红椿天然林分木材材性性状变异规律研究

乔卫阳，邱勇斌 ，邹 军 ，刘 军 ，陈文荣 ，姜景民

（1.浙江省开化县林场，浙江 开化 234300；2. 福建省国有来舟林业试验场，福建 南平 353004；3.中国林科院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400）

红椿天然林分木材材性性状变异规律研究

乔卫阳1，邱勇斌1，邹 军2，刘 军3，陈文荣2，姜景民3

（1.浙江省开化县林场，浙江 开化 234300；2. 福建省国有来舟林业试验场，福建 南平 353004；3.中国林科院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400）

以红椿天然林分为研究对象，选取11个红椿天然林分，研究其木材基本密度、心材比率和心材颜色等变异规律以及木材材性性状与生态环境因子的关系。结果表明：红椿木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状在不同林分间差异达到极显著差异；木材材性性状在天然林分内也存在丰富的变异，其中心材颜色变异系数较大，其遗传改良潜力较大；红椿天然林分木材基本密度和心材颜色与纬度、年降水量和海拔高度显著相关，而心材比率与年降水量极显著负相关；来自低纬度和低经度的红椿天然林分其木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状表现较为优异。

红椿；木材基本密度；心材比率；心材颜色；变异规律

红椿Toona ciliata是楝科Meliaceae香椿属植物，为落叶高大乔木，树干通直，心材红褐色，切面木纹美丽，素有“中国桃花心木”的美誉，是我国南方重要的珍贵阔叶用材树种之一，具有很高的经济价值和开发前景[1]。因其速生性好和材质优良等特点，浙江、福建、江西、安徽和云南等省区从20世纪70年代就开始了红椿的引种和造林[2-3]。同时陆续开展了红椿地理种源表型、苗期生长、幼林生长等性状变异，研究发现果实长度、果实宽度、种子长度、苗高和地径等性状在地理种源间差异显著[4-5]。

一个分布区较广泛的树种，来自不同天然林分的树木在材质、材性等方面存在很大的差异，如马尾松、湿地松和木荷等[6-8]。红椿广泛分布于长江以南地区，野生天然资源丰富，表型变异丰富，然而对其变异研究集中在林木生长方面，而对其材性方面特别是心材的研究未见过报道。本研究将通过对红椿11个天然林分进行研究，以阐明其木材基本密度、心材颜色、心材比例等性状在天然林分间的差异性和变异规律，为不同产地红椿珍贵材的培育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2014年11月底—12月中旬，在红椿自然分布区内选择了11个天然林分进行木材木芯样品的采集，各天然林分的经纬度、海拔高度、年降水量、年平均气温、无霜期和土壤等信息见表1。每个天然林分随机选取50株样本，在每木胸高处上坡位用5 mm直径的生长锥钻取由树皮到髓心的木芯，所采集木芯放置在PVC塑料管中保存。

表1 红椿采样林分的地理位置和生态因子简介Table 1 Locations and ecological factors of the sampled natural stands of Toona ciliata

1.2 试验方法

对所取的木芯用最大含水量法[9]测定木材基本密度（Di）；利用英国皇家比色卡（Royal Horticultural Society (RHS) ）对其心材颜色进行归类，并根据心材颜色的深浅，把所有木芯心材颜色划分为5个等级，从深到浅分别赋值为5、4、3、2和1；心材比率是心材所占木芯总长度的比例。

1.3 数据处理

采用Excel 软件进行数据基本处理及制图，运用DPS软件进行方差和相关分析，利用Surfer软件[10]，绘制了木材基本密度、心材颜色和心材比例等性状等值线图。

2 结果与分析

2.1 红椿天然林分材性性状变异

红椿木材基本密度、心材颜色和心材比率在天然林分间差异较大，基本密度以云南元谋木材基本密度最大，达到0.497 g·cm-3；同样来自云南的师宗木材基本密度为0.473 g·cm-3，仅次于云南元谋。江西资溪和湖南吉首2 个林分木材基本密度为最小，分别为0.304和0.309 g·cm-3。贵州册亨和云南元谋林分木材心材颜色平均值为最大，分别达到3.6和3.3；江西九连山红椿心材颜色最差，仅为1.2。来自云南的师宗和元谋心材比率较大，分别为68.5%和52.8%，云南勐腊心材比率最小，仅为34.6%（见表2）。总的来说，来自于西南地区的红椿林分平均基本密度、心材颜色和心材比率分别为0.490 5、3.275和52.45%；来自于中部地区红椿林分平均基本密度、心材颜色和心材比率分别为0.31 9、1.866和39.7%；来自于东北部地区红椿林分平均基本密度、心材颜色和心材比率分别为0.356、1.9和42.5%。

表2 红椿天然林分材性性状统计Table 2 Wood traits in natural stands of T. ciliata

对红椿天然林分各材性性状进行方差分析，结果（见表3）表明红椿木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状在不同林分间差异达到极显著差异。红椿木材材性性状在天然林分内也存在丰富的变异，其中木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状变异系数分布范围分别为0.075～0.373、0.132～0.632和0.012～0.405，3个性状变异系数平均值分别为0.131、0.284和0.108。这一结果可以看出，红椿木材心材颜色选择潜力较大。

表3 红椿天然林分材性性状方差分析Table 3 Variance analysis of wood traits in natural stands of T. ciliata

2.2 生态环境因子对红椿材性性状的影响

通过对经纬度、海拔和年降水量等生态因子对红椿材性性状影响的分析，结果显示，红椿天然林分基本密度与纬度和年降水量极显著负相关，而与海拔极显著正相关；心材颜色与经度和年降水量极显著负相关，与海拔高度极显著正相关；心材比率与年降水量极显著负相关（见表4）。通过以上分析表明，由于红椿密度、心材率和心材颜色等材性性状受生态环境因子影响较大，来自西南地区特别是云贵高原地区红椿木材材性表现比较优异，所以该地区应大力发展红椿人工林。

表4 经纬度、海拔和年降水量对红椿材性性状的影响Table 4 Effect of longitude, latitude, altitude and annual precipitation on wood traits of T. ciliata

根据红椿天然林分经纬度以及木材基本性状观测数据，利用Surfer软件技术，绘制了木材基本密度、心材颜色和心材比例等性状等值线图（见图1）。从图1中可以看出，来自低纬度和低经度的红椿天然林分其木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状表现较为优异。从图1A得出，红椿木材基本密度受纬度影响较大，在东经102°～105°、北纬24°～29°范围内红椿木材基本密度较大，平均可达0.45 g·cm-3以上；在东经110°～120°、北纬26°～30°范围内红椿木材基本密度较小，平均值在0.32 g·cm-3左右。从图1B得出，红椿木材心材颜色受经度影响较大，在东经103°～108°、北纬24°～30°范围内红椿木材心材颜色值较大，平均可达3.2以上；在东经112°～118°、北纬24°～26°范围内红椿木材心材颜色值较小，平均值在1.6左右。从图1C得出，在东经102°～106°、北纬24°～30°范围内红椿木材心材比率较大，平均可达50%以上；在东经112°～119°、北纬26°～28°范围内红椿木材心材比率较小，平均值在38%左右。

3 结论与讨论

同一树种由于地理差异往往会引起不同个体间的变异，表型变异其实是基因型与环境互作的结果[11-12]，反映了树种应对不同生态环境因子的方式和适应对策，同时也揭示了遗传变异的大小和规律。林木由于长期处于不同的地理位置和生态环境因子下，较之于农作物，存在更为丰富的遗传变异，包括生长、叶片和果实等表型、生理和材性等方面[13-16]。通过对林木种内表型变异的研究，可以有效地说明林木关键性状的改良潜力。木材材性性状是林木的重要改良性状，研究表明不同树种间和相同树种不同林分、种源、家系和无性系间木材材性性状存在显著的差异[17-18]。本研究表明，红椿木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状在不同林分间差异达到极显著差异，说明有必要开展红椿种源试验，进行红椿的材性改良。红椿木材材性性状在天然林分内也存在丰富的变异，其中心材颜色变异系数较大，其遗传改良潜力较大。

林木表型性状变异规律与海拔和经纬度有关。韩照祥等[19]研究认为来自不同生境的栓皮栎种群其表型性状主要受纬度和海拔高度的影响。王秀花等[17]通过对木荷不同天然林分表型和材性等方面变异研究得出，树干通直度、树皮厚度和木材颜色等性状搜纬度影响较大，而海拔高度对木材基本密度和树皮厚度等也有较大的影响。本研究中红椿天然林分木材基本密度和心材颜色与纬度、年降水量和海拔高度显著相关，而心材比率与年降水量极显著负相关，说明红椿密度、心材率和心材颜色等材性性状受生态环境因子影响较大。来自低纬度和低经度的红椿天然林分其木材基本密度、心材颜色和心材比率等性状表现较为优异，为获得材质好的红椿木材，种植区应放在红椿分布区的西南部。

图1 经纬度对毛红椿木材性状的影响Fig.1 Effects of longitude and latitude on wood traits of T. ciliata var. pubescens

[1]刘 军,陈益泰,姜景民,等. 红椿优树自由授粉子代幼林生长表现[J]. 浙江林学院学报,2010,27(6):956-960.

[2]邹高顺. 珍贵速生树种红椿与毛红椿引种栽培研究[J]. 福建林学院学报,1994,14(3): 271-276.

[3]沈承权,陈 东,刘度南,等. 红椿引种栽培试验[J]. 四川林业科技,1991,12(1):71-74

[4]刘 军,陈益泰,姜景民,等. 毛红椿种实和苗期性状地理种源变异[J]. 南京林业大学学报(自然科学版),2011,35(3):55-59.

[5]刘 军,陈益泰,姜景民,等. 毛红椿优树自由授粉子代幼林生长表现[J]. 浙江林学院学报,2010,27(6): 756-760.

[6]Burley J. Genetic variation in wood properties[J]. New Perspectives in Wood Anatony, 1982.

[7]周志春,秦国峰,李光荣,等. 马尾松天然林木材化学组分和浆纸性能的地理模式[J]. 林业科学研究,1995,8(1):1-6.

[8]楚秀丽,王 艺,金国庆,等. 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林生长、材性变异及林分分化[J]. 林业科学,2014,50(6): 152-159.

[9]Smith D M. Maximum moisture content method for determining specific gravity of small wood samples[J]. USDA,For Serv,For Prod Lab, 1954: 1-8.

[10]任印国, 魏永强. 使用Surfer软件绘制地质图件和处理地质数据的方法[J]. 测绘技术装备, 2006, 8(1): 34-36.

[11]Dutilleul P, Potvin C. Among-environment heteroscedasticity and genetic autocorrelation: implications for the study of phenotypic plasticity[J]. Genetics, 1995, 139:1815-1829.

[12]陈 勇,李芳东,王海军,等. 五列木天然群体的表型变异[J].中南林业科技大学学报,2013,33(2):20-23.

[13]刘 军,陈益泰,姜景民,等. 毛红椿优树自由授粉子代生长性状的早期测定[J]. 林业科技开发,2010,24(4):36-38.

[14]姜荣波,刘 军,姜景民,等. 红楠主要表型和苗期性状地理种源变异[J]. 东北林业大学学报,2011,39(5):9-12.

[15]刘 军,陈益泰,姜景民,等. 香椿种源苗期性状变异与原产地生态因子典型相关分析[J].东北林业大学学报,2010,38(11): 27-29.

[16]吴丽君,李志辉. 不同种源赤皮青冈幼苗生长和生理特性对干旱胁迫的响应[J]. 生态学杂志,2014, 33(4): 996-1003.

[17]王秀花,马雪红,金国庆,等. 木荷天然林分个体类型及材性性状变异[J]. 林业科学,2011,47(3):133-139.

[18]王亚南,王军辉,麻文俊,等. 34 年生华山松生长和材性的种源变异与种源选择[J]. 东北林业大学学报,2013,41(12):5-7.

[19]韩照祥,张文辉,山 仑. 栓皮栎种群的性状分化与地理变异性研究[J]. 西北植物学报, 2005, 25(9):1848-l853.

Study on variation pattern of wood traits in natural stands ofToona ciliata

QIAO Weiyang1, QIU Yongbin1, ZOU Jun2, LIU Jun3, CHEN Wenrong2, JIANG Jingmin3
(1. Kaihua country forest farm, Kaihua 234300, Zhejiang, China; 2. Laizhou National Forest Farm, Nanping 353004, Fujian, China;3. Research Institute of Subtropical Forestry, CAF, Fuyang 311400, Zhejiang, China;

Eleven natural stands were selected for study in distribution area ofT. ciliata. Our objective was to elucidate the variation pattern of wood basic density, heartwood ratio and heartwood color ofT. ciliatabetween and within natural stands, as well as effect of environmental factors on these traits. The results show that the difference of wood basic density, heartwood color and heartwood ratio between natural stands was significant. The variation of these traits within natural stands was rich. The variation coefficient of heartwood color was the largest, this indicated that the genetic improvement potential of heartwood color was great. The wood basic density and heartwood color were positive correlated with latitude, annual precipitation and altitude, but the heartwood ratio was significantly negative correlation with annual rainfall. Natural stands ofT. ciliatafrom low latitude and low longitude had better wood basic density,heartwood ratio and heartwood color.

Toona. ciliata; wood basic density; heartwood ratio; heartwood color; variation pattern

2016-01-02

浙江省十三五林木育种专项（2016C02056-3）；国家自然科学基金项目（31570658）

乔卫阳，高级工程师

刘 军，副研究员；E-mail：ywliu2005@163.com

乔卫阳，邱勇斌，邹 军，等. 红椿天然林分木材材性性状变异规律研究[J].中南林业科技大学学报，2017,37(5):101-105.

S718.3

A

1673-923X(2017)05-0101-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.05.018 http: //qks.csuft.edu.cn

[本文编校：谢荣秀]