杜仲人工林生长状况调查及木材材性测定1)

唐骏 任跃 刘攀峰 朱景乐 柯书银 肖祥伟

(中国林业科学研究院经济林研究所，郑州，450003) ( 国有信阳市平桥区天目山林场)

杜仲(EucommiaulmoidesOliver)为杜仲科杜仲属植物，雌雄异株，广泛分布于我国亚热带至暖温带地区，其适生性强，在我国27个省(自治区)均有分布[1]。杜仲是中国特有的乡土树种，具有很高的利用价值，既是我国重要国家战略资源，又是我国特有的优质天然橡胶、名贵药材、木本油料作物。同时，杜仲也能维护生态安全、增加碳汇及木材储备。杜仲作为主要树种已纳入国家储备林树种目录。随着杜仲产品的热销和国家战略储备物资地位的确定，杜仲的种植面积不断扩大[2]，目前中国现有的杜仲林面积为35万hm2，其中95%为乔木林[3]。

目前关于杜仲的研究主要集中在杜仲果实、杜仲雄花、杜仲皮、杜仲叶片[4]，而作为树木重要产品之一的木材仅在其力学性质方面进行了测定[5]，目前尚无关于杜仲木材纤维特性的报道。本研究拟通过对杜仲实生乔木林生长量及木材材质性状的测定，旨在探究杜仲木材材质性状的变异规律，为杜仲材用型良种选育提供参考。

1 试验地概况

试验林地位于河南省灵宝市闫家驮中国林业科学研究院杜仲综合研究示范基地(110°39′37″E，34°16′18″N)，海拔1 066～1 082 m，属小秦岭山区，年均气温14.5 ℃，年均降水量650.00 mm。土层深度为0.80～1.20 m，土壤为黄棕壤，pH值为7.1，土壤中全氮质量分数为0.93 g·kg-1，速效磷质量分数为1.01 g·kg-1，速效钾质量分数为21.35 g·kg-1。试验林树龄为16 a，株行距2 m×3 m，平均树高8.15 m，平均胸径12.94 cm，郁闭度为0.85～0.90。

2 研究方法

2.1 杜仲生长指标调查

在前期设置的固定样地中选择位于阳坡中部，阳坡底部、阴坡中部的固定样地3块，在每块样地随机选取45～50株杜仲，共计145株。对各单株逐一编号并调查植株树高、枝下高、主干高、胸径、南北向冠幅、东西向冠幅等生长指标。

2.2 杜仲材质性状测定

分别在上述145株杜仲树1.30 m处用内径5.00 mm的生长锥钻取从树皮至髓心的木芯样品，带回实验室进行基本密度测定。选择阳坡底部的50株木芯样品在测定木材基本密度后，进行木材纤维参数及木材横切面显微构造特征参数的测量。木材基本密度采用饱和含水量法进行测定[6]，木材密度分级参考江泽慧等[7]的方法。

经基本密度测定后的木芯样品在其两端分别取一定量木片，采用硝酸-氯酸钾法分离木纤维，制成简易切片，并在荧光显微镜(Olympus BX51)下随机测定50根纤维的长度和宽度，计算木材纤维长宽比，并以此50个数据的平均值作为该单株纤维指标。

参考薛崇昀等[8]的方法，将欲检测木样在三甘醇中进行软化，并将软化后的木样在滑走式木材切片机下切成厚度为10～15 μm的切片，经过染色、乙醇梯度脱水、二甲苯透明、施胶封盖玻片后，采用日本Nikon80i显微镜、美国Pixera的Penguin 600CL摄像机将制作好的横切面切片按测定指标要求逐年轮采集清晰的木材照片，并通过TDY-5.2彩色图像计算机分析软件进行杜仲胞壁率、纤维弦向直径、纤维径向直径、细胞壁厚、木材组织比量、横切面显微构造特征参数等的测量，其中杜仲的胞壁率按照横切面上细胞壁的面积与图像总面积的比值测算。

2.3 数据处理

利用SPSS16.0对数据进行描述统计、方差分析及相关性分析。

3 结果与分析

3.1 不同样地杜仲生长情况

不同样方杜仲生长情况见表1。由表1可知，16年生杜仲的树高为5.70～11.20 m，平均值达8.15 m；胸径为7.60～23.80 cm，平均值达12.94 cm。除了树高的变异系数较低，为7.93%～9.83%，胸径、主干高、枝下高、南北向冠幅、东西向冠幅在样方内均存在较大的变异，变异系数均达13.00%以上，说明在同一林分中，树高间的差异较小，即树高是1个相对稳定的衡量指标，而胸径等生长指标变异较大。方差分析结果表明，各生长指标在3个样方间均存在显著差异，除了枝下高外，阳坡底部及阳坡中部的生长指标均显著高于阴坡中部样方，即外界环境对杜仲生长影响较大。

不同样方内，杜仲的胸径与地径的比值为0.66～0.91，平均值达0.78，变异系数为5.33%～6.41%，该指标在样方内变异较小。方差分析结果表明，该指标在不同样方间无显著差异。

表1 不同样地杜仲生长情况

3.2 杜仲生长指标与木材密度的关系

各生长指标间关系如表2所示，除了枝下高与其他生长性状间为极显著负相关关系外，其他各性状间均为极显著正相关关系。由于林分郁闭度较高，所以植株下部枝条不能得到足够的光照及养分，从而导致部分枝条逐渐枯死，但不同个体间有差异。当单株长势越强，获得养分、空间的能力越大，植株供给下部的养分相对其他个体较多，才能避免枯死，所以枝下高相对较低，与其他生长指标呈显著负相关。因此，杜仲的枝下高也可作为1个判断植株长势强弱的间接指标。

145株杜仲生长指标与木材密度的相关关系见表2。由表2可知，木材基本密度与树高、胸径、主干高间均存在极显著正相关关系，相关系数分别为0.53、0.47、0.41；与冠幅无显著相关性；与枝下高存在显著负相关关系，相关系数为-0.37。以上结果表明，杜仲木材基本密度与主要生长指标存在较强的表型相关。

表2 杜仲生长性状间相关关系

3.3 杜仲木材材质性状

本试验各样方内的木材密度变化较小，变异幅度仅为4.44%～4.62%，远低于生长指标的变异幅度。杜仲木材密度较高，为0.51～0.65 g·cm-3。根据木材密度分级标准，杜仲木材密度属于Ⅲ级，为中高密度木材。方差分析结果表明，不同样方间木材密度差异显著，但不同样方间误差值差别较小，仅为0.02～0.06 g·cm-3，虽然有显著的统计学差异，但无实际意义。

杜仲木材纤维长958.00～1 077.00 μm，平均值1 003.10 μm，属于中等长度纤维；纤维宽14.68～19.18 μm，平均值16.57 μm；纤维长宽比为49.90～68.40，平均值60.80。杜仲木材纤维长、木材纤维宽、纤维长宽比的变异系数均较小，分别为2.66%，6.22%、6.76%，说明其木材密度、木材纤维长、木材纤维宽、纤维长宽比均为稳定指标。杜仲木材胞壁率为41.15%～64.01%，平均值为51.86%，变异系数为10.26%；双壁厚5.90～10.55 μm，平均值为8.05 μm，变异系数为13.86%；组织纤维比量中木纤维比量占58.08%～69.89%，平均值为65.08%，其变异系数较小，为5.15%；导管比量为23.80%～35.56%，平均值为29.04%；木射线比量为0.67%～2.25%，平均值为1.36%；薄壁组织比量为2.11%～8.16%，平均值为4.52%，变异系数较大，分别为11.08%、26.68%、26.04%。综合分析杜仲木材的纤维特性及杜仲木材的胞壁率，说明其纤维特性适合于造纸，同时满足纤维工业原料的要求，因此也适宜做纸浆材。

将进行材性测定的50个单株按照胸径由低到高分为6个径阶，每径阶间差2 cm。各材性指标在不同径阶间的方差分析结果见表3。木材基本密度及双壁厚在不同径阶间存在显著差异，但其他指标在各个径阶间没有显著差异，且随着径阶增加，木材密度及双壁厚无显著变化。

表3 杜仲材性指标

径阶(h)/cm胞壁率/%木纤维比量/%导管比量/%木射线比量/%薄壁组织比量/%h<10(50.05±3.00)ab (62.77±3.31)A (31.37±3.45)B (1.42±0.40)a(4.44±1.29)a10≤h<12(48.01±3.37)a(64.48±3.20)Ab(29.24±3.20)Ab(1.38±0.32)a(4.90±1.39)a12≤h<14(52.27±4.66)abc(64.80±3.40)Ab(29.25±3.30)Ab(1.39±0.37)a(4.57±1.22)a14≤h<16(56.15±6.42)c(67.70±2.36)Ab(26.90±3.04)a(1.20±0.36)a(4.20±0.62)ah≥16(54.31±5.70)bc(65.95±3.30)B(28.38±2.49)Ab(1.39±0.44)a(4.28±1.22)a

3.4 杜仲材质性状间的关系

杜仲材质性状间的相关关系如表4所示，木材基本密度与胞壁率、木纤维比量呈极显著正相关，相关系数分别为0.46、0.51；与导管的组织比量呈极显著负相关，相关系数为-0.47。纤维宽与双壁厚呈极显著正相关，相关系数为0.65；与木纤维比量、导管比量呈显著相关，相关系数分别为-0.35、0.42。双壁厚与胞壁率呈极显著正相关，相关系数为0.44；与导管比量、薄壁组织比量呈显著相关，相关系数分别为0.32、-0.31。胞壁率与木纤维比量呈极显著正相关，相关系数为0.42。木纤维比量与导管比量呈极显著负相关，相关系数为-0.94。木射线比量与薄壁组织比量呈显著负相关，相关系数为-0.34。

4 结论与讨论

本研究发现，在降水量适中，肥力偏弱的立地条件下，16年生杜仲的最大胸径可达23.60 cm，树高为11.20 m。虽然杜仲的生长速度不及杨树(Populus)、泡桐(Paulownia)等当地速生造林树种，但其树干通直，出材率高，胸径与地径的比值均在0.75以上，出材率较高。而珍贵用材树种楸树(Catalpabungei)的速生优良无性系‘宛楸8401’在土壤肥沃，降水量适中的条件下，其26年生无性系胸径为26.50 cm，树高12.80 m[9]。

表4 杜仲生长及材性指标间的相关关系

本研究发现，杜仲木材密度较高，为0.51～0.65 g·cm-3，根据木材密度分级标准[7]，杜仲木材密度属于Ⅲ级，远高于当地主要造林树种泡桐(0.21～0.44 g·cm-3)、杨树(0.32～0.34 g·cm-3)的木材基本密度[10-12]。近年来有许多关于珍贵用材树种木材密度的报道，例如楸树[9]的木材密度为0.39～0.43 g·cm-3、核桃楸(JuglansmandshuricaMaxim)[13]的木材密度为0.49 g·cm-3、红椿(ToonaciliateRoem)[14]的木材密度为0.32～0.50 g·cm-3、香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.)[15]的木材密度为0.46～0.48 g·cm-3，而这些珍贵用材树种的木材密度远远低于杜仲的木材密度。木材基本密度是1个重要的材性指标，大量研究表明，木材密度与木材力学性质间存在显著的关系[16-18]，所以本研究认为，杜仲具备珍贵用材树种的潜力。Greaves et al.[19]认为在纸浆材选育过程中，以木材密度为主要育种目标的经济意义高于材积或纸浆率。本研究发现，杜仲木材基本密度的变异幅度较小，说明杜仲的木材基本密度相对较稳定。不同树种间的木材密度变异规律不同。贾庆彬等[20]在对杂种落叶松的研究得到，不同家系内的木材密度变异幅度可达8.68%～30.01%，马尾松[21]、湿地松与加勒比松杂种[22]、杉木[23]的木材密度与生长性状间存在显著负相关，选择生长性状与材质兼优的无性系相对较难，泡桐[10]、杨树[24]、长白落叶松[25]的木材密度和生长性状间无显著相关性，可进行各个性状独立选择。本研究中杜仲木材的各材质性状变异幅度均较小，杜仲树高、胸径与木材基本密度呈极显著正相关，相关系数分别为0.53、0.47，且杜仲胸径、主干高、枝下高等指标变异幅度较大，通过一定栽培措施，在提高生长量的同时，也可以提高杜仲木材的密度。因此，培育生长快、木材密度大的杜仲材用林具备较大发展潜力。