坡位和坡向對長白落葉松紙漿材材性的影響1)

2011-03-29 08:06:40史永純宋林梁晶李巍巍

東北林業大學學報 2011年7期

史永純宋林梁晶李巍巍

(黑龍江生態工程職業學院，哈爾濱，150025)(吉林森工集團營林部)(黑龍江生態工程職業學院)(東北林業大學)

立地條件既決定林木的生長，同時也影響木材的材質材性［1－3］。因此，在現代工業人工林的培育中為達到適地適樹，既要了解立地對樹木生長的影響，同時也要了解立地對樹木材質材性的影響。目前關于立地對樹木材質材性影響的研究還較少，其影響規律尚不明確［4－6］。如有研究表明，木材基本密度隨立地質量增高而降低［4］，而纖維長度和寬度則隨立地質量增高而增大［5］。但也有研究認為，立地對木材基本密度和纖維形態的影響不顯著［6］。立地對木材材質材性的影響可能因樹種和立地條件而表現不同，因而開展不同樹種材質材性與立地條件關系的研究，對工業人工林培育具有重要意義。長白落葉松(Larix olgensis)是我國東北地區的重要造林樹種。近年的研究表明，長白落葉松是北方針葉樹中適合作為紙漿材發展的樹種［7－9］。關于立地條件對長白落葉松紙漿材材質材性的影響，郭明輝曾分析了坡向對長白落葉松纖維形態以及化學成分的影響［2］。本文則在坡向和坡位對長白落葉松人工林紙漿材材質材性的影響規律方面進行探討，旨為確定長白落葉松紙漿林適生立地條件提供科學依據。

1 研究地概況

研究地點位于黑龍江省尚志市境內的東北林業大學帽兒山實驗林場尖砬溝森林培育實驗站。該場屬長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°。該地區屬溫帶大陸性季風氣候，降雨主要集中于7、8、9月份，年平均降水量723 mm，年平均蒸發量1094 mm，年日照時數2471.3 h，年平均氣溫2.8℃，≥10℃年積溫2 526℃，全年無霜期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 野外調查與取樣

調查林分為20～22年生的長白落葉松林，造林密度均為1.5 m×2.0 m，現保存密度為2 225～2 375株/hm2。調查時選擇北坡、東坡、南坡以及各個坡向的坡上、坡中、坡下部位分別設置樣地，樣地面積為0.04 hm2。在每個樣地內進行每木檢尺測定胸徑，然后在各個徑階內選擇樣木測定樹高，繪制樹高曲線。根據平均胸徑和平均樹高確定平均木。根據所確定的平均木胸徑和樹高值，在每塊樣地內選擇3株平均木，伐倒后在1.3 m高處向上截取5 cm厚的圓盤3個，將圓盤帶回實驗室后進行木材性質測定。同時在樣地內選擇5株優勢木，測定樹高。為了解所有調查林分立地質量的高低，以20年生長白落葉松的優勢木高為依據進行比較。在22年生的長白落葉松林內，伐倒1株優勢木做解析木，測定前20年高生長占樹高的比例，根據這個比例求出所有優勢木20年生的樹高值。求算的各種立地林分20年生優勢木平均高分別為: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 木材材性測定

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

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

纖維形態的測定: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。采用過氧化氫和冰醋酸混合液離析法測定纖維長度和寬度。在投影顯微鏡下觀察纖維的長度和寬度，每個試樣隨機測量30個數據［10］。

化學組分的測定:將每株樣木的試料按四分法取樣、粉碎，供分析使用。按國家標準GB2677—1981造紙工業產品試驗方法分別測定冷水抽提物、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 數據統計分析

試驗數據采用SPSS12.0統計分析軟件進行方差分析和LSR檢驗。

3 結果與分析

3.1 坡位和坡向對長白落葉松基本密度的影響

不同坡位和不同坡向間長白落葉松基本密度的變化均較小(表1、表2)。不同坡位間長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。經檢驗，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。經檢驗，不同坡向間木材基本密度差異亦不顯著(P＞0.05)。研究地點的山地坡度較緩，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、坡位間立地質量差異較小有關。

表1 坡位對長白落葉松木材基本密度、晚材率與纖維形態的影響

表2 坡向對長白落葉松木材基本密度、晚材率與纖維形態的影響

3.2 坡位和坡向對長白落葉松晚材率的影響

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

3.3 坡位和坡向對長白落葉松纖維形態的影響

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

不同坡位間長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)。經檢驗，不同坡向和不同坡位間差異均不顯著(P＞0.05)。

不同坡位間長白落葉松纖維長寬比的變化不大，變幅為75.7～74.2，且上坡＞下坡＞中坡(表1)。經檢驗，不同坡位間纖維長寬比未達顯著差異(P＞0.05)。不同坡向間長白落葉松的纖維長寬比存在一定的差異。東坡纖維長寬比最大，為79.3，其次是南坡，為76.9，北坡最低，為68.3(表2)。經檢驗，北坡與南坡、東坡纖維長寬比差異顯著(P＜0.05)，但南坡和東坡差異不顯著(P＞0.05)。纖維長寬比越大，纖維之間就有越好的結合能力，獲得的紙張強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 坡位和坡向對長白落葉松木材化學組分的影響

在木材化學組分(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，不同坡位對長白落葉松木材化學組分未形成明顯影響(P＞0.05)，但表現出一定的變化趨勢，即:生長在下坡的長白落葉松，在多數化學組成指標上均表現較差，綜纖維素質量分數較低，木素質量分數較高，各種抽提物的質量分數也較高(表3);生長在上坡和中坡的長白落葉松，綜纖維素質量分數較高，木素質量分數較低，各種抽提物的質量分數較低。綜纖維素是指植物纖維原料中纖維素和半纖維素的總和，一般綜纖維素質量分數高的原料，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—醇抽提物質量分數越低，越有利于造紙。因此，生長在坡上和坡中的長白落葉松化學組成更有利于制漿造紙。

表3 坡位對長白落葉松木材化學組分的影響%

不同坡向間的長白落葉松在綜纖維素、木素以及各種抽提物質量分數上均未形成顯著差異(P＞0.05)，而且在不同坡向間木材化學組分也未表現出統一的變化規律(表4)。北坡的綜纖維素質量分數較高，木素質量分數較低。南坡的冷水抽提物、熱水抽提物、NaOH抽提物、苯—醇抽提物質量分數較低，但木素質量分數較高。東坡綜纖維素質量分數較低，冷水抽提物、NaOH抽提物、苯—醇抽提物質量分數較高。