大花序桉木材基本密度的變異研究

李昌榮，項東云,2，陳健波，翟新翠 ，闞榮飛，蘭 俊

（1.廣西林業科學研究院，廣西 南寧 530002；2.南京林業大學，江蘇 南京 21003；3.廣西區林業廳，廣西 南寧530004；4.臨沂市林業局，山東 臨沂 276000，5.廣西東門林場，廣西 扶綏 532108 ）

大花序桉木材基本密度的變異研究

李昌榮1，項東云1,2，陳健波1，翟新翠3，闞榮飛4，蘭 俊5

（1.廣西林業科學研究院，廣西 南寧 530002；2.南京林業大學，江蘇 南京 21003；3.廣西區林業廳，廣西 南寧530004；4.臨沂市林業局，山東 臨沂 276000，5.廣西東門林場，廣西 扶綏 532108 ）

以廣西東門林場11個種源的17年生大花序桉試驗林為材料，伐倒樣木取木樣和生長錐鉆取木芯2種取樣方法測定木材基本密度，研究大花序桉木材基本密度在種源間、樹干高度和胸徑處徑向變異，同時研究木材基本密度與無損檢測測定值之間的相關關系，以及兩種取樣方法測定基本密度的比較。研究結果表明：種源間木材基本密度的變異范圍是0.617～0.753 g/cm3，總體平均基本密度為0.706 g/cm3，方差分析表明大花序桉種源間木材基本密度差異極顯著；基本密度在樹干高度上的變化沒有一致的變化趨勢，不同樹干高度的基本密度差異不顯著；木材基本密度自髓心到樹皮呈逐漸增大的徑向變異規律，木材基本密度在徑向差異極顯著；用木塊樣品測出的基本密度總體上都比用木芯樣品測出的結果高，同時存在極顯著的差異（P＜0.01）。從大花序桉Pilodyn測定值與基本密度之間的回歸方程可知，這兩者間存在較好的負相關關系，北向的決定系數（R2=0.410）高于南向的決定系數（R2=0.363），外部平均基本密度決定系數（R2=0.488）高于總體平均基本密度的決定系數（R2=0.389）。

大花序桉；基本密度；Pilodyn無損檢測；變異；相關性

大花序桉Eucalyptus cloeziana，自然分布于澳大利亞，干形通直、圓滿，自然整枝良好；木材黃褐色、硬度高、紋理通直、結構均勻、耐久沉重，鋸板性能優良，是自然界的高貴木材，廣泛用于家具和建筑等。大花序桉作為鋸材的優良樹種，國內外很多學者就其材性進行了深入研究。國外學 者 Bootle[1]，Dickinson[2]，Phillips[3]，Muneri[4]等對大花序桉的幼齡林材和成熟材的木材密度進行了研究。國內學者羅玉華[5]，蔣瑋[6]，翟新翠[7]，姜笑梅[8]，項東云[9]，陳健波[10]等對大花序桉木材材性進行了研究。木材密度作為一個重要的材性指標，它既影響木材的力學強度，又決定著木材及纖維制品的產量和品質，與木材力學性質有顯著的相關關系，是估計木材工藝性質好壞的依據[11-13]，直接影響到木材的用途。所以，木材密度變異性的研究至關重要[12-15]。同時，傳統用生長錐鉆取木芯測定木材基本密度對活立木有一定的創傷，而且試驗過程繁瑣，用無損檢測方法預測活立木的基本密度快速、可靠，Cown[16]于1978年最早發現Pilodyn測定值與木材基本密度之間存在密切的相關關系，隨后越來越多的學者對Pilodyn測定值與活立木木材基本密度之間的相關進行了深入的研究，在松樹[17-22]、毛白楊[23-24]、青海云杉[25]、白榆[26]、桉樹[27-28]等樹種中有應用Pilodyn預測木材基本密度的研究報道，這些研究表明，Pilodyn 測定值與活立木外側部分的基本密度呈顯著負相關。目前，以大花序桉成熟材為材料研究其木材基本密度的變異以及利用Pilodyn無損檢測方法來快速預測大花序桉的木材基本密度在國內未見有公開的報道，因此研究大花序桉成熟材木材基本密度變異規律以及Pilodyn測定值與大花序桉木材基本密度之間的相關關系，為今后大花序桉加工利用和快速、可靠的進行基本密度的預測提供依據。

本研究以廣西東門林場17年生大花序桉種源試驗為材料，應用兩種傳統的木材取樣方法，較系統的研究大花序桉木材基本密度的變異趨勢，結合Pilodyn無損檢測預測大花序桉的木材基本密度，為大花序桉木材材性的研究和材性改良提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于廣西東門林場1989年種植的大花序桉種源試驗林，此試驗總共有11個種源參加試驗，其中10個種源來自澳大利亞，1個東門當地的種（實際上是1983年試驗1中的卡特威爾B47種批的馴化種）。6個種源從澳大利亞堪培拉林木種子中心獲得，其它4個種源由澳大利亞昆士蘭州林業局提供。播種時間為1988年12月6日，1989年4月移苗，1989年5月16日造林，種源情況如下表1：

表1 大花序桉參試種源基本概況Table 1 Basic information of the provenances in trial

1.2 試驗方法

（1）2006年12月，首先用瑞典產的立木木材密度測試儀（PILODYN-6J）在樹高1.3 m的地方在東南西北四個方向分別進行測定。然后用孔徑0.5 cm手動生長錐沿南北向于樣木胸高處鉆出一自樹皮-髓心-樹皮的無疵木芯（共計33個），做好保存帶回實驗室進行測試和分析。對樹皮至髓心方向分三個年齡段進行測定。木材基本密度采用排水法測定，測定按國家標準GB1933-91（國家技術監督局）的要求進行。基本密度計算公式為：

式（1）中，ρ為木材基本密度；m為木芯全干質量（整根或一年輪）；r為生長錐半徑；l為木芯長度或一個年輪寬度。

采用回歸分析方法建立Pilodyn探測值預測木材密度的回歸方程。模型為：

（2）2007年6月按照國家標準《木材物理力學試材采集方法》（GB1927-91）采樣，每個種源抽取5株中等木伐倒作為研究對象，11個種源，共55個單株。從離地1.3 m處起每隔兩米截取木段，第一段1.3～3.3 m，第二段5.3～7.3 m，第三段9.3～11.3 m，共3段。將試材加工成20 mm×20 mm×20 mm規格試樣，用排水法測定木材基本密度。基本密度計算公式：

式（3）中：ρ為試樣的基本密度（單位：g/cm3）；m為試樣全干時的質量（單位：g）；v為試樣飽和水分時的體積（單位：cm3）。

2 結果與分析

2.1 木材基本密度在種源間的變異

以2007年6月按國標方法取樣測定的數據來分析木材基本密度在種源間的變異。由表2可以看出：種源間木材基本密度的變異范圍是0.617～0.753 g/cm3，總體平均基本密度為0.706 g/cm3。11個種源中，基本密度大于0.700 g/cm3的種源有5個，基本密度最小的種源為12 195，僅為0.617 g/cm3。基本密度最大的種源比最小的種源高22%。各種源木材基本密度在株間的變異不大，變異系數平均值為5.84%，只有12195號種源木材基本密度的變異大于10%。從方差分析表3可知：大花序桉種源間木材基本密度差異極顯著，這為我們進行育種選擇提供了可能。

2.2 基本密度沿樹干高度上的變異

同樣以2007年6月按國標方法取樣測定的數據來分析木材基本密度沿樹干高度上的變異。從表2可知：基本密度在樹干高度上的變化沒有一致的變化趨勢，但從這三個高度段的總平均值來看，有基本密度樹干下部＜樹干中部＜樹干上部的總變化趨勢，種源間各高度木材基本密度的變異范圍為0.612～0.766 g/cm3。從方差分析（見表3）可知：不同樹干高度的基本密度的差異不顯著，基本密度在樹干高度上比較穩定，有利于木材加工。

表2 大花序桉基本密度結果Table 2 Basic density of E. cloeziana

表3 大花序桉木材基本密度方差分析Table 3 Variance analysis of basic density of E. cloeziana

2.3 木材基本密度的徑向變異

用生長錐鉆取木芯測定的木材基本密度來研究大花序桉木材基本密度在樹干徑向方向的變異。大花序桉總的基本密度在靠樹皮附近、半徑1/2處、靠髓心附近數值如表4所示：大花序桉靠樹皮附近基本密度平均值為0.698 g/cm3，標準差為0.048 2，變異系數為6.91%；半徑1/2處基本密度平均值為0.657 g/cm3，標準差為0.056 4，變異系數為8.58%；靠髓心附近基本密度平均值為0.599 g/cm3，標準差為0.074 4，變異系數為12.42%。木材基本密度徑向變異規律是：自髓心到樹皮呈逐漸增大，徑向變異規律明顯。說明隨著年齡的增大，木材基本密度呈上升趨勢。從方差分析（見表3）可知：大花序桉胸徑處的基本密度徑向差異極顯著。

表4 大花序桉靠樹皮、半徑1/2處、靠髓心基本密度Table 4 Basic density of near- bark, half-semidiameter and near-pith of E. cloeziana g/cm3

2.4 兩種取樣方法測定木材基本密度的比較

傳統測定木材基本密度主要有2種方法，一種是把樹砍倒，把木樣加工成20 mm×20 mm×20 mm規格（為了簡化這里稱為木塊法），一種是用生長錐鉆取木芯（簡稱為木芯法），都是用排水法測定。本次實驗先后用兩種方法在11個種源中取樣測定大花序桉的木材基本密度，比較這2種取樣方法測定木材基本密度間的差異。

表5 兩種取樣方法測定木材基本密度方差分析Table 5 Variance analysis of basic density by two sampling ways

圖1 兩種取樣方法測定基本密度比較Fig.1 Comparison of basic density between two sampling ways

從圖1可知：用木塊樣品測出的基本密度總體上都比用木芯樣品測出的結果高（在一個種源中有例外）。同時方差分析表明：2種取樣方法測定木材基本密度差異極顯著（P＜0.01）。

2.5 木材基本密度與PILODYN的相關性研究

PILODYN-6J 木材檢測儀是用來測量活樹及木材建設，如電線桿及水底打樁的木材密度與強度的有用工具。測定原理是以預先設定好的能量，將一個鋼釘射入到木材中，釘子射入的深度就是檢測的結果，這與木材密度密切相關。木材密度大，則射入深度淺，反之，射入深度大。檢測不會對樹木造成破壞，所以稱為無損的檢測方法。應用Pilodyn無損檢測儀器，可間接測定木材基本密度。

利用33株大花序桉去樹皮后北向和南向的Pilodyn測定值與生長錐取木芯測定的基本密度，研究Pilodyn測定值與基本密度之間的相關關系，采用線性關系模型y=a+bx表示，y為基本密度，x為Pilodyn測定值，a，b為系數。

圖2 北向外部基本密度與Pilodyn值的回歸方程Fig.2 Regression between north outer basic density and Pilodyn values

圖3 南向外部基本密度與Pilodyn值的回歸方程Fig.3 Regression between south outer basic density and Pilodyn values

圖4 外部平均基本密度與Pilodyn值的回歸方程Fig.4 Regression between outside basic density and Pilodyn values

圖5 總體平均基本密度與Pilodyn值的回歸方程Fig.5 Regression between general mean basic density and Pilodyn

從圖2～圖5可知：樹干基本密度與Pilodyn測定值之間存在較好的負相關關系；北向外部基本密度與Pilodyn測定值之間的線性回歸方程為y=-0.030x+1.067，決定系數R2=0.410；南向外部基本密度與Pilodyn測定值之間的線性回歸方程為y=-0.023x+0.969，決定系數R2=0.363；樹干外部平均基本密度與Pilodyn測定值之間的線性回歸方程為y=-0.033x+1.094，決定系數R2=0.488；樹干總體平均基本密度與Pilodyn測定值之間的線性回歸方程為y=-0.024x+0.944，決定系數R2=0.389。北向外部基本密度與Pilodyn測定值之間的線性方程決定系數（R2=0.410）比南向的大（R2=0.363），外部平均基本密度與Pilodyn測定值之間的線性方程決定系數（R2=0.488）比總體平均基本密度的大（R2=0.389）。

3 結 論

（1）種源間木材基本密度的變異范圍是0.617～0.753 g/cm3，總體平均基本密度為706 g/cm3。各種源木材基本密度在株間的變異不大，變異系數平均值為5.84%。方差分析表明大花序桉種源間木材基本密度差異極顯著，這為我們進行育種選擇提供了可能。

（2）基本密度在樹干高度上的變化沒有一致的變化趨勢，從方差分析可知，不同樹干高度的基本密度差異不顯著。

（3）木材基本密度徑向變異規律是：自髓心到樹皮呈逐漸增大，徑向變異規律明顯。說明隨著年齡的增大，木材基本密度呈上升趨勢。基本密度徑向差異極顯著。

（4）用木塊樣品測出的基本密度總體上都比用木芯樣品測出的結果高，同時2種取樣方法測定木材基本密度差異極顯著（P＜0.01）。

（5）大花序桉去樹皮后Pilodyn測定值與生長錐取木芯測定的基本密度之間線性回歸分析表明：樹干基本密度與Pilodyn測定值之間存在較好的負相關關系，北向的決定系數（R2=0.410）高于南向的決定系數（R2=0.363），外部平均基本密度決定系數（R2=0.488）高于總體平均基本密度的決定系數（R2=0.389）。因此在北向取得的Pilodyn測定值比南向取得的Pilodyn測定值更好的預測木材的基本密度和反映木材密度的變化，同時用Pilodyn測定值來預測木材外部基本密度比預測整個徑向的基本密度更具有優勢。

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Study on wood basic density variation of Eucalyptus cloziana

LI Chang-rong1, XIANG Dong-yun1,2, CHEN Jian-bo1, ZHAI Xin-cui3, KAN Rong-fei4, LAN Jun5
(1. Guangxi academy of forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 2.Nanjing forestry university, Nanjing 21003, Jiangshu, China;3.Guangxi forestry department, Naning 530004, Guangxi, China; 4.Linyi forestry bureau, Linyi 276000, Shandong, China;5.Dongmen forestry farm of Guangxi, Fusui 532108, Guangxi, China)

∶ By taking 11 provenances of 17-year-old Eucalyptus cloziana in Dongmen Forest Farm of Guangxi as the researched materials, and adopting felled-tree sample method and taking wood samples with growth cone method to measuring the woods basic density, the variations of Eucalyptus cloziana wood basic density in different provenances, different height of a tree and the trend of radial were studied, the relationship between the wood basic density and the nondestructive testing values was researched, and the results of basic density measured with the two methods were compared. The results show that the variations of basic density in different provenances were from 0.617 g/cm3to 0.753 g/cm3, and the average of basic density was 0.706 g/cm3. The results of the ANOVA analysis also show that there were some remarkable differences in provenances; there were no consistency variation of basic density between different height of a tree, there was no significant difference; the basic density showed a gradually increasing trend of radial from heart-centre to tree bark, and the ANOVA analysis showed that there was a remarkable difference; the basic densities measured with block samples were higher than that measured with drilled-samples, there was a significant difference between those two methods(P＜0.01); The linear regression equation of Pilodyn results and the basic density observed showed a significantly negative correlation,the coefficient of north directions (R2=0.410) was higher than south directions (R2=0.363), the determination coefficient of outer wood average basic density (R2=0.488) was higher than that of the general average basic density (R2=0.389).

∶ Eucalyptus cloziana; basic density; Pilodyn nondestructive testing method; variation；relationship

2011-12-28

“十一五”廣西壯族自治區林業廳項目“桉樹新品種優良遺傳性狀選擇、改良與開發利用”，項目編號：林科字[2007]第24號

李昌榮（1980—），男，廣西橫縣人，工程師，博士生；主要研究方向為林木遺傳育種

項東云（1960—），男，教授級高工，主要研究方向為林木遺傳育種；E-mail: xianggfri@gx163.net

S781.31

A

1673-923X(2012)06-0158-05

[本文編校：羅 列]