紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關系

鄭獻懂

（融水苗族自治縣征地拆遷和房屋征收補償服務中心，廣西 融水 545300 ）

在我國南方杉木是一種特有的速生用材樹種，能適應旱地生長，且作為重要的木材來源得到市場的青睞。紅心杉是杉木的栽培變種之一，在我國林業與商品經濟中占據著重要位置。木材的性質會受到細胞大小、形狀等方面的特征和變異的影響，在樹干中管胞占比達到90%，對紅心杉的年輪寬度、木材性質等都會產生極大影響。紅心杉木在生長過程中，氣候因子可以在木材的解剖結構中記錄，且每一個性狀的生長都與氣候條件的不同產生不同的影響。所以對于紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關系進行分析具有重要意義。

1.實驗

試驗地為融水苗族自治縣的一處林場，屬于亞熱帶季風濕潤氣候，氣候溫暖，年平均氣溫為17.7℃。這里的氣候十分適宜紅心杉木的生長，且每年的無霜期達到279d。選擇人工林林地林齡為9年、15年及26年的林木，每個年齡階段設3個重復。不同林齡的胸徑與樹高如表1所示：

表1 不同林齡的胸徑與樹高

在氣象數據獲取過程中，選擇中國氣象數據網的地面氣象資料。紅心杉的年輪盤在帶回實驗室后，需對其進行打磨，使用的工具為粗砂紙，必須讓年輪清晰可見，然后再使用細砂紙繼續打磨，直到表面光滑。每一圈年輪標記，都需沿西、南北方向做一條通過髓心的直線，對年輪寬進行測量，使用的工具為LinTAB樹木年齡分析儀。

樣品選擇徑向與橫向兩個方向的。（1）徑向樣品。樣品選擇時從樹皮開始逐漸向髓心靠近，每一圈年輪都要取樣，將樣品制作成長、寬分別為1cm與3cm的試條。（2）縱向取樣只對26齡的紅心杉進行取樣，選擇圓盤高度從0m開始，依次為3m、5m，最后是13m，每5個年輪為一個樣品，樣品從向南方向開始截取，截取的寬與長分別為0.5cm與1cm。

在10%硝酸+10%鉻酸混合溶液中試樣品，每天都要對溶液進行更換，管胞離析出來后方可停止更換溶液。清洗干凈管胞，在50%的乙醇溶液中保存。在玻片上防治管胞，然后在烤箱中烘干，烤箱溫度需調到36℃。在1%的番紅溶液中放置1min，并再次烘干。在二甲苯中透明30s，取出后將加拿大樹膠滴在上面，將玻片蓋在上面，將樹膠壓均勻。在36℃的恒溫烘箱中對制作好的玻片進行烘烤，制作成永久切片。在顯微鏡下觀察切片，拍照并編號保存。

2.理論基礎

2.1 年輪成長

樹木在生活過程中可以分為細胞分裂、細胞延長與細胞分化三個過程。樹木在生長過程中需從增高與增粗兩個方面，也就是軸向與徑向生長兩個方向。林木的年齡、林分密度、氣候等因素會對林木生長產生極大影響。合適的溫度、光照等是樹木生長發育的基本條件。高露雙在研究中指出，在不同的階段不同樹種的徑向生長速率變化較大。在氣候因子一致的背景下，對生長量及徑向年平均生長量進行對比。范瑋熠與王孝安在研究中指出，杉木在生長過程中，會受到立地環境與氣候變化的影響，且在反映氣候與環境變化期間，樹木年輪寬度是十分重要的參數。

2.2 年輪氣候

在全球氣候變化研究中樹木年輪資料是十分重要的內容與手段，且在應用中十分廣泛。樹木年輪與氣候是年輪氣候學的基礎，也是年輪年代學的重要分支。形成分裂層、細胞擴大與細胞壁增厚是年輪特征的三個重要過程。木本植物生理學是年輪氣候學的基礎，依據為樹木生長特點。在影響樹木生長的敏感氣候因子中，溫度是十分重要的因素，但是在不同的月份研究結果也會存在較大差異。細胞分化的時間會受到水分的影響，一般情況下水分不足分化時間會縮短，進而讓植物的生長季縮短。樹木生長過程中，溫度與降水的綜合作用下，會形成干旱的脅迫、短而冷的生長季互交作業與溫度、降水的相互作用。

3.紅心杉的管胞特性

3.1 徑向變異規律

年輪寬的徑向生長在微光上的重要體現之一是管胞徑向生長情況。紅心杉在年齡的增加下，管胞性狀大小也會隨之增加。同時在年齡的增加下，紅心杉管胞寬度也隨之增加 ，且在靠近髓處增加迅速，但是在一定輪齡之后就開始下降。在前5a紅心杉管胞長度向外增加的速度較快，但是隨后增加開始變緩。

管胞寬的徑向變異與管內徑徑向變異大致相似，也是從髓型開始向外增加，并呈現出先增加后下降的趨勢。在第10a時增加到最大，并開始下降。管胞壁厚也由髓心開始向外增加，在年齡的增加下呈現出先上升，再下降，然后再上升的趨勢。管胞壁腔的下降呈現出波動趨勢，由髓心向外下降。

3.2 縱向變異規律

對于縱向變異的情況來看，在不同樹高的變化下管胞寬度變化規律并不強。雖然在輪齡的增加下，管胞長度各高度值增加明顯，但是隨后會趨于穩定。隨著紅心杉木的樹高增加，管胞內徑會呈現出先增加，再下降的趨勢。紅心杉樹干增高過程中，不同輪林管胞壁厚的變化并無規律可循。

紅心杉木材管胞寬度、長度與壁厚等形態特征之間的變異性較大，即便是同一棵樹的不同部位存在的差異也較大。紅心杉在不同林中，同一性狀的林木所呈現出的徑向變異模式大致相同，但是對管飽性狀的徑向變異規律卻是不一致的。

4.管胞性狀與生長輪之間的關系

紅心杉樹齡的不同會對管胞性狀與年齡寬產生極大影響，同一管胞性狀或者不同管胞性狀會與樹齡年輪寬之間的關系存在較大差異。在年輪寬的增加過程中，林齡管胞長度會下降，在林齡的增加過程中，二者之間的關系更加明顯。

由于樹齡的不同，管胞的生長情況存在一定差異，當樹齡相同，但是管胞性狀不同時，生長變化情況也是不相同的。管胞寬度的特征值并不會隨著林齡的增加會發生太大變化，除極小值以外，在15林齡里出現了該性狀其他特征值最大值。在林齡增加過程中管胞長度增加，標準差的變化與平均值基本一致，隨著林齡增加出現減少情況。隨著林齡的增加，管胞壁厚與壁腔的平均值出現變小的情況。

管胞性狀在林齡見的方差如表2，管胞性狀在林齡之間的差異極為顯著（P＜0.01）。

表2 管胞性狀在林齡間的方差

木材的材質會受到木材細胞大小及性狀等的影響。26齡紅心杉木在不同樹高中管胞寬度變化規律不強，在輪齡增加下，靠近髓心處15個年輪的管胞寬度出現增加情況。在樹高的增加過程中，5個年輪的管胞寬度先有增加的趨勢，然后再下降。

9林齡管胞長度與年輪寬度之間的關系為負相關性不強；15林齡管胞長度與年輪寬度之間的關系為顯著負相關性（P＜0.05）；26林齡管胞與年輪寬度之間的關系為極顯著負相關（P＜0.01）。

5.管胞性狀對氣候的響應

5.1 管胞寬度對氣候的響應

氣溫會對紅心杉的生長產生極大影響，9林齡與15林齡紅心杉管胞寬度與氣溫之間的關系為正相關關系，26林齡的紅心杉管胞寬度會受到3個氣溫的抑制。15林齡與溫度之間的相關系數低于9林齡的。

由于林齡不同，紅心杉管胞寬度與降水、相對濕度之間的關系也存在較大差異，其中9林齡與15林齡的管胞寬度與降水、相對濕度之間呈現負相關關系。但是26林齡的關系為正相關關系。9林齡紅心杉在生長過程中，管胞寬度會受到降水及相對濕度的極大影響，尤其是在1月與9月兩個月，對于管胞寬度的抑制作用更加明顯。15林齡管胞寬度在4月降水后，對于管胞徑向生長的抑制作用明顯。但是在9月份，26林齡管胞寬度與相對濕度之間呈現出正相關關系。

5.2 管胞長度對氣候的響應

9林齡與15林齡管胞長度與氣溫之間呈現的關系為負相關關系，但是觀察發現26林齡的與溫度呈現出正相關關系。對于9林齡紅心杉管胞長度的伸長來說，在生長初期的氣溫是有一定積極作用的，但是在溫度較高時，則對管胞的伸展會產生抑制作用。對于氣溫變化，15林齡的相應更加強烈，26林齡管胞長度與氣溫之間的相關性更強，且在溫度較高的生長季（4～10月份），氣溫可以促進林齡管胞長度。應用氣溫相比，管胞相對濕度與降水的相應相對弱一些，且樹齡之間具有較大的差異。9林齡、15林齡與降水和相對濕度之間的關系為正相關，而26林齡所呈現的關系為負相關。

5.3 管胞內徑對氣候的響應

9林齡與15林齡的管胞內徑與氣溫之間的關系為正相關，但是26林齡呈現出負相關關系。9林齡管胞內徑與氣溫之間的關系并不顯著。在分析中發現15林齡管胞內徑與很多月份的氣溫因子之間的關系為顯著。26林齡管胞內徑與氣溫之間存在顯著負相關關系。

5.4 管胞壁厚對氣候的響應

管胞壁厚對于溫度較高的高溫季具有較強的響應，9林齡與15林齡的管胞壁厚與氣溫的相關性為正相關，26林齡對則為負相關。對于不同林齡管胞壁厚的影響而言，降水與相對濕度的影響具有一定差異。其中9林齡與15林齡管胞壁厚與降水和相對濕度呈負相關關系，而26林齡與降水和相對濕度呈現出的關系為正相關關系。

6.結果討論

通過分析，總結出以下幾個結論：（1）徑向生長及其對氣候的影響。當地紅心杉在第8a胸徑達到數量成熟齡，成熟之后，年輪寬度從隋心開始向外呈現出先增后減的趨勢，早晚材也是這樣的趨勢，但晚材寬度的變化幅度相對較小；（2）管胞特征。管胞內徑從隋心開始，然后向外呈現出先增后減的趨勢。管胞雙壁厚在輪林的增加下所呈現出的趨勢為先升高，再下降，然后再升高的趨勢。管胞壁腔呈現的整體趨勢為下降，屬于波動式下降；（3）管胞與生長輪之間的關系。在年輪寬的增加過程中管胞長度出現下降趨勢，且在林齡的增加下這種關系更加明顯。9林齡管胞長度與輪寬之間的關系十分顯著，15林齡管胞長度與年輪之間的關系呈現出負相關，26林齡管胞寬度與年輪寬度之間呈現出正相關關系；（4）管胞寬度對氣候的相應。

結束語

本文研究在豐富相關理論內容的同時，也能為紅心杉的栽培提供一定參考。尤其是在我國社會經濟快速發展過程中，杉木裝飾裝修材料得到人們的廣泛應用，對紅心杉木的需求不斷增加，這就要求需強化紅心杉的栽培與種植，了解種植適宜的環境溫度，為提升杉木產品與品質提供支持。同時，對于紅心杉木展開相關科學研究過程中，加強對紅心杉管胞特性及年輪與氣候因子的關系的了解是否關鍵，能為紅心杉增長與增粗提供理論指導。