立地條件對白蠟桿生長、物理特性及纖維形態的影響

楊紅旗， 劉艷萍，陳廣輝，陳志林，楊亞峰

(1.河南農業大學，河南 鄭州 450002；2.河南省林業科學研究院，河南 鄭州 450008;3.中國林業研究科學院，北京 100091)

立地條件對白蠟桿生長、物理特性及纖維形態的影響

楊紅旗1,3， 劉艷萍2，陳廣輝1，陳志林3，楊亞峰1

(1.河南農業大學，河南 鄭州 450002；2.河南省林業科學研究院，河南 鄭州 450008;3.中國林業研究科學院，北京 100091)

以6年生白蠟桿為研究對象，采用樹干解析和木材離析方法，對不同立地條件上白蠟桿的樹高、地徑、材積生長量和基本密度進行了測定和分析；并借助電子顯微鏡，從微觀角度對白蠟桿木材解剖性質及其徑向和軸向變異規律進行了測定和分析。結果表明：不同立地條件上白蠟桿樹高、地徑和材積生長量差異顯著，基本密度的軸向變異規律不明顯，在樹高間無顯著差異；兩個立地條件上纖維長度、纖維寬度和纖維長寬比徑向變異規律一致，纖維形態特征在株內不同高度間差異顯著。

白蠟桿；立地條件；生長規律；纖維形態

白蠟桿是白蠟樹Fraxinus chinensis以灌木條用林為經營目的的產物。白蠟樹為木犀科Oleaceae、白蠟屬Fraxinus，落葉喬木，高達15.0 m[1]。白蠟樹喜光、好濕、耐澇，適應性廣，根系發達，白蠟樹幼林耐蔭性強，適于作灌木叢林。白蠟樹是我國經濟樹種之一[2]。河南省白蠟樹種主要為絨毛白蠟，集中分布于商丘、開封兩地區，尤以寧陵縣栽培最多，其次為郟縣、內黃等縣，多呈片狀矮林或小網格的農田林網[3]。

白蠟桿不僅是防風固沙的主要樹種之一，又因其材質潔白如玉、堅韌、耐水濕，生長較好的白臘桿是制作曲木家具、體育器械的優質材料[4-7]。為更好發揮資源優勢，更深入地挖掘白臘桿在更廣泛領域的用途，更好地利用這一資源，本文對不同立地條件影響白蠟桿生長、物理特性和纖維形態進行了分析研究，為白蠟桿在彎曲木家具、纖維造紙和纖維制板等領域的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于豫東寧陵縣，北緯 34°28′, 東經115°20′。屬暖溫帶半濕潤性季風氣候區，一年四季分明，冬季寒冷少雪，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴，年平均氣溫在13.3℃～15.1℃之間，平均地表溫度為16.4℃。全年可日照時數4 430.7 h，實照時數為2 220.3 h，年日照率為50%，全年輻射量為55 kCal·cm-2，全年大于0℃的積溫5 211℃。無霜期平均212 d，最長251 d，平均降水662.2 mm。寧陵縣屬黃河中下游沖積平原，境內地勢平坦，西北偏高，東南稍低，坡降1/4 000，海拔高度一般為50.5～60.3 m，相對高差9.8 m。土壤為沙壤土,地下水位3～4 m。

1.2 試驗材料

試驗材料為5～6 a 的壯齡條墩，株距1.0 m ,帶距4 m、8 m、12 m、22 m 不等。分別在不同立地條件選擇有代表性的條帶設置50 m×4 m的標準地，從每個標準地里選取15株有代表性的白蠟桿作為解析木，并分別從中選取5株做基本材性的測定。標準地的具體情況如下：

A：屬沙、壤、粘的人工混合土耕地，其質地近似壤質，肥水充足。

B：屬青沙土或沙壤質耕地，在土壤剖面中多有粘質間層。

在標準地內選有代表性的墩對白蠟桿進行每木檢尺，測量樹高和地徑。根據每木檢尺的結果，每一立地選出10株標準木。

1.3 試驗方法

1.3.1 生長量計算方法

由于所調查的白蠟桿為6年生，樹高和地徑較小，故以0.7 m為一個區分段截取圓盤，各圓盤位置分別為：0 m、0.35 m、1.05 m、1.75 m、2.45 m、3.15 m ……。刨光圓盤工作面，并通過髓心畫出東西、南北兩條直徑線，測量直線上每一年輪的寬度，計算各年的樹高、地徑和材積生長量；并繪制各種生長量的生長過程曲線[8]。

1.3.2 木材的基本密度測定方法

用排水法測定樣品飽和體積，烘干后用分析天平測定樣品全干重量，按以下公式計算木材的基本密度：

式(1)中： ρy為基本密度，mo為全干材重量，Vmaх為 飽和體積。

1.3.3 纖維形態特征的測定方法

所測解剖指標主要有纖維長度、纖維寬度、纖維長寬比。采用硝酸-鉻酸法將試樣離析，然后在電子顯微鏡下拍照片，在電腦中用專業軟件進行測量，每試樣測量30根纖維取其平均值。

1.3.4 數據統計分析

應用EXCELL2003和SPSS 16.0版軟件對觀測數據進行錄入及統計分析。

2 結果與分析

2.1 白蠟桿生長分析

白蠟桿樹高、地經和材積連年生長量結果如表1所示。

表1 不同立地條件上白蠟桿的樹高、地徑和材積連年生長量Table 1 Current annual increment of height, ground diameter and volume of Fraxinus chinensis in different sites

2.1.1 樹高生長對比分析

對白蠟桿試樣進行測定和樹干解析，結果表明，白蠟桿樹高生長快，6年生白蠟桿樹高最高可達5.47 m，平均樹高在4.00 m。

表1數據顯示，除了第3年外，其他年份A立地標準木的樹高連年生長量都高于B立地。對白蠟桿樹高連年生長量進行方差分析表明，不同立地條件上樹高連年生長量差異顯著。由此可見，肥水和土壤質地對白蠟桿樹高的生長影響較大。

2.1.2 地徑生長對比分析

由表1可以看出，不同立地的林木地徑生長量存在差別較大。兩個立地上白蠟桿的地徑總生長量在1～6 a內呈上升趨勢。A、B兩個立地上白蠟桿地徑平均生長量在1～3 a內緩慢下降，3 a后又緩慢增長，A、B兩立地上白蠟桿地徑的連年生長量變化規律和地徑平均生長量變化規律基本一致。對白蠟桿地徑生長量進行方差分析表明，不同立地條件白蠟桿地徑生長量差異顯著。測定數據顯示，A立地上白蠟桿地徑連年生長量明顯高于B立地，說明了肥水條件和土壤質地可促進白蠟桿的生長。

2.1.3 材積生長對比分析

表1數據表明，兩立地上白蠟桿材積連年生長量1～4 a增長緩慢，4 a后迅速增長，二者的變化趨勢趨于一致，但總的來說，A立地白蠟桿材積生長量略高于B立地，方差分析差異不顯著。

2.2 白蠟桿木材的基本密度及其變異分析

圖1為不同立地條件上白蠟桿基本密度的軸向變異模式圖。從圖中可以看出，白蠟桿木材基本密度的軸向變異規律不很明顯，不同立地上白蠟桿基本密度差異也比較小，且A立地上白蠟桿在樹干各部位的基本密度高于B立地的，A立地上白蠟桿基本密度最大值出現在1.05 m 處，B立地的基本密度隨樹高的增加有下降的趨勢。方差分析結果顯示，不同立地上白蠟桿材的基本密度在樹高間無顯著差異。

圖1 不同立地上白蠟桿基本密度的軸向變異Fig. 1 Axial variation in basic density of Fraxinus chinensis

2.3 白蠟桿纖維形態及其變異分析

白蠟桿木纖維占木材總體積的50%以上，其纖維長度、纖維寬度、纖維長寬比等形態特征，對木材的物理力學性質、加工利用有著重要的影響，是反映白蠟桿材性及其加工利用的重要指標[9]。白蠟桿纖維長度、寬度、長寬比在樹高和年輪間變異方差分析結果如表2所示。

表2 白蠟桿纖維形態方差分析?Table 2 Variance analysis of fiber morphology of Fraxinus chinensis

2.2.1 纖維長度及其變異

圖2、3為纖維長度徑向和軸向變異情況。纖維長度由髓心向外逐年遞增，1～4 a增長緩慢，4～6 a增加迅速。隨著樹干高度的增加先增加，到一定高度又減小，以后隨著樹干高度的增加，白蠟桿纖維長度就明顯下降，由表2方差分析結果可知，纖維長度徑向差異不顯著，軸向差異在0.05水平上差異顯著。由此可見，不同立地對白蠟桿木材性質影響不明顯。

圖2 不同立地上白蠟桿纖維長度的徑向變異Fig. 2 Radial variation in fiber length of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.2 纖維寬度及其變異

圖4、5為白蠟桿纖維寬度徑向和軸向變異情況。A立地上是先增后降再增然后又下降；而B立地上是先增后降再增再降然后又增加的波浪式起伏，二者相比A立地上的纖維寬度在徑向上變異較為穩定。纖維寬度軸向上由樹干基部向樹冠方向呈下降趨勢。方差分析也表明，纖維寬度在年輪間和樹高間的差異均達到0.05的顯著水平。

圖4 不同立地上白蠟桿纖維寬度的徑向變異Fig. 4 Radial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

圖5 不同立地上白蠟桿纖維寬度的軸向變異Fig. 5 Axial variation in fiber width of Fraxinus chinensis in different sites

2.2.3 纖維長寬比及其變異

圖6、圖7為白蠟桿不同立地上纖維長寬比的徑向和軸向變異圖。兩個立地上白蠟桿纖維長寬比在徑向上都有增加的趨勢，A立地上1-3 a增加較為迅速，3 a后下降，4-6 a又快速增加，B立地上1-5 a緩慢增加，第6 a急劇增加。方差分析表明，不同立地之間纖維長寬比差異在0.05水平上差異不顯著，不同生長輪之間差異也不顯著。

圖6 不同立地上白蠟桿纖維長寬比的徑向變異Fig. 6 Radial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

圖7 不同立地上白蠟桿纖維長寬比的軸向變異Fig. 7 Axial variation of fiber length width ratio of Fraxinus chinensis in different sites

白蠟桿木材纖維長寬比的軸向變異規律不太明顯。隨著樹干高度的增加，A立地白蠟桿的纖維長寬比由樹干基部向上略有增加，到樹高2.45 m 處大最大值；而B立地白蠟桿的纖維長寬比自樹干基部向上是先增加然后又緩慢下降，最大值出現在0.35 m處(見圖9)。方差分析表明: 兩個立地條件上白蠟桿的長寬比差異顯著，株內不同高度間長寬比差異也顯著。

3 結論與討論

(1)不同立地條件上白蠟桿樹高、地徑和材積生長量差異顯著，A立地6年生白蠟桿樹高平均為4.53 m，B立地6年生白蠟桿樹高平均為4.12 m；A立地6年生白蠟桿地徑平均為4.26 cm，B立地6年生白蠟桿地徑平均為3.61 cm；A立地6年生白蠟桿材積平均為1.583×10-3m3，B立地6年生白蠟桿材積平均為1.523 ×10-3m3。立地條件對樹高、地徑和材積生長都有影響，肥水條件和土壤質地可明顯促進白蠟桿的生長。

(2)白蠟桿木材基本密度的軸向變異規律不明顯，不同立地上白蠟桿材的基本密度在樹高間無顯著差異。

(3)兩個立地條件上纖維形態特征徑向變異規律是一致的。白蠟桿纖維長度、纖維寬度、纖維長寬比，不同立地上差異顯著，其中纖維長度在株內不同高度間達到了0.05水平的顯著差異，纖維寬度分別在株內不同高度間和徑向年輪間差異均達到了顯著水平。纖維長寬比在株內不同高度間差異顯著。

(4)白蠟桿纖維長度較短，造紙通常要求木材纖維的長度在0.90～3.00 mm 之間，而白蠟桿木纖維的長度在0.6～1.1 mm之間，不適合作為紙漿的原料。但從纖維的長度、纖維長寬比來看，白蠟桿纖維適合作為纖維板的原料。

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Effects of site conditions on growth, physics characteristics and fiber morphology of Fraxinus chinensis

YYANG Hong-qi1,3, LIU Yan-ping2, CHEN Guang-hui1, CHEN Zhi-lin3, YANG Ya-feng1
(1.Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002, Henan, China; 2. Henan Academy of Forestry,Zhengzhou450008,Henan, China;3. Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091, China)

Fraxinus chinensis is one of the main wind-breaking and sand-fiхing tree species, can be used to make bentwood furniture and sports equipment. Stem-analysis and timber segregation observation were conducted to eхplore the effects of different sites on the height, ground diameter, volume, basic density and fiber morphology of Fraxinus chinensis of 6-year-old. The anatomical properties and their variation patterns were systematically studied by using electronic microscopic. The results show that the growth differences were significant in different sites, it grew better in site of sufficient water and fertilizer and good soil teхture. The variation of the basic density between aхis and the height was not significant and significantly different. The radial variation of the fiber length, fiber width, ratio of fiber length to width was consistent in different site. The fiber morphological features in different tree height were significantly different.

Fraxinus chinensis ; site condition; growth regularity; fiber morphology

S781.1

A

1673-923X(2012)02-0136-05

2011-09-21

國家 “十一五” 科技支撐項目“家具裝修材增值加工技術”(2006BAD18B06)；河南省科技攻關項目“河南白蠟桿材性與加工利用關鍵技術研究” (102102110124)

楊紅旗(1973—)，男，河南滑縣人，博士，副教授，主要從事家具設計制造與木基復合裝飾材料研究；E-mail：yhq0373342@163.com

楊亞峰(1972—)，女，陜西西安人，講師，碩士，主要從事木材科學與技術研究。

[本文編校:羅 列]