坡位和坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松紙漿材材性的影響1)

史永純 宋林 梁晶 李巍巍

(黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，哈爾濱，150025)(吉林森工集團(tuán)營(yíng)林部)(黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院)(東北林業(yè)大學(xué))

立地條件既決定林木的生長(zhǎng)，同時(shí)也影響木材的材質(zhì)材性［1－3］。因此，在現(xiàn)代工業(yè)人工林的培育中為達(dá)到適地適樹(shù)，既要了解立地對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響，同時(shí)也要了解立地對(duì)樹(shù)木材質(zhì)材性的影響。目前關(guān)于立地對(duì)樹(shù)木材質(zhì)材性影響的研究還較少，其影響規(guī)律尚不明確［4－6］。如有研究表明，木材基本密度隨立地質(zhì)量增高而降低［4］，而纖維長(zhǎng)度和寬度則隨立地質(zhì)量增高而增大［5］。但也有研究認(rèn)為，立地對(duì)木材基本密度和纖維形態(tài)的影響不顯著［6］。立地對(duì)木材材質(zhì)材性的影響可能因樹(shù)種和立地條件而表現(xiàn)不同，因而開(kāi)展不同樹(shù)種材質(zhì)材性與立地條件關(guān)系的研究，對(duì)工業(yè)人工林培育具有重要意義。長(zhǎng)白落葉松(Larix olgensis)是我國(guó)東北地區(qū)的重要造林樹(shù)種。近年的研究表明，長(zhǎng)白落葉松是北方針葉樹(shù)中適合作為紙漿材發(fā)展的樹(shù)種［7－9］。關(guān)于立地條件對(duì)長(zhǎng)白落葉松紙漿材材質(zhì)材性的影響，郭明輝曾分析了坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松纖維形態(tài)以及化學(xué)成分的影響［2］。本文則在坡向和坡位對(duì)長(zhǎng)白落葉松人工林紙漿材材質(zhì)材性的影響規(guī)律方面進(jìn)行探討，旨為確定長(zhǎng)白落葉松紙漿林適生立地條件提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于黑龍江省尚志市境內(nèi)的東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)尖砬溝森林培育實(shí)驗(yàn)站。該場(chǎng)屬長(zhǎng)白山系張廣才嶺西坡小嶺余脈，平均海拔約300 m，坡度一般在6°～15°。該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降雨主要集中于7、8、9月份，年平均降水量723 mm，年平均蒸發(fā)量1094 mm，年日照時(shí)數(shù)2471.3 h，年平均氣溫2.8℃，≥10℃年積溫2 526℃，全年無(wú)霜期120～140 d。該地的地帶性土壤為暗棕壤，一般分布在300 m以上的低山丘陵地帶。典型暗棕壤所占的地形部位較高，其次為草甸暗棕壤，白漿化暗棕壤和潛育暗棕壤。非地帶性土壤主要有白漿土、草甸土和沼澤土，一般分布在300 m以下的丘陵地帶，其中白漿土所占的地形部位較高，其次為草甸土和沼澤土。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查與取樣

調(diào)查林分為20～22年生的長(zhǎng)白落葉松林，造林密度均為1.5 m×2.0 m，現(xiàn)保存密度為2 225～2 375株/hm2。調(diào)查時(shí)選擇北坡、東坡、南坡以及各個(gè)坡向的坡上、坡中、坡下部位分別設(shè)置樣地，樣地面積為0.04 hm2。在每個(gè)樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺測(cè)定胸徑，然后在各個(gè)徑階內(nèi)選擇樣木測(cè)定樹(shù)高，繪制樹(shù)高曲線(xiàn)。根據(jù)平均胸徑和平均樹(shù)高確定平均木。根據(jù)所確定的平均木胸徑和樹(shù)高值，在每塊樣地內(nèi)選擇3株平均木，伐倒后在1.3 m高處向上截取5 cm厚的圓盤(pán)3個(gè)，將圓盤(pán)帶回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行木材性質(zhì)測(cè)定。同時(shí)在樣地內(nèi)選擇5株優(yōu)勢(shì)木，測(cè)定樹(shù)高。為了解所有調(diào)查林分立地質(zhì)量的高低，以20年生長(zhǎng)白落葉松的優(yōu)勢(shì)木高為依據(jù)進(jìn)行比較。在22年生的長(zhǎng)白落葉松林內(nèi)，伐倒1株優(yōu)勢(shì)木做解析木，測(cè)定前20年高生長(zhǎng)占樹(shù)高的比例，根據(jù)這個(gè)比例求出所有優(yōu)勢(shì)木20年生的樹(shù)高值。求算的各種立地林分20年生優(yōu)勢(shì)木平均高分別為:北坡16.57 m，東坡16.64 m，南坡16.17 m，坡下16.71 m，坡中16.43 m，坡上16.32 m。

2.2 木材材性測(cè)定

年輪寬度、晚材率的測(cè)定:先將1.3 m高處的圓盤(pán)樣品刨光以看清生長(zhǎng)輪為止，擺放在掃描儀上掃描，然后利用WinDENDRO年輪分析系統(tǒng)在圓盤(pán)圖片上測(cè)定年輪寬度、晚材率。

基本密度的測(cè)定:將待測(cè)樣品鋸成從髓心到樹(shù)皮截面的木條尺寸為0.5 cm×0.5 cm，采用排水法測(cè)定木材基本密度(參照國(guó)標(biāo)GB1933—1991)。

纖維形態(tài)的測(cè)定:將樣品按年輪劈成約1.5 mm×1.5 mm×10.0 mm的木條，放入試管中。采用過(guò)氧化氫和冰醋酸混合液離析法測(cè)定纖維長(zhǎng)度和寬度。在投影顯微鏡下觀察纖維的長(zhǎng)度和寬度，每個(gè)試樣隨機(jī)測(cè)量30個(gè)數(shù)據(jù)［10］。

化學(xué)組分的測(cè)定:將每株樣木的試料按四分法取樣、粉碎，供分析使用。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2677—1981造紙工業(yè)產(chǎn)品試驗(yàn)方法分別測(cè)定冷水抽提物、熱水抽提物、1%NaOH抽提物、纖維素、綜纖維素、木素和灰分含量［11］。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS12.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析和LSR檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 坡位和坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松基本密度的影響

不同坡位和不同坡向間長(zhǎng)白落葉松基本密度的變化均較小(表1、表2)。不同坡位間長(zhǎng)白落葉松木材基本密度變化范圍為0.456～0.425 g/m3，下坡的基本密度最大，上坡最低。經(jīng)檢驗(yàn)，不同坡位間木材基本密度差異不顯著(P＞0.05)。不同坡向間長(zhǎng)白落葉松木材基本密度變化范圍為0.454～0.432 g/m3，東坡的基本密度最大，北坡最小。經(jīng)檢驗(yàn)，不同坡向間木材基本密度差異亦不顯著(P＞0.05)。研究地點(diǎn)的山地坡度較緩，不同坡向和坡位間木材基本密度未形成明顯差異，可能與不同坡向、坡位間立地質(zhì)量差異較小有關(guān)。

表1 坡位對(duì)長(zhǎng)白落葉松木材基本密度、晚材率與纖維形態(tài)的影響

表2 坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松木材基本密度、晚材率與纖維形態(tài)的影響

3.2 坡位和坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松晚材率的影響

不同坡位和不同坡向間長(zhǎng)白落葉松晚材率的變化均較小(表1、表2)。不同坡位間長(zhǎng)白落葉松晚材率表現(xiàn)為:中坡＞上坡＞下坡，坡中比坡下高6.1%。經(jīng)檢驗(yàn)，不同坡位間晚材率差異不顯著(P＞0.05)。不同坡向間長(zhǎng)白落葉松晚材率由大到小的順序?yàn)?東坡＞南坡＞北坡，東坡的晚材率與北坡僅相差1.9%。經(jīng)檢驗(yàn)。不同坡向間晚材率差異不顯著(P＞0.05)。

3.3 坡位和坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松纖維形態(tài)的影響

不同坡位間長(zhǎng)白落葉松纖維長(zhǎng)度從大到小依次為:中坡＞上坡＞下坡(表1)，不同坡位間纖維長(zhǎng)度變幅為2 640～2 479 μm，經(jīng)檢驗(yàn)差異不顯著(P＞0.05)。不同坡向間纖維長(zhǎng)度表現(xiàn)為:東坡＞南坡＞北坡(表2)，不同坡向間纖維長(zhǎng)度變幅為2 617～2 419 μm，經(jīng)檢驗(yàn)差異亦不顯著(P＞0.05)。

不同坡位間長(zhǎng)白落葉松的纖維寬度變化幅度為:35.6～33.0 μm，中坡＞上坡＞下坡(表1)。不同坡向間長(zhǎng)白落葉松的纖維寬度變化幅度較小，為35.4～33.0 μm，其中北坡＞南坡＞東坡(表2)。經(jīng)檢驗(yàn)，不同坡向和不同坡位間差異均不顯著(P＞0.05)。

不同坡位間長(zhǎng)白落葉松纖維長(zhǎng)寬比的變化不大，變幅為75.7～74.2，且上坡＞下坡＞中坡(表1)。經(jīng)檢驗(yàn)，不同坡位間纖維長(zhǎng)寬比未達(dá)顯著差異(P＞0.05)。不同坡向間長(zhǎng)白落葉松的纖維長(zhǎng)寬比存在一定的差異。東坡纖維長(zhǎng)寬比最大，為79.3，其次是南坡，為76.9，北坡最低，為68.3(表2)。經(jīng)檢驗(yàn)，北坡與南坡、東坡纖維長(zhǎng)寬比差異顯著(P＜0.05)，但南坡和東坡差異不顯著(P＞0.05)。纖維長(zhǎng)寬比越大，纖維之間就有越好的結(jié)合能力，獲得的紙張強(qiáng)固性和割裂性也越好，因此，東坡和南坡的落葉松纖維更利于造紙。

3.4 坡位和坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松木材化學(xué)組分的影響

在木材化學(xué)組分(綜纖維素、木素、冷水抽提物、熱水抽提物、NaOH抽提物、苯—醇抽提物)方面，不同坡位對(duì)長(zhǎng)白落葉松木材化學(xué)組分未形成明顯影響(P＞0.05)，但表現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)，即:生長(zhǎng)在下坡的長(zhǎng)白落葉松，在多數(shù)化學(xué)組成指標(biāo)上均表現(xiàn)較差，綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，各種抽提物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高(表3);生長(zhǎng)在上坡和中坡的長(zhǎng)白落葉松，綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，各種抽提物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。綜纖維素是指植物纖維原料中纖維素和半纖維素的總和，一般綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的原料，成漿得率較高。而木素、冷水抽出物、熱水抽出物、NaOH抽出物和苯—醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，越有利于造紙。因此，生長(zhǎng)在坡上和坡中的長(zhǎng)白落葉松化學(xué)組成更有利于制漿造紙。

表3 坡位對(duì)長(zhǎng)白落葉松木材化學(xué)組分的影響%

不同坡向間的長(zhǎng)白落葉松在綜纖維素、木素以及各種抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)上均未形成顯著差異(P＞0.05)，而且在不同坡向間木材化學(xué)組分也未表現(xiàn)出統(tǒng)一的變化規(guī)律(表4)。北坡的綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。南坡的冷水抽提物、熱水抽提物、NaOH抽提物、苯—醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，但木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。東坡綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，冷水抽提物、NaOH抽提物、苯—醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

表4 坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松木材化學(xué)組分的影響%

4 結(jié)論

坡位對(duì)長(zhǎng)白落葉松的基本密度、晚材率、纖維長(zhǎng)寬比都未形成顯著的影響，而且在不同坡位間也沒(méi)有統(tǒng)一的變化規(guī)律。坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松的基本密度、晚材率、纖維長(zhǎng)寬比的影響，體現(xiàn)出了較一致的規(guī)律，這幾個(gè)指標(biāo)都是生長(zhǎng)在東坡的長(zhǎng)白落葉松最好，生長(zhǎng)在北坡的最差，尤其是纖維長(zhǎng)寬比，東坡的明顯高于北坡。

在木材化學(xué)組分方面，不同坡位上生長(zhǎng)的長(zhǎng)白落葉松在綜纖維素、木素以及各種抽提物含量上均未形成顯著差異，但生長(zhǎng)在坡下的長(zhǎng)白落葉松，在多數(shù)化學(xué)組成指標(biāo)上均表現(xiàn)較差。不同坡向?qū)﹂L(zhǎng)白落葉松木材化學(xué)組分未形成明顯影響，而且在不同坡向間木材化學(xué)組分也未表現(xiàn)出統(tǒng)一的變化規(guī)律。

參考其他人關(guān)于不同立地條件下長(zhǎng)白落葉松生長(zhǎng)的研究結(jié)果［1，7］，以及本研究各種立地上優(yōu)勢(shì)木高的測(cè)定結(jié)果:長(zhǎng)白落葉松在東坡和下坡位生長(zhǎng)最好，而且基本密度、晚材率、纖維長(zhǎng)寬比，都是生長(zhǎng)在東坡的長(zhǎng)白落葉松最好，因此，初步認(rèn)為長(zhǎng)白落葉松纖維用材林的適生立地以選擇東坡下部為好。

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