湿地松初植密度优势木因子的初步研究

湿地松初植密度优势木因子的初步研究

湿地松生长迅速，树干直，材料好。主要用于松脂开采、造纸和建筑材料的培育。20世纪70年代中、后期,我国开始广泛引种栽培湿地松,目前该树种已成为南方集体林区短周期纸浆林、建筑用材林的主要栽培树种之一。南方各省区根据各自立地、环境的特点,对湿地松人工林栽培技术措施进行了系统的研究。这些栽培措施明显促进了湿地松林分的生长,缩短了其轮伐期。但有关苗木质量、施肥、初植密度、间伐等栽培措施对湿地松人工林木材解剖特征、特理性质、力学特性和木材化学成份含量的变化的影响系统报道较少。木材是林木生长与环境的统一体,集约栽培促进林木生长的同时,势必引起木材结构上的变化,导致木材性状的改变,从而影响到木材的品质与利用。20世纪80年代中期,有关人工林木材性质与利用在国际上就引起了广泛的关注。本文就初植密度对湿地松人工林木材性质的影响效应进行系统地分析研究,为我国南方地区湿地松速生、丰产、优质、高效人工林的培育与利用提供科学理论依据。1试验材料和方法1.1生态习性及年际差异湿地松初植密度试验林位于江西奉新县联合纸厂试验林场,地理位置为28°36′～28°45′N、114°5′～115°20′E。地形为低丘岗地,海拔90m左右,土壤为花岗岩发育的酸性红壤土,肥力中等偏低,土层厚50～60cm。7月最高温为39.9℃,1月最低温为-15.4℃,年均温17.2℃,年降雨量为1613mm,无霜期为258d。地带性植被为中亚热带常绿阔叶林,是江西省湿地松适宜栽培地区之一。1.2试材及其密度1983年春营造试验林,初植密度为900、1350、1800、2700株/hm24个处理。随机区组设计,3次重复,小区面积为0.067hm2。每年底进行树高、地径(胸径)、冠幅和枝下高调查。1999年10月在调查林木生长量基础上,每小区伐取两株标准木,共采伐30株试材。每株标准木从离地1.3m高处向上截取2.2m长的圆木段,解锯气干后作为力学性质试材。同时每株标准木在胸高1.3m处截取2.5～3.5cm厚圆盘3个,用于木材解剖特征、特理性质和化学成份含量的测定分析。由于林分内个体间树冠接触之前不存在生长空间的竞争,本文依据胸径连年生长量和平均生长量曲线交叉结合点(6～8a),确定林分树冠接触的年份在造林后6～8a。因此确定髓心附近第7年轮后的木材为有效试材,划线取样、下锯。年轮宽度、晚材率、木材密度、木材干缩性和力学性质按GB1927～1943-1992有关方法进行测试分析,木材解剖特征、微纤丝角、化学成份按文献中方法测定。2结果与分析2.1密度对人工林胸径、单株材积的影响表1中17年生湿地松4种初植密度林分间树高、胸径、材积、蓄积量和单位面积上1～2级优势木数量等因子存在着显著的差异(F>F0.05=3.29),这从图1不同初植密度林分年轮宽度径向变异也反映出来。单株胸径、材积和优势木数量均随着林分初植密度的加大(密植)呈递减的趋势;2700株/hm2初植密度的林分,胸径、单株材积最小,仅为13.2cm、0.0687m3,较900株/hm2稀植林分小32.6%、89.5%。由于树高生长与立地条件有关,其生长量与初植密度不呈正比例的关系,2700株/hm2的林分平均树高最小为9.5m,1800株/hm2的林分树高值最大为11.0m。单位面积上蓄积量与林分初植密度呈抛物线曲线关系,即单位面积上蓄积量开始随着林分初植密度的增大而增加,达到最大值后而出现递减现象。900株/hm2的林分胸径、单株材积最大,但由于单位面积上株数较少,单位面积蓄积量最小,仅为103.27m3;1800株/hm2的林分,胸径、单株材积小于初植密度900、1350株/hm2的林分,但由于单位面积上株数较多,1800株/hm2的林分蓄积量最大,达159.61m3。初植密度900、1350和1800株/hm2的林分内1～2级优势木(即大径材)数量差异不大,分别为300、345、315株;2700株/hm2的林分1～2级优势木数量仅为120株,反映出该林分小径材数量占绝对优势。因此人工林培育应根据培育目标确定合理的初植密度。纸浆林在满足材质要求情况下,追求单位面积上最大的材积数量,可选择1800株/hm2的初植密度。该林分5a胸径连年生长量开始下降,7～8a时胸径连年生长量与平均生长量曲线相交,应适时间伐,最迟不能低于10a。建筑结构用材要求大径级林木多,径级大,不宜采用过大的初植密度,可采用1350、1800株/hm2的初植密度,培育大径材,可在10～12a时间伐。2.2密度对木材化学期组成的影响其初植密度为7.表2、表3为湿地松不同初植密度林分木材解剖特征和木材化学成份含量的比较结果,林分初植密度与管胞形态特征间不呈直线比例关系。稀植(900株/hm2)、密植(2700株/hm2)的林分早材、晚材管胞长度比较短,长宽比值小,纤丝角较大;而初植密度适中,如1350、1800株/hm2的林分,早材、晚材管胞长、长宽比值大,纤丝角度小。壁腔比、腔径比二个性状值与林分密度间无明显的变化规律可循。900、1350、1800和2700株/hm2的4个林分木材化学成份含量变化范围较小。尽管分析发现稀植的林分(900株/hm2)纤维素含量、综纤维素含量较3种密植的林分低,木素含量、多缩戊糖含量、苯醇抽出物含量较密植的林分稍高,反映出稀植的林分快速生长,其纤维含量、纤维素含量有减小的趋势,木素、多戊糖和苯醇提出物含量有稍微增大的趋势。但从表3来看,各个性状的方差分析F值<F0.05=3.25,差异不显著,反映出林分初植密度对湿地松人工林木材化学成份含量没有显著的影响。2.3林分初植密度对木材干缩和木材生长的影响建筑结构用材要求木材顺纹抗压强度,抗弯强度高,抗弯弹性模量大,差异干缩小小,木材尺寸稳定性好,人工林定向培育建筑结构用材的性能一直是木材加工利用关心的话题。表4为17年生湿地松不同初植密度林分木材气干缩5个性状值弦向、径向、体积干缩率3个性状与林分初植密度正比,即:稀植的林分,其木材弦向、径向、体积干缩率小;密植的林分,其木材弦向、径向、体积干缩率大。而纵向干缩和差异干缩两个性状,则与初植密度大小成反比,即:稀植的林分,木材纵向干缩大,差异干缩大。理论上讲,木材纵向干缩大,差异干缩大,其尺寸稳定性差,木材干燥时易发生翘曲变形、开裂现象。这说明初植密度小的林分,林木个体生长快,对木材干缩性、尺寸稳定性有不利的影响,这与当今人工林木材干燥利用上易发生翘曲变形、开裂的总体现象是一致的。但就不同初植密度的林分之间木材干缩性状差异分析结果来看,初植密度对湿地松人工林生长量有显著的影响(见表1),但对建筑结构用材的干缩性状的影响没有达到显著的程度(F值<F0.05=3.25)。表5分析结果表明,不同初植密度林分间木材晚材率、木材密度、顺纹抗压和抗弯性能等5个性状中,晚材率和基本密度二个性状初植密度小的林分(1350、900株/hm2)的木材性状值(36.9%、37.3%,0.463、0.455g/cm3)小于初植密度大的林分(1800、2700株/hm2)的木材性状值(38.8%、38.2%,0.473、0.474g/cm3)。顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量3个力学性状与林分初植密度间的关系类似于晚材率和木材基本密度二个性状,不同之处在于1800株/hm2林分3个力学性状值最高。林分初植密度最大、最稀的两个林分,其木材顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量性状值均较低。这种结果与表2中900、2700株/hm2两个林分管胞长度较短和微纤丝角较大有关。通常纤维长、纤丝角度小,木材力学强度高。表2中初植密度1800株/hm2的林分管胞长度最大,纤丝角度最小,故该林分力学性能最好。表5中不同初植密度林分间3个力学性状差异不显著,似乎说明4个初植密度均适宜于培育建筑结构用材。但从林分内个体之间力学性状值变化范围来看,1350、1800株/hm2的两个林分最小值均高于其它两个林分。这个极端最小值对确定结构设计用材的安全系数是有重要指导意义,因此1350、1800株/hm2的两个林分初植密度更适用于培育建筑结构用材。3密度对木材解剖结构的影响初植密度对湿地松人工林生长量、单位面积上蓄积量和单位面积上中径材、大径材株数有显著的影响。初植密度900、1350、1800和2700株/hm24种林分中,1800株/hm2林分单位蓄积量大,管胞长、长宽比大、纤丝角度小、纤维素与综纤维素含量高,木素含量低,适于培育纸浆材。湿地松林分初植密