子萌发的影响[J].广西林业科学,2014,43(3):271-274.

[6]黄清麟,陈永富,杨秀林.海南霸王岭林区南亚松天然林乔木层结构特征研究[J].林业科学研究,2002,15(6):741-745.

[7]陶辉光.南亚松造林技术研究[J].海南林业科技,1991(2):13-16.[8]中国标准出版社第一编辑室.木材工业标准汇编[M].北京:中国标准出版社,2002.

[9]成俊卿.木材学[M].北京：中国林业出版社,1983.

[10]谭健晖,冯源恒,贾 婕,等.马尾松半同胞家系纤维形态遗传变异及纸浆材优良家系选择[J].南京林业大学学报(自然科学版),2012,36(6):8-12.

[11]连辉明,曾令海,何波祥,等.马尾松木材基本密度、管胞长度遗传变异规律及其生长量、产脂力的相关性研究[J].广东林业科技,2006,22(1):5-8.

[12]管 宁,刘昭息,潘志刚.不同种源火炬松和湿地松木材基本密度和管胞长度的变异[J].林业科学研究,1993,6(3):235-240.

Study of wood properties ofPinus latteriin Hainan province

XU Huilan1, CHEN Hu1, YAN Peidong1, HUANG Yongli2, YANG Zhangqi1
(1.Guangxi Forest Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China;2.Guangxi Nanning Forestry Division, Nanning 530107, Guangxi, China)

In order to understand physical properties ofPinus latteri, Wood properties of it in Hainan Bawangling National Nature Reserve were tested. The results showed that the average fiber length ofPinus latteriwas 4～6 mm, gradually increased from core to bark. Average tangential fiber width was 27.90-36.87 μm. Average radial fiber width of earlywood was 46.36～57.80 μm, latewood was 21.95～26.55 μm. Average fiber wall thickness of earlywood was 2.54～4.74 μm, latewood was 5.37～8.52 μm. The ring width gradually narrowed after achieved the maximum value during 3～8 years. After 20 years, the narrow ratio of ring width started to stable. Latewood percentage near the pith was low, with the increasing of age the latewood percentage gradually increased and began to relatively stable in 50% after 20 years. The density of each ring segment was great different. The average density was 0.532 g·cm-3. The density gradually increased from core to bark and started to decrease after certain years. The highest average density appeared in 30～35th ring segment.This was similar to the changing mode of latewood fiber wall thickness.

Pinus latteri; fiber morphology; annual ring; density

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.05.016 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-12-24

国家林业局948项目“南亚松优良种质资源及培育技术引进”（2011-4-34）；八桂学者岗位“松树资源培育及产业化关键技术创新”（2011A015）

徐慧兰，工程师，博士

杨章旗，教授级高级工程师，博士；Email: yangzhangqi@163.com

徐慧兰，陈 虎，颜培栋，等.海南南亚松木材材性的研究[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(5): 92-95.

S781.3

A

1673-923X(2017)05-0092-04

[本文编校：谢荣秀]