间伐对冀北油松木材组织比量和管胞形态特征的影响

王梦蕾 张 伟 李晓梅 李晓顺 孙照斌

（1.河北农业大学林学院，河北 保定 071000；2.临漳县自然资源和规划局，河北 邯郸 056600）

间伐是加快林木生长、缩短轮伐期、提高林木质量的重要培育措施[1−4]。间伐时间、间伐次数和间伐强度等不同方面对木材品质（密度、管胞长度、纤维长度、生长轮密度、晚材率和力学强度等）有一定的影响[5−8]。

油松（Pinus tabuliformis），又名黑松、短叶松、巨果油松。属裸子植物门、松科、松属，常绿乔木，高可达30 m，胸径可达1.8 m。目前对于油松的研究主要围绕油松的经营措施[9]、土壤理化性能[10]、生物群落[11−12]以及生长特性[13−14]展开。徐有明[15−16]讨论分析了山西中条山油松木材密度与各项力学性质相关关系，管胞纤丝角度与解剖、抗拉、抗弯强度间的相关关系。赵荣军等[17−18]研究结果表明，油松子代测定林的木材管胞长度长，长宽比大，柔性系数高，是良好的纤维工业原料。

本研究选取河北省冀北山区大力推广的油松人工林进行管胞形态特征和组织比量的研究，分析间伐与未间伐对于油松管胞形态特征和组织比量的影响，为油松人工林的定向培育以及木质改良提供理论依据，同时为油松加工利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料取自河北省承德市茅荆坝林场（117°50′46″～118°13′06″E,41°29′57″～41°40″36″N），油松造林时间为1982 年，造林密度为4 995 株/ hm2。在相同立地条件的油松人工林林分中，分别在经过抚育间伐、未经过抚育间伐的林地中设置标准地，标准地面积为50 m×50 m，间伐时间在2008年，间伐强度为28%。每块标准地选取3 棵平均木作为样木。试材基本情况见表1。原木运回实验室进行试材加工。

表1 油松试材基本情况Table 1 Basic situation of P.tabulaeformis

1.2 实验方法

1.2.1 微观构造特征

参照GB/T 29894—2013[19]进行。选取间伐油松和未间伐的油松在1.3 m 处的高度，采用水煮的方法将约1 cm3的木材试样软化后，使用YD-1508R 滑走切片机（金华益迪医疗设备有限公司，中国）切取厚度约15 μm 的横切面、弦切面和径切面，经番红染色、乙醇脱水、透明剂透明和封片等工序完成切面制片[20−21]。

1.2.2 管胞形态特征测定方法

通过髓心沿南北方向将每个7 cm 厚的圆盘锯成2 cm 宽的长条，将这些长条的南部分平均分成3 份，记为心、中、外，用于测量管胞特征，包括管胞长度、管胞宽度、管胞长宽比、管胞壁腔比等指标，采用离析法[22]进行，每个试样测定30 次。

将长条的心、中、外3 部分制成尺寸为10 mm×10 mm×20 mm 的具有标准三切面的3 小块，使用YD-1508R 滑走切片机在每个小木块的横切面上进行切片，选取1 片最好的切片（有完整年轮、厚度适中的切片），进行组织比量的测定，采用网格法测定，随机测定30 次，取其平均值。

1.3 数据处理

采用Excel 2007 软件、SPSS 20.0 等软件进行数据处理、方差分析。

2 结果与分析

2.1 油松的微观构造特征

由图1～2 可知，油松横切面主要为管胞、木射线和树脂道，管胞多为长方形及多边形，早晚材分界明显，树脂道多分布在生长轮中部及晚材部分，较稀疏，树脂细胞内含有暗色树脂；管胞径面壁纹孔多数1 列，稀2 列，径切面上，射线薄壁细胞与轴向管胞间交叉场纹孔式为窗格型，少数松木型，射线管胞处于射线薄壁细胞上沿和下沿，内壁有具齿状加厚，外形呈波浪状；弦切面上，单列木射线和纺锤形，射线细胞通常为椭圆形，含深色树脂。间伐与未间伐油松微观构造结构基本一致。

图1 间伐油松解剖构造Fig.1 Anatomical structure of thinning P.tabuliformis

图2 未间伐油松解剖构造Fig.2 Anatomical structure of unthinning P.tabuliformis

2.2 油松木材管胞形态特征

2.2.1 间伐与未间伐油松管胞长度差异

由图3 可知，间伐与未间伐油松样木管胞长度在径向从髓心向外都是呈增长趋势，间伐油松的变化范围是2 549 ～4 134 μm，均值为3 438 μm；未间伐油松的变化范围是2 494 ～4 018 μm，均值为3 323 μm。间伐油松的管胞长度从髓心向中部增长速度较快，而由中部向树皮生长时，速度较为缓慢，管胞的长度将趋于平衡；未间伐油松由髓心向树皮的增长速度与间伐变异趋势类似。从整体上看，间伐油松的管胞长度大于未间伐的管胞长度，在中部管胞长度的差异较大。

图3 间伐与未间伐油松管胞长度Fig.3 Length of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheid

2.2.2 间伐与未间伐油松管胞宽度差异

由图4 可知，间伐与未间伐油松的管胞宽度由髓心向外呈增长的趋势，间伐油松的管胞宽度的变化范围是42.62 ～49.76 μm，均值为46.57 μm；未间伐油松的管胞宽度变化范围是40.83 ～47.73 μm，均值为44.83 μm。间伐油松管胞宽度有髓心向树皮增长速度基本趋于一致，而未间伐油松由髓心向中部增长速度较快，之后增长速度减缓。从整体上看，间伐油松管胞宽度大于未间伐，在靠近树皮部分尤为突出。

图4 间伐与未间伐油松管胞宽度Fig.4 Width of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.2.3 间伐与未间伐油松管胞长宽比差异

由图5 可知，间伐与未间伐油松管胞长宽比，由髓心向外逐渐增加，间伐油松管胞长宽比为59.80～83.08，其均值为73.20；未间伐油松管胞长宽比为57.08～82.19，其均值为73.51。间伐油松管胞长宽比由髓心向中部时，增长速度较快，之后由中部向树皮时增长速度缓慢，未间伐油松管胞长宽比的增长趋势和间伐基本趋于一致，与管胞长度的变化趋势类似。

图5 间伐与未间伐油松管胞长宽比Fig.5 Length-width ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.2.4 管胞壁腔比

如图6 可知，壁腔比径向变异是由于胞壁厚度和管胞直径的相互影响。壁腔比变化反映出胞壁厚度的变化，表明了成年期胞壁厚度对木材材性的稳定起着非常重要的作用。间伐与未间伐油松的壁腔比有髓心向树皮成增长的趋势，间伐油松的变化范围是0.35～0.46，其均值为0.42；未间伐变化范围为0.37～0.46，其均值为0.41。间伐油松壁腔比由靠近髓心向中部变化时，增长速度较快，之后向靠近树皮时增长速度表位缓慢，未间伐油松壁腔比由心向外的的增长速度基本不变。从整体上分析，间伐油松的壁腔比大于未间伐，在中部差异明显较大。

图6 间伐与未间伐油松管胞壁腔比Fig.6 Cell wall cavity ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis tracheids

2.3 组织比量

2.3.1 间伐与未间伐油松木射线比量差异

由表2 可知，间伐油松木射线比量在径向的变化趋势是由髓心向中部增大，从中部到外部减小，其变化范围为8.14%～9.78%；未间伐的变化趋势是由髓心向中部减小，从中部到外部增大，其变化范围是8.25%～10.99%。由整体上而言，未间伐油松木射线比量大于间伐油松，但是在中部间伐大于未间伐油松；在靠近髓心处，间伐与未间伐油松木射线比量差异最大（2.74%），在靠近树皮差异最小（1.07%）。

表2 间伐与未间伐油松的组织比量Table 2 Tissue ratio of thinning and unthinning P.tabulaeformis

2.3.2 间伐与未间伐油松管胞比量差异

间伐油松管胞比量在径向的变化趋势是由髓心向中部减小，从中部到外部增大，其变化范围为87.27%～89.45%；未间伐的变化趋势是由髓心向中部增大，从中部到外部减小，其变化范围是86.17%～89.06%。由整体上而言，间伐油松管胞比量大于未间伐油松，但是在中部未间伐大于间伐油松；在靠近髓心处，间伐与未间伐油松管胞比量差异最大（3.28%），在靠近树皮部分差异最小（1.16%）。

2.3.3 间伐与未间伐油松树脂道比量差异

间伐油松树脂道比量在径向的变化趋势是由髓心向中部增加，从中部到外部减小，其变化范围为2.41%～2.95%；未间伐的变化趋势是由髓心向中部减小，从中部到外部增大，其变化范围是2.69%～2.92%。由整体上而言，未间伐油松树脂道比量大于间伐油松，但是在中部间伐大于未间伐油松；在靠近髓心处，间伐与未间伐油松管胞比量差异最大（0.43%），在靠近树皮部分差异最小（0.09%）。

2.4 油松管胞形态特征与其他树种比较分析

由表3 可知，纤维用材的要求条件为纤维长，纤维长宽比大，纤维壁腔比小。与樟子松（Pinus sylvestris）、红 松（Pinus koraiensis）、火炬松（Pinus taeda）和马尾松（Pinus massoniana）[23]的管胞特征对比，冀北油松木材管胞长度、管胞宽度、管胞长宽比和壁腔比均处于中间水平，所以也适合用于纤维用材。油松木材管胞长，制浆造纸时纤维之间的相互交织能力就强，壁腔比小，纤维的柔韧性就好。因此，冀北油松木材可以作为制浆造纸的原材料，且间伐油松更适合用于制浆造纸。

表3 油松和不同树种木材管胞特征的比较Table 3 Comparison of anatomical properties between P.tabulaeformis and other tree species

3 结论与讨论

间伐与未间伐油松微观构造基本一致。油松横切面主要为管胞、木射线和树脂道，管胞多为长方形及多边形，间伐与未间伐油松的管胞长度、管胞宽度、管胞长宽比和壁腔比分别为3 439 μm、46.57 μm、73.20、0.42、3 323.26 μm、44.83 μm、73.51、0.41；间伐油松管胞长度、宽度和壁腔比均大于未间伐；早晚材分界明显；径切面具有射线薄壁细胞与轴向管胞间交叉场纹孔式为窗格型，少数松木型，射线管胞处于射线薄壁细胞上沿和下沿，内壁有具齿状加厚，外形呈波浪状；弦切面主要有单列木射线和纺锤形，射线细胞通常为椭圆形，含深色树脂；间伐与未间伐油松的组织比量没有显著差异。木质部管胞构造特性与木质部的液体流动密切相关，对于针叶材而言，管胞胞腔尺寸、管胞端壁的聚缘纹孔闭塞与否、膜上小孔的直径以及木材密度是影响液体扩散速率的主要因素，液体扩散的快慢会直接影响到树干液流[24]、木材干燥速率以及液体浸渍效果[25]。树干液流方面，王海霞[26]、李少宁等[27]通过探究不同树种之间树干液流差异，得出油松的树干液流均低于其他树种，也只探究了环境因素对其的影响，并未联系到木材自身的解剖构造对其的影响大小。木材干燥方面，管胞弦向直径与水分流密度呈正相关；在干燥过程中，随着含水率的降低，木材细胞壁发生干缩，木材结构也会随之发生变化，不同的解剖结构决定了其在干燥过程中发生开裂、变形等的可能性[28]，油松的干燥与管胞特征间的关系目前还不明确。木材液体浸渍方面，陈宣宗[29]对马尾松树脂浸渍的研究发现树脂不仅能通过木材细胞腔、纹孔等进入木材，还能通过细胞壁中微纤丝间隙进入细胞壁内。但目前对油松管胞特征对浸渍效果的影响研究较少。以上三方面的研究工作均有待进一步深入开展。