25年生濕地松針葉束水培無性系木材特性研究

王曉榮 杜超群 劉勇清 杜業云 李立三 許業洲

摘要：以25 a生濕地松針葉束水培無性系試驗林為研究對象，通過生長量調查、木材纖維特性以及化學成分研究，比較分析了不同無性系之間及其與實生林木材特性之間的差異。結果表明：濕地松無性系樹高、胸徑和單株蓄積較實生林分別高9.10%，17.50%和50.80%；各無性系間纖維長度和纖維寬度存在極顯著差異，無性系內無顯著差異，纖維長度低于對照3.70%，纖維寬度高于對照約12.73%，長寬比小于對照14%；各無性系的綜纖維素含量為73.05%～78.22%，木質素含量22.40%～28.82%，1%氫氧化鈉抽出物含量12.30%～22.70%，均達到紙漿材材性要求；利用主成分分析法，各無性系中最優的無性系為S4，無性系S8和S11綜合品質較優。

關鍵詞： 濕地松；針葉束；水培無性系；木材特性

中圖分類號：S722.3；S791.246 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2016）04-0013-04

Abstract： 25yearold experimental stand of water culture clones propagated from needle fascicles of Pinus elliottii in Jingmen were chosen as research object. The growth amout， wood fiber properties and chemical composition were studied， and the difference of wood characteristics between water culture clones and seedling trees were also discussed. The results showed that the height， diameter at breast height and individual volume were higher 9.10%， 17.50%， and 50.80% higher than seedling trees respectively； there were extremely significant difference in fiber length and width among clones， and no significant difference among different individuals. The fiber length， fiber width and the ratio of length and width were 3.70% lower，12.73% higher and 14% less than the control， respectively. The variation range of the contents of holocellulose， the contents of lignin and the contents of 1% NaOH extractive of different clones were 73.05%～78.22%， 22.40%～28.82% and 12.30%～22.70% respectively， which were in line with requirements of pulpwood qualities. Through principal component analysis，clones S4，S8 and S11 were selected as the superior for pulpwood.

Key words： Pinus elliottii； needle fascicles； water culture clones； wood characteristics

濕地松Pinus elliottii具有早期生長快、適應性強、干形圓滿通直、木材質量好等優點，目前已發展成為長江流域及南方各省區主要造林樹種和重要的紙漿原料主要栽培樹種之一[1，2]。自80年代初，湖北省原荊州地區林科所周鐵心等首創用1 a生濕地松幼苗葉束水培育技術并在全省推廣。采用濕地松針葉束水培育苗不僅能解決苗木不足的問題，且具有投資少，技術簡單，成苗快等優點，同時其苗木變異性小，遺傳性穩定，可保持原株的優良性狀，是良種繁育行之有效的方法[3]。針對濕地松針葉束水培無性系已開展許多研究，主要集中在水培育苗[3]、造林技術[4]、扦插繁殖[5]、遺傳特性[2]等方面的研究，但就濕地松針葉束水培無性系木材特性研究尚未見報道。樹木木材特性的好壞決定著木材加工板材及造紙質量，對濕地松無性木材纖維特性以及化學成分等進行比較研究，并對各無性系開展綜合性狀開展評價，以期選擇出生長表現良好，木材特性優越的濕地松無性系，為濕地松紙漿材選擇和推廣提供依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖北省荊門市國營彭場林場，東經112°56′，北緯30°25′，地處鄂中腹地，屬江漢平原北緣低丘崗地，北亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫15.5 ℃，年均積溫5 050～5 100 ℃，無霜期約260 d，年降雨量1 160 mm，全年氣候溫和，雨量充沛。林地土壤主要為第四紀粘土母質發育的黃褐土，土層深度在1 m以上，質地較粘，肥力中等，pH值5.6～6.8，呈微酸性反應，是濕地松栽培的適生區。

1.2 試驗材料與試驗設計

以濕地松針葉束水培育方法培育無性系苗木[2，6]營造的25 a生10個無性系試驗林作為試驗材料，以實生苗為對照。采用完全隨機區組設計，3株單行小區，4次重復，每區組11個小區，株行距3 m×4 m。試驗林當前保存較完整的有9個無性系，保存率為75.9%。

1.3 研究方法

（1）生長量調查：

2007年用測高儀、胸徑尺、皮尺每木調查樹高、胸徑、冠幅等生長因子。單株材積按湖北省濕地松二元材積公式計算：V=6.714 156×10-5×h0.790 834 5×d1.995 515 2，式中，V、h、d分別為單株材積、樹高和胸徑[2]。

（2）木材特性測定：

2007年，按區組每小區選擇1株林木，用生長錐在樹干約1 m高度處的不同方向取3～4條木芯，在實驗室粉碎混合，按造紙工業原料試驗方法（國標GB2677-81）測試綜纖維素、木質素、1%氫氧化鈉抽出物，采用33%硝酸分解后顯微觀測纖維形態。

（3）數據統計與分析：

采用Microsoft Excel 2010統計作圖，方差分析、多重比較和主成分分析采用SPSS19.0軟件。主成分分值綜合得分計算模型參考[7]，計算公式：y=∑λiμi，式中，y是綜合得分，λ是主成分貢獻率，μ是主成分值，i是主成分。

2 結果與分析

2.1 木材特性

2.1.1 25 a生濕地松無性系纖維特性分析

纖維形態特征是木漿造紙和纖維板等工業用材的重要指標，其對紙張強度、木材干縮性和木材強度均有較大影響[8]。纖維的長寬比是表現紙張強度與質量的重要特征之一，管胞長寬比大，紙漿中纖維交織能力強。本研究對比分析了25 a生濕地松無性系與對照實生林木材纖維長度和寬度，結果見表2、表3。由表3可知：各無性系纖維長度變化范圍為2.2～3.2 mm，均值為2.6 mm，低于對照約3.7%；纖維寬度變化范圍為32.0～44.0 mm，均值為36.6 μm，高于對照約12.73%，長寬比變化范圍為62.1%～80.9%，平均小于對照14%。對濕地松無性系間的纖維長度和纖維寬度進行方差分析（表3），可知無性系間纖維長度和纖維寬度存在極顯著差異，無性系內無顯著差異。多重比較結果表明，S8纖維長度和纖維寬度顯著長于其他無性系和對照，S7則顯著短于其他無性系和對照；S5、S7、S9和S10纖維長度則顯著短于對照，平均纖維寬度S4、S5、S8、S9、S10和S13顯著高于對照。同時，各無性系纖維長寬比均小于對照，這與各無性系平均纖維寬度高，而纖維長度短有關。

2.1.2 25 a生濕地松無性系化學成分分析

（1）綜纖維素：綜纖維素含量的多少直接影響著木材的強度和加工性質，即是確定紙漿、造紙工藝的重要依據[9]。一般而言，綜纖維素含量越高，獲得的紙漿率也越高。各無性系和對照的綜纖維素含量為73.05%～78.22%，均達到了造紙原料對綜纖維素含量>70%的基本要求。除S4和S5略低于對照外，其他無性系均高于對照，9個無性系綜纖維素含量平均值略高于對照3.37%，其中以S8和S9較優。

（2）木質素：木材素在木材制化學漿時要被除去，其含量高則影響紙漿的質量和獲得率，因此紙漿材木質素含量越低其產紙量越高[10]。由表4可知：各濕地松無性系木質素含量變化范圍為22.40%～28.82%，各無性系木質素含量平均值整體低于對照10.32%，以S8、S9和S11較優。

（3）1%氫氧化鈉抽出物：木材抽出物與木材的色、香、味和木材的耐久性等具有密切的關系，影響著木材強度、表面涂飾性能、膠合劑固化性能、滲透性、水分的吸收和收縮性能等[9，11]，其含量越高越會影響紙漿的獲得率。由表4可知：各濕地松無性系1%氫氧化鈉抽出物含量變化范圍在12.3%～22.70%之間，以S5最好，S2次之，各無性系明顯低于對照，平均低23.18%。

2.2 各性狀參數相關性分析

從各性狀參數的相關分析結果（表5）可知：單株材積與樹高、胸徑呈極顯著正相關，說明通過改良選擇無性系的胸徑和樹高可以顯著提高單株材積；棕纖維含量與木質素含量存在極顯著負相關；生長性狀與纖維特性與和化學成分間相關關系不顯著，纖維特性與化學成分間相關關系也不顯著。

2.3 主成分分析

將數據進行標準化變換，運用計算協方差矩陣法對9個無性系的平均值進行計算，得到特征向量、特征根、貢獻率、累積貢獻率等參數，結果見表6。

從表6可知：前3個主成分貢獻率分別為46.627%、25.637%和15.805%，累積貢獻率達到88.069%，可以代表9個性狀絕大部分的信息。根據特征向量和貢獻率獲得3個主成分的函數表達式：y1=0.847 x1+0.947 x2+0.944 x3+0.791 x4+0.600 x5+0.263 x6+0.227 x7-0.109 x8+0.726 x9；

y2=0.363 x1+0.250 x2+0.288 x3-0.134 x4-0.293 x5+0.064 x6-0.946 x7+0.958 x8-0.332 x9；

y3=0.087 x1-0.073 x2+0.014 x3+0.268 x4-0.554 x5+0.951 x6+0.089 x7-0.218 x8-0.266 x9。

由3個表達可以看出：y1的值主要受胸徑、樹高、單株蓄積和纖維長度影響較大，y2的值主要受棕纖維素含量和木質素含量影響較大，y3的值主要受纖維長寬比影響較大，可見生長指標仍然是影響無性系比較的最主要因子。根據前3個主成分分之和主成分貢獻率，進而計算得到綜合得分值y，可以比較各無性系間的優劣。綜合排序結果可知，濕地松9個針葉束無性系中，最優的無性系為S4，無性系S8和S11綜合品質較優，S13較一般，而相對較差的無性系包括S9、S7、S5和S2（表7）。

3 結論

本研究通過開展25 a生濕地松針葉束水培無性系與實生對照林生長量、纖維特性以及木材化學成分分析，可以有效了解各無性系生長狀況以及利用其開展紙漿材造林具有重要意義。

（1）濕地松水培無性系較實生林木具有明顯的生長優勢，平均樹高、平均胸徑和單株蓄積較實生林分別高9.1%，17.5%和50.8%。

（2）各無性系纖維長度變化范圍為2.2～3.2 mm，纖維寬度變化范圍為32.0～44.0 μm，均值為36.6 μm，長寬比變化范圍為62.1%～80.9%。方差結果表明，各無性系間纖維長度和纖維寬度存在極顯著差異，無性系內無顯著差異。

（3）本研究中，各無性系的綜纖維素含量為73.05%～78.22%，木質素含量22.40%～28.82%，1%氫氧化鈉抽出物含量12.3%～22.7%，本測定值與張耀麗等[9]對10 a生濕地松測定的綜纖維素含量變化范圍為73.78%～75.56%。1%氫氧化鈉抽出物含量變化范圍為22.64%～23.84%研究結果相近。一般而言，對制漿造紙來說，選用棕纖維素含量高、木質素含量低和抽出物的含量以少為好[12]。整體來看，雖然各濕地松無性系與實生對照在纖維長度、纖維寬度、長寬比、綜纖維素含量、木質素含量和含量等指標上均達到紙漿材材性要求。

（4）利用主成分分析評價濕地松無性系木材特性可知，最優的無性系為S4，無性系S8和S11綜合品質較優，此3個無性系既生長良好，且纖維特性和化學成分在木材特性方面也表現較優，滿足濕地松紙漿材的要求，利用其適合在該區域開展紙漿材造林推廣。

參 考 文 獻

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（責任編輯：鄭京津）